KR20220115929A - 촬상 소자, 촬상 소자의 구동 방법 및 전자 기기 - Google Patents

촬상 소자, 촬상 소자의 구동 방법 및 전자 기기 Download PDF

Info

Publication number
KR20220115929A
KR20220115929A KR1020227017364A KR20227017364A KR20220115929A KR 20220115929 A KR20220115929 A KR 20220115929A KR 1020227017364 A KR1020227017364 A KR 1020227017364A KR 20227017364 A KR20227017364 A KR 20227017364A KR 20220115929 A KR20220115929 A KR 20220115929A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pixel
sensitivity
light
unit
pixels
Prior art date
Application number
KR1020227017364A
Other languages
English (en)
Inventor
토모히코 아사츠마
료스케 나카무라
사토코 이이다
코시 오키타
Original Assignee
소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 filed Critical 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
Publication of KR20220115929A publication Critical patent/KR20220115929A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
    • H04N25/621—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels for the control of blooming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14607—Geometry of the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
    • H04N25/621—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels for the control of blooming
    • H04N25/622—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels for the control of blooming by controlling anti-blooming drains
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/702—SSIS architectures characterised by non-identical, non-equidistant or non-planar pixel layout
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N5/3592—
    • H04N5/3696—
    • H04N5/3745—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/581—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously
    • H04N25/585—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously with pixels having different sensitivities within the sensor, e.g. fast or slow pixels or pixels having different sizes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/59—Control of the dynamic range by controlling the amount of charge storable in the pixel, e.g. modification of the charge conversion ratio of the floating node capacitance
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

화소 사이의 크로스토크를 억제 가능한 촬상 소자, 촬상 소자의 구동 방법 및 전자 기기를 제공한다. 본 개시에 관한 촬상 소자는 제1 광전 변환 소자(101)를 포함하는 제1 화소(300a)와, 제2 광전 변환 소자(102)를 포함하는 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소(301a)를 포함하는 단위 화소와, 제2 광전 변환 소자에 의해 생성된 전하를 축적하고 축적된 전하를 전압으로 변환하는 축적부(302a)를 구비한다. 축적부는 단위 화소와 단위 화소에 인접하는 다른 단위 화소와의 경계부에 배치된다.

Description

촬상 소자, 촬상 소자의 구동 방법 및 전자 기기
본 개시는 촬상 소자, 촬상 소자의 구동 방법 및 전자 기기에 관한 것이다.
광전 변환 소자를 구비한 촬상 장치에서는 예를 들면, 조도가 낮은 경우에는 광전 변환 소자의 감도가 높은 것이 바람직하고 한편, 조도가 높은 경우에는 광전 변환 소자가 포화하기 어려운 것이 바람직하다. 그래서, 예를 들어 특허 문헌 1에는 단위 화소 내에 면적이 다른 대소 2개의 광전 변환 소자를 배치하고 대면적의 광전 변환 소자를 조도가 낮은 경우에 대응하는 고감도 화소, 소면적의 광전 변환 소자를 저감도 화소로서 이용하는 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개2017-163010호 공보 특허 문헌 2: 일본 특개2017-175345호 공보 특허 문헌 3: 일본 특개2017-191950호 공보 특허 문헌 4: 일본 특개2012-178457호 공보
상술한, 단위 화소 내에 고감도 화소와 저감도 화소를 배치하는 구성인 경우, 고감도 화소와 저감도 화소로는 감도가 크게 다르다. 그때문에 입사광의 고감도 화소로부터 저감도 화소에의 누입(크로스토크)이 발생하고 촬상 화상의 화질이 저하되어 버릴 우려가 있다.
본 개시는 화소 사이의 크로스토크를 억제 가능한 촬상 소자, 촬상 소자의 구동 방법 및 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시에 관한 한 측면의 촬상 소자는 제1 광전 변환 소자를 포함하는 제1 화소와, 제2 광전 변환 소자를 포함하는 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소를 포함하는 단위 화소와, 제2 광전 변환 소자에 의해 생성된 전하를 축적하고 축적된 전하를 전압으로 변환하는 축적부를 구비하고 축적부는 단위 화소와 단위 화소에 인접하는 다른 단위 화소의 경계부에 배치된다.
본 개시에 관한 한 측면의 촬상 소자는 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이와, 화소 어레이에 포함되는 복수의 화소 각각의 사이에 마련되는 차광부를 구비하고 차광부는 복수의 화소 중 인접하여 배치되는 2개의 화소 사이에서 가장 좁아지는 부분의 폭을 2개의 화소의 감도의 차에 응한 폭으로 하였다.
본 개시에 관한 한 측면의 촬상 소자는 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이와, 화소 어레이에 포함되는 복수의 화소 각각의 주위에 마련되는 트렌치 차광부를 구비하고 트렌치 차광부는 복수의 화소 중 제1 화소의 주위에는 간극 없이 마련되고 제1 화소에 인접하는 제2 화소의 주위에는 제1 화소의 주위에 마련되는 트렌치 차광부에 대해 이간하여 마련된다.
본 개시에 관한 한 측면의 촬상 소자는 제1 화소와, 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소와, 제1 화소 및 제2 화소 각각의 주위에 마련된 트렌치 차광부와, 트렌치 차광부의 적어도 제1 화소와 제2 화소의 제1 경계 부분에 트렌치의 깊이 방향으로 매입된 차광벽을 구비하고 차광벽은 제1 경계 부분에서 제2 화소의 방향으로 가깝게 매입된다.
도 1은 본 개시의 각 실시 형태에 관한 기술을 적용 가능한 전자 기기의 한 예의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 각 실시 형태에 적용 가능한 CMOS 이미지 센서의 개략 구성례를 도시하는 블록도.
도 3은 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 개략 구성례를 도시하는 회로도.
도 4는 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 평면 레이아웃례를 도시하는 모식도.
도 5는 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 평면 레이아웃례를 도시하는 모식도.
도 6은 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 평면 레이아웃례를 도시하는 모식도.
도 7은 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 평면 레이아웃례를 도시하는 모식도.
도 8은 각 실시 형태에 적용 가능한 컬러 필터 배열의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 9는 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 구조를 도시하는 도.
도 10은 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 노광 시작 시의 동작례를 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 11은 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 판독 시의 동작례를 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 12A는 제1 실시 형태에 관한 축적부의 배치 위치를 모식적으로 도시하는 화소의 한 예의 평면도.
도 12B는 제1 실시 형태에 관한 축적부의 배치 위치를 모식적으로 도시하는 화소의 한 예의 평면도.
도 12C는 축적부를 부적절한 위치에 배치한 예를 모식적으로 도시하는 한 예의 평면도.
도 13은 제1 실시 형태에 관한, 적절한 위치에 축적부가 배치된 경우의 화소의 한 예의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 14는 부적절한 위치에 축적부가 배치된 경우의 화소의 한 예의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 15A는 화소 어레이부의 행방향에 대한 화각이 열방향으로 넓은 경우의 예를 도시하는 도.
도 15B는 제1 실시 형태의 제1 변형례에 관한, 화소 어레이부에 대한 화각이 행방향으로 넓은 경우의 축적부의 배치의 예를 도시하는 도.
도 16A는 화소 어레이부의 열방향에 대한 화각이 행방향에 대한 화각보다도 넓은 경우의 예를 도시하는 도.
도 16B는 제1 실시 형태의 제1 변형례에 관한, 화소 어레이부(11)에 대한 화각이 열방향으로 넓은 경우의 축적부의 배치의 예를 도시하는 도.
도 17A는 제1 실시 형태의 제2 변형례에 관한 트렌치 차광부의 제1 배치례를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 17B는 제1 실시 형태의 제2 변형례에 관한 트렌치 차광부의 제2 배치례를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 18A는 제2 실시 형태에 관한 화소간 차광부의 배치에 관해 설명하기 위한 모식도.
도 18B는 제2 실시 형태에 관한 화소간 차광부의 배치에 관해 설명하기 위한 모식도.
도 19A는 제2 실시 형태의 제1 변형례에 관한 화소간 차광부의 배치에 관해 설명하기 위한 모식도.
도 19B는 제2 실시 형태의 제1 변형례에 관한 화소간 차광부의 배치에 관해 설명하기 위한 모식도.
도 20은 제2 실시 형태의 제2 변형례에 적용 가능한, RCCC 배열에 의한 화소 배열의 예를 도시하는 모식도.
도 21은 제3 실시 형태에 관한 트렌치 차광부의 배치례를 도시하는 평면도.
도 22는 제3 실시 형태를 적용하지 않는 경우의 화소의 한 예의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 23은 제3 실시 형태를 적용한 경우의 화소의 한 예의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 24는 제3 실시 형태의 제1 변형례에 관한 트렌치 차광부의 구성례에 관해 설명하기 위한 모식도.
도 25는 제3 실시 형태의 제2 변형례에 관한 트렌치 차광부의 구성례에 관해 설명하기 위한 모식도.
도 26은 기존 기술에 관한 고체 촬상 소자의 입사광의 입사 방향을 따른 한 예의 단면을 도시하는 단면도.
도 27은 제4 실시 형태에 관한 단위 화소의 단면을 모식적으로 도시하는 모식도.
도 28은 제4 실시 형태에 관한 차광벽과, 제1 트렌치 차광부 및 제2 트렌치 차광부의 관계를 설명하기 위한 모식도.
도 29는 제4 실시 형태에 관한 차광벽의 배치를 설명하기 위한 모식도.
도 30은 제4 실시 형태에 관한 화소 구조에 의한 차광 효과에 관해 설명하기 위한 모식도.
도 31은 제4 실시 형태의 제1 변형례에 관한 차광벽의 배치를 설명하기 위한 모식도.
도 32는 제4 실시 형태의 제2 변형례에 관한 차광벽의 배치를 설명하기 위한 모식도.
도 33은 제4 실시 형태의 제3 변형례에 관한 단위 화소의 단면을 모식적으로 도시하는 모식도.
도 34는 제4 실시 형태의 제2 변형례에 관한 차광벽의 배치를 설명하기 위한 모식도.
도 35는 제4 실시 형태의 제4 변형례에 관한 단위 화소의 단면을 모식적으로 도시하는 모식도.
도 36은 제4 실시 형태의 제5 변형례에 관한 화소간 차광부 및 도파로의 배치를 설명하기 위한 모식도.
도 37은 제4 실시 형태의 제6 변형례에 관한 단위 화소의 단면을 모식적으로 도시하는 모식도.
도 38은 본 개시의 기술을 적용한 촬상 장치의 사용례를 설명하는 도.
도 39는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도.
도 40은 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 41은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 42는 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 본 개시의 실시 형태에 관해 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에서 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙임에 의해 중복되는 설명을 생략한다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 관해 아래와 같은 순서에 따라 설명한다.
1. 각 실시 형태에 적용 가능한 기술
1-1. 전자 기기
1-2. CMOS 이미지 센서의 개략 구성
1-3. 단위 화소
1-3-1. 회로 구성례
1-3-2. 평면 레이아웃례
1-3-2-1. 제2 면의 평면 레이아웃례
1-3-2-2. 제1 면 및 제2 면의 평면 레이아웃
1-3-2-3. 컬러 필터의 평면 레이아웃
1-3-3. 구조례
1-3-4. 동작례
2. 제1 실시 형태
2-1. 제1 변형례
2-2. 제2 변형례
3. 제2 실시 형태
3-1. 제1 변형례
3-2. 제2 변형례
4. 제3 실시 형태
4-1. 제1 변형례
4-2. 제2 변형례
5. 제4 실시 형태
5-0. 기존 기술에 관해
5-1. 제4 실시 형태에 관해
5-1-1. 제4 실시 형태의 개요
5-1-2. 제4 실시 형태의 구체적인 설명
5-2. 제1 변형례
5-3. 제2 변형례
5-4. 제3 변형례
5-5. 제4 변형례
5-6. 제5 변형례
5-7. 제6 변형례
5-8. 다른 변형례
6. 제5 실시 형태
6-1. 본 개시의 기술의 적용례
6-2. 내시경 수술 시스템에의 응용례
6-3. 이동체에의 적용례
[1. 각 실시 형태에 적용 가능한 기술]
우선, 이해를 용이하게 하기 위해 각 실시 형태에 적용 가능한 기술에 관해 개략적으로 설명한다.
(1-1. 전자 기기)
우선, 본 개시의 각 실시 형태에 관한 기술을 적용 가능한 전자 기기에 관해 설명한다. 도 1은 본 개시의 각 실시 형태에 관한 기술을 적용 가능한 전자 기기의 한 예의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 1에서 전자 기기(1000)는 광학부(1010)와, 촬상 장치(1011)와, 신호 처리 회로(1012)와, 표시 장치(1013)와, 기억 매체(1014)를 구비하고 있다. 도 1에서는 촬상 장치(1011)에 대해 상세를 후술하는 본 개시에 관한 촬상 장치로서의 촬상 소자가 적용된다. 당해 촬상 소자는 각각 입사된 광을 광전 변환에 의해 전기 신호로 변환하는 복수의 화소와, 이들 복수의 화소를 구동하는 구동 회로를 포함한다. 여기서, 전자 기기(1000)로서는 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라, 촬상 기능 부착 휴대 전화나 스마트폰 등을 적용할 수 있다.
광학부(1010)는 1장 이상의 렌즈와, 조리개 기구, 포커스 기구 등을 포함하고 피사체로부터의 상광(입사광)을 촬상 장치(1011)의 촬상면상에 결상시킨다. 이에 의해 신호 전하가 일정 기간, 촬상 장치(1011) 내에 축적된다. 신호 처리 회로(1012)는 촬상 장치(1011)로부터 출력된 화소 신호에 대해 화상 처리를 포함하는 각종의 신호 처리를 행한다. 신호 처리가 행해진 화상 신호는 플래시 메모리나 하드 디스크 드라이브라는 불휘발성의 기억 매체(1014)에 기억시킬 수 있다. 또한, 당해 화소 신호에 의거하는 화상을 표시 장치(1013)에 출력할 수도 있다.
(1-2. CMOS 이미지 센서의 개략 구성)
다음으로 본 개시에 관한 촬상 소자로서의 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)형의 고체 촬상 장치의 개략적인 구성에 관해 설명한다. 또한, 이하에서는 CMOS형의 고체 촬상 장치를 CMOS 이미지 센서라고 약칭하여 설명을 행한다. 도 1은 각 실시 형태에 적용 가능한 CMOS 이미지 센서의 개략 구성례를 도시하는 블록도이다. 여기서, CMOS 이미지 센서란, CMOS 프로세스를 응용하여 또는 부분적으로 사용하여 작성된 이미지 센서이다. 예를 들면, 각 실시 형태에 적용 가능한 CMOS 이미지 센서는 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서로 구성되어 있다.
도 1에서 각 실시 형태에 적용 가능한 촬상 소자로서의 CMOS 이미지 센서(10)는 예를 들면, 화소 어레이부(11)가 형성된 반도체 칩과, 주변 회로가 형성된 반도체 칩이 적층된 스택 구조를 가진다. 주변 회로에는 예를 들면, 수직 구동 회로(12), 칼럼 처리 회로(13), 수평 구동 회로(14) 및 시스템 제어부(15)가 포함될 수 있다.
CMOS 이미지 센서(10)는 또한, 신호 처리부(18) 및 데이터 격납부(19)를 구비하고 있다. 신호 처리부(18) 및 데이터 격납부(19)는 주변 회로와 같은 반도체 칩에 마련되어도 좋고 다른 반도체 칩에 마련되어도 좋다.
화소 어레이부(11)는 수광한 광량에 응한 전하를 생성하고 또한 축적하는 광전 변환 소자를 갖는 단위 화소(이하, 단지 「화소」라고 기술하는 경우도 있다)가 행방향 및 열방향으로 즉, 행렬형상으로 2차원 격자형상으로 배치된 구성을 가진다. 여기서, 행방향이란 화소행의 화소의 배열 방향(즉, 수평 방향)을 말하고 열방향이란 화소열의 화소의 배열 방향(즉, 수직 방향)을 말한다. 단위 화소의 구체적인 회로 구성이나 화소 구조의 상세에 관해서는 후술한다.
화소 어레이부(11)에서는 행렬형상의 화소 배열에 대해 화소행마다 화소 구동선(LD)이 행방향을 따라 배선되고 화소열마다 수직 신호선(VSL)이 열방향을 따라 배선되어 있다. 화소 구동선(LD)은 화소로부터 신호를 판독할 때의 구동을 행하기 위한 구동 신호를 전송한다. 도 1에서는 화소 구동선(LD)에 관해 1개의 배선으로서 도시하고 있는데, 1개로 한정되는 것이 아니다. 화소 구동선(LD)의 일단은 수직 구동 회로(12)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
수직 구동 회로(12)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고 화소 어레이부(11)의 각 화소를 전 화소 동시 또는 행 단위 등으로 구동한다. 즉, 수직 구동 회로(12)는 당해 수직 구동 회로(12)를 제어하는 시스템 제어부(15)와 함께, 화소 어레이부(11)의 각 화소의 동작을 제어하는 구동부를 구성하고 있다. 이 수직 구동 회로(12)는 그 구체적인 구성에 관해서는 도시를 생략하지만, 일반적으로 판독 주사계와 소출(掃出) 주사계의 2개의 주사계를 구비하고 있다.
판독 주사계는 단위 화소로부터 신호를 판독하기 위해 화소 어레이부(11)의 단위 화소를 행 단위로 순차적으로 선택 주사한다. 단위 화소로부터 판독되는 신호는 아날로그 신호이다. 소출 주사계는 판독 주사계에 의해 판독 주사가 행해지는 판독행에 대해 그 판독 주사보다도 노광 시간분만큼 선행하여 소출 주사를 행한다.
이 소출 주사계에 의한 소출 주사에 의해 판독행의 단위 화소의 광전 변환 소자로부터 불필요한 전하가 소출됨에 의해 당해 광전 변환 소자가 리셋된다. 그리고 이 소출 주사계에서 불필요 전하를 소출함(리셋함)에 의해 이른바 전자 셔터 동작이 행해진다. 여기서, 전자 셔터 동작이란, 광전 변환 소자의 전하를 버리고 새롭게 노광을 시작하는(전하의 축적을 시작하는) 동작을 말한다.
판독 주사계에 의한 판독 동작에 의해 판독되는 신호는 그 직전의 판독 동작 또는 전자 셔터 동작 이후에 수광한 광량에 대응하고 있다. 그리고 직전의 판독 동작에 의한 판독 타이밍 또는 전자 셔터 동작에 의한 소출 타이밍으로부터, 금회의 판독 동작에 의한 판독 타이밍까지의 기간이 단위 화소에서의 전하의 축적 기간(노광 기간이라고도 한다)이 된다.
수직 구동 회로(12)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위 화소로부터 출력되는 신호는 화소열마다 수직 신호선(VSL)의 각각을 통하여 칼럼 처리 회로(13)에 입력된다. 칼럼 처리 회로(13)는 화소 어레이부(11)의 화소열마다, 선택행의 각 화소로부터 수직 신호선(VSL)을 통하여 출력되는 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행함과 함께, 신호 처리 후의 화소 신호를 일시적으로 유지한다.
구체적으로는 칼럼 처리 회로(13)는 신호 처리로서 적어도, 노이즈 제거 처리, 예를 들어 CDS(Correlated Double Sampling: 상관 이중 샘플링) 처리나 DDS(Double Data Sampling) 처리를 행한다. 예를 들면, CDS 처리에 의해 리셋 노이즈나 화소 내의 증폭 트랜지스터의 임계치 편차 등의 화소 고유의 고정 패턴 노이즈가 제거된다. 칼럼 처리 회로(13)는 그 외에도 예를 들면, AD(아날로그-디지털) 변환 기능을 구비하고 광전 변환 소자로부터 판독되어 얻은 아날로그의 화소 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
수평 구동 회로(14)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고 칼럼 처리 회로(13)의 화소열에 대응하는 판독 회로(이하, 화소 회로라고 한다)를 순차적으로 선택한다. 이 수평 구동 회로(14)에 의한 선택 주사에 의해 칼럼 처리 회로(13)에서 화소 회로마다 신호 처리된 화소 신호가 순차적으로 출력된다.
시스템 제어부(15)는 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터 등에 의해 구성되고 당해 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍을 기초로 수직 구동 회로(12), 칼럼 처리 회로(13) 및 수평 구동 회로(14) 등의 구동 제어를 행한다.
신호 처리부(18)는 적어도 연산 처리 기능을 가지고 칼럼 처리 회로(13)로부터 출력되는 화소 신호에 대해 연산 처리 등의 여러 가지 신호 처리를 행한다. 데이터 격납부(19)는 신호 처리부(18)에서의 신호 처리에 있어서, 그 처리에 필요한 데이터를 일시적으로 격납한다.
또한, 신호 처리부(18)로부터 출력된 출력 화상은 예를 들면, CMOS 이미지 센서(10)를 탑재하는 전자 기기에서의 어플리케이션 프로세서 등에서 소정의 처리가 실행되거나 소정의 네트워크를 통하여 외부 장치에 송신되거나 해도 좋다.
(1-3. 단위 화소)
다음으로 상술한 단위 화소에 관해 보다 구체적으로 설명한다.
(1-3-1. 회로 구성례)
도 3은 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 개략 구성례를 도시하는 회로도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이 단위 화소(100)는 제1 광전 변환 소자(101) 및 제2 광전 변환 소자(102)의 2개의 광전 변환 소자를 포함한다. 또한, 단위 화소(100)는 이들 제1 광전 변환 소자(101) 및 제2 광전 변환 소자(102)를 구동하기 위해 제1 전송 트랜지스터(103), 제2 전송 트랜지스터(104), 제3 전송 트랜지스터(105), 제4 전송 트랜지스터(106), FD(플로팅 디퓨전)부(107), 리셋 트랜지스터(108), 증폭 트랜지스터(109) 및 선택 트랜지스터(110)를 구비한다.
각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소(100)에 포함되는 제2 광전 변환 소자(102)에 의한 화소는 생성된 전하를 부유 확산층인, 후술하는 노드(113)에 축적함으로써, 제2 광전 변환 소자(102)에서 생성된 전하에 응한 신호의 판독을 행하는 FD 축적형의 화소로서 구성된다.
제1 전송 트랜지스터(103), 제2 전송 트랜지스터(104), 제3 전송 트랜지스터(105), 제4 전송 트랜지스터(106), 리셋 트랜지스터(108), 증폭 트랜지스터(109) 및 선택 트랜지스터(110)는 예를 들면, n형의 MOS 트랜지스터(이하, NMOS 트랜지스터라고 한다)로 구성된다.
이하의 설명에서 제1 전송 트랜지스터(103), 제2 전송 트랜지스터(104), 제3 전송 트랜지스터(105), 제4 전송 트랜지스터(106), 리셋 트랜지스터(108), 증폭 트랜지스터(109) 및 선택 트랜지스터(110)는 단지 화소 트랜지스터라고도 칭해진다.
리셋 트랜지스터(108) 및 증폭 트랜지스터(109)는 전원(VDD)에 접속된다. 제1 광전 변환 소자(101)는 실리콘 반도체 기판에 형성된 p형 불순물 영역의 내부에 n형 불순물 영역이 형성된, 이른바 매입형의 포토 다이오드를 포함한다. 마찬가지로 제2 광전 변환 소자(102)는 매입형의 포토 다이오드를 포함한다. 제1 광전 변환 소자(101) 및 제2 광전 변환 소자(102)는 수광한 광량에 응한 전하를 생성하고 생성한 전하를 일정량까지 축적한다.
또한, 단위 화소(100)는 전하 축적부(111)를 또한 구비한다. 전하 축적부(111)는 예를 들어 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 용량이나 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 용량이다.
도 3에서 제1 광전 변환 소자(101)와 제2 광전 변환 소자(102) 사이에는 제1 전송 트랜지스터(103), 제2 전송 트랜지스터(104), 제3 전송 트랜지스터(105) 및 제4 전송 트랜지스터(106)가 직렬로 접속되어 있다. 제1 전송 트랜지스터(103)와 제2 전송 트랜지스터(104) 사이에 접속된 부유 확산층은 FD부(107)가 된다. FD부(107)에는 기생 용량(C10)이 구비된다.
제2 전송 트랜지스터(104)와 제3 전송 트랜지스터(105) 사이에 접속된 부유 확산층은 노드(112)가 된다. 노드(112)에는 기생 용량(C11)이 구비된다. 제3 전송 트랜지스터(105)와 제4 전송 트랜지스터(106) 사이에 접속된 부유 확산층은 노드(113)가 된다. 노드(113)에는 전하 축적부(111)가 접속되어 있다.
도 3에 예시하는 단위 화소(100)에 대해서는 도 2에서 설명한 화소 구동선(LD)으로서, 복수의 구동선이 예를 들어 화소행마다 접속된다. 그리고 수직 구동 회로(12)로부터 복수의 구동선을 통하여 각종의 구동 신호(TRG, FDG, FCG, TGS, RST 및 SEL)가 공급된다. 또한, 각 구동 신호(TRG, FDG, FCG, TGS, RST 및 SEL)는 예를 들면, 고레벨(예를 들면, 전원 전압(VDD))의 상태가 액티브 상태가 되고 저레벨의 상태(예를 들면, 접지 전위 또는 부전위)가 비액티브 상태가 되는 펄스 신호, 또는 각각의 레벨의 상태를 소정 시간 유지하는 신호라도 좋다.
제1 전송 트랜지스터(103)의 게이트 전극에는 구동 신호(TRG)가 인가된다. 구동 신호(TRG)가 액티브 상태가 되면, 제1 전송 트랜지스터(103)가 도통 상태가 되어 제1 광전 변환 소자(101)에 축적되어 있는 전하가 제1 전송 트랜지스터(103)를 통하여 FD부(107)에 전송된다.
제2 전송 트랜지스터(104)의 게이트 전극에는 구동 신호(FDG)가 인가된다. 구동 신호(FDG)가 액티브 상태가 되어 제2 전송 트랜지스터(104)가 도통 상태가 되면, 이에 의해 FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜이 결합하여 1개의 전하 축적 영역이 된다.
제3 전송 트랜지스터(105)의 게이트 전극에는 구동 신호(FCG)가 인가된다. 구동 신호(FDG)와 구동 신호(FCG)가 액티브 상태가 되어 제2 전송 트랜지스터(104)와 제3 전송 트랜지스터(105)가 도통 상태가 되면, FD부(107)로부터 전하 축적부(111)까지의 포텐셜이 결합하여 1개의 전하 축적 영역이 된다.
제4 전송 트랜지스터(106)의 게이트 전극에는 구동 신호(TGS)가 인가된다. 구동 신호(TGS)가 액티브 상태가 되면, 제4 전송 트랜지스터(106)가 도통 상태가 되어 제2 광전 변환 소자(102)에 축적되어 있는 전하가 제4 전송 트랜지스터(106)를 통하여 전하 축적부(111)에 전송된다. 제4 전송 트랜지스터(106), 제3 전송 트랜지스터(105) 및 제2 전송 트랜지스터(104)가 액티브 상태인 경우, 전하 축적부(111)로부터 FD부(107)까지의 포텐셜이 결합하고 이 결합한 전하 축적 영역에 제2 광전 변환 소자(102)에 축적되어 있는 전하가 전송된다.
또한, 제4 전송 트랜지스터(106)의 게이트 전극의 하부의 채널 영역은 예를 들면, 제1 전송 트랜지스터(103), 제2 전송 트랜지스터(104) 또는 제3 전송 트랜지스터(105)의 게이트 전극의 하부의 채널 영역보다도, 포텐셜이 약간 플러스의 방향으로 시프트하고 있고(환언하면, 포텐셜이 약간 깊게 되어 있고), 이에 의해 전하의 오버플로우 패스가 형성되어 있다. 제2 광전 변환 소자(102)에서의 광전 변환의 결과, 제2 광전 변환 소자(102)의 포화 전하량을 초과하는 전하가 발생한 경우에는 포화 전하량을 초과한 전하가 상기 오버플로우 패스를 통하여 제2 광전 변환 소자(102)로부터 전하 축적부(111)에 오버플로우한다(넘친다). 오버플로우한 전하는 전하 축적부(111)에 축적된다.
또한, 이하의 설명에서는 제4 전송 트랜지스터(106)의 게이트 전극의 하부의 채널 영역에 형성되어 있는 오버플로우 패스를 단지 제4 전송 트랜지스터(106)의 오버플로우 패스라고 칭한다.
도 3에서 전하 축적부(111)가 갖는 2개의 전극 중, 제1 전극은 제3 전송 트랜지스터(105)와 제4 전송 트랜지스터(106) 사이의 노드(113)에 접속된, 노드 전극이다. 전하 축적부(111)가 갖는 2개의 전극 중, 제2 전극은 접지된, 접지 전극이다.
또한, 제2 전극은 변형례로서, 접지 전위 이외의 특정 전위, 예를 들어 전원 전위에 접속되어도 좋다.
전하 축적부(111)가 MOS 용량 또는 MIS 용량인 경우, 한 예로서, 제2 전극은 실리콘 기판에 형성된 불순물 영역이고 용량을 형성하는 유전막은 실리콘 기판상에 형성된 산화막이나 질화막이다. 제1 전극은 제2 전극 및 유전막의 상방에서 도전성을 갖는 재료, 예를 들어 폴리실리콘이나 금속으로 형성된 전극이다.
제2 전극을 접지 전위로 하는 경우, 제2 전극은 제1 광전 변환 소자(101) 또는 제2 광전 변환 소자(102)에 구비되는 p형 불순물 영역과 전기적으로 접속된 p형 불순물 영역이라도 좋다. 제2 전극을 접지 전위 이외의 특정 전위로 하는 경우, 제2 전극은 p형 불순물 영역 내에 형성된 n형 불순물 영역이라도 좋다.
노드(112)에는 제2 전송 트랜지스터(104) 외에 리셋 트랜지스터(108)도 접속된다. 리셋 트랜지스터의 끝(先)에는 특정 전위, 예를 들어 전원(VDD)이 접속된다. 리셋 트랜지스터(108)의 게이트 전극에는 구동 신호(RST)가 인가된다. 구동 신호(RST)가 액티브 상태가 되면, 리셋 트랜지스터(108)가 도통 상태가 되어 노드(112)의 전위가 전압(VDD)의 레벨로 리셋된다.
구동 신호(RST)를 액티브 상태로 할 때에 제2 전송 트랜지스터(104)의 구동 신호(FDG)와 제3 전송 트랜지스터(105)의 구동 신호(FCG)를 액티브 상태로 하면, 포텐셜이 결합한 노드(112)와 FD부(107)와 전하 축적부(111)의 전위가 전압(VDD)의 레벨로 리셋된다.
또한, 구동 신호(FDG)와 구동 신호(FCG)를 개별적으로 제어함으로써, FD부(107)와 전하 축적부(111)의 전위를 각각 단독으로(독립하여) 전압(VDD)의 레벨로 리셋할 수 있다.
부유 확산층인 FD부(107)는 전하를 전압으로 변환하는 기능을 구비하고 있다. 즉, FD부(107)에 전하가 전송되면, 전송된 전하의 양에 응하여 FD부(107)의 전위가 변화한다.
증폭 트랜지스터(109)는 그 소스 측에 수직 신호선(VSL)의 일단에 접속된 전류원(131)이 접속되고 드레인측에 전원(VDD)이 접속되고 이들과 함께 소스 팔로워 회로를 구성한다. 증폭 트랜지스터(109)의 게이트 전극에는 FD부(107)가 접속되고 이것이 소스 팔로워 회로의 입력이 된다.
선택 트랜지스터(110)는 증폭 트랜지스터(109)의 소스와 수직 신호선(VSL) 사이에 접속된다. 선택 트랜지스터(110)의 게이트 전극에는 구동 신호(SEL)가 인가된다. 구동 신호(SEL)가 액티브 상태가 되면, 선택 트랜지스터(110)가 도통 상태가 되고 단위 화소(100)가 선택 상태가 된다.
FD부(107)에 전하가 전송되면, FD부(107)의 전위가 전송된 전하의 양에 응한 전위가 되고 그 전위가 상기한 소스 팔로워 회로에 입력된다. 구동 신호(SEL)가 액티브 상태가 되면, 이 전하의 양에 응한 FD부(107)의 전위가 소스 팔로워 회로의 출력으로서, 선택 트랜지스터(110)를 통하여 수직 신호선(VSL)에 출력된다.
제1 광전 변환 소자(101)의 수광면은 제2 광전 변환 소자(102)의 그것보다도 넓다. 즉, 각 실시 형태에서는 제1 광전 변환 소자(101)가 대면적이고 제2 광전 변환 소자(102)가 소면적이다. 그 경우, 동일한 조도와 동일한 노광 시간의 조건하에서 촬영한 경우, 제1 광전 변환 소자(101)에서 발생하는 전하는 제2 광전 변환 소자(102)에서 발생하는 전하보다도 많다. 그때문에 제1 광전 변환 소자(101)에서 발생한 전하를 FD부(107)에 전송하는 전후에서의 전압 변화는 제2 광전 변환 소자(102)에서 발생한 전하를 FD부(107)에 전송하는 전후에서의 전압 변화보다도 커진다. 이것은 제1 광전 변환 소자(101)와 제2 광전 변환 소자(102)를 비교하면, 제1 광전 변환 소자(101)는 제2 광전 변환 소자(102)보다도 감도가 높은 것을 나타내고 있다.
한편, 제2 광전 변환 소자(102)는 높은 조도의 광이 입사하여 제2 광전 변환 소자(102)의 포화 전하량을 초과하는 전하가 발생한 경우에도 포화 전하량을 초과하여 발생한 전하를 전하 축적부(111)에 축적할 수 있기 때문에 제2 광전 변환 소자(102)에서 생긴 전하를 전하―전압 변환할 때에 제2 광전 변환 소자(102) 내에 축적한 전하와, 전하 축적부(111)에 축적한 전하의 쌍방을 더한 다음, 전하―전압 변환할 수 있다.
이에 의해 제2 광전 변환 소자(102)는 제1 광전 변환 소자(101)보다도, 계조성을 구비한 화상을 넓은 조도 범위에 걸쳐 촬영할 수 있다, 환언하면, 다이내믹 레인지가 넓은 화상을 촬영할 수 있다.
제1 광전 변환 소자(101)를 이용하여 촬영된, 감도가 높은 화상과, 제2 광전 변환 소자(102)를 이용하여 촬영된, 다이내믹 레인지의 넓은 화상의 2장의 화상은 예를 들면, CMOS 이미지 센서(10)의 내부에 구비되는 화상 신호 처리 회로 또는 CMOS 이미지 센서(10)의 외부에 접속된 화상 신호 처리 장치에서 2장의 화상으로부터 1장의 화상을 합성하는 와이드 다이내믹 레인지 화상 합성 처리를 거쳐서, 1장의 화상으로 합성된다.
(1-3-2. 평면 레이아웃례)
다음으로 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소(100)의 평면 레이아웃례에 관해 설명한다.
(1-3-2-1. 제2 면의 평면 레이아웃례)
도 4는 본 실시 형태에 관한 단위 화소의 평면 레이아웃례를 도시하는 모식도이다. 또한, 도 4에서는 단위 화소(100)가 이른바 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서인 경우가 예시되어 있다.
이면 조사형의 CMOS 이미지 센서(10)에서는 제1 광전 변환 소자(101)와 제2 광전 변환 소자(102)가 형성된 실리콘 기판은 포토 다이오드에의 광의 입사면이 되는 제1 면과, 제1 면에 대향하는 제2 면을 구비한다. 도 4에는 단위 화소(100)에 관한, 실리콘 기판의 제2 면에서의 평면 레이아웃으로서, 단위 화소(100)에 구비되는 활성 영역, 광전 변환 소자, 화소 트랜지스터, 전하 축적부 및 이들 사이를 접속하는 배선의 평면 레이아웃이 도시되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이 제1 광전 변환 소자(101), 제1 전송 트랜지스터(103), FD부(107), 제2 전송 트랜지스터(104), 노드(112)의 일부, 리셋 트랜지스터(108) 및 전원(VDD)에의 접속부는 연속된 제1 활성 영역상에 형성되어 있다.
한편, 제2 광전 변환 소자(102), 제4 전송 트랜지스터(106), 노드(113), 제3 전송 트랜지스터(105) 및 노드(112)의 다른 일부는 제1 활성 영역과는 다른 연속된 제2 활성 영역상에 형성되어 있다.
또한, 수직 신호선(VSL)에의 접속부, 선택 트랜지스터(110), 증폭 트랜지스터(109) 및 전원(VDD)에의 접속부는 제1 및 제2 활성 영역과는 다른 연속된 제3 활성 영역상에 형성되어 있다.
또한, 전하 축적부(111)는 상기 제1∼제3 활성 영역과는 다른 제4 활성 영역(도시 생략)상에 형성되어 있다. 전하 축적부(111)의 하부 전극이 되는 불순물 영역이 형성되는 제4 활성 영역은 그 위에 유전막이 배치되고 또한 그 위에 상부 전극이 배치되기 때문에 도 4에서는 상부 전극만이 도시되어 있다. 이 상부 전극의 아래에 하부 전극이 형성되는 제4 활성 영역이 배치되어 있다.
도 4에서 FD부(107)와, 증폭 트랜지스터(109)의 게이트 전극 사이는 게이트 전극보다도 상층에 배치된 배선에 의해 접속되어 있다. 또한, 제1 활성 영역에 형성되는 노드(112)의 일부와, 제2 활성 영역에 형성되는 노드(112)의 다른 일부 사이도, 각 게이트 전극보다도 상층에 배치된 배선에 의해 접속되어 있다. 또한, 노드(113)와, 전하 축적부(111)의 상부 전극 사이도, 각 게이트 전극과 전하 축적부(111)의 상부 전극보다도 상층에 배치된 배선에 의해 접속되어 있다.
또한, 도 4에서 점선으로 둘러싸인 영역은 도 3에 도시한 단위 화소(100)의 1개분의 영역에 상당한다. 따라서, 단위 화소(100)가 2차원 격자형상(행렬형상)으로 배열함으로써, 제1 광전 변환 소자(101)가 2차원 격자형상으로 배열하게 된다. 제2 광전 변환 소자(102)는 제1 광전 변환 소자(101) 사이 각각에 배치됨으로써, 2차원 격자형상으로 배열하고 있다.
(1-3-2-2. 제1 면 및 제2 면의 평면 레이아웃)
도 5는 본 실시 형태에 관한 단위 화소의 평면 레이아웃례를 도시하는 모식도이고 실리콘 기판의 제2 면에서의 평면 레이아웃과, 제1 면에서의 평면 레이아웃을 중첩한 모식도이다. 즉, 도 5에는 도 4에 예시한 제2 면의 평면 레이아웃에 더하여 제1 면에 형성된 광전 변환 소자 및 온 칩 렌즈의 평면 레이아웃이 기재되어 있다. 또한, 도 5에서 점선으로 둘러싸인 영역이 도 3에 도시한 단위 화소(100)의 1개분의 영역에 상당한다.
도 5에 도시하는 바와 같이 제1 광전 변환 소자(101) 및 제2 광전 변환 소자(102)는 제2 면과 제1 면에서 각각 같은 영역에 위치하고 있다.
제1 광전 변환 소자(101)에 입사시키는 광을 집광하는 제1 온 칩 렌즈(151)는 제1 광전 변환 소자(101)를 덮도록 배치되어 있다. 마찬가지로 제2 광전 변환 소자(102)에 입사시키는 광을 집광하는 제2 온 칩 렌즈(152)는 제2 광전 변환 소자(102)를 덮도록 배치되어 있다.
제1 온 칩 렌즈(151)와 제2 온 칩 렌즈(152)를 어느 정도의 크기로 하는지는 예를 들면, 제1 면에서 어느 범위의 광을 집광하여 광전 변환 소자에 입사시킬 것인가라는 것이나 제2 면에서 광전 변환 소자, 화소 트랜지스터 및 전하 축적부가 얼만큼의 크기가 되고 그것에 의해 1화소의 크기나 화소를 어레이형상으로 배치한 경우의 화소 피치가 얼만큼의 크기가 될 것인가라는 것 등 화소 설계상의 요인에 의해 적절히 설정할 수 있다.
예를 들면, 온 칩 렌즈가 너무 큰 경우에는 촬상 장치의 해상도의 저하나 제2 면에서 단위 화소의 구성 요소가 배치되지 않는 필요 없은 영역이 발생하는 등의 디메리트가 생긴다. 한편, 온 칩 렌즈가 너무 작은 경우에는 광전 변환 소자에 입사하는 광이 감소하여 감도가 저하되는 등의 디메리트가 생긴다. 이 때문에 제1 면에서의 온 칩 렌즈의 크기와, 제2 면에서의 단위 화소의 각 구성 요소의 크기는 감도와 해상도의 리밸런스를 도모하면서 적정하게 설계되는 것이 바람직하다.
도 5에는 화소 설계의 결과, 제1 온 칩 렌즈(151)의 직경이 화소 피치와 동등해지고 또한, 제1 온 칩 렌즈(151)가 상하 좌우로 2차원 격자형상으로 배열되고 제1 온 칩 렌즈(151) 사이의 간극의 영역 내에 제2 온 칩 렌즈(152)가 수습되도록 제2 온 칩 렌즈(152)의 직경이 설계된 경우가 예시되어 있다.
이 경우, 어떤 제1 화소에 구비되는 제1 온 칩 렌즈(151)의 중심(a)부터 제1 화소에 인접하는 제2 화소에 구비되는 제1 온 칩 렌즈(151)의 중심(b)까지 거리(ab)와, 제1 화소에 구비되는 제1 온 칩 렌즈(151)의 중심(a)부터 제3 화소에 구비되는 제2 온 칩 렌즈(152)의 중심(c)까지의 거리(ac)와, 제2 화소에 구비되는 제1 온 칩 렌즈(151)의 중심(b)부터 제3 화소에 구비되는 제2 온 칩 렌즈(152)의 중심(c)까지의 거리(bc)와, 각 화소에 구비되는 제1 온 칩 렌즈(151)의 반경(r1)과, 각 화소에 구비되는 제2 온 칩 렌즈(152)의 반경(r2)은 이하의 식(1)∼식(3)에 나타내는 관계가 된다.
거리(ab)=r1×2 … (1)
거리(ac)=거리(bc)=거리(ab)×√2/2 … (2)
r2≤r1×(√2-1) … (3)
식(1)에서 거리(ab)는 제1 온 칩 렌즈(151)의 반경(r1)의 2배가 되고 그 거리는 제1 온 칩 렌즈(151)의 직경과 동등해진다. 또한, 식(2)에서 거리(ac)와 거리(bc)는 같은 거리가 되고 거리(ab)에 √2를 승산한 값을 2로 제산한 값이 된다. 즉, 거리(ac)(거리(bc))는 제1 온 칩 렌즈(151)의 반경(r1)에 √2를 승산한 값이 된다. 식(3)에서 제2 온 칩 렌즈(152)의 반경(r2)은 식(1)과 식(2)으로부터 도출할 수 있고 √2로부터 1을 감산한 값에 반경(r1)을 승산한 값 이하가 된다.
도 6은 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 평면 레이아웃례를 도시하는 모식도로서, 도 5로부터, 제1 면에서의 제1 광전 변환 소자(101), 제2 광전 변환 소자(102), 제1 온 칩 렌즈(151) 및 제2 온 칩 렌즈(152)의 평면 레이아웃을 추출한 도면이다. 또한, 도 6에서 점선으로 둘러싸인 영역은 도 3에 도시한 단위 화소(100)의 1개분의 영역에 상당한다.
도 6에는 도 5와 마찬가지로 제1 온 칩 렌즈(151)의 직경이 화소 피치와 동등해지고 또한, 제1 온 칩 렌즈(151)가 상하 좌우로 2차원 격자형상으로 배열되고 제1 온 칩 렌즈(151) 사이의 간극의 영역 내에 제2 온 칩 렌즈(152)가 들어가도록 제2 온 칩 렌즈(152)의 직경이 설계된 경우가 예시되어 있다.
도 7은 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 평면 레이아웃례를 도시하는 모식도로서, 도 6에 도시하는 제1 면에서의 제1 광전 변환 소자(101), 제2 광전 변환 소자(102), 제1 온 칩 렌즈(151) 및 제2 온 칩 렌즈(152)에 더하여 단위 화소(100)의 제1 면에서 각 화소 사이에 마련된 평면 레이아웃을 추출한 도면이다.
도 7에 도시하는 바와 같이 화소간 차광부(181)는 인접하는 화소에의 광의 누입을 막기 위해 마련되어 있다. 화소간 차광부(181)는 어떤 화소의 제1 온 칩 렌즈(151)와 이것에 인접하는 화소의 제1 온 칩 렌즈(151)가 가장 근접하는 부분에서는 이들 2개의 온 칩 렌즈의 내측 방향으로 각각 같은 폭을 가지고 배치된다.
또한, 화소간 차광부(181)는 제1 온 칩 렌즈(151)와 제2 온 칩 렌즈(152)가 가장 근접하는 부분에서는 이들 2개의 온 칩 렌즈의 내측 방향으로 각각 같은 폭을 가지고 배치되어 있다.
(1-3-2-3. 컬러 필터의 평면 레이아웃)
도 8은 각 실시 형태에 적용 가능한 컬러 필터 배열의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도로서, 도 7에 도시하는 제1 면에서의 제1 광전 변환 소자(101), 제2 광전 변환 소자(102), 제1 온 칩 렌즈(151), 제2 온 칩 렌즈(152) 및 화소간 차광부(181)의 평면 레이아웃에 더하여 단위 화소(100)의 제1 면에서 각 화소에 마련된 제1 컬러 필터(121R, 121G1, 121G2 및 121B) 및 제2 컬러 필터(122R, 122G1∼122G3, 122B1 및 122B2)의 평면 레이아웃을 추출한 도면이다. 또한, 이하의 설명에서 제1 컬러 필터를 구별하지 않는 경우, 그 부호를 121이라고 한다. 마찬가지로 제2 컬러 필터를 구별하지 않는 경우, 그 부호를 122라고 한다.
제1 컬러 필터(121)는 제1 화소로서의 대화소를 구성하는 제1 광전 변환 소자(101)에 대해 마련되는 컬러 필터이고 예를 들면, 각 화소에서의 제1 온 칩 렌즈(151)와 제1 광전 변환 소자(101) 사이에 배치된다.
제2 컬러 필터(122)는 제2 화소로서의 소화소를 구성하는 제2 광전 변환 소자(102)에 대해 마련되는 컬러 필터이고 예를 들면, 각 화소에서의 제2 온 칩 렌즈와 제2 광전 변환 소자(102) 사이에 배치된다.
도 4∼도 8 및 상술한 식(1)∼(3)에 의거하는 제1 온 칩 렌즈(151) 및 제2 온 칩 렌즈(152)의 사이즈로부터도 알 수 있듯이 대화소의 수광면의 면적은 소화소의 수광면의 면적보다도 크다.
여기서, 대화소에 대한 컬러 필터의 평면 레이아웃에 관해 설명한다. 대화소에 대한 제1 컬러 필터(121)는 도 8에 도시하는 바와 같이 예를 들면, 베이어 배열의 규칙에 따라 제1 면에 배열하고 있다. 따라서, 베이어 배열의 반복의 단위가 되는 2×2화소의 합계 4개의 대화소에서는 녹색(G)의 파장 성분을 투과하는 2개의 제1 컬러 필터(121G1 및 121G2)가 대각으로 위치하고 이것과 교차하도록 청색(B)의 파장 성분을 투과하는 제1 컬러 필터(121B)와 적색(R)의 파장 성분을 투과하는 제1 컬러 필터(121R)가 대각으로 위치하도록 배열하고 있다.
대화소에 대한 컬러 필터의 평면 레이아웃은 베이어 배열로 한하지 않고 다른 배열이라도 좋다.
소화소에 대해 마련되는 제2 컬러 필터(122)는 기본적으로는 대화소에 대해 마련되는 제1 컬러 필터(121)와 마찬가지로 예를 들어 베이어 배열이나 다른 컬러 필터 배열과 같은 파장 성분을 투과하는 컬러 필터의 조합으로 구성된다. 예를 들면, 제2 컬러 필터(122)에 대해 베이어 배열을 적용한 경우에는 배열의 반복의 단위가 녹색(G)의 파장 성분을 투과하는 2개의 제2 컬러 필터(122G1 및 122G2)와, 적색(R)의 파장 성분을 투과하는 1개의 제2 컬러 필터(122R)와, 청색(B)의 파장 성분을 투과하는 1개의 제2 컬러 필터(122B)로 구성된다.
(1-3-3. 구조례)
다음으로 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 구조례에 관해 설명한다. 도 9는 단위 화소(100)에 관한 단면의 모식도로서, 1화소 내에서 제1 온 칩 렌즈(151)와 제2 온 칩 렌즈(152)가 가장 근접하는 부분과, 인접하는 2화소에서 어떤 화소의 제2 온 칩 렌즈(152)와, 이것에 인접하는 화소의 제1 온 칩 렌즈(151)가 가장 근접하는 부분을 반복 모식적으로 기재하는 것이다.
도 9에서 각 단위 화소는 제1 광전 변환 소자(101)의 광전 변환부(제1 광전 변환부(101-11, 101-12, 101-13)), 제2 광전 변환 소자(102)의 광전 변환부(제2 광전 변환부(102-11, 102-12, 102-13), 이들 광전 변환부의 위에 각각 배치된 제1 온 칩 렌즈(151-11, 151-12, 151-13), 제2 온 칩 렌즈(152-11, 152-12, 152-13), 광전 변환부와 온 칩 렌즈 사이에 배치된 컬러 필터(201-11, 201-12, 201-13), 광전 변환부와 컬러 필터 사이에 배치된, 부의 고정 전하를 갖는 막(이른바 피닝막(231)), 층간 절연막(232), 제1 광전 변환부(101-11, 101-12 및 101-13)와, 제2 광전 변환부(102-11, 102-12 및 102-13)의 주위에 배치된 화소간 차광부(181-1, 181-2, 181-3, 181-4, 181-5, 181-6, 181-7)를 구비하고 있다.
도 9에서는 횡방향으로 왼쪽에서 R 화소와, G 화소 및 B 화소가 배열되어 있는 예를 도시하였다. R 화소는 적색(R)의 파장 성분을 투과하는 컬러 필터(201-11)가 마련된 화소이다. G 화소는 녹색(G)의 파장 성분을 투과하는 컬러 필터(201-12)가 마련된 화소이다. 또한, B 화소는 청색(B)의 파장 성분을 투과하는 컬러 필터(201-13)가 마련된 화소이다.
예를 들면, 중앙에 위치하는 G 화소를 참조한다. G 화소는 지지 기판(273)상에 배선(272)이 배치된 배선층(271)이 적층되어 있다. 배선층(271)상에 제1 광전 변환 소자(101)에서의 광전 변환부인 제1 광전 변환부(101-12)와, 제2 광전 변환 소자(102)에서의 광전 변환부인 제2 광전 변환부(102-12)가 형성되어 있다.
제1 광전 변환부(101-12)와 제2 광전 변환부(102-12)는 각각, P웰 영역(241)과, 그 내부에 형성된 n형 불순물 영역을 포함하는 포토 다이오드이다. 또한, 제1 광전 변환부(101-12)와 배선층(271) 사이에는 P형의 피닝 영역(233-12)이 형성되고 제2 광전 변환부(102-12)와 배선층(271) 사이에는 P형의 피닝 영역(235-12)이 형성되어 있다.
제1 광전 변환부(101-12)와 제2 광전 변환부(102-12) 사이에는 화소간 차광부(181-4)가 형성되고 제1 광전 변환부(101-12)로부터 제2 광전 변환부(102-12)에의 광의 누입과, 제2 광전 변환부(102-12)로부터 제1 광전 변환부(101-12)에의 광의 누입을 막도록 구성되어 있다.
또한, 좌측에 인접하는 화소(도 9에서는 R 화소)와의 사이에는 화소간 차광부(181-3)가 형성되고 좌측에 인접하는 R 화소로부터의 광의 누입을 막고 좌측에 인접하는 R 화소에의 광의 누입을 막는 구성으로 되어 있다.
마찬가지로 우측에 인접하는 화소(도 9에서는 B 화소)와의 사이에는 화소간 차광부(181-5)가 형성되고 우측에 인접하는 B 화소로부터의 광의 누입을 막고 우측에 인접하는 B 화소에의 광의 누입을 막는 구성으로 되어 있다.
(1-3-4. 동작례)
다음으로 각 실시 형태에 적용 가능한 단위 화소의 동작례에 관해 설명한다.
(노광 시작 시의 동작례)
도 10은 단위 화소의 노광 시작 시의 동작례를 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 우선, 이 도 10의 타이밍 차트와, 상술한 도 3의 회로도를 참조하여 단위 화소(100)의 노광 시작 시의 동작례에 관해 설명한다. 이 처리는 예를 들면, 화소 어레이부(11)의 화소행마다, 또는 복수의 화소행마다, 소정의 주사순으로 행해진다. 또한, 도 10에는 수평 동기 신호(XHS), 구동 신호(SEL, RST, FDG, TRG, TGS, FCG)의 타이밍 차트가 도시되어 있다.
우선, 시각(t1)에서 수평 동기 신호(XHS)가 입력되어 단위 화소(100)의 노광 처리가 시작한다.
다음으로 시각(t2)에서 구동 신호(RST, FDG)가 온하여 리셋 트랜지스터(108), 제2 전송 트랜지스터(104)가 온한다. 이에 의해 FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜이 결합되고 결합한 영역의 전위가 전원 전압(VDD)의 레벨로 리셋된다.
다음으로 시각(t3)에서 구동 신호(TRG)가 온하여 제1 전송 트랜지스터(103)가 온한다. 이에 의해 제1 광전 변환 소자(101)의 광전 변환부에 축적되어 있는 전하가 제1 전송 트랜지스터(103)를 통하여 FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜이 결합한 영역에 전송되고 제1 광전 변환 소자(101)의 광전 변환부가 리셋된다.
또한, 이하에서는 특별한 기재가 없는 한, 제1 광전 변환 소자(101)의 광전 변환부를 단지 제1 광전 변환 소자(101)로서 설명을 행한다. 마찬가지로 제2 광전 변환 소자(102)의 광전 변환부를 단지 제2 광전 변환 소자(102)로서 설명을 행한다.
다음으로 시각(t4)에서 구동 신호(TRG)가 오프하여 제1 전송 트랜지스터(103)가 오프한다. 이에 의해 제1 광전 변환 소자(101)에의 전하의 축적이 시작되고 노광 기간이 시작한다.
다음으로 시각(t5)에서 구동 신호(TGS, FCG)가 온하여 제4 전송 트랜지스터(106), 제3 전송 트랜지스터(105)가 온한다. 이에 의해 노드(113), FD부(107) 및 노드(112)의 포텐셜이 결합한다. 또한, 제2 광전 변환 소자(102)에 축적되어 있는 전하가 제4 전송 트랜지스터(106)를 통하여 결합한 영역에 전송되어 제2 광전 변환 소자(102) 및 노드(113)가 리셋된다.
다음으로 시각(t6)에서 구동 신호(TGS)가 오프하고 제4 전송 트랜지스터(106)가 오프한다. 이에 의해 제2 광전 변환 소자(102)에의 전하의 축적이 시작된다.
다음으로 시각(t7)에서 구동 신호(FCG)가 오프하고 제3 전송 트랜지스터(105)가 오프한다. 이에 의해 노드(113)가 제2 광전 변환 소자(102)로부터 넘치고 제4 전송 트랜지스터(106)의 오버플로우 패스를 통하여 전송되어 오는 전하의 축적을 시작한다.
다음으로 시각(t8)에서 구동 신호(RST, FDG)가 오프하여 리셋 트랜지스터(108), 제2 전송 트랜지스터(104)가 오프한다.
그리고 시각(t9)에서 수평 동기 신호(XHS)가 입력된다.
(판독 시의 동작례)
다음으로 도 11의 타이밍 차트를 참조하여 단위 화소(100)의 화소 신호의 판독 시의 제1 동작례에 관해 설명한다. 이 처리는 예를 들면, 화소 어레이부(11)의 화소행마다, 또는 복수의 화소행마다, 도 10의 처리가 행해지고 나서 소정의 시간 후에 소정의 주사순으로 행해진다. 또한, 도 11에는 수평 동기 신호(XHS), 구동 신호(SEL, RST, FDG, TRG, TGS, FCG)의 타이밍 차트가 도시되어 있다.
우선, 시각(t21)에서 수평 동기 신호(XHS)가 입력되고 단위 화소(100)의 판독 기간이 시작한다.
다음으로 시각(t22)에서 구동 신호(SEL, RST, FDG)가 온하고 선택 트랜지스터(110), 리셋 트랜지스터(108), 제2 전송 트랜지스터(104)가 온한다. 이에 의해 단위 화소(100)가 선택 상태가 된다. 또한, FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜이 결합되고 결합한 영역의 전위가 전원 전압(VDD)의 레벨로 리셋된다.
다음으로 시각(t23)에서 구동 신호(RST)가 오프하여 리셋 트랜지스터(108)가 오프한다.
다음으로 시각(t23)과 시각(t24) 사이의 시각(ta)에서 FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜이 결합한 영역의 전위에 의거하는 신호(NH2)가 증폭 트랜지스터(109) 및 선택 트랜지스터(110)를 통하여 수직 신호선(VSL)에 출력된다. 신호(NH2)는 FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜을 결합한 영역의 리셋한 상태에서의 전위에 의거하는 신호가 된다.
또한, 이하, 신호(NH2)를 고감도 리셋 신호(NH2)라고도 칭한다.
다음으로 시각(t24)에서 구동 신호(FDG)가 오프하고 제2 전송 트랜지스터(104)가 오프한다. 이에 의해 FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜의 결합이 해소된다.
다음으로 시각(t24)과 시각(t25) 사이의 시각(tb)에서 FD부(107)의 전위에 의거하는 신호(NH1)가 증폭 트랜지스터(109) 및 선택 트랜지스터(110)를 통하여 수직 신호선(VSL)에 출력된다. 신호(NH1)는 FD부(107)의 리셋한 상태에서의 전위에 의거하는 신호가 된다.
또한, 이하, 신호(NH1)를 고감도 리셋 신호(NH1)라고도 칭한다.
다음으로 시각(t25)에서 구동 신호(TRG)가 온하고 제1 전송 트랜지스터(103)가 온한다. 이에 의해 노광 기간 중에 제1 광전 변환 소자(101)에서 생성되고 축적된 전하가 제1 전송 트랜지스터(103)를 통하여 FD부(107)에 전송된다.
이 시각(t25)에서 화소 신호의 판독이 시작되고 노광 기간이 종료된다.
다음으로 시각(t26)에서 구동 신호(TRG)가 오프하고 제1 전송 트랜지스터(103)가 오프한다. 이에 의해 제1 광전 변환 소자(101)로부터 FD부(107)에의 전하의 전송이 정지한다.
다음으로 시각(t26)과 시각(t27) 사이의 시각(tc)에서 FD부(107)의 전위에 의거하는 신호(SH1)가 증폭 트랜지스터(109) 및 선택 트랜지스터(110)를 통하여 수직 신호선(VSL)에 출력된다. 신호(SH1)는 노광 기간 중에 제1 광전 변환 소자(101)에서 생성되고 축적된 전하가 FD부(107)에 축적된 상태에서의 FD부(107)의 전위에 의거하는 신호가 된다.
또한, 이하, 신호(SH1)를 고감도 데이터 신호(SH1)라고도 칭한다.
다음으로 시각(t27)에서 구동 신호(FDG, TRG)가 온하고 제2 전송 트랜지스터(104), 제1 전송 트랜지스터(103)가 온한다. 이에 의해 FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜이 결합하고 시각(t25)부터 시각(t26) 사이에 완전히 전송하지 못하고 제1 광전 변환 소자(101)에 남아 있는 전하가 제1 전송 트랜지스터(103)를 통하여 결합한 영역에 전송된다. 또한, 고감도 데이터 신호(SH1)의 판독 시에는 다루는 전하량에 대해 전하 전압 변환하는 용량이 작기 때문에 제1 광전 변환 소자(101)에 전하가 남아 있어도 문제가 되지는 않는다. 제1 광전 변환 소자(101)에 남은 전하는 고감도 데이터 신호(SH2)의 판독 시에 전하 전송할 수 있으면 되고 제1 광전 변환 소자(101)에 전하를 훼손하는 일은 없다.
다음으로 시각(t28)에서 구동 신호(TRG)가 오프하고 제1 전송 트랜지스터(103)가 오프한다. 이에 의해 제1 광전 변환 소자(101)로부터 FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜이 결합한 영역에의 전하의 전송이 정지한다.
다음으로 시각(t28)과 시각(t29) 사이의 시각(td)에서 FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜을 결합한 영역의 전위에 의거하는 신호(SH2)가 증폭 트랜지스터(109) 및 선택 트랜지스터(110)를 통하여 수직 신호선(VSL)에 출력된다. 신호(SH2)는 노광 기간 중에 제1 광전 변환 소자(101)에서 생성되고 축적된 전하가 FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜을 결합한 영역에 축적된 상태에서의 결합한 영역의 전위에 의거하는 신호가 된다. 따라서, 신호(SH2)의 판독 시에 전하 전압 변환하는 용량은 FD부(107)와 노드(112)를 합친 용량이 되고 시각(tc)에서의 고감도 데이터 신호(SH1)의 판독 시보다 커진다.
또한, 이하, 신호(SH2)를 고감도 데이터 신호(SH2)라고도 칭한다.
다음으로 시각(t29)에서 구동 신호(RST)가 온하고 리셋 트랜지스터(108)가 온한다. 이에 의해 FD부(107)와 노드(112)의 포텐셜을 결합한 영역의 전위가 전원 전압(VDD)의 레벨로 리셋된다.
다음으로 시각(t30)에서 구동 신호(SEL)가 오프하고 선택 트랜지스터(110)가 오프한다. 이에 의해 단위 화소(100)가 비선택 상태가 된다.
다음으로 시각(t31)에서 구동 신호(RST)가 오프하고 리셋 트랜지스터(108)가 오프한다.
다음으로 시각(t32)에서 구동 신호(SEL, TGS, FCG)가 온하고 선택 트랜지스터(110), 제4 전송 트랜지스터(106), 제3 전송 트랜지스터(105)가 온한다. 이에 의해 단위 화소(100)가 선택 상태가 된다. 또한, 노드(113), FD부(107) 및 노드(112)의 포텐셜이 결합함과 함께, 제2 광전 변환 소자(102)에 축적되어 있는 전하가 결합한 영역에 전송된다. 이에 의해 노광 기간 중에 제2 광전 변환 소자(102) 및 노드(113)에 축적된 전하가 결합한 영역에 축적된다.
다음으로 시각(t33)에서 구동 신호(TGS)가 오프하고 제4 전송 트랜지스터(106)가 오프한다. 이에 의해 제2 광전 변환 소자(102)로부터의 전하의 전송이 정지한다.
다음으로 시각(t33)과 시각(t34) 사이의 시각(te)에서 노드(113), FD부(107) 및 노드(112)의 포텐셜이 결합한 영역의 전위에 의거하는 신호(SL)가 증폭 트랜지스터(109) 및 선택 트랜지스터(110)를 통하여 수직 신호선(VSL)에 출력된다. 신호(SL)는 노광 기간 중에 제2 광전 변환 소자(102)에서 생성되고 제2 광전 변환 소자(102) 및 노드(113)에 축적된 전하가 노드(113), FD부(107) 및 노드(112)의 포텐셜이 결합한 영역에 축적된 상태에서의 결합한 영역의 전위에 의거하는 신호가 된다. 따라서, 신호(SL)의 판독 시에 전하 전압 변환하는 용량은 노드(113), FD부(107) 및 노드(112)를 합친 용량이 된다. 이 용량은 시각(tc)에서의 고감도 데이터 신호(SH1)의 판독 시 및 시각(td)에서의 고감도 데이터 신호(SH2)의 판독 시보다 커진다.
또한, 신호(SL)를 저감도 데이터 신호(SL)라고도 칭한다.
다음으로 시각(t34)에서 구동 신호(RST)가 온하고 리셋 트랜지스터(108)가 온한다. 이에 의해 노드(113), FD부(107) 및 노드(112)의 포텐셜이 결합한 영역이 리셋된다.
다음으로 시각(t35)에서 구동 신호(SEL, FCG)가 오프하고 선택 트랜지스터(110), 제3 전송 트랜지스터(105)가 오프한다. 이에 의해 단위 화소(100)가 비선택 상태가 된다. 또한, 노드(113)의 포텐셜이 FD부(107) 및 노드(112)의 포텐셜로부터 분리된다.
다음으로 시각(t36)에서 구동 신호(RST)가 오프하고 리셋 트랜지스터(108)가 오프한다.
다음으로 시각(t37)에서 구동 신호(SEL, FCG)가 온하고 선택 트랜지스터(110), 제3 전송 트랜지스터(105)가 온한다. 이에 의해 단위 화소(100)가 선택 상태가 된다. 또한, 노드(113)의 포텐셜이 FD부(107) 및 노드(112)의 포텐셜과 결합한다.
다음으로 시각(t37)과 시각(t38) 사이의 시각(tf)에서 노드(113), FD부(107) 및 노드(112)의 포텐셜이 결합한 영역의 전위에 의거하는 신호(NL)가 증폭 트랜지스터(109) 및 선택 트랜지스터(110)를 통하여 수직 신호선(VSL)에 출력된다. 이 신호(NL)는 노드(113), FD부(107) 및 노드(112)의 포텐셜이 결합한 영역의 리셋된 상태에서의 전위에 의거하는 신호가 된다.
또한, 신호(NL)를 저감도 리셋 신호(NL)라고도 칭한다.
다음으로 시각(t38)에서 구동 신호(SEL, FDG, FCG)가 오프하고 선택 트랜지스터(110), 제2 전송 트랜지스터(104), 제3 전송 트랜지스터(105)가 오프한다. 이에 의해 단위 화소(100)가 비선택 상태가 된다. 또한, 노드(113), FD부(107) 및 노드(112)의 포텐셜의 결합이 해소된다.
다음으로 시각(t39)에서 수평 동기 신호(XHS)가 입력되고 단위 화소(100)의 화소 신호의 판독 기간이 종료된다.
[2. 제1 실시 형태]
다음으로 본 개시의 제1 실시 형태에 관해 설명한다. 제1 실시 형태는 상술한 촬상 소자로서의 CMOS 이미지 센서(10)에 관한 것이고 단위 화소(100)에서 전하를 축적하는 축적부의 배치에 관한 것으로 특히 제2 광전 변환 소자(102)를 포함하는 화소에서 제2 광전 변환 소자(102)에서 생성된 전하를 축적하는 부유 확산층인 노드(113)의 배치에 관한 것이다. 이하에서는 이 노드(113)를 축적부라고도 부른다.
또한, 제1 광전 변환 소자(101)를 포함하는 대화소는 제2 광전 변환 소자(102)를 포함하는 소화소에 대해 예를 들어 수광면의 면적이 크고 입사광에 대한 감도가 높다. 그때문에 특별한 기재가 없는 한, 단위 화소(100)에 포함되는 대화소를 고감도 화소, 소화소를 저감도 화소로서 설명을 행한다.
FD 축적형의 화소 구조에서는 FD부에 직접 광, 또는 전자가 들어가는 것이 크로스토크나 PLS(Parasitic Light Sensitivity)의 대폭 악화의 요인이 된다. 특히 하이 다이내믹 레인지 대응을 목적으로 한, 감도가 다른 화소를 조합시킨 화소 구조인 경우, 저감도 화소가 FD 축적형이라면, 고감도 화소로부터의 광이 저감도 화소의 FD부에 직접적으로 입사함으로써, 대폭적인 특성 악화에 이어질 우려가 있다.
예를 들면, 특허 문헌 2에는 저감도 화소에 MOS 용량을 접속함으로써 FD 축적형의 화소 구조를 형성하고 있다. 그렇지만, 특허 문헌 2에는 그 FD부에 관한 위치에 관해서는 기재되어 있지 않아, 상술한 바와 같은 특성 악화의 회피가 곤란하다고 생각할 수 있다.
제1 실시 형태에서는 단위 화소(100)에서 축적부를 적절한 위치에 배치함으로써, 고감도 화소에 입사한 광의 저감도 화소에의 입사에 의한 특성 악화를 억제하는 것을 가능하게 하고 있다.
도 12A, 도 12B 및 도 12C는 축적부의 배치 위치를 모식적으로 도시하는 화소의 한 예의 평면도이다. 도 12A 및 도 12B는 제1 실시 형태에 관한 축적부의 적절한 배치의 예를 도시하는 도면이다. 한편, 도 12C는 축적부를 부적절한 위치에 배치하는 예를 모식적으로 도시하는 한 예의 평면도이다. 이들 도 12A∼도 12C 및 이후의 같은 평면도는 화소의 입사면의 반대측, 예를 들어 도 9의 배선층(271)의 측에서 본 모식도이다. 도 12A∼도 12C에서 도면의 종방향을 화소 어레이부(11)의 열방향, 횡방향을 화소 어레이부(11)의 행방향으로 한다.
또한, 이들 도면에서 도 9에 도시하는 각 색의 제1 컬러 필터(121) 및 제2 컬러 필터(122) 및 축적부 이외의 구성은 생략되고 필요에 응하여 화소간 차광부(181)에 대응하는 구성이 기재되어 있다. 또한, 제1 컬러 필터(121) 및 제2 컬러 필터(122)는 단지 컬러 필터로서 설명을 행한다.
도 12A∼도 12C에서 동일한 파장 성분의 광(예를 들어 녹색)을 투과하는 컬러 필터가 마련되고 서로 인접하여 배치되는 고감도 화소(300a) 및 저감도 화소(301a)로 1개의 단위 화소가 구성된다. 축적부(302a)는 예를 들어 도 3 및 도 4의 노드(113)에 대응하는 것으로 저감도 화소(301a)에 대응하여 마련되어 있다. 마찬가지로 각각 녹색의 컬러 필터가 마련되고 서로 인접하여 배치되는 고감도 화소(300c) 및 저감도 화소(301c)의 조 및 고감도 화소(300d) 및 저감도 화소(301d)의 조로 각각 1개의 단위 화소가 구성된다. 또한, 이들 단위 화소 각각의 저감도 화소(301c 및 301d)에 대응하여 축적부(302c 및 302d)가 각각 마련된다. 또한, 동일한 파장 성분의 광(예를 들어 적색)을 투과하는 컬러 필터가 마련되고 서로 인접하여 배치되는 고감도 화소(300b)와 저감도 화소(301b)로 1개의 단위 화소가 구성된다. 저감도 화소(301b)에 대응하여 축적부(302b)가 마련된다.
고감도 화소(300a) 및 저감도 화소(301a)를 포함하는 단위 화소에 대해 열방향으로 인접하여 고감도 화소(300b) 및 저감도 화소(301b)를 포함하는 단위 화소가 배치된다. 이때, 각 단위 화소는 고감도 화소(300a)의 1변과, 고감도 화소(300b)의 1변이 경계부(310)에 의해 접함과 함께, 저감도 화소(301a)의 1변과 고감도 화소(300b)의 다른 1변이 접하는 배치로 되어 있다.
고감도 화소(300a) 및 저감도 화소(301a)를 포함하는 단위 화소에 대해 고감도 화소(300a) 및 저감도 화소(301a) 각각의 중심을 연결하는 선의 방위에 인접하여 고감도 화소(300c) 및 저감도 화소(301c)를 포함하는 단위 화소와, 고감도 화소(300d) 및 저감도 화소(301d)를 포함하는 단위 화소가 배치된다.
축적부의 적절한 제1 배치례인 도 12A에서 저감도 화소(301a)에 대응하는 축적부(302a)가 고감도 화소(300a)와 고감도 화소(300b)가 열방향으로 접하는 경계부(310)에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 예를 들면, 축적부(302a)는 경계부(310)에 대응하는 위치로서, 경계부(310)를 넘는 위치에 배치된다. 다른 축적부(302b, 302c 및 302d)도 마찬가지로 각각 대응하는 저감도 화소(301b, 301c 및 301d)가 포함되는 단위 화소의 각 고감도 화소(300b, 300c 및 300d)와, 당해 고감도 화소(300b, 300c 및 300d)에 열방향으로 인접하는 고감도 화소의 경계부에 배치되어 있다.
또한, 이하에서 고감도 화소(300a∼300d)를 구별할 필요가 없는 경우에는 이들 고감도 화소(300a∼300d)를 적절히 고감도 화소(300)로서 설명을 행한다. 또한, 저감도 화소(301a∼301d)를 구별할 필요가 없는 경우에는 이들 저감도 화소(301a∼301d)를 적절히 저감도 화소(301)로서 설명을 행한다. 마찬가지로 축적부(302a∼302d)를 구별할 필요가 없는 경우에는 이들 축적부(302a∼302d)를 적절히 축적부(302)로서 설명을 행한다.
축적부의 적절한 제2 배치례인 도 12B에서 고감도 화소(300c) 및 저감도 화소(301c)로 구성되는 단위 화소는 고감도 화소(300b) 및 저감도 화소(301b)를 포함하는 단위 화소에 대해 행방향으로 인접하고 있다. 도 12B의 예에서는 저감도 화소(301b)에 대응하는 축적부(302b)가 고감도 화소(300b)와 고감도 화소(300c)가 행방향으로 접하는 경계부(311)에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 다른 축적부(302b, 302c 및 302d)도 마찬가지로 각각 대응하는 저감도 화소(301b, 301c 및 301d)가 포함되는 단위 화소의 각 고감도 화소(300b, 300c 및 300d)와, 당해 고감도 화소(300b, 300c 및 300d)에 행방향으로 인접하는 고감도 화소의 경계부에 배치되어 있다.
한편, 축적부의 부적절한 배치례인 도 12C에 의하면, 예를 들어 축적부(302a)가 고감도 화소(300a)와 저감도 화소(301a)가 접하는 경계부(312)에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 다른 축적부(302b, 302c 및 302d)도 마찬가지로 각각 대응하는 저감도 화소(301b, 301c 및 301d)와, 고감도 화소(300b, 300c 및 300d)가 접하는 경계부에 배치되어 있다.
여기서, 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)를 연결하는 방위는 고감도 화소로부터 저감도 화소의 제2 광전 변환 소자(102)에의 입사광의 누입(크로스토크)이 가장 많아지는 방위이다. 또한, 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)를 연결하는 방위는 그 방위에 저감도 화소(301)의 축적부(302)를 배치한 경우에 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)의 축적부(302)에의 크로스토크가 가장 많아진다. 도 12C의 예에서는 이 고감도 화소로부터 저감도 화소의 제2 광전 변환 소자(102)에의 크로스토크가 가장 많아지는 방위와, 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)의 축적부(302)에의 크로스토크가 가장 많아지는 방위를 갖추어 버리고 있다.
한편, 도 12A 및 도 12B의 예에서는 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)의 제2 광전 변환 소자(102)에의 크로스토크에 관해서는 도 12C의 예와 동등하다. 그렇지만, 도 12A 및 도 12B의 예에서는 저감도 화소(301)의 축적부(302)의 배치 위치는 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)의 축적부(302)에의 크로스토크가 최악으로 되는 방위가 아니다. 따라서, 도 12A 및 도 12B의 배치는 도 12C의 배치에 대해 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)의 축적부(302)에의 크로스토크의 점에서 유리하다.
이하, 「고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)의 제2 광전 변환 소자(102)에의 크로스토크」를 적절히 「고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 크로스토크」와 같이 기재한다.
도 13은 제1 실시 형태에 관한, 적절한 위치에 축적부(302)가 배치된 경우의 화소의 한 예의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 이 도 13은 상술한 도 12A에 대응하는 도면이다. 도 13의 오른쪽 도면은 도 12A의 배치에서의 A-A'단면 및 B-B'단면을 도시한다.
도 13의 왼쪽 도면은 도 13의 오른쪽 도면의 구성에서 화소 단위에서의 고감도 화소의 중앙과 저감도 화소의 중앙을 연결하는 선을 따른 단면인 A-A'단면을 도시하는 도면이다. 또한, 도 13의 중앙도는 도 13의 오른쪽 도면의 구성에서 열방향으로 정렬하는 고감도 화소의 중앙을 연결하는 선을 따른 단면인 B-B'단면을 도시하는 도면이다.
도 13에서의 A-A'단면도 및 B-B'단면도에 도시되는 바와 같이 도시되지 않은 지지 기판에 대해 배선층(271)(도 9 참조)이 적층되고 또한, P웰 영역(241)(도 9 참조)을 포함하는 반도체층(330)이 적층된다. 반도체층(330)의 입사면측에 컬러 필터(320)가 마련되고 컬러 필터(320)의 입사면측에 온 칩 렌즈(322)가 마련되어 있다.
A-A'단면도에 도시되는 바와 같이 고감도 화소(300a)와, 저감도 화소(301c 및 301d)의 경계부(312)에는 상술한 화소간 차광부(181)에 대응하는 트렌치 차광부(303)가 층 방향으로 깊이 파여서 마련되어 있다. 마찬가지로 B-B'단면도에 도시되는 바와 같이 고감도 화소(300a)와 고감도 화소(300b)의 경계부(310)에도 트렌치 차광부(303)가 층 방향으로 깊이 파여서 마련되어 있다.
여기서, 저감도 화소(301a)에 대응하는 축적부(302a)를 저감도 화소(301a)의 영역 내에 배치하는 것은 면적 율속의 점에서 곤란하다. 그때문에 축적부(302a)의 배치 위치가 포인트가 된다. 제1 실시 형태에서는 축적부(302a)를 화소와 화소의 경계부에 배치한다. 경계부에는 트렌치 차광부(303)가 마련되기 때문에 인접하는 화소로부터 축적부(302a)에의 직접적인 광의 입사(도면 중에 경로(S)로 나타낸다)나 블루밍을 억제하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 도 12B에 관해서도, 축적부(302)가 고감도 화소 사이의 경계에 대응하는 부분에 배치된다. 그때문에 도 13의 중앙도의 예와 마찬가지로 경계부에 마련된 트렌치 차광부(303)에 의해 인접하는 화소로부터 축적부에의 직접적인 광의 입사나 블루밍을 억제하는 것이 가능하다.
도 14는 부적절한 위치에 축적부(302)가 배치된 경우의 화소의 한 예의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 이 도 14는 상술한 도 12C와 대응하는 도면이다. 도 14의 오른쪽 도면은 도 12C의 배치에서의 A-A'단면 및 B-B'단면을 도시한다.
이 예의 경우, 예를 들어 축적부(302a)가 고감도 화소(300a)와 저감도 화소(301a)의 경계부(312)에 배치되어 있다. 여기서, 상술한 바와 같이 축적부(302a)를 저감도 화소(301a)의 영역 내에 배치하는 것이 곤란하기 때문에 실제로는 축적부(302a)는 예를 들어 고감도 화소(300a)측에 붙어서, 배치된다. 그때문에 축적부(302a)는 고감도 화소(300a)측에서 본 경우에 경계부(310)에 마련되는 트렌치 차광부(303)의 앞측에 배치되게 된다. 따라서, 이 배치의 경우, 고감도 화소(300a)로부터의 광이 축적부(302a)에 대해 직접적으로 입사될 가능성이 있고(도면 중에 경로(T)로 나타낸다), 또한, 블루밍이 발생할 우려도 있다.
또한, 레이아웃에 따라서는 축적부(302a)를 도 13의 중앙도와 마찬가지로 고감도 화소(300a)와 저감도 화소(301a)의 경계의 경계부(312)에 대응하는 위치에 배치 가능해지는 것도 생각되어질 수 있다. 이 경우, 축적부(302a)를 당해 경계부(312)에 배치해도, 축적부(302a)에 대한 인접 화소로부터의 광의 직접적인 입사나 블루밍의 발생을 억제하는 것이 가능하다.
또한, 이 경우에도 도 12A 및 도 12B를 이용하여 설명한 바와 같이 축적부(302a)를 고감도 화소(300a)와 저감도 화소(301a)를 연결하는 선의 방위가 아니라, 고감도 화소(300a)와, 당해 고감도 화소(300a)에 인접하는 다른 고감도 화소의 경계부에 배치함으로써, 보다 높은 효과가 얻어진다. 이것은 상술한 바와 같이 고감도 화소(300a)로부터 저감도 화소(301a)의 제2 광전 변환 소자(102)에의 크로스토크가 최악으로 되는 방위와, 고감도 화소(300a)로부터 저감도 화소(301a)의 축적부(302a)에의 크로스토크가 최악으로 되는 방위를 갖추지 않음에 기인한다.
(2-1. 제1 변형례)
다음으로 제1 실시 형태의 제1 변형례에 관해 설명한다. 제1 실시 형태의 제1 변형례는 축적부(302)를 단위 화소가 행렬형상의 배열로 배치되는 화소 어레이부(11)에 대한 화각(畵角)의 방향을 따른 위치에 배치하는 예이다. 또한, 화소 어레이부(11)는 촬상 장치 등에의 실장 시에는 입사면측에 화소 어레이부(11)의 중심에 광축을 맞추어서, 메인 렌즈가 배치되는 것으로 한다.
도 15A는 화소 어레이부(11)의 행방향에 대한 화각이 열방향으로 넓은 경우의 예를 도시하는 도면이다. 즉, 도 15A에 도시되는 화소 어레이부(11)는 행방향이 장변으로 되어 있다. 도 15A에서 화소 어레이부(11)는 행방향의 변이 장변으로 되어 있고 화소 어레이부(11a)의 단부에서의 입사각(θH)이 열방향의 단부에서의 입사각(θV)보다도 커진다. 따라서, 입사광의 인접 화소에의 크로스토크는 행방향이 열방향에 대해 불리해진다.
도 15B는 제1 실시 형태의 제1 변형례에 관한, 도 15A에 도시한, 화소 어레이부(11)에 대한 축적부(302)의 배치의 예를 도시하는 도면이다. 또한, 도 15B는 상술한 도 12A와 동일한 내용이지만, 설명을 위해 재게한다. 이 경우, 상술한 바와 같이 입사광의 인접 화소에의 크로스토크는 행방향이 열방향에 대해 불리해지고 있기 때문에 저감도 화소(301)의 축적부(302)를 열방향으로 인접하여 배치되는 고감도 화소(300)의 경계부에 배치한다. 도 15B의 예에서는 열방향으로 순차적으로 인접하는 고감도 화소(300b, 300a, …)의 각각이 접하는 각 경계부(310)에 대해 저감도 화소(301b, 301a, …)의 축적부(302b, 302a, …)를 각각 배치한다.
이와 같이 화소 어레이부(11)에 대한 행방향의 화각이 열방향의 화각보다도 큰 경우, 저감도 화소(301)의 축적부(302)를 열방향으로 순차적으로 인접하는 고감도 화소(300)의 각 경계부(310)에 배치한다. 환언하면, 각 경계부(310)는 화소 어레이부(11)의 장변의 방향을 따른 것으로 되고 당해 축적부(302)는 화소 어레이부(11)의 장변의 방향을 따른 경계부(310)에 배치된다. 이에 의해 축적부(302)를 행방향으로 순차적으로 인접하는 각 고감도 화소(300)의 각 경계부(311)에 배치하는 경우에 비해 각 축적부(302)에 대한 입사광의 입사각(θV)을 입사각(θH)에 대해 상대적으로 저각도로 할 수 있다. 따라서, 저감도 화소(301)의 축적부(302)에 대한 크로스토크를 억제하는 것이 가능해진다.
도 16A는 화소 어레이부(11)의 열방향에 대한 화각이 행방향에 대한 화각보다도 넓은 경우의 예를 도시하는 도면이다. 즉, 도 16A에 도시되는 화소 어레이부(11)는 열방향이 장변으로 되어 있다. 도 16A에서 화소 어레이부(11)는 열방향의 변이 장변으로 되어 있고 화소 어레이부(11b)의 단부에서의 메인 렌즈로부터의 입사광의 입사각(θ)은 열방향의 단부에서의 입사각(θV)이 행방향의 단부에서의 입사각(θH)보다도 커진다. 따라서, 입사광의 인접 화소에의 크로스토크는 열방향이 행방향에 대해 불리해진다.
도 16B는 제1 실시 형태의 제1 변형례에 관한, 도 16A에 도시한, 화소 어레이부(11)에 대한 화각이 열방향으로 넓은 경우의 축적부(302)의 배치의 예를 도시하는 도면이다. 또한, 도 16B는 상술한 도 12B와 동일한 내용이지만, 설명을 위해 재게한다. 이 경우, 상술한 바와 같이 입사광의 인접 화소에의 크로스토크는 열방향이 행방향에 대해 불리해지고 있기 때문에 저감도 화소(301)의 축적부(302)를 행방향으로 인접하여 배치되는 고감도 화소(300)의 경계부에 배치한다. 도 16B의 예에서는 행방향으로 순차적으로 인접하는 고감도 화소(300) 각각이 접하는 각 경계부(311)에 대해 저감도 화소(301)의 축적부(302)를 각각 배치한다. 이 경우도, 경계부(311)는 화소 어레이부(11)의 장변의 방향을 따른 것으로 되고 당해 축적부(302)는 화소 어레이부(11)의 장변의 방향을 따른 경계부(311)에 배치된다.
이 경우도, 상술한 도 15A 및 도 15B의 경우와 마찬가지로 저감도 화소(301)의 축적부(302)가 행방향으로 순차적으로 인접하는 고감도 화소(300)의 각 경계부(311)에 배치된다. 그때문에 축적부(302)를 열방향으로 순차적으로 인접하는 각 고감도 화소(300)의 각 경계부(310)에 배치하는 경우에 비해 각 축적부(302)에 대한 입사광의 입사각(θH)을 입사각(θV)에 대해 상대적으로 저각도로 할 수 있다. 따라서, 저감도 화소(301)의 축적부(302)에 대한 고감도 화소(300)로부터의 크로스토크를 억제하는 것이 가능해진다.
(2-2. 제2 변형례)
다음으로 제1 실시 형태의 제2 변형례에 관해 설명한다. 제1 실시 형태의 제2 변형례는 트렌치 차광부(303)의 배치에 관한 예이다. 도 17A는 제1 실시 형태의 제2 변형례에 관한 트렌치 차광부(303)의 제1 배치례를 모식적으로 도시하는 평면도이다. 또한, 도 17B는 제1 실시 형태의 제2 변형례에 관한 트렌치 차광부(303)의 제2 배치례를 모식적으로 도시하는 평면도이다. 상술한 바와 같이 도 17A 및 도 17B는 도 9에서의 배선층(271)측에서 본 평면도이다.
저감도 화소(301) 각각의 축적부(302)가 고감도 화소(300)와, 당해 고감도 화소(300)와 인접하는 다른 고감도 화소(300)의 경계부(310)에 배치된다. 이 축적부(302)가 배치되는 경계부(310)에 대해 트렌치 차광부(303)를 마련하는 것이 바람직하다. 도 17A에 도시하는 제1 예에서는 트렌치 차광부(303)는 각 고감도 화소(300)와, 각 저감도 화소(301)의 주위에 간극 없이 마련되어 있다.
이것으로 한하지 않고 도 17B에 제2 예로서 도시되는 바와 같이 적어도, 고감도 화소(300)의 축적부(302)가 배치되는 변(즉 경계부(310))으로 한정하여 트렌치 차광부(303)를 마련하는 것으로도, 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)의 축적부(302)에 대한 크로스토크 등을 억제하는 것이 가능하다.
이와 같이 제1 실시 형태 및 그 각 변형례에서는 저감도 화소(301)의 축적부(302)를 단위 화소 사이의 경계부에 배치하고 있기 때문에 고감도 화소(300)로부터 당해 축적부(302)에 대한 입사광의 누입을 억제할 수 있다. 이에 의해 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)의 축적부(302)에 대한 크로스토크 및 그것에 의한 블루밍을 억제할 수 있고 화각 내에서의 색 특성을 향상시킬 수 있다.
[3. 제2 실시 형태]
다음으로 본 개시의 제2 실시 형태에 관해 설명한다. 제2 실시 형태는 상술한 촬상 소자로서의 CMOS 이미지 센서(10)에서 인접하는 화소에의 광의 누입을 막기 위해 마련되는 화소간 차광부(181)(도 7∼도 9 참조)에 관한 것이다.
예를 들면, 특허 문헌 1에는 면적이 다른 고감도 화소와 저감도 화소를 포함하는 화소 단위를 갖는 화소 구조가 개시되어 있다. 이 화소 구조에서는 고감도 화소와 저감도 화소의 감도가 크게 다르기 때문에 고감도 화소로부터 저감도 화소에의 크로스토크가 발생할 우려가 있다. 이 크로스토크의 대책으로서, 특허 문헌 1에는 저감도 화소측의 화소간 차광폭을 굵게 하는 예가 나타나 있다. 그렇지만, 이 경우, 저감도 화소의 감도가 대폭적으로 저하되기 때문에 고감도 화소와의 감도비도 포함시킨 설계가 필요해진다. 또한, 저감도 화소의 사입사광에 대한 특성의 열화나 저감도 화소의 감도 저하에 의해 고감도 화소로부터의 크로스토크 비율이 상승할 우려도 있다.
본 개시의 제2 실시 형태에서는 인접하는 2개의 화소 사이에 배치되는 화소간 차광부의 폭을 당해 2개의 화소의 감도차에 응한 폭으로 한다.
도 18A 및 도 18B는 제2 실시 형태에 관한 화소간 차광부의 배치에 관해 설명하기 위한 모식도이다. 도 18A는 화소의 평면도, 도 18B는 도 18A에서의 A-A'단면 및 B-B'단면을 도시하는 도면이다. 또한, 도 18A는 화소의 입사면의 반대측, 예를 들어 도 9의 배선층(271)의 측에서 본 모식도이다. 도 18A에서는 고감도 화소(300a) 및 저감도 화소(301a)를 포함하는 단위 화소와, 고감도 화소(300b) 및 저감도 화소(301b)를 포함하는 단위 화소가 행방향으로 인접하여 배치되어 있다.
도 18A에서 각 고감도 화소(300) 및 각 저감도 화소(301)에 대해 화소간 차광부를 구성하는 화소간 차광막(321)이 마련된다. 화소간 차광막(321)의 재료는 예를 들어 텅스텐, 티탄, 티탄나이트라이드, SiO2, 수지 등을 적용할 수 있다.
화소간 차광막(321)에는 각 고감도 화소(300) 및 각 저감도 화소(301) 각각에 대응하여 개구부(361 및 362)가 마련된다. 각 고감도 화소(300) 및 각 저감도 화소(301)에 조사된 광은 이들 각 개구부(361 및 362)로부터, 각 고감도 화소(300) 및 각 저감도 화소(301)에 포함되는 제1 광전 변환 소자(101) 및 제2 광전 변환 소자(102)에 입사된다.
또한, 도 18A의 예에서는 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 각 화소 사이에 트렌치 차광부(303)가 마련되어 있다. 보다 구체적으로는 고감도 화소(300)끼리의 경계부(311)에 트렌치 차광부(303bg)가 마련되고 저감도 화소(301)의 주위에 트렌치 차광부(303sml)가 마련되어 있다. 도 18B의 A-A'단면도에 도시되는 바와 같이 트렌치 차광부(303bg)는 고감도 화소(300)끼리의 경계부(311)의 위치로부터 층 방향으로 깊이 파인 홈에 특정한 재료가 매입되어 형성된다. 트렌치 차광부(303)에 매입되는 재료는 예를 들어 SiO2, 텅스텐, 알루미늄, 티탄, 티탄나이트라이드, 마그네슘-티탄 합금, 마그네슘-니켈 합금, 산화 탄탈 등을 적용할 수 있다.
제2 실시 형태에서는 인접하는 2개의 화소 사이의 감도차가 큰 경계부에서의 화소간 차광막(321)의 폭을 그 외의 화소 사이의 경계부에서의 화소간 차광막(321)의 폭보다 굵게 하고 있다. 즉, 고감도 화소(300)끼리 및 저감도 화소(301)끼리에서는 화소 사이의 감도차가 작다. 이에 대해 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)에서는 화소 사이의 감도차가 이들 고감도 화소(300)끼리 및 저감도 화소(301)끼리의 경우에 비해 크다. 따라서, 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)의 경계부(312)에서의 화소간 차광막(321)의 폭을 고감도 화소(300) 사이의 경계부(311)(도 18A의 화소 배치에서는 저감도 화소(301)끼리는 접하지 않는다)에서의 화소간 차광막(321)의 폭보다 굵게 한다.
도 18A를 이용하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 18A를 참조하면, 행방향으로 인접하는 고감도 화소(300a 및 300b) 및 이들 고감도 화소(300a 및 300b)에 각각 접하는 저감도 화소(301a)에 관해 생각할 수 있다.
화소간 차광막(321)의 고감도 화소(300a)와 고감도 화소(300b) 사이에 마련되는 부분에서 가장 폭이 좁아지는 위치의 화소 사이의 경계부(311)로부터 고감도 화소(300a)(의 개구부(361))까지의 폭을 폭(W1)으로 한다. 도 18A의 예에서는 고감도 화소(300a)의 개구부(361)는 경계부(311)에 대해 비스듬하게 배치되어 있기 때문에 당해 개구부(361)의 경계부(311)측의 모서리부(角部)가 당해 가장 폭이 좁아지는 위치가 된다. 마찬가지로 당해 부분에서의 가장 폭이 좁아지는 위치의 화소 사이의 경계부(311)로부터 고감도 화소(300b)(의 개구부(361))까지의 폭을 폭(W2)으로 한다.
또한, 화소 사이의 경계부는 동(瞳) 보정이 없는 상태의 화소 어레이부(11)의 중앙부의 화소에 대해 마련되는 트렌치 차광부(303)의 중심선으로 할 수 있다.
또한, 화소간 차광막(321)의 고감도 화소(300b)와, 고감도 화소(300b)의 1변에 접하는 저감도 화소(301a) 사이에 마련되는 부분에서 가장 폭이 좁아지는 위치의 화소 사이의 경계부(312)를 기점으로 한 고감도 화소(300b)(의 개구부(361))까지의 폭을 폭(W3)으로 한다. 도 18A의 예에서는 고감도 화소(300b)의 저감도 화소(301a)와 접하는 측의 개구부(561)의 변과, 저감도 화소(301a)의 고감도 화소(300b)에 접하는 측의 개구부(561)의 변이 평행해지도록 배치되어 있다. 그때문에 당해 가장 폭이 좁아지는 위치는 저감도 화소(301a)의 고감도 화소(300b)에 접하는 측의 개구부(561)의 변의 범위가 된다. 마찬가지로 당해 부분에서의 가장 폭이 좁아지는 위치의 화소 사이의 경계부(312)를 기점으로 한 저감도 화소(301a)(의 개구부(361))까지의 폭을 폭(W4)으로 한다.
이 경우, 폭(W1∼W4)에 관해 아래와 같은 식(1)의 조건을 충족시키도록 화소간 차광막(321)을 구성한다.
W3+W4>W1+W2… (1)
또한, 제1 실시 형태에서는 상술한 폭(W1) 및 폭(W2) 및 폭(W3) 및 폭(W4)에 관해 아래와 같은 식(2) 및 식(3)의 각 조건을 충족시키도록 화소간 차광막(321)을 구성한다. 또한, 식(2)의 조건은 제2 실시 형태에서 필수가 아니다. 또한, 폭(W4)은 예를 들어 제2 실시 형태를 적용하지 않는 경우의 폭으로 하는 것이 생각되어질 수 있다.
W1=W2… (2)
W3>W4… (3)
이 식(3)은 화소간 차광막(321)이 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301) 사이에서는 고감도 화소(300)측에 붙어서 마련되는 것을 나타내고 있다. 따라서, 저감도 화소(301)의 개구부(362)의 면적을 손상시키는 일 없이 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301) 사이의 화소간 차광막(321)의 폭을 고감도 화소(300) 사이의 화소간 차광막(321)의 폭보다 넓게 할 수 있다.
이에 의해 저감도 화소(301)에서 기존 구조의 저감도 화소에 대해 감도 저하나 사입사 감도의 저하가 없고 또한, 고감도 화소(300)의 감도 저하도 작게 억제하면서 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 크로스토크를 억제할 수 있다.
(3-1. 제1 변형례)
다음으로 제2 실시 형태의 제1 변형례에 관해 설명한다. 상술한 제2 실시 형태에서는 각 화소 사이의 경계부에 트렌치 차광부(303)를 마련하였다. 이에 대해 이 제2 실시 형태의 제1 변형례는 각 화소 사이의 경계부에 트렌치 차광부(303)를 마련하지 않는 예이다.
도 19A 및 도 19B는 제2 실시 형태의 제1 변형례에 관한 화소간 차광부의 배치에 관해 설명하기 위한 모식도이다. 도 19A 및 도 19B는 각각 상술한 도 18A 및 도 18B와 대응하는 도면으로서, 도 19A는 화소의 평면도, 도 19B는 도 19A에서의 A-A'단면 및 B-B'단면을 도시하는 단면도이다.
도 19A 및 도 19B에 도시하는 바와 같이 각 고감도 화소(300) 사이 및 각 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301) 사이에 트렌치 차광부(303)가 마련되어 있지 않다. 한편, 각 고감도 화소(300) 사이에 마련되는 화소간 차광막(321)에서의 경계부(311)로부터 고감도 화소(300b 및 300a) 각각의 측의 각 폭(W1 및 W2)과, 각 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 사이에 마련되는 화소간 차광막(321)에서의 경계부(312)로부터 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301) 각각의 측의 각 폭(W3 및 W4)은 상술한 식(1)∼(3)의 조건을 충족시키도록 된다.
이 제2 실시 형태의 제1 변형례와 같은 각 화소 사이의 경계부에 트렌치 차광부(303)를 마련하지 않는 경우라도, 화소간 차광막(321)을 상술한 식(1)∼(3)의 조건을 충족시키도록 구성함으로써, 상술한 제2 실시 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제2 실시 형태의 제1 변형례에서 화소 사이의 경계부는 실리콘 기판에 박힌 불순물 농도의 주기 패턴의 경계로서 정의하는 것이 가능하다.
(3-2. 제2 변형례)
다음으로 제2 실시 형태의 제2 변형례에 관해 설명한다. 상술한 제2 실시 형태 및 그 제1 변형례에서는 화소가 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)를 포함하는 화소 단위로 배열되어 있는데, 제2 실시 형태에 적용 가능한 화소 배열은 이것으로 한정되지 않는다. 이 제2 실시 형태의 제2 변형례는 제2 실시 형태를 화소의 RCCC 배열로 적용한 예이다.
RCCC 배열은 예를 들면, 2화소×2화소로 배열된 4개의 화소에서 1개의 화소에 적색의 컬러 필터가 배치되고 다른 3개의 화소에 무색(클리어)의 컬러 필터가 배치된 구성으로 되어 있다. 한 예로서, RCCC 배열을 차량 탑재용의 촬상 장치에 적용한 경우, 예를 들면, 보다 낮은 조도에서의 촬상이 가능해짐과 함께, 자동차의 프런트 라이트와 테일 라이트의 식별이 용이해진다.
도 20은 제2 실시 형태의 제2 변형례에 적용 가능한, RCCC 배열에 의한 화소 배열의 예를 도시하는 모식도이다. 도 20의 예에서는 2화소×2화소의 배열로 배치되는 화소(3000∼3003)로 1개의 화소 세트가 구성되고 화소 어레이에서 이 화소 세트가 행렬형상의 배열로 배치된다. 화소 세트에 포함되는 각 화소(3000) 중, 화소(3000)는 적색의 파장 성분의 광을 선택적으로 투과시키는 필터가 배치되고 화소(3001∼3003)는 무색의 필터 즉 가시광 영역의 전역의 광을 투과시키는 필터가 배치된다.
여기서, 화소(3000)는 컬러 필터에서 적색의 파장 성분 이외의 파장 성분의 광이 감쇠되기 때문에 화소(3001∼3003)에 대해 감도가 낮다. 따라서, 화소(3001∼3003)가 상술한 고감도 화소(300)에 대응하고 화소(3000)가 저감도 화소(301)에 대응한다. 또한, 화소 세트의 영역에서 각 화소(3000∼3003)의 개구부 이외의 영역에 화소간 차광막(3010)이 마련된다. 이와 같은 구성인 경우, 화소(3000)에 대한, 화소(3000)에 인접하는 화소(3001 및 3002)로부터의 입사광의 누입이 발생할 가능성이 있다.
여기서, 화소 세트의 영역을 행방향으로 등분하여 2분할하는 경계부(3020)와, 열방향으로 등분하여 2분할하는 경계부(3021)를 생각하여 분할된 각각의 영역을 화소 영역으로 한다. 도 20의 예에서는 화소(3000 및 3003)는 이 화소 영역의 중앙에 각각 배치된다. 또한, 화소(3001)는 당해 화소 영역의 중앙에 장변이 열방향을 따르도록 배치되고 화소(3002)는 당해 화소 영역의 중앙에 장변이 행방향을 따르도록 배치되어 있다.
이 배치의 경우, 화소간 차광막(3010)의 화소(3000)와 화소(3001) 사이에 마련되는 부분에서 화소(3000)의 개구부의 우단(右端)과 경계부(3020) 사이의 폭이 상술한 폭(W4)에 상당하고 화소(3001)의 개구부의 좌단(左端)과 경계부(3020) 사이의 폭이 상술한 폭(W3)에 상당한다. 마찬가지로 화소(3000)의 개구부의 하단과 경계부(3021) 사이의 폭이 상술한 폭(W4)에 상당하고 화소(3002)의 상단과 경계부(3021) 사이의 폭이 상술한 폭(W3)에 상당한다.
이 경우에도 폭(W3 및 W4)을 상술한 식(3)의 조건을 충족시키도록 함으로써, 저감도 화소인 화소(3000)의 감도 저하나 사입사 감도의 저하가 없고 또한, 고감도 화소인 화소(3001 및 3002)의 감도 저하도 작게 억제하면서 화소(3001 및 3002)로부터 화소(3000)에의 크로스토크를 억제할 수 있다.
[4. 제3 실시 형태]
다음으로 본 개시의 제3 실시 형태에 관해 설명한다. 제3 실시 형태는 상술한 촬상 소자로서의 CMOS 이미지 센서(10)에서의 트렌치 차광부(303)의 구성에 관한 것이다.
고감도 화소와 저감도 화소가 한 쌍이 되어 단위 화소를 구성하는 화소 구조에서 저감도 화소의 주위와 고감도 화소 사이의 어느 쪽에도 크로스토크 억제를 위한 트렌치 차광부를 간극 없이 배치하는 경우에 관해 생각할 수 있다. 이 경우, 고감도 화소 사이의 트렌치 차광부와, 저감도 화소 주위의 트렌치 차광부의 연결 부분의 폭이 확대하여 마이크로 로딩 효과에 의해 트렌치 차광부의 깊이가 연결 부분에서 국소적으로 깊어진다.
한편으로 트렌치 차광부를 깊게 하면, 하지(下地)인 FD 공핍층 영역에 트렌치 차광부가 걸린다, 또는 깊이 파는 것에 의한 데미지가 축적되는 등에 의해 암시(暗時) 특성이 악화되는 것이 알려져 있어, 트렌치 차광부의 깊이는 그 깊이로 율속되어 버린다.
이상으로부터, 트렌치 차광부를 간극 없이 배치하려고 하면, 가장 크로스토크를 억제하고 싶은 고감도 화소와 저감도 화소 사이가 아니라, 화소 사이 차광의 연결 부분에서 트렌치 차광부의 깊이가 최대가 되고 효과적인 차광을 할 수 없다. 예를 들면, 특허 문헌 3에서는 트렌치 차광부에 대응하는 구성으로서, 절연막이 매입된 소자 분리부가 기재되어 있는데, 그 레이아웃에 관해서는 화소를 둘러싸도록 격자형상으로 배치되는 점이 기재될 뿐, 마이크로 로딩 효과에의 대책 등에 관해서는 기재가 없다.
도 21은 제3 실시 형태에 관한 트렌치 차광부(303)의 구성례에 관해 설명하기 위한 모식도이다. 도 21은 화소의 평면도이다. 또한, 도 21은 화소의 입사면의 반대측, 예를 들어 도 9의 배선층(271)의 측에서 본 모식도이다.
도 21에서는 도면의 수평 방향이 행방향, 수직 방향이 열방향이 되고 고감도 화소(300a) 및 저감도 화소(301a)를 포함하는 단위 화소와, 고감도 화소(300b) 및 저감도 화소(301b)를 포함하는 단위 화소와, 고감도 화소(300d) 및 저감도 화소(301d)를 포함하는 단위 화소와, 고감도 화소(300b) 및 저감도 화소(301b)를 포함하는 단위 화소가 행방향으로 인접하여 배치되어 있다. 또한, 고감도 화소(300d) 및 저감도 화소(301d)를 포함하는 단위 화소가 고감도 화소(300b) 및 저감도 화소(301b)를 포함하는 단위 화소와, 열방향으로 인접하여 배치되어 있다.
도 21에서 설명을 위해 고감도 화소(300a 및 300b)와, 저감도 화소(301a)에 주목한다. 저감도 화소(301a)의 주위는 트렌치 차광부(303sml)가 간극 없이 환언하면, 연속하여 배치된다. 한편, 고감도 화소(300a)와, 당해 고감도 화소(300a)에 대해 행방향으로 인접하는 고감도 화소(300b) 사이는 트렌치 차광부(303bg)가 배치된다. 이때, 트렌치 차광부(303bg)와, 트렌치 차광부(303sml)를 연결하지 않고 간극(Gp)을 열어서 이간시켜서 배치한다.
이 배치에 의하면, 트렌치 차광부(303bg)와 트렌치 차광부(303sml)의 연결 부분이 발생하지 않는다. 그때문에 마이크로 로딩 효과에 의한, 트렌치 차광부(303bg)의 선폭이 국소적으로 굵어지고 그 깊이가 국소적으로 깊어지는 부분이 형성되는 것이 방지된다. 따라서, 트렌치 차광부(303bg)의 깊이를 전체로서 일률로 할 수 있고 보다 높은 차광 효과를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 간극(Gp)의 간격은 트렌치 차광부(303bg)와 트렌치 차광부(303sml)가 연결되지 않는 간격이라면, 특히 한정되지 않는다.
또한, 이하에서는 트렌치 차광부(303bg)와 트렌치 차광부(sml)를 특히 구별할 필요가 없는 경우에는 적절히 트렌치 차광부(303bg)와 트렌치 차광부(sml)를 트렌치 차광부(303)로서 통합하여 설명을 행한다.
도 22 및 도 23의 단면도를 이용하여 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 도 22 및 도 23은 도 22의 오른쪽 위에 예시되는 바와 같이 도 21에 도시한 배치와 동등한 화소 배치에서의 A-A'단면, B-B'단면 및, C-C'단면을 도시하고 있다.
여기서, 단면 A-A'는 저감도 화소(301a 및 301d) 각각의 중앙부를 연결하는 선을 따른 단면이다. 단면 B-B'는 고감도 화소(300a 및 300b) 각각의 중앙부를 행방향으로 연결하는 선을 따른 단면이다. 또한, 단면 C-C'는 고감도 화소(300a 및 300b)를 행방향으로 저감도 화소(301d)의 가장 가까운 곳을 통과하여 연결하는 선을 따른 단면이다.
도 22는 제3 실시 형태를 적용하지 않는 경우의 화소의 한 예의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 22에서 C-C'단면에 도시되는 트렌치 차광부(303bg)는 저감도 화소(301d)의 주위에 배치되는 트렌치 차광부(303sml)와 접속되어 있기 때문에 마이크로 로딩 효과에 의해 깊게 형성된다. 다른 트렌치 차광부(303bg 및 303sml)의 깊이는 이 트렌치 차광부(303bg)의 깊이에 율속되어 이 트렌치 차광부(303bg)의 깊이보다 얕게 형성된다(A-A'단면, B-B'단면 참조). 따라서, 예를 들어 A-A'단면의 도면에 도시되는 바와 같이 고감도 화소(300b)에 비스듬하게 입사된 광이 얕게 형성된 트렌치 차광부(303sml)의 하부로부터, 인접하는 저감도 화소(301d)에 누입해 버릴 우려가 있다(경로 U1 참조). 마찬가지로 B-B'단면의 도면에 도시되는 바와 같이 고감도 화소(300a)에 비스듬하게 입사된 광이 얕게 형성된 트렌치 차광부(303bg)의 하부로부터, 인접하는 고감도 화소(300b)에 누입되어 버릴 우려도 있다(경로 U2 참조).
도 23은 제3 실시 형태를 적용한 경우의 화소의 한 예의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 이 경우, 저감도 화소(301)의 주위에 배치되는 트렌치 차광부(303sml)와, 고감도 화소(300) 사이에 배치되는 트렌치 차광부(303bg) 사이에 간극(Gp)이 마련되고 이들 트렌치 차광부(303sml)와 트렌치 차광부(303bg)가 연결되지 않는다. 따라서, A-A'단면, B-B'단면 및 C-C'단면의 도면에 각각 도시되는 바와 같이 각 트렌치 차광부(303bg)와 각 트렌치 차광부(303sml)를 개략 균일한 깊이로 형성하는 것이 가능해진다. 이에 의해 각 트렌치 차광부(303bg) 및 각 트렌치 차광부(303sml)를 소망하는 깊이 예를 들면, 보다 차광 효과가 높고 또한, 암시 특성에 영향이 적은 깊이로 형성하는 것이 가능해진다.
도 23의 예에서는 A-A'단면의 도면에 도시되는 바와 같이 고감도 화소(300b)로부터 저감도 화소(301d)에의 입사광의 누입(경로(V1) 참조)이 억제된다. 또한, B-B'단면의 도면에 도시되는 바와 같이 고감도 화소(300a 및 300b) 사이의 입사광의 누입(경로(V2) 참조)이 억제된다. 또한, C-C'단면의 도면에 도시되는 바와 같이 저감도 화소(301) 주위의 트렌치 차광부(303sml)의 가장 가까운 위치에서도, 고감도 화소(300a 및 300b) 사이의 입사광의 누입이 억제된다.
또한, 고감도 화소(300)에 입사한 광은 고감도 화소(300)에 마련되는 온 칩 렌즈(322)에 의해 예를 들어 중앙부에 집광되기 때문에 트렌치 차광부(303bg)와 트렌치 차광부(303sml) 사이에 간격(Gp)이 마련되는 영향은 적다.
이와 같이 제3 실시 형태에 의하면, 크로스토크의 영향이 큰 저감도 화소(301) 사이를 소망하는 깊이의 트렌치 차광부(303sml)로 간극 없이 둘러싸면서 고감도 화소(300) 사이에도 효과적인 트렌치 차광부(303bg)를 형성할 수 있다. 그때문에 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 크로스토크를 억제할 수 있음과 함께, 고감도 화소(300) 사이의 크로스토크도 억제할 수 있다.
(4-1. 제1 변형례)
다음으로 제3 실시 형태의 제1 변형례에 관해 설명한다. 도 24는 제3 실시 형태의 제1 변형례에 관한 트렌치 차광부(303)의 구성례에 관해 설명하기 위한 모식도이다. 도 24는 화소의 입사면의 반대측, 예를 들어 도 9의 배선층(271)의 측에서 본 평면도이다. 각 고감도 화소(300) 및 각 저감도 화소(301)의 배치는 상술한 도 21에 도시한 배치와 동일하기 때문에 여기서의 설명을 생략한다.
도 24에서 상술한 도 21과 마찬가지로 고감도 화소(300) 사이에 마련되는 트렌치 차광부(303bg)는 저감도 화소(301)의 주위에 마련되는 트렌치 차광부(303sml)에 대해 간격(Gp)을 두고 배치된다.
또한, 제3 실시 형태의 제1 변형례에서는 각 저감도 화소(301)의 주위에 배치되는 트렌치 차광부(303sml)의 폭(W5)을 각 고감도 화소(300) 사이에 배치되는 트렌치 차광부(303bg)의 폭에 대해 굵게 한다. 즉, 제3 실시 형태의 제1 변형례에서는 크로스토크를 가장 억제하고 싶은 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301) 사이의 트렌치 차광부(303sml)의 폭(W5)을 리소그래피의 단계에서 미리 굵게 형성해 둔다. 이에 의해 당해 트렌치 차광부(303sml)의 깊이를 의도적으로 깊게 형성할 수 있다.
한 예로서, 배선층(271)상에 배치되는 부유 확산층(예를 들어 도 12A 등에 도시하는 축적부(302))의 위치와의 관계 등으로 고감도 화소(300) 사이의 트렌치 차광부(303bg)를 깊게 하면 암시 특성이 악화되는 한편, 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301) 사이에서는 트렌치 차광부(303sml)를 보다 깊게 해도 암시 특성의 악화가 없는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 고감도 화소(300) 사이에 배치되는 트렌치 차광부(303bg)의 깊이에 율속되는 일 없이 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301) 사이에 배치되는 트렌치 차광부(303sml)의 깊이를 깊게 하는 것이 가능해진다. 이에 의해 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 크로스토크를 효과적으로 억제할 수 있다.
(4-2. 제2 변형례)
다음으로 제3 실시 형태의 제2 변형례에 관해 설명한다. 제3 실시 형태의 제2 변형례에서는 상술한 제3 실시 형태의 제1 변형례에 대해 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 면적의 차이에 의한 감도차에 더하여 다른 요인에 의한 감도차에 응하여 화소 사이에 배치하는 트렌치 차광부(303)의 폭을 바꾼다.
도 25는 제3 실시 형태의 제2 변형례에 관한 트렌치 차광부(303)의 구성례에 관해 설명하기 위한 모식도이다. 도 25는 화소의 입사면의 반대측, 예를 들어 도 9의 배선층(271)의 측에서 본 평면도이다.
도 25의 예에서는 고감도 화소(300R1 및 300R2) 및 저감도 화소(301R1 및 301R2)는 각각 적색의 파장 성분의 광을 투과시키는 컬러 필터가 마련된, 적색 화소이다. 고감도 화소(300R1) 및 저감도 화소(301R1)의 조 및 고감도 화소(300R2) 및 저감도 화소(301R2)의 조로 각각 1개의 단위 화소가 구성된다.
또한, 고감도 화소(300G1 및 300G2) 및 저감도 화소(301G1 및 301G3)는 각각 녹색의 파장 성분의 광을 투과시키는 컬러 필터가 마련된, 녹색 화소이다. 고감도 화소(300G1) 및 저감도 화소(301G1)의 조 및 고감도 화소(300G3) 및 저감도 화소(301G3)의 조로 각각 1개의 단위 화소가 구성된다. 또한, 고감도 화소(300B1 및 300B2) 및 저감도 화소(301B1)는 각각 청색의 파장 성분의 광을 투과시키는 컬러 필터가 마련된, 청색 화소이다. 고감도 화소(300B1) 및 저감도 화소(301B1)의 조로 1개의 단위 화소가 구성된다.
도 25에서 고감도 화소(300B2) 및 당해 고감도 화소(300B2)에 대응하는 저감도 화소(도시하지 않음)를 포함하는 단위 화소와, 고감도 화소(300G1) 및 저감도 화소(301G1)를 포함하는 단위 화소와, 고감도 화소(300B1) 및 저감도 화소(301B1)를 포함하는 단위 화소가 열방향으로 순차적으로 인접하여 배치되어 있다. 또한, 고감도 화소(300R1) 및 저감도 화소(301R1) 를 포함하는 단위 화소와, 고감도 화소(300G1) 및 저감도 화소(301G1)를 포함하는 단위 화소와, 고감도 화소(300R2) 및 저감도 화소(301R2)를 포함하는 단위 화소가 행방향으로 순차적으로 인접하여 배치되어 있다.
여기서, 각 고감도 화소(300) 및 각 저감도 화소(301)에서 크기의 차이뿐만 아니라, 예를 들어 마련되는 컬러 필터에 의해서도, 감도차가 발생한다. 예를 들면, 같은 면적 및 구조의 화소로 비교한 경우, 녹색의 파장 성분의 광을 투과하는 컬러 필터를 마련한 화소(이하, G 화소라고 부른다)와, 청색의 파장 성분의 광을 투과하는 컬러 필터를 마련한 화소(이하, B 화소라고 부른다)에서는 일반적으로는 G 화소 쪽이 감도가 높다. 또한, G 화소와, 적색의 파장 성분의 광을 투과하는 컬러 필터를 마련한 화소(이하, R 화소라고 부른다)에서는 일반적으로는 G 화소 쪽이 감도가 높다. R 화소, G 화소 및 B 화소의 감도의 순위는 예를 들어 「G 화소>R 화소>B 화소」와 같이 된다.
한 예로서, 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 크로스토크가 가장 현저해지는 고감도 화소(300)가 감도가 높은 예를 들어 G 화소이고 저감도 화소(301)가 감도가 낮은 예를 들어 R 화소가 되는 화소 경계에 배치되는 트렌치 차광부(303sml)의 폭을 리소그래피의 단계에서 미리 굵게 형성해 둔다. 이에 의해 상술한 제3 실시 형태의 제1 변형례의 경우와 마찬가지로 크로스토크를 가장 억제하고 싶은 개소의 트렌치 차광부(303)를 선택적으로 깊게 형성할 수 있고 그 이외의 개소가 얕아짐으로써, 암시 특성의 개선이 가능하다.
한 예로서, 도 25에서 예를 들어 서로 인접하는 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)에 동일한 파장 성분의 광을 투과시키는 컬러 필터를 마련한 경우의 당해 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)의 경계부에 배치하는 트렌치 차광부(303sml)의 폭을 기준으로서 생각할 수 있다. 도 25의 예에서는 각각 R 화소인 고감도 화소(300R1)와 저감도 화소(301R1)가 인접하는 경계부에서의 트렌치 차광부(303sml2)의 폭(W11)이나 각각 G 화소인 고감도 화소(300G1)와 저감도 화소(301G1)가 인접하는 경계부에서의 트렌치 차광부(303sml1)의 폭이 기준의 폭이 된다.
제1 예로서, 저감도 화소(301)에 감도가 낮은 색의 컬러 필터가 마련되고 고감도 화소(300)에 감도가 높은 색의 컬러 필터가 마련되는 경우에 관해 설명한다. 이 경우, 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)의 면적의 차이에 의한 감도차에 컬러 필터에 의한 감도차가 더해저서, 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)의 감도차가 보다 커진다.
도 25의 예에서는 B 화소인 저감도 화소(301B1)의 주위에 배치되는 트렌치 차광부(303sml3)의 G 화소인 고감도 화소(300G1)와 인접하는 경계부에 배치되는 부분의 폭(W13)을 기준의 폭보다도 굵게 형성한다. 마찬가지로 예를 들어 R 화소인 저감도 화소(301R1)의 주위에 배치되는 트렌치 차광부(303sml2)의 G 화소인 고감도 화소(300G1 및 300G2)와 인접하는 각 경계부에 배치되는 부분의 폭(W10)을 기준의 폭보다도 굵게 형성한다.
제2 예로서, 저감도 화소(301)에 감도가 높은 색의 컬러 필터가 마련되고 고감도 화소(300)에 감도가 낮은 색의 컬러 필터가 마련되는 경우에 관해 설명한다. 이 경우, 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)의 면적의 차이에 의한 감도차가 컬러 필터에 의한 감도차로 어느 정도 상쇄되기 때문에 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)의 감도차가 작아진다.
도 25의 예에서는 G 화소인 저감도 화소(301G3)의 주위에 배치되는 트렌치 차광부(303sml4)의 R 화소인 고감도 화소(R1)와 인접하는 경계부에 배치되는 부분의 폭(W12)을 기준의 폭(W11)과 동등하게 한다. 마찬가지로 G 화소인 저감도 화소(301G1)의 주위에 배치되는 트렌치 차광부(303sml)의 B 화소인 고감도 화소(B2)와 인접하는 경계부에 배치되는 부분의 폭을 기준의 폭(W11)과 동등하게 한다.
또한, 인접하는 2개의 고감도 화소(300) 중, 일방에 감도가 높은 색의 컬러 필터가 마련되고 타방에 감도가 높은 컬러 필터가 마련되는 경우에 관해서는 고감도 화소(300) 사이에 배치되는 트렌치 차광부(303bg)의 폭의 변경 등은 행하지 않는다.
[5. 제4 실시 형태]
다음으로 본 개시의 제4 실시 형태에 관해 설명한다. 제4 실시 형태는 상술한 촬상 소자로서의 CMOS 이미지 센서(10)에서 인접하는 화소에의 광의 누입을 막기 위해 마련되는 구성에 관한 것이다.
(5-0. 기존 기술에 관해)
우선, 제4 실시 형태에 관련되는 기존 기술에 관해 설명한다. 특허 문헌 4에는 화소 사이의 차광 구조를 연구함으로써 인접하는 화소 사이에서의 혼색 억제 효과(크로스토크 억제 효과)를 높이도록 한 기술이 개시되어 있다. 도 26을 이용하여 기존 기술로서의 특허 문헌 4에 의한 화소간 차광 구조의 예에 관해 설명한다.
도 26은 기존 기술에 관한 고체 촬상 소자의 입사광(H)의 입사 방향을 따른 한 예의 단면을 도시하는 단면도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이 고체 촬상 소자는 반도체 기판(2000)의 내부에 화소(P)를 구성하는 포토 다이오드(2004)와 화소 분리부(2020)가 마련되어 있다. 여기서는 박막화된 단결정 실리콘의 반도체 기판(2000)에 마련되어 있다. 반도체 기판(2000)의 이면(도 26에서는 상면)에는 컬러 필터(CF), 마이크로 렌즈(ML) 등의 부재가 마련되어 있다. 화소(P)는 예를 들어 격자형상의 배열로 배치되고 화소 어레이를 구성한다.
이에 대해 반도체 기판(2000)의 표면(도 26에서는 하면)에는 도시되지 않은 화소 회로나 배선이 마련되는 배선·회로층(2010)이 마련되어 있고 배선·회로층(2010)에서 반도체 기판(2000)의 측에 대해 반대 측의 면에는 지지 기판(도시하지 않음)이 마련되어 있다.
반도체 기판(2000)의 이면(도 26에서는 상면)측으로부터 입사하는 입사광(H)을 포토 다이오드(2004)가 수광한다. 포토 다이오드(2004)의 상방에는 도 26에 도시하는 바와 같이 컬러 필터(광학 필터)(CF), 마이크로 렌즈(ML)가 마련되어 있고 각 부를 순차적으로 통하여 입사한 입사광(H)을 수광면(JS)에서 수광하여 광전 변환이 행해진다.
포토 다이오드(2004)는 전하를 축적하는 전하 축적 영역으로서 형성되는 n형 반도체 영역(2000n)이 반도체 기판(2000)의 p형 반도체 영역(2000pa, 2000pc)의 내부에 마련되어 있다.
고체 촬상 장치(1)에서 마이크로 렌즈(ML)는 반도체 기판(2000)의 이면(도 26에서는 상면)의 측에서 컬러 필터(CF)의 상면에 마련되어 있다. 마이크로 렌즈(ML)는 각 화소(P)에 대응하도록 복수가 배치되어 있다. 마이크로 렌즈(ML)는 수지 등의 유기 재료를 이용하여 형성되고 반도체 기판(2000)의 이면측에서 볼록형상으로 돌출한 볼록 렌즈이고 각 화소(P)의 포토 다이오드(2004)에 입사광(H)을 집광하도록 구성되어 있다.
반도체 기판(2000)의 내부에는 복수의 화소(P)의 사이를 전기적으로 분리하는 화소 분리부(2020)가 마련되어 있고 포토 다이오드(2004)는 이 화소 분리부(2020)로 구획된 화소(P)의 영역 내에 마련되어 있다.
화소 분리부(2020)에 관해 설명한다. 당해 고체 촬상 장치에서 화소 분리부(2020)는 반도체 기판(2000)의 내부에서 복수의 화소(P)의 사이를 구획하도록 형성되어 있다. 그리고 화소 분리부(2020)는 복수의 화소(P)의 각각의 사이를 전기적으로 분리하고 있다. 즉, 각 화소(P)의 포토 다이오드(2004) 사이를 전기적으로 분리하고 있다.
복수의 화소(P) 사이에 위치하는 화소 분리부(2020)에서는 포토 다이오드(2004)의 전하 축적 영역을 구성하는 n형 반도체 영역(2000n) 사이에 p형 반도체 영역(2000pa, 2000pc)이 마련되어 있다. 그리고 반도체 기판(2000)에서 입사광(H)이 입사하는 이면(상면)의 측으로서, 포토 다이오드(2004)의 측부에 위치하는 부분에 트렌치(TR)가 마련되어 있다.
구체적으로는 제1 트렌치(TR1)와 제2 트렌치(TR2)를 포함하도록 트렌치(TR)가 형성되어 있다. 여기서는 제1 트렌치(TR1)가 반도체 기판(2000)에서 깊은 부분에 마련되어 있다.
제2 트렌치(TR2)는 반도체 기판(2000)에서 제1 트렌치(TR1)보다도 얕은 부분에 형성되어 있다. 즉, 제2 트렌치(TR2)가 반도체 기판(2000)의 이면(상면)으로부터 하방에 측면이 수직으로 연재되어 있고 제1 트렌치(TR1)가 그 제2 트렌치(TR2)의 저면의 중심 부분으로부터 하방에 측면이 수직으로 연재되도록 형성되어 있다. 또한, 제2 트렌치(TR2)는 제1 트렌치(TR1)보다도 폭이 넓게(두께가 두껍게) 되도록 형성되어 있다.
또한, 이 예에서는 트렌치(TR)는 복수의 화소(P) 사이에서는 반도체 기판(2000)의 이면(상면)을 따른 방향에서 대칭이 되도록 형성되어 있다.
화소 분리부(2020)는 피닝층(2003)과, 절연막(2002)과, 차광층(2001)을 포함하고 이들 각 부가 상기 트렌치(TR)의 내부에 마련되어 있다. 절연막(2002)은 반도체 기판(2000)의 얕은 부분에서 제1 트렌치(TR1)의 상방에 형성된 제2 트렌치(TR2)의 내측의 면을 피복하도록 형성되어 있다. 또한, 절연막(2002)은 화소 분리부(2020) 외에 반도체 기판(2000)의 이면(상면)에서는 피닝층(2003)을 통하여 수광면(JS)을 피복하도록 형성되어 있다.
차광층(2001)은 반도체 기판(2000)의 얕은 부분에서 피닝층(2003)과 절연막(2002)을 통하여 제2 트렌치(TR2)의 내부를 매입하도록 형성되어 있다. 차광층(2001)은 예를 들어 텅스텐(W)이나 알루미늄(Al)이라는 광에 대한 차광성이 높은 금속 재료를 이용하여 구성되어 있다.
이와 같이 특허 문헌 4에 의한 구조에서는 화소(P) 사이에 폭이 다른 2종류의 트렌치(TR)(제1 트렌치(TR1) 및 제2 트렌치(TR2))를 갖는 화소간 차광 구조(이하, B-RDTI(B-Rear Deep Trench Isolation)를 제안하고 있고 트렌치(TR) 중 반도체 기판(2000)의 심부측의 제1 트렌치(TR1)의 폭보다, 이면측(도 26에서는 상면)의 제2 트렌치(TR2)의 폭 쪽이 넓게 되어 있다. 이 제2 트렌치(TR2)의 내부에 차광층(2001)을 매입함으로써, 혼색 억제 효과를 높이고 있다. 또한, 특허 문헌 4는 적용되는 화소 레이아웃은 각 화소가 행렬형상의 배열로 배치되는 격자형상의 레이아웃으로 한정된다.
특허 문헌 4의 기술에서는 차광층(2001)에 의해 혼색 억제 효과가 높아지는 한편으로 차광층(2001)을 매입하기 위해 제2 트렌치(TR2)의 폭을 제1 트렌치(TR1)에 대해 넓힐 필요가 있다. 그때문에 화소(P)의 개구 면적(수광면의 면적)과, 포토 다이오드(2004)의 체적이 감소함에 의해 화소(P)의 감도와, 포토 다이오드(2004)의 포화가 저하되어 버리게 된다.
(5-1. 제4 실시 형태에 관해)
(5-1-1. 제4 실시 형태의 개요)
그래서, 본 개시의 제4 실시 형태에서는 상술한 기존 기술을 본 개시에 의한 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 구조에 적용하고 제1 트렌치(TR1)와, 차광층(2001)을 매입한 제2 트렌치(TR2)를 위치 관계가 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 경계 부분에 대해 비대칭이 되도록 배치한다. 이에 의해 화소의 감도나 포토 다이오드 즉 제1 광전 변환 소자(101)(도 3 및 도 4 참조)의 포화 특성과 같은 중요 특성의 열화를 억제하면서 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)를 배치한 경우의 과제가 되는 혼색 억제 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 제4 실시 형태에서는 제2 트렌치(TR2)를 저감도 화소(301)측에 가깝게 배치한다. 이에 의해 차광층을 매입함에 의한 제2 트렌치(TR2)의 폭의 증대에 의한, 고감도 화소(300)에서의 화소의 감도의 저하나 제1 광전 변환 소자(101)의 포화 특성의 저하를 억제하는 것이 가능하다.
즉, 차광막을 매입한 제2 트렌치(TR2)를 저감도 화소(301)의 측에 가깝게 배치함으로써, 고감도 화소(300)의 감도와 제1 광전 변환 소자(101)의 포화 특성의 저하를 억제하는 것이 가능하다. 한편, 저감도 화소(301)에서는 낮은 감도가 되는 설계이고 포토 다이오드(제2 광전 변환 소자(102))의 포화 특성은 화소 내용량 즉 전하 축적부(111)(도 3 및 도 4 참조)에 의해 결정하고 있다. 그때문에 저감도 화소(301)는 제2 트렌치(TR2)를 저감도 화소(301)의 측에 가깝게 함에 의한 개구 면적(수광면의 면적)이나 제2 광전 변환 소자(102)의 체적의 감소에 의한 영향이 적다.
따라서, 제4 실시 형태에 관한 구성을 적용함으로써, 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)를 이용한 구성에서 중요한, 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 감도비에 대한 영향이 억제되어 보다 높은 혼색 억제 효과를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 제4 실시 형태에 관한 구성에서 얻어지는 다른 효과로서는 입사광의 광전 변환 소자에의 경사로부터의 입사에 의한 사입사 특성의 악화를 고려하는 일 없이 옵티컬 블랙 영역(예를 들어 화소간 차광부(181))의 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 경계에 대한 비대칭의 레이아웃이 가능해지는 점을 들 수 있다. 이에 의해 예를 들어 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 감도비 등 특성의 조정에 관해 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로는 기존 기술에 의하면, 옵티컬 블랙 영역의 레이아웃은 사입력 특성과 감도비의 특성의 트레이드 오프를 충분히 고려하여 설계할 필요가 있었다. 제4 실시 형태에 관한 구성을 적용함으로써, 이 트레이드 오프에 관한 고려를 줄이는 것이 가능해진다.
(5-1-2. 제4 실시 형태의 구체적인 설명)
다음으로 제4 실시 형태에 관해 보다 구체적으로 설명한다. 도 27은 제4 실시 형태에 관한 단위 화소의 단면을 모식적으로 도시하는 모식도이다. 도 27은 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)가 정렬하는 방향의 단면을 모식적으로 나타내는 것으로 제4 실시 형태의 설명과 관련이 엷은 부분의 기재를 생략하고 있다.
도 27에서 도 26과 마찬가지로 반도체층(330)의 상측이 이면측, 하측이 표면측이라고 한다. 반도체층(330)의 표면측에 배선층(271)이 마련된다. 반도체층(330)의 이면측은 층간 절연막(323)을 통하여 광학 필터(이 예에서는 컬러 필터(CF))와 온 칩 렌즈(322)가 마련된다.
각 컬러 필터(CF)의 경계, 즉, 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 각 경계 부분에 대해 층간 절연막(323)으로부터 반도체층(330)의 표면측을 향하여 트렌치 차광부(303a, 303b 및 303c)가 층 방향으로 깊이 파여서 마련되어 있다. 도 27에서 반도체층(330)의 트렌치 차광부(303a)와 트렌치 차광부(303b)로 구획된 영역이 제1 광전 변환 소자(101)에 상당하고 트렌치 차광부(303b)와 트렌치 차광부(303c)로 구획된 영역이 제2 광전 변환 소자(102)에 상당한다.
각 트렌치 차광부(303a, 303b 및 303c)의 저부(도 27에서의 상단부)에 옵티컬 블랙 영역으로서, 상술한 화소간 차광부(181)에 대응하는 화소간 차광부(351)가 마련되고 차광벽(350)이 화소간 차광부(351)로부터 층 방향으로 깊이 파여서 마련되어 있다. 차광벽(350)은 도 26의 차광층(2001)에 대응하고 예를 들어 재료로서 텅스텐(W)이 이용된다. 이것으로 한하지 않고 차광벽(350)은 알루미늄(Al) 등의 차광성이 높은 다른 재료라도 좋다.
여기서, 각 트렌치 차광부(303a, 303b 및 303c)에서 차광벽(350)을 포함하지 않는 부분을 제1 트렌치 차광부(303TR1), 차광벽(350)을 포함하는 부분을 제2 트렌치 차광부(303TR2)라고 부른다. 각 트렌치 차광부(303a, 303b 및 303c)에서 제2 트렌치 차광부(303TR2)의 폭(두께)은 제1 트렌치 차광부(303TR1)의 폭(두께)보다 크다(두껍다).
또한, 각 차광벽(350)은 각 제2 트렌치 차광부(303TR2)에서 저감도 화소(301)의 측에 가깝게 마련된다. 도 27의 예에서는 트렌치 차광부(303a)는 도면에서 좌측이 고감도 화소(300)이고 우측이 저감도 화소(301)(도시하지 않음)로 되어 있다. 트렌치 차광부(303a)의 제2 트렌치 차광부(303TR2)에서 차광벽(350)은 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)의 경계부(310)에 대해 오른쪽에 가깝게 마련되어 있다.
마찬가지로 트렌치 차광부(303b)는 도면에서 우측이 고감도 화소(300)이고 좌측이 저감도 화소(301)가 되어 있다. 트렌치 차광부(303b)의 제2 트렌치 차광부(303TR2)에서 차광벽(350)은 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)의 경계부(310)에 대해 왼쪽에 가깝게 마련되어 있다.
도 28은 제4 실시 형태에 관한 차광벽(350)과, 제1 트렌치 차광부(303TR1) 및 제2 트렌치 차광부(303TR2)의 관계를 설명하기 위한 모식도이다. 도 28에서 우측이 고감도 화소(300), 좌측이 저감도 화소(301)가 되어 있다. 또한, 제1 트렌치 차광부(303TR1)의 폭(두께)을 폭(w20), 제2 트렌치 차광부(303TR2)의 폭(두께)을 폭(w21)으로 하고 있다.
차광벽(350)과, 제1 트렌치 차광부(303TR1) 및 제2 트렌치 차광부(303TR2)는 하기의 각 관계를 충족시키고 있을 필요가 있다.
(1) 폭(w20)과 폭(w21)의 관계는 [w20<w21]일 필요가 있다.
(2) 제2 트렌치 차광부(303TR2)에서의 제1 트렌치 차광부(303TR1)와의 폭의 차분(w21-w20)의 부분은 제1 트렌치 차광부(303TR1)에 대해 저감도 화소(301)의 측으로 돌출하고 고감도 화소(300)의 측으로는 비어 나오지 않도록 된다.
이에 의해 상술한 도 26의 예에서는 생기고 있던, 고감도 화소(300)에서의 감도의 저하 및 제1 광전 변환 소자(101)의 포화 특성의 열화가 생기지 않는다.
(3) 또한, 차광벽(350)은 고감도 화소(300)의 측의 단이 제1 트렌치 차광부(303TR1)에서의 저감도 화소(301)의 측의 외연의 연장선(370)에 적어도 접하도록 마련된다. 차광벽(350)은 당해 연장선(370)에 걸려 있어도 좋다.
(4) 또한, 차광벽(350)은 제1 트렌치 차광부(303TR1)의 폭(두께)을 초과하지 않도록 마련할 필요가 있다.
또한, 차광벽(350)의 길이(깊이)는 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 크기를 포함하는 여러 조건에 응하여 결정된다. 한 예로서, 고감도 화소(300)의 크기, 예를 들어 도 27을 참조하면, 트렌치 차광부(303a)와 트렌치 차광부(303b) 사이의 길이 및 높이(깊이)가 각각 3[㎛]인 경우, 차광벽(350)의 길이(깊이)를 수 100[㎚], 예를 들어 300[㎚]∼400[㎚]정도로 하는 것이 생각되어질 수 있다.
도 29는 제4 실시 형태에 관한 차광벽(350)의 배치를 설명하기 위한 모식도이다. 도 29는 소정에 배열된 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)를 수광면의 측에서 본 평면도이다. 도 29의 예에서는 옵티컬 블랙 영역으로서의 화소간 차광부(351)가 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301) 각각의 전둘레에 마련된다. 환언하면, 화소간 차광부(351)는 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 모든 변에 대응하여 연속해서 마련된다.
또한, 여기서 말하는 고감도 화소(300)나 저감도 화소(301)의 「변」은 경계부(310)까지를 화소로서 정의한 경우의 화소의 변을 나타낸다.
제4 실시 형태에서는 차광벽(350)은 저감도 화소(301)의 전둘레에 마련된다. 고감도 화소(300)에 관해서는 차광벽(350)은 고감도 화소(300)끼리가 인접하는 변에서 고립되어 마련된다. 환언하면, 차광벽(350)은 고감도 화소(300)끼리가 인접하는 변에서 당해 변의 양단에 간극을 가지고 마련된다. 이와 같이 변의 양단에 간극을 가지고 차광벽(350)을 마련함으로써, 당해 인접하는 변에 마련되는 차광벽(350)과, 저감도 화소(301)의 전둘레에 마련되는 차광벽(350)의 교차를 피함으로써, 마이크로 로딩 효과에 의한 차광벽(350)의 깊이 및 폭의 국소적인 증대를 억제할 수 있다.
도 30은 제4 실시 형태에 관한 화소 구조에 의한 차광 효과에 관해 설명하기 위한 모식도이다. 도 30의 섹션(a)은 제4 실시 형태에 관한 차광벽(350)을 마련하지 않은 기존 기술에 의한 화소 구조의 예, 섹션(b)은 제4 실시 형태에 관한 차광벽(350)을 마련한 경우의 화소 구조의 예를 각각 도시하고 있다.
또한, 도 30의 섹션(a) 및 (b)은 각각, 상술한 도 27과 마찬가지로 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)가 정렬하는 방향의 단면을 모식적으로 도시하는 것으로 제4 실시 형태의 설명과 관련이 엷은 부분의 기재를 생략하고 있다.
도 30의 섹션(a)에서 트렌치 차광부(303a', 303b' 및 303c')는 각각 화소간 차광부(351)는 마련되지만, 차광벽(350)은 마련되어 있지 않다. 여기서, 예를 들어 고감도 화소(300)에 대해 화살표(A)로 나타내는 바와 같이 컬러 필터(CF)를 통하여 경사 방향에서 광(사입사광)이 입사된 경우에 관해 생각할 수 있다. 이 경우, 이 사입사광은 트렌치 차광부(303a')를 통하여 인접하는 저감도 화소(301)에 입사된다. 그때문에 저감도 화소(301)에서는 저감도 화소(301)에 마련된 컬러 필터(CF)를 통하여 입사된 광에 대한, 고감도 화소(300)에 마련된 컬러 필터(CF)를 통하여 입사되는 사입사광에 의한 혼색이 발생할 우려가 있다.
이에 대해 도 30의 섹션(b)에서는 마찬가지로 하여 고감도 화소(300)에 대해 화살표(B)로 나타내는 바와 같이 컬러 필터(CF)를 통하여 경사 방향에서 입사된 사입사광은 예를 들어 텅스텐 등에 의한 차광벽(350)에 의해 저감도 화소(301)에의 입사가 억제된다. 또한, 고감도 화소(300)에 대한 사입사광의 당해 고감도 화소(300)에 인접하는 다른 고감도 화소(300)에 대한 입사도, 차광벽(350)에 의해 억제된다.
따라서, 제4 실시 형태에 관한 화소 구조에서는 사입사광에 의한 혼색이 억제된다. 그와 함께, 제4 실시 형태에 관한 화소 구조에서는 고감도 화소(300)에서의 수광면의 면적(개구 면적) 및 제1 광전 변환 소자(101)의 체적의 감소가 없고 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 조합을 단위 화소로 한 경우의 감도의 저하나 포화 특성의 열화가 억제되어 보다 고품질의 화상을 얻는 것이 가능해진다.
(5-2. 제1 변형례)
다음으로 제4 실시 형태의 제1 변형례에 관해 설명한다. 제4 실시 형태의 제1 변형례는 예를 들어 상술한 제4 실시 형태에 관한 화소의 구조에 대해 차광벽(350)을 저감도 화소(301)의 전둘레에만 마련하고 고감도 화소(300)끼리가 인접하는 변에는 차광벽(350)을 마련하지 않는 예이다.
도 31은 제4 실시 형태의 제1 변형례에 관한 차광벽(350)의 배치를 설명하기 위한 모식도이다. 도 31에 도시하는 바와 같이 제4 실시 형태의 제1 변형례에서는 차광벽(350)을 저감도 화소(301)의 전둘레, 즉, 저감도 화소(301)의 모든 변에 마련한다. 이 경우라도, 상술한 제4 실시 형태와 마찬가지로 차광벽(350)은 저감도 화소(301)의 측에 가깝게, 당해 저감도 화소(301)의 전둘레에 마련된다.
한편, 고감도 화소(300)에 관해서는 고감도 화소(300)끼리가 인접하는 변에는 차광벽(350)을 마련하지 않는다. 저감도 화소(301)의 전둘레에 차광벽(350)이 마련되기 때문에 고감도 화소(300)와 저감도 화소(301)가 인접하는 변에는 차광벽(350)이 마련되게 된다. 또한, 당해 변에 대해 마련되는 차광벽(350)은 저감도 화소(301)의 측에 가깝게 배치된다.
또한, 옵티컬 블랙 영역으로서의 화소간 차광부(351)는 상술한 제4 실시 형태와 마찬가지로 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301) 각각의 전둘레에 마련된다. 또한, 트렌치 차광부(303)는 도 28을 이용하여 설명한 바와 같이 고감도 화소(300)의 측으로 비어 나오지 않도록 마련된다.
이와 같은 구조에서도, 상술한 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 사입사광에 의한 혼색을 억제하는 것이 가능하다. 또한, 고감도 화소(300)에서의 수광면의 면적(개구 면적) 및 제1 광전 변환 소자(101)의 체적의 감소가 없기 때문에 보다 고품질의 화상을 얻는 것이 가능해진다.
(5-3. 제2 변형례)
다음으로 제4 실시 형태의 제2 변형례에 관해 설명한다. 제4 실시 형태의 제1 변형례는 예를 들어 상술한 제4 실시 형태에 관한 화소의 구조에 대해 차광벽(350)을 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)의 주위에서 연결하는 예이다.
도 32는 제4 실시 형태의 제2 변형례에 관한 차광벽(350)의 배치를 설명하기 위한 모식도이다. 도 32에 도시하는 바와 같이 제4 실시 형태의 제2 변형례에서는 차광벽(350)을 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301) 각각의 전둘레에 마련하고 고감도 화소(300)의 전둘레에 마련한 차광벽(350)과, 저감도 화소(301)의 전둘레에 마련한 차광벽(350)을 연결한다. 이 경우에도 저감도 화소(301)의 전둘레에 마련되는 차광벽(350)은 저감도 화소(301)의 측에 가깝게 배치된다.
또한, 옵티컬 블랙 영역으로서의 화소간 차광부(351)는 상술한 제4 실시 형태와 마찬가지로 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301) 각각의 전둘레에 마련된다. 또한, 트렌치 차광부(303)는 도 28을 이용하여 설명한 바와 같이 고감도 화소(300)의 측으로 비어 나오지 않도록 마련된다.
이와 같은 구조에서도, 상술한 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 사입사광에 의한 혼색을 억제하는 것이 가능하다. 또한, 고감도 화소(300)에 대한 사입사광의 당해 고감도 화소(300)에 인접하는 다른 고감도 화소(300)에 대한 입사도, 차광벽(350)에 의해 억제된다. 또한, 고감도 화소(300)에서의 수광면의 면적(개구 면적) 및 제1 광전 변환 소자(101)의 체적의 감소가 없기 때문에 보다 고품질의 화상을 얻는 것이 가능해진다.
(5-4. 제3 변형례)
다음으로 제4 실시 형태의 제3 변형례에 관해 설명한다. 제4 실시 형태의 제3 변형례는 예를 들어 상술한 제4 실시 형태에 관한 화소의 구조에 대해 화소간 차광부(351)를 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301) 각각의 경계부(310)에 대해 비대칭으로 마련하는 예이다.
도 33은 제4 실시 형태의 제3 변형례에 관한 단위 화소의 단면을 모식적으로 도시하는 모식도이다. 도 33은 상술한 도 27과 마찬가지로 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)가 정렬하는 방향의 단면을 모식적으로 도시하는 것으로 제4 실시 형태의 제3 변형례의 설명과 관련이 엷은 부분의 기재를 생략하고 있다.
도 33의 예에서는 차광벽(350)은 상술한 제4 실시 형태 등과 마찬가지로 각각 제2 트렌치 차광부(303TR2)에서 저감도 화소(301)의 측에 가깝게 마련되어 있다. 한편, 화소간 차광부(351)는 각 화소의 경계부(310)에 대해 비대칭으로 마련된다. 보다 구체적으로는 도 33의 예에서는 예를 들어 트렌치 차광부(303b)의 위치에 대응하여 나타나는 화소간 차광부(351)는 경계부(310)에 대해 우측, 이 예에서는 고감도 화소(300)의 측에 어긋나게 하여 마련되어 있다. 또한, 트렌치 차광부(303c)의 위치에 대응하여 나타나는 화소간 차광부(351)는 경계부(310)에 대해 좌측, 이 예에서는 고감도 화소(300)의 측에 어긋나게 하여 마련되어 있다.
도 34는 제4 실시 형태의 제3 변형례에 관한 화소간 차광부(351)의 배치를 설명하기 위한 모식도이다. 도 34의 예에서는 상술한 제4 실시 형태의 제2 변형례와 마찬가지로 차광벽(350)은 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301) 각각의 전둘레에 연결하여 마련된다. 한편, 옵티컬 블랙 영역으로서의 화소간 차광부(351)는 고감도 화소(300)에서 화소의 내측을 향하여 비어 나오도록 마련되어 있다. 저감도 화소(301)에서는 화소간 차광부(351)는 역으로 화소의 외측을 향하여 어긋나게 하여 마련되어 있다.
또한, 도 33 및 도 34에서는 화소간 차광부(351)가 경계부(310)에서 고감도 화소(300)의 측에 어긋나게 하여 마련되고 화소간 차광부(351)가 고감도 화소(300)의 내측으로 비어 나오도록 되어 있는데, 이것은 이 예로 한정되지 않는다. 예를 들면, 화소간 차광부(351)를 경계부(310)에서 저감도 화소(301)의 측에 어긋나게 하여 마련하고 화소간 차광부(351)가 저감도 화소(301)의 내측으로 비어 나오도록 해도 좋다.
즉, 제4 실시 형태의 제3 변형례에 의하면, 차광벽(350)에 의해 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 사입사광의 입사나 고감도 화소(300)로부터, 당해 고감도 화소(300)에 인접하는 다른 고감도 화소(300)에의 사입사광의 입사가 억제된다. 그때문에 화소간 차광부(351)의 레이아웃을 화소 사이에서의 혼색을 생각하지 않고 화소의 감도비 등의 특성에 주목하여 결정하는 것이 가능해진다. 이 경우의 감도비로서는 예를 들면, 고감도 화소(300)와 인접하는 저감도 화소(301)와의 감도비, 고감도 화소(300)와, 당해 고감도 화소(300)에 인접하는 당해 고감도 화소(300)와는 다른 색의 컬러 필터(CF)가 마련된 고감도 화소(300)와의 감도비 등이 생각되어질 수 있다.
이와 같은 구조에서도, 상술한 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 사입사광에 의한 혼색을 억제하는 것이 가능하다. 또한, 고감도 화소(300)에 대한 사입사광의 당해 고감도 화소(300)에 인접하는 다른 고감도 화소(300)에 대한 입사도, 차광벽(350)에 의해 억제되기 때문에 고품질의 화상을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 인접 화소에의 사입사광의 입사가 차광벽(350)에 의해 억제되기 때문에 화소간 차광부(351)의 레이아웃 등의 설계 자유도가 향상된다.
(5-5. 제4 변형례)
다음으로 제4 실시 형태의 제4 변형례에 관해 설명한다. 제4 실시 형태의 제4 변형례는 옵티컬 블랙 영역으로서, 예를 들어 상술한 제4 실시 형태에서의 화소간 차광부(351) 대신에 도파로를 이용한 예이다.
도 35는 제4 실시 형태의 제4 변형례에 관한 단위 화소의 단면을 모식적으로 도시하는 모식도이다. 도 35는 상술한 도 27과 마찬가지로 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)가 정렬하는 방향의 단면을 모식적으로 도시하는 것으로 제4 실시 형태의 제3 변형례의 설명과 관련이 엷은 부분의 기재를 생략하고 있다.
도 35의 예에서는 화소간 차광부(351) 대신에 컬러 필터(CF)와, 당해 컬러 필터(CF)에 인접하는 다른 컬러 필터 사이에 도파로(360)가 마련되어 있다. 도파로(360)는 컬러 필터(CF)와 비교하여 굴절율이 낮은 재료(저굴제)에 의해 구성된다. 도파로(360)는 인접하는 컬러 필터(CF)로부터 소정 이상의 입사각으로 입사된 광을 전반사시키기 위해 옵티컬 블랙 영역으로서 이용하는 것이 가능함과 함께, 차광벽(350)과 동등한 기능을 실현할 수 있다.
도파로(360)를 구성하기 위한 저굴제로서는 예를 들면, 공기(Air-gap), SiN, TEOS(테트라에톡시실란), 수지(폴리실록산계, 실리카계 등)를 적용할 수 있다.
이 경우, 상술한 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 사입사광에 의한 혼색을 차광벽(350)과 도파로(360)에 의해 억제할 수 있다. 또한, 고감도 화소(300)에 대한 사입사광의 당해 고감도 화소(300)에 인접하는 다른 고감도 화소(300)에 대한 입사도, 차광벽(350)과 도파로(360)에 의해 억제된다. 그때문에 보다 고품질의 화상을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 도파로(360)는 컬러 필터(CF) 사이에 마련되기 때문에 상술한, 텅스텐 등에 의한 화소간 차광부(351)를 이용한 경우에 비해 고감도 화소(300)나 저감도 화소(301)의 개구 부분(수광면)을 유효하게 활용하는 것이 가능하다.
(5-6. 제5 변형례)
다음으로 제4 실시 형태의 제5 변형례에 관해 설명한다. 제4 실시 형태의 제5 변형례는 화소 사이의 차광을 행하는 옵티컬 블랙 영역의 구조로서, 텅스텐 등에 의한 화소간 차광부(351)와, 제4 실시 형태의 제4 변형례에서 설명한 도파로(360)를 조합시켜서 이용하는 예이다.
도 36은 제4 실시 형태의 제5 변형례에 관한 화소간 차광부(351) 및 도파로(360)의 배치를 설명하기 위한 모식도이다. 또한, 도 36의 예에서는 상술한 제4 실시 형태의 제2 변형례와 마찬가지로 차광벽(350)이 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301) 각각의 전둘레에 연결하여 마련되는 것으로 하여 도시하고 있다.
도 36의 예에서는 저감도 화소(301)의 전둘레, 즉, 저감도 화소(301)와, 당해 저감도 화소(301)에 인접하는 고감도 화소(300)의 각 경계부(310)에 대해 옵티컬 블랙 영역으로서의 도파로(360)가 마련되어 있다. 또한, 고감도 화소(300)와, 당해 고감도 화소(300)와 인접하는 다른 고감도 화소(300)의 각 경계부(310)에 대해 옵티컬 블랙 영역으로서의 화소간 차광부(351)가 마련되어 있다.
또한, 도 36에 도시하는 화소간 차광부(351) 및 도파로(360)의 배치는 한 예로서, 이 예로 한정되지 않는다. 예를 들면, 화소간 차광부(351) 및 도파로(360)의 배치를 반대로 하여 저감도 화소(301)의 전둘레에 화소간 차광부(351)를 마련하고 고감도 화소(300) 사이에 도파로(360)를 마련할 수도 있고 그 외의 조합도 가능하다.
이와 같은 구조에서도, 상술한 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 사입사광에 의한 혼색이 차광벽(350)과 함께 도파로(360)에 의해서도 억제되어 보다 고품질의 화상을 얻는 것이 가능해진다.
(5-7. 제6 변형례)
다음으로 제4 실시 형태의 제6 변형례에 관해 설명한다. 도 37은 제4 실시 형태의 제6 변형례에 관한 단위 화소의 단면을 모식적으로 도시하는 모식도이다. 도 37은 상술한 도 27과 마찬가지로 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301)가 정렬하는 방향의 단면을 모식적으로 도시하는 것으로 제4 실시 형태의 제6 변형례의 설명과 관련이 엷은 부분의 기재를 생략하고 있다.
상술한 제4 실시 형태에서는 컬러 필터(CF)가 층간 절연막(323)상에 직접적으로 마련되어 있었다. 이에 대해 제4 실시 형태의 제6 변형례에서는 도 37에 도시되는 바와 같이 층간 절연막(323)상에 평탄화막(324)을 마련하고 컬러 필터(CF)를 이 평탄화막(324)상에 마련하도록 하고 있다. 도 37의 예에서는 평탄화막(324)은 층간 절연막(323)과 화소간 차광부(351)를 덮어서 마련되어 있다.
이와 같은 구조에서도, 상술한 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 사입사광에 의한 혼색을 억제하는 것이 가능하다. 또한, 고감도 화소(300)에 대한 사입사광의 당해 고감도 화소(300)에 인접하는 다른 고감도 화소(300)에 대한 입사도, 차광벽(350)에 의해 억제되기 때문에 고품질의 화상을 얻는 것이 가능해진다.
(5-8. 다른 변형례)
다음으로 제4 실시 형태의 다른 변형례에 관해 설명한다. 상술에서는 제1 카테고리로서, 상층 구조, 예를 들어 컬러 필터(CF)의 구조에 관해 다음 두 가지의 구조에 관해 설명하였다.
(A) 컬러 필터(CF)를 층간 절연막(323)상에 직접적으로 마련하는 구조(제4 실시 형태)
(B) 컬러 필터(CF)를 층간 절연막(323)상의 평탄화막(324)에 대해 마련하는 구조(제4 실시 형태의 제6 변형례)
또한, 제2 카테고리로서, 차광벽(350)의 레이아웃 패턴에 관해 다음 세 가지의 패턴에 관해 설명하였다.
(a) 고감도 화소(300) 사이의 차광벽(350)을 고립시키는 패턴(제4 실시 형태)
(b) 차광벽(350)을 저감도 화소(301)의 전둘레에만 마련하는 패턴(제4 실시 형태의 제1 변형례)
(c) 차광벽(350)을 고감도 화소(300) 및 저감도 화소(301) 각각의 전둘레에 연결하여 마련하는 패턴(제4 실시 형태의 제2 변형례)
또한, 제3 카테고리로서, 옵티컬 블랙 영역의 구조에 관해 다음 세 가지의 구조에 관해 설명하였다.
(가) 통상의 텅스텐 등에 의한 화소간 차광부(351)에 의한 옵티컬 블랙 영역(제4 실시 형태)
(나) 도파로(360)를 이용한 옵티컬 블랙 영역(제4 실시 형태의 제4 변형례)
(다) 화소간 차광부(351)와 도파로(360)를 조합시킨 옵티컬 블랙 영역(제4 실시 형태의 제5 변형례)
또한, 제4 카테고리로서, 옵티컬 블랙 영역의 레이아웃 패턴에 관해 다음 두 가지의 패턴에 관해 설명하였다.
(α) 화소 사이의 경계부(310)에 대해 대칭 패턴(제4 실시 형태)
(β) 화소 사이의 경계부(310)에 대해 비대칭 패턴(제4 실시 형태의 제3 변형례)
상술한 제1 카테고리의 2개의 구조, 제2 카테고리의 3가지의 패턴, 제3 카테고리의 3가지의 패턴 및 제4 카테고리의 2가지의 패턴에 관해 각 카테고리로부터 임의로 1개씩 선택하여 조합시키는 것이 가능하다. 즉, 조합에 의한 변형례의 총 패턴 수는 (제1 카테고리의 2구조)×(제2 카테고리의 3패턴)×(제3 카테고리의 3패턴)×(제4 카테고리의 2패턴)=36패턴이 된다.
이들 36패턴의 어느 것에서도, 고감도 화소(300)의 감도 및 포화 특성의 열화를 수반하지 않고 적어도 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 사입사광에 의한 혼색을 억제하는 효과를 얻는 것이 가능하다.
[6. 제5 실시 형태]
(6-1. 본 개시의 기술의 적용례)
다음으로 제5 실시 형태로서, 본 개시에 관한, 제1 실시 형태, 제2 실시 형태, 제3 실시 형태 및 제4 실시 형태 및 각 실시 형태의 각 변형례에 의한 촬상 소자(CMOS 이미지 센서(10))의 적용례에 관해 설명한다. 도 38은 상술한 제1 실시 형태, 제2 실시 형태, 제3 실시 형태 및 제4 실시 형태 및 각 실시 형태의 각 변형례에 관한 촬상 소자를 사용하는 사용례를 도시하는 도면이다.
상술한 제1 실시 형태, 제2 실시 형태, 제3 실시 형태 및 제4 실시 형태 및 각 실시 형태의 각 변형례에 의한 촬상 소자는 예를 들면, 이하와 같이 가시광이나 적외광, 자외광, X선 등의 광을 센싱하는 다양한 케이스에 사용할 수 있다.
·디지털 카메라나 카메라 기능 부착 휴대 기기 등의 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하는 장치.
·자동 정지 등의 안전 운전이나 운전자의 상태의 인식 등을 위해 자동차의 전방이나 후방, 주위, 차내 등을 촬영하는 차량 탑재용 센서, 주행 차량이나 도로를 감시하는 감시 카메라, 차량 사이 등의 거리 측정을 행하는 거리 측정 센서 등의 교통용으로 제공되는 장치.
·유저의 제스처를 촬영하여 그 제스처에 따른 기기 조작을 행하기 위해 TV나 냉장고 에어 컨디셔너 등의 가전에 제공되는 장치.
·내시경이나 적외광의 수광에 의한 혈관 촬영을 행하는 장치 등의 의료나 헬스 케어용으로 제공되는 장치.
·방범 용도의 감시 카메라나 인물 인증 용도의 카메라 등의 시큐리티용으로 제공되는 장치.
·피부를 촬영하는 피부 측정기나 두피를 촬영하는 마이크로스코프 등의 미용용으로 제공되는 장치.
·스포츠 용도 등용의 액션 카메라나 웨어러블 카메라 등의 스포츠용으로 제공되는 장치.
·밭이나 작물의 상태를 감시하기 위한 카메라 등의 농업용으로 제공되는 장치.
(6-2. 내시경 수술 시스템에의 응용례)
본 개시에 관한 기술(본 기술)은 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 39는 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 39에서는 수술자(의사)(11131)가 내시경 수술 시스템(11000)을 이용하여 환자 베드(11133)상의 환자(11132)에게 수술을 행하고 있는 상태가 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이 내시경 수술 시스템(11000)은 내시경(11100)과, 기복 튜브(11111)나 에너지 처치구(11112) 등의 그 외의 수술구(11110)와, 내시경(11100)을 지지하는 지지 암장치(11120)와, 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(11200)로 구성된다.
내시경(11100)은 선단으로부터 소정의 길이의 영역이 환자(11132)의 체강 내에 삽입되는 경통(11101)과, 경통(11101)의 기단에 접속되는 카메라 헤드(11102)로 구성된다. 도시하는 예에서는 경성의 경통(11101)을 갖는 이른바 경성경으로서 구성되는 내시경(11100)을 도시하고 있는데, 내시경(11100)은 연성의 경통을 갖는 이른바 연성경으로서 구성되어도 좋다.
경통(11101)의 선단에는 대물 렌즈가 감입된 개구부가 마련되어 있다. 내시경(11100)에는 광원 장치(11203)가 접속되어 있고 당해 광원 장치(11203)에 의해 생성된 광이 경통(11101)의 내부에 연속 마련되는 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고 대물 렌즈를 통하여 환자(11132)의 체강 내의 관찰 대상을 향하여 조사된다. 또한, 내시경(11100)은 직시경이라도 좋고 사시경 또는 측시경이라도 좋다.
카메라 헤드(11102)의 내부에는 광학계 및 촬상 소자가 마련되어 있고 관찰 대상으로부터의 반사광(관찰광)은 당해 광학계에 의해 당해 촬상 소자에 집광된다. 당해 촬상 소자에 의해 관찰광이 광전 변환되고 관찰광에 대응하는 전기 신호, 즉 관찰상에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 당해 화상 신호는 RAW 데이터로서 카메라 컨트롤 유닛(CCU: Camera Control Unit)(11201)에 송신된다.
CCU(11201)는 CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등에 의해 구성되고 내시경(11100) 및 표시 장치(11202)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(11201)는 카메라 헤드(11102)로부터 화상 신호를 수취하고 그 화상 신호에 대해 예를 들어 현상 처리(디모자이크 처리) 등의 당해 화상 신호에 의거하는 화상을 표시하기 위한 각종의 화상 처리를 시행한다.
표시 장치(11202)는 CCU(11201)로부터의 제어에 의해 당해 CCU(11201)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하는 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원으로 구성되고 수술부 등을 촬영할 때의 조사광을 내시경(11100)에 공급한다.
입력 장치(11204)는 내시경 수술 시스템(11000)에 대한 입력 인터페이스이다. 유저는 입력 장치(11204)를 통하여 내시경 수술 시스템(11000)에 대해 각종의 정보의 입력이나 지시 입력을 행할 수 있다. 예를 들면, 유저는 내시경(11100)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)을 변경하는 취지의 지시 등을 입력한다.
처치구 제어 장치(11205)는 조직의 소작(燒灼), 절개 또는 혈관의 봉지 등을 위한 에너지 처치구(11112)의 구동을 제어한다. 기복 장치(11206)는 내시경(11100)에 의한 시야의 확보 및 수술자의 작업 공간의 확보의 목적으로 환자(11132)의 체강을 팽창시키기 위해 기복 튜브(11111)를 통하여 당해 체강 내에 가스를 보낸다. 레코더(11207)는 수술에 관한 각종의 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(11208)는 수술에 관한 각종의 정보를 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종의 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
또한, 내시경(11100)에 수술부를 촬영할 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(11203)는 예를 들어 LED, 레이저 광원 또는 이들 조합에 의해 구성되는 백색 광원으로 구성할 수 있다. RGB 레이저 광원의 조합에 의해 백색 광원이 구성되는 경우에는 각 색(각 파장)의 출력 강도 및 출력 타이밍을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에 광원 장치(11203)에서 촬상 화상의 화이트 밸런스의 조정을 행할 수 있다. 또한, 이 경우에는 RGB 레이저 광원 각각으로부터의 레이저광을 시분할로 관찰 대상에 조사하고 그 조사 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어함에 의해 RGB 각각에 대응한 화상을 시분할로 촬상하는 것도 가능하다. 당해 방법에 의하면, 당해 촬상 소자에 컬러 필터를 마련하지 않아도, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 좋다. 그 광의 강도의 변경의 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어하여 시분할로 화상을 취득하고 그 화상을 합성함에 의해 이른바 흑바램 및 백바램이 없는 고다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는 특수광 관찰에 대응한 소정의 파장 대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 좋다. 특수광 관찰에서는 예를 들면, 체조직에서의 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하여 통상의 관찰시에서의 조사광(즉, 백색광)에 비해 협대역의 광을 조사함에 의해 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 고콘트라스트로 촬영하는 이른바 협대역 광관찰(Narrow Band Imaging)이 행해진다. 또는 특수광 관찰에서는 여기광을 조사함에 의해 발생하는 형광에 의해 화상을 얻는 형광 관찰이 행해져도 좋다. 형광 관찰에서는 체조직에 여기광을 조사하고 당해 체조직으로부터의 형광을 관찰하는 것(자가 형광 관찰), 또는 인도시아닌그린(ICG ) 등의 시약을 체조직에 국주(局注)함과 함께 당해 체조직에 그 시약의 형광 파장에 대응한 여기광을 조사하여 형광상을 얻는 것 등을 행할 수 있다. 광원 장치(11203)는 이와 같은 특수광 관찰에 대응한 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 40은 도 39에 도시하는 카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
카메라 헤드(11102)는 렌즈 유닛(11401)과, 촬상부(11402)와, 구동부(11403)와, 통신부(11404)와, 카메라 헤드 제어부(11405)를 가진다. CCU(11201)는 통신부(11411)와, 화상 처리부(11412)와, 제어부(11413)를 가진다. 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)는 전송 케이블(11400)에 의해 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
렌즈 유닛(11401)은 경통(11101)과의 접속부에 마련되는 광학계이다. 경통(11101)의 선단으로부터 취입된 관찰광은 카메라 헤드(11102)까지 도광되고 당해 렌즈 유닛(11401)에 입사한다. 렌즈 유닛(11401)은 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다.
촬상부(11402)는 촬상 소자로 구성된다. 촬상부(11402)를 구성하는 촬상 소자는 1개(이른바 단판식)라도 좋고 복수(이른바 다판식)라도 좋다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는 예를 들어 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고 그것들이 합성됨에 의해 컬러 화상이 얻어져도 좋다. 또는 촬상부(11402)는 3D(Dimensional) 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 한 쌍의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 좋다. 3D 표시가 행해짐에 의해 수술자(11131)는 수술부에서의 생체 조직의 깊이를 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는 각 촬상 소자에 대응하여 렌즈 유닛(11401)도 복수 계통 마련될 수 있다.
또한, 촬상부(11402)는 반드시 카메라 헤드(11102)에 마련되지 않아도 좋다. 예를 들면, 촬상부(11402)는 경통(11101)의 내부에 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 좋다.
구동부(11403)는 액추에이터에 의해 구성되고 카메라 헤드 제어부(11405)로부터의 제어에 의해 렌즈 유닛(11401)의 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 광축을 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이에 의해 촬상부(11402)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정될 수 있다.
통신부(11404)는 CCU(11201)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11404)는 촬상부(11402)로부터 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(11400)을 통하여 CCU(11201)에 송신한다.
또한, 통신부(11404)는 CCU(11201)로부터, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하고 카메라 헤드 제어부(11405)에 공급한다. 당해 제어 신호에는 예를 들면, 촬상 화상의 프레임 레이트를 지정하는 취지의 정보, 촬상 시의 노출치를 지정하는 취지의 정보 및/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기 프레임 레이트나 노출치, 배율, 초점 등의 촬상 조건은 유저에 의해 적절히 지정되어도 좋고 취득된 화상 신호에 의거하여 CCU(11201)의 제어부(11413)에 의해 자동적으로 설정되어도 좋다. 후자인 경우에는 이른바 AE(Auto Exposure) 기능, AF(Auto Focus) 기능 및 AWB(Auto White Balance) 기능이 내시경(11100)에 탑재되어 있는 것으로 된다.
카메라 헤드 제어부(11405)는 통신부(11404)를 통하여 수신한 CCU(11201)로부터의 제어 신호에 의거하여 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어한다.
통신부(11411)는 카메라 헤드(11102)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11411)는 카메라 헤드(11102)로부터, 전송 케이블(11400)을 통하여 송신되는 화상 신호를 수신한다.
또한, 통신부(11411)는 카메라 헤드(11102)에 대해 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 송신한다. 화상 신호나 제어 신호는 전기 통신이나 광통신 등에 의해 송신할 수 있다.
화상 처리부(11412)는 카메라 헤드(11102)로부터 송신된 RAW 데이터인 화상 신호에 대해 각종의 화상 처리를 시행한다.
제어부(11413)는 내시경(11100)에 의한 수술부 등의 촬상 및 수술부 등의 촬상에 의해 얻어지는 촬상 화상의 표시에 관한 각종의 제어를 행한다. 예를 들면, 제어부(11413)는 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(11413)는 화상 처리부(11412)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하여 수술부 등이 찍힌 촬상 화상을 표시 장치(11202)에 표시시킨다. 이때, 제어부(11413)는 각종의 화상 인식 기술을 이용하여 촬상 화상 내에서의 각종의 물체를 인식해도 좋다. 예를 들면, 제어부(11413)는 촬상 화상에 포함되는 물체의 에지의 형상이나 색 등을 검출함에 의해 겸자(鉗子) 등의 수술구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(11112)의 사용 시의 미스트 등을 인식할 수 있다. 제어부(11413)는 표시 장치(11202)에 촬상 화상을 표시시킬 때에 그 인식 결과를 이용하여 각종의 수술 지원 정보를 당해 수술부의 화상에 중첩 표시시켜도 좋다. 수술 지원 정보가 중첩 표시되고 수술자(11131)에게 제시됨에 의해 수술자(11131)의 부담을 경감하는 것이나 수술자(11131)가 확실하게 수술을 진행하는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)를 접속하는 전송 케이블(11400)은 전기 신호의 통신에 대응한 전기 신호 케이블, 광통신에 대응한 광파이버, 또는 이들 복합 케이블이다.
여기서, 나타낸 예에서는 전송 케이블(11400)을 이용하여 유선으로 통신이 행해지고 있었는데, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201) 사이의 통신은 무선으로 행해져도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은 이상 설명한 구성 중, 예를 들면, 내시경(11100)이나 카메라 헤드(11102)의 촬상부(11402)에 적용될 수 있다. 구체적으로는 상술한 촬상 소자를 촬상부(10112)에 적용할 수 있다. 본 개시에 관한 촬상 소자는 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 크로스토크가 억제되기 때문에 보다 고품질의 촬상 화상을 얻을 수 있다. 이에 의해 예를 들어 수술자(11131)는 보다 확실하게 수술을 진행하는 것이 가능해진다.
또한, 여기서는 한 예로서 내시경 수술 시스템에 관해 설명했는데, 본 개시에 관한 기술은 그 외에 예를 들면, 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 좋다.
(6-3. 이동체에의 적용례)
본 개시에 관한 기술은 또한, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇이라는 각종의 이동체에 탑재되는 장치에 대해 적용되어도 좋다.
도 41은 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은 통신 네트워크(12001)를 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 41에 도시한 예에서는 차량 제어 시스템(12000)은 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040) 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052) 및 차량 탑재 네트워크 I/F(인터페이스)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구 및 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
바디계 제어 유닛(12020)은 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은 키레스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그 램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 바디계 제어 유닛(12020)은 이들 전파 또는 신호의 입력을 접수하고 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은 수신한 화상에 의거하여 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 좋다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은 예를 들면, 수신한 화상에 대해 화상 처리를 시행하고 화상 처리의 결과에 의거하여 물체 검출 처리나 거리 검출 처리를 행한다.
촬상부(12031)는 광을 수광하고 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고 거리 측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은 가시광이라도 좋고 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는 예를 들어 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고 차내 정보 검출 유닛(12040)은 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력되는 검출 정보에 의거하여 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 좋고 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별해도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차내외의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거하는 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS (Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 의거하여 바디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현(防眩)을 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
음성 화상 출력부(12052)는 차량의 탑승자 또는 차외에 대해 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 29의 예에서는 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 1개를 포함하고 있어도 좋다.
도 42는 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다. 도 30에서는 차량(12100)은 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104 및 12105)를 가진다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104 및 12105)는 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프런트글라스의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프런트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 촬상부(12101 및 12105)에서 취득되는 전방의 화상은 주로 선행 차량 또는 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
또한, 도 30에는 촬상부(12101∼12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고 촬상 범위(12112 및 12113)는 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102 및 12103)의 촬상 범위를 나타내고 촬상 범위(12114)는 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101∼12104)에서 촬상된 화상 데이터가 맞겹쳐짐에 의해 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상이 얻어진다.
촬상부(12101∼12104)의 적어도 1개는 거리 정보를 취득하는 기능을 가지고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101∼12104)의 적어도 1개는 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 촬상부(12101∼12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로 촬상 범위(12111∼12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해 특히 차량(12100)의 진행로상에 있는 가장 가까운 입체물로 차량(12100)과 개략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는 선행차와 내 차와의 사이에 미리 확보해야 할 차간 거리를 설정하고 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 촬상부(12101∼12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로 입체물에 관한 입체물 데이터를 이륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 외의 입체물로 분류하여 추출하고 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차량(12100)의 주변의 장애물을 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고 마이크로 컴퓨터(12051)는 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하고 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황일 때에는 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수 있다.
촬상부(12101∼12104)의 적어도 1개는 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 촬상부(12101∼12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은 예를 들어 적외선 카메라로서의 촬상부(12101∼12104)의 촬상 화상에서의 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행해진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가 촬상부(12101∼12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어해도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은 이상 설명한 구성 중, 예를 들면, 촬상부(12031)에 적용될 수 있다.
구체적으로는 상술한 촬상 소자를 촬상부(12031)에 적용할 수 있다. 본 개시에 관한 촬상 소자는 고감도 화소(300)로부터 저감도 화소(301)에의 크로스토크가 억제되기 때문에 보다 고품질의 촬상 화상을 얻을 수 있다. 이에 의해 보다 정확한 보행자의 인식이나 차량의 제어를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시로서 한정되는 것이 아니고 또한 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 제1 광전 변환 소자를 포함하는 제1 화소와,
제2 광전 변환 소자를 포함하는 상기 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소를 포함하는 단위 화소와,
상기 제2 광전 변환 소자에 의해 생성된 전하를 축적하고 축적된 그 전하를 전압으로 변환하는 축적부를 구비하고,
상기 축적부는 상기 단위 화소와 그 단위 화소에 인접하는 다른 상기 단위 화소의 경계부에 배치되는 촬상 소자.
(2) 상기 축적부는 상기 제1 화소와 다른 상기 제1 화소가 인접하는 경계부에 배치되는 상기 (1)에 기재된 촬상 소자.
(3) 상기 경계부에 마련되는 트렌치 차광부를 또한 구비하고,
상기 트렌치 차광부는 적어도 상기 축적부가 배치되는 상기 경계부에 마련되는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 촬상 소자.
(4) 상기 축적부는 상기 단위 화소가 행렬형상의 배열로 배치되는 화소 어레이의 장변의 방향을 따른 상기 경계부에 배치되는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(5) 상기 제1 화소는 상기 제2 화소와 비교하여 감도가 높은 화소인 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(6) 상기 제1 화소의 수광면의 면적은 상기 제2 화소의 수광면의 면적보다도 크고, 상기 감도는 상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 수광면의 면적의 크기에 응한 감도인 상기 (5)에 기재된 촬상 소자.
(7) 제1 광전 변환 소자를 포함하는 제1 화소와, 제2 광전 변환 소자를 포함하는 상기 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소를 포함하는 단위 화소와,
상기 제2 광전 변환 소자에 의해 생성된 전하를 축적하고 축적된 그 전하를 전압으로 변환하고 상기 단위 화소와 그 단위 화소에 인접하는 다른 상기 단위 화소의 경계부에 배치되는 축적부를 구비하는 촬상 소자를,
상기 제1 광전 변환 소자에 의해 생성된 제1 전하를 상기 축적부에 축적하고,
상기 축적부에 축적된 상기 제1 전하에 의거하는 신호를 신호선에 출력하고,
상기 제1 전하에 의거하는 신호가 신호선에 출력된 후에 상기 축적부를 초기화하고,
상기 제2 광전 변환 소자에 의해 생성된 제2 전하를 초기화된 상기 축적부에 축적하고,
상기 축적부에 축적된 상기 제2 전하에 의거하는 신호를 상기 신호선에 출력하도록 구동하는 촬상 소자의 구동 방법.
(8) 제1 광전 변환 소자를 포함하는 제1 화소와, 제2 광전 변환 소자를 포함하는 상기 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소를 포함하는 단위 화소와,
상기 제2 광전 변환 소자에 의해 생성된 전하를 축적하고 축적된 그 전하를 전압으로 변환하고 상기 단위 화소와 그 단위 화소에 인접하는 다른 상기 단위 화소의 경계부에 배치되는 축적부를 구비하는 촬상 소자와,
상기 촬상 소자의 상기 축적부에 축적된 상기 전하에 의거하는 화소 신호에 대해 신호 처리를 실행하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리부와,
상기 신호 처리부에 의해 생성된 상기 화상 데이터를 기억하는 기억부를 갖는 전자 기기.
(9) 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이와,
상기 화소 어레이에 포함되는 상기 복수의 화소 각각의 사이에 마련되는 차광부를 구비하고,
상기 차광부는 상기 복수의 화소 중 인접하여 배치되는 2개의 화소 사이에서 가장 좁아지는 부분의 폭을 그 2개의 화소의 감도의 차에 응한 폭으로 한 촬상 소자.
(10) 상기 복수의 화소는,
제1 화소와, 그 제1 화소에 대해 감도가 낮고 그 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소를 포함하는 단위 화소가 행렬형상의 배열로 배치되고,
상기 차광부는,
상기 제1 화소와 상기 제2 화소 사이에서 가장 좁아지는 부분의 폭을 상기 제1 화소 사이에서의 폭 및 상기 제2 화소 사이에서의 폭에 대해 넓은 폭으로 한 상기 (9)에 기재된 촬상 소자.
(11) 상기 차광부는 인접하는 2개의 화소의 사이에서 그 2개의 화소의 경계를 기점으로 한, 그 2개의 화소 중 감도가 높은 쪽의 화소의 측의 가장 좁아지는 부분의 폭을 그 2개의 화소 중 감도가 낮은 쪽의 화소의 측의 가장 좁아지는 부분의 폭보다 넓게 한 상기 (9) 또는 (10)에 기재된 촬상 소자.
(12) 상기 감도는 상기 복수의 화소 각각의 수광면의 면적에 응한 감도인,
상기 (9) 내지 (11)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(13) 인접하여 배치되는 복수의 화소와, 상기 복수의 화소 각각의 사이에 마련되는 차광부를 구비하고,
상기 차광부는 상기 복수의 화소 중 인접하여 배치되는 2개의 화소 사이에서 가장 좁아지는 부분의 폭을 그 2개의 화소의 감도의 차에 응한 폭으로 한 촬상 소자와,
상기 촬상 소자로부터 판독된 화소 신호에 대해 신호 처리를 실행하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리부와,
상기 신호 처리부에 의해 생성된 상기 화상 데이터를 기억하는 기억부를 갖는 전자 기기.
(14) 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이와,
상기 화소 어레이에 포함되는 상기 복수의 화소 각각의 주위에 마련되는 트렌치 차광부를 구비하고,
상기 트렌치 차광부는,
상기 복수의 화소 중 제1 화소의 주위에는 간극 없이 마련되고,
상기 제1 화소에 인접하는 제2 화소의 주위에는 그 제1 화소의 주위에 마련되는 상기 트렌치 차광부에 대해 이간하여 마련되는 촬상 소자.
(15) 상기 제1 화소와 상기 제2 화소의 경계부에 대해 상기 제1 화소끼리의 경계부에 마련되는 상기 트렌치 차광부보다도 두꺼운 트렌치 차광부가 마련되는 상기 (14)에 기재된 촬상 소자.
(16) 상기 제2 화소는 상기 제1 화소보다도 감도가 높은 상기 (14) 또는 (15)에 기재된 촬상 소자.
(17) 상기 감도는 상기 복수의 화소 각각의 수광면의 면적에 응한 감도인 상기 (16)에 기재된 촬상 소자.
(18) 상기 감도는 상기 복수의 화소 각각에 마련된 컬러 필터가 투과하는 광의 파장 성분에 응한 감도인 상기 (16) 또는 (17)에 기재된 촬상 소자.
(19) 상기 복수의 화소 중 인접하는 화소와의 사이에 마련되는 상기 트렌치 차광부는 상기 인접하는 화소와의 사이의 감도의 차에 응한 폭을 갖는 상기 (16) 또는 (17)에 기재된 촬상 소자.
(20) 서로 인접하여 배치되는 복수의 화소와, 상기 복수의 화소 각각의 주위에 마련되는 트렌치 차광부를 구비하고,
상기 트렌치 차광부는,
상기 복수의 화소 중 제1 화소의 주위에는 간극 없이 마련되고,
상기 제1 화소에 인접하는 제2 화소의 주위에는 그 제1 화소의 주위에 마련되는 상기 트렌치 차광부에 대해 이간하여 마련되는 촬상 소자와,
상기 촬상 소자로부터 판독된 화소 신호에 대해 신호 처리를 실행하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리부와,
상기 신호 처리부에 의해 생성된 상기 화상 데이터를 기억하는 기억부를 갖는 전자 기기.
(21) 제1 화소와,
상기 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소와,
상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 주위에 마련된 트렌치 차광부와,
상기 트렌치 차광부의 적어도 상기 제1 화소와 상기 제2 화소의 제1 경계 부분에 트렌치의 깊이 방향으로 매입된 차광벽을 구비하고,
상기 차광벽은 상기 제1 경계 부분에서 상기 제2 화소의 방향으로 가깝게 매입되는 촬상 소자.
(22) 상기 제1 화소는 상기 제2 화소와 비교하여 감도가 높은 화소인 상기 (21)에 기재된 촬상 소자.
(23) 상기 제1 화소의 수광면의 면적은 상기 제2 화소의 수광면의 면적보다도 크고, 상기 감도는 상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 수광면의 면적의 크기에 응한 감도인 상기 (22)에 기재된 촬상 소자.
(24) 상기 트렌치 차광부는 상기 차광벽이 매입된 제1 부분의 두께가 상기 차광벽이 매입되지 않은 제2 부분의 두께에 대해 두껍고 또한, 상기 제1 부분이 상기 제2 부분에 대해 상기 제1 화소의 측으로 비어 나오지 않는 상기 (21) 내지 (23)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(25) 상기 차광벽은 상기 제2 부분에서의 상기 제2 화소의 측의 외연을 연장한 위치에 걸리는 상기 (22)에 기재된 촬상 소자.
(26) 상기 차광벽은 상기 제1 경계 부분에서 상기 제1 화소의 측으로 비어 나오지 않고 또한, 상기 트렌치 차광부로부터 비어 나오지 않는 상기 (21) 내지 (25)의 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
(27) 상기 차광벽은 상기 제2 화소의 전둘레에 마련되는 상기 (21) 내지 (26)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(28) 상기 차광벽은 또한, 상기 제1 화소와, 그 제1 화소에 인접하는 다른 상기 제1 화소의 제2 경계 부분에 다른 상기 차광벽과 간격을 두고 마련되는 상기 (27)에 기재된 촬상 소자.
(29) 상기 차광벽은 또한, 상기 제1 화소의 전둘레에 마련되는 상기 (27)에 기재된 촬상 소자.
(30) 상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 수광면의 주위에 마련되는 화소간 차광부를 또한 구비하는 상기 (21) 내지 (29)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(31) 상기 화소간 차광부는 상기 제1 화소 및 상기 제2 화소의 적어도 일방에 관한 화소 경계에 대해 대칭으로 마련되는 상기 (30)에 기재된 촬상 소자.
(32) 상기 화소간 차광부는 상기 제1 화소 및 상기 제2 화소의 적어도 일방에 관한 화소 경계에 대해 비대칭으로 마련되는 상기 (30)에 기재된 촬상 소자.
(33) 상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 수광면에 마련되는 광학 필터와 다른 상기 광학 필터의 사이에 마련되는 도파로를 또한 구비하는 상기 (21) 내지 (29)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(34) 상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 수광면의 주위의 적어도 일부에 마련되는 화소간 차광부를 또한 구비하고,
상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 주위의 적어도 일부에 상기 화소간 차광부와 상기 도파로를 조합시켜서 마련되는 상기 (33)에 기재된 촬상 소자.
(35) 상기 도파로는 상기 제2 화소의 주위에 마련되고,
상기 화소간 차광부는 상기 제1 화소끼리가 인접하는 경계 부분에 마련되는 상기 (34)에 기재된 촬상 소자.
(36) 제1 화소와,
상기 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소와,
상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 주위에 마련된 트렌치 차광부와,
상기 트렌치 차광부의 적어도 상기 제1 화소와 상기 제2 화소의 제1 경계 부분에 트렌치의 깊이 방향으로 매입된 차광벽을 구비하고,
상기 차광벽은,
상기 제1 경계 부분에서 상기 제2 화소의 방향으로 가깝게 매입되는 촬상 소자와,
상기 촬상 소자로부터 판독된 화소 신호에 대해 신호 처리를 실행하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리부와,
상기 신호 처리부에 의해 생성된 상기 화상 데이터를 기억하는 기억부를 갖는 전자 기기.
10: CMOS이미지 센서
11: 화소 어레이부
181, 181-1, 181-2, 181-3, 181-4, 181-5, 181-6, 181-7, 351: 화소간 차광부
300, 300a, 300b, 300c, 300d, 300R1, 300R2, 300G1, 300G2, 300B1, 300B2: 고감도 화소
301, 301a, 301b, 301c, 301d, 301R1, 301G1, 301G3, 301B1: 저감도 화소
302, 302a, 302b, 302c, 302d: 축적부
303, 303a, 303b, 303c, 303bg, 303sml, 303sml1, 303sml2, 303sml3, 303sml4: 트렌치 차광부
303TR1: 제1 트렌치 차광부
303TR2: 제2 트렌치 차광부
310, 311, 312, 3020, 3021: 경계부
321: 화소간 차광막
350: 차광벽
360: 도파로
361, 362: 개구부
3000, 3001, 3002, 3003: 화소

Claims (36)

  1. 제1 광전 변환 소자를 포함하는 제1 화소와,
    제2 광전 변환 소자를 포함하는 상기 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소를 포함하는 단위 화소와,
    상기 제2 광전 변환 소자에 의해 생성된 전하를 축적하고 축적된 그 전하를 전압으로 변환하는 축적부를 구비하고,
    상기 축적부는,
    상기 단위 화소와 그 단위 화소에 인접하는 다른 상기 단위 화소의 경계부에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축적부는 상기 제1 화소와 다른 상기 제1 화소가 인접하는 경계부에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경계부에 마련되는 트렌치 차광부를 또한 구비하고,
    상기 트렌치 차광부는 적어도, 상기 축적부가 배치되는 상기 경계부에 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 축적부는 상기 단위 화소가 행렬형상의 배열로 배치되는 화소 어레이의 장변의 방향을 따른 상기 경계부에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화소는 상기 제2 화소와 비교하여 감도가 높은 화소인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 화소의 수광면의 면적은 상기 제2 화소의 수광면의 면적보다도 크고,
    상기 감도는 상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 수광면의 면적의 크기에 응한 감도인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  7. 제1 광전 변환 소자를 포함하는 제1 화소와, 제2 광전 변환 소자를 포함하는 상기 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소를 포함하는 단위 화소와,
    상기 제2 광전 변환 소자에 의해 생성된 전하를 축적하고 축적된 그 전하를 전압으로 변환하고 상기 단위 화소와 그 단위 화소에 인접하는 다른 상기 단위 화소의 경계부에 배치되는 축적부를 구비하는 촬상 소자를,
    상기 제1 광전 변환 소자에 의해 생성된 제1 전하를 상기 축적부에 축적하고,
    상기 축적부에 축적된 상기 제1 전하에 의거하는 신호를 신호선에 출력하고,
    상기 제1 전하에 의거하는 신호가 신호선에 출력된 후에 상기 축적부를 초기화하고,
    상기 제2 광전 변환 소자에 의해 생성된 제2 전하를 초기화된 상기 축적부에 축적하고,
    상기 축적부에 축적된 상기 제2 전하에 의거하는 신호를 상기 신호선에 출력하도록 구동하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자의 구동 방법.
  8. 제1 광전 변환 소자를 포함하는 제1 화소와, 제2 광전 변환 소자를 포함하는 상기 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소를 포함하는 단위 화소와,
    상기 제2 광전 변환 소자에 의해 생성된 전하를 축적하고 축적된 그 전하를 전압으로 변환하고 상기 단위 화소와 그 단위 화소에 인접하는 다른 상기 단위 화소의 경계부에 배치되는 축적부를 구비하는 촬상 소자와,
    상기 촬상 소자의 상기 축적부에 축적된 상기 전하에 의거하는 화소 신호에 대해 신호 처리를 실행하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리부와,
    상기 신호 처리부에 의해 생성된 상기 화상 데이터를 기억하는 기억부를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  9. 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이와,
    상기 화소 어레이에 포함되는 상기 복수의 화소 각각의 사이에 마련되는 차광부를 구비하고,
    상기 차광부는,
    상기 복수의 화소 중 인접하여 배치되는 2개의 화소 사이에서 가장 좁아지는 부분의 폭을 그 2개의 화소의 감도의 차에 응한 폭으로 한 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 화소는,
    제1 화소와, 그 제1 화소에 대해 감도가 낮고 그 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소를 포함하는 단위 화소가 행렬형상의 배열로 배치되고,
    상기 차광부는,
    상기 제1 화소와 상기 제2 화소 사이에서 가장 좁아지는 부분의 폭을 상기 제1 화소 사이에서의 폭 및 상기 제2 화소 사이에서의 폭에 대해 넓은 폭으로 한 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 차광부는,
    인접하는 2개의 화소의 사이에서 그 2개의 화소의 경계를 기점으로 한, 그 2개의 화소 중 감도가 높은 쪽의 화소의 측의 가장 좁아지는 부분의 폭을 그 2개의 화소 중 감도가 낮은 쪽의 화소의 측의 가장 좁아지는 부분의 폭보다 넓게 한 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 감도는,
    상기 복수의 화소 각각의 수광면의 면적에 응한 감도인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  13. 인접하여 배치되는 복수의 화소와, 상기 복수의 화소 각각의 사이에 마련되는 차광부를 구비하고,
    상기 차광부는 상기 복수의 화소 중 인접하여 배치되는 2개의 화소 사이에서 가장 좁아지는 부분의 폭을 그 2개의 화소의 감도의 차에 응한 폭으로 한 촬상 소자와,
    상기 촬상 소자로부터 판독된 화소 신호에 대해 신호 처리를 실행하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리부와,
    상기 신호 처리부에 의해 생성된 상기 화상 데이터를 기억하는 기억부를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  14. 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이와,
    상기 화소 어레이에 포함되는 상기 복수의 화소 각각의 주위에 마련되는 트렌치 차광부를 구비하고,
    상기 트렌치 차광부는,
    상기 복수의 화소 중 제1 화소의 주위에는 간극 없이 마련되고,
    상기 제1 화소에 인접하는 제2 화소의 주위에는 그 제1 화소의 주위에 마련되는 상기 트렌치 차광부에 대해 이간하여 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 화소와 상기 제2 화소의 경계부에 대해 상기 제1 화소끼리의 경계부에 마련되는 상기 트렌치 차광부보다도 두꺼운 트렌치 차광부가 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제2 화소는 상기 제1 화소보다도 감도가 높은 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 감도는 상기 복수의 화소 각각의 수광면의 면적에 응한 감도인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 감도는 상기 복수의 화소 각각에 마련된 컬러 필터가 투과하는 광의 파장 성분에 응한 감도인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 화소 중 인접하는 화소와의 사이에 마련되는 상기 트렌치 차광부는 상기 인접하는 화소와의 사이의 감도의 차에 응한 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  20. 서로 인접하여 배치되는 복수의 화소와, 상기 복수의 화소 각각의 주위에 마련되는 트렌치 차광부를 구비하고,
    상기 트렌치 차광부는,
    상기 복수의 화소 중 제1 화소의 주위에는 간극 없이 마련되고,
    상기 제1 화소에 인접하는 제2 화소의 주위에는 그 제1 화소의 주위에 마련되는 상기 트렌치 차광부에 대해 이간하여 마련되는 촬상 소자와,
    상기 촬상 소자로부터 판독된 화소 신호에 대해 신호 처리를 실행하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리부와,
    상기 신호 처리부에 의해 생성된 상기 화상 데이터를 기억하는 기억부를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  21. 제1 화소와,
    상기 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소와,
    상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 주위에 마련된 트렌치 차광부와,
    상기 트렌치 차광부의 적어도 상기 제1 화소와 상기 제2 화소의 제1 경계 부분에 트렌치의 깊이 방향으로 매입된 차광벽을 구비하고,
    상기 차광벽은,
    상기 제1 경계 부분에서 상기 제2 화소의 방향으로 가깝게 매입되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 화소는 상기 제2 화소와 비교하여 감도가 높은 화소인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 화소의 수광면의 면적은 상기 제2 화소의 수광면의 면적보다도 크고,
    상기 감도는 상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 수광면의 면적의 크기에 응한 감도인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 트렌치 차광부는 상기 차광벽이 매입된 제1 부분의 두께가 상기 차광벽이 매입되지 않은 제2 부분의 두께에 대해 두껍고 또한, 상기 제1 부분이 상기 제2 부분에 대해 상기 제1 화소의 측으로 비어 나오지 않는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 차광벽은 상기 제2 부분에서의 상기 제2 화소의 측의 외연을 연장한 위치에 걸리는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 차광벽은 상기 제1 경계 부분에서 상기 제1 화소의 측으로 비어 나오지 않고 또한, 상기 트렌치 차광부로부터 비어져 나오지 않는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 차광벽은 상기 제2 화소의 전둘레에 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 차광벽은 또한, 상기 제1 화소와, 그 제1 화소에 인접하는 다른 상기 제1 화소의 제2 경계 부분에 다른 상기 차광벽과 간격을 두고 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 차광벽은 또한, 상기 제1 화소의 전둘레에 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 수광면의 주위에 마련되는 화소간 차광부를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 화소간 차광부는 상기 제1 화소 및 상기 제2 화소의 적어도 일방에 관한 화소 경계에 대해 대칭으로 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 화소간 차광부는 상기 제1 화소 및 상기 제2 화소의 적어도 일방에 관한 화소 경계에 대해 비대칭으로 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  33. 제21항에 있어서,
    상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 수광면에 마련되는 광학 필터와 다른 상기 광학 필터의 사이에 마련되는 도파로를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 수광면의 주위의 적어도 일부에 마련되는 화소간 차광부를 또한 구비하고,
    상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 주위의 적어도 일부에 상기 화소간 차광부와 상기 도파로를 조합시켜서 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 도파로는 상기 제2 화소의 주위에 마련되고,
    상기 화소간 차광부는 상기 제1 화소끼리가 인접하는 경계 부분에 마련되는 것을 특징으로 하는 기재된 촬상 소자.
  36. 제1 화소와,
    상기 제1 화소에 인접하여 배치되는 제2 화소와,
    상기 제1 화소 및 상기 제2 화소 각각의 주위에 마련되는 트렌치 차광부와,
    상기 트렌치 차광부의 적어도 상기 제1 화소와 상기 제2 화소의 제1 경계 부분에 트렌치의 깊이 방향으로 매입된 차광벽을 구비하고,
    상기 차광벽은,
    상기 제1 경계 부분에서 상기 제2 화소의 방향으로 가깝게 매입되는 촬상 소자와,
    상기 촬상 소자로부터 판독된 화소 신호에 대해 신호 처리를 실행하여 화상 데이터를 생성하는 신호 처리부와,
    상기 신호 처리부에 의해 생성된 상기 화상 데이터를 기억하는 기억부를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
KR1020227017364A 2019-12-17 2020-12-08 촬상 소자, 촬상 소자의 구동 방법 및 전자 기기 KR20220115929A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019227660 2019-12-17
JPJP-P-2019-227660 2019-12-17
JPJP-P-2020-112161 2020-06-29
JP2020112161 2020-06-29
PCT/JP2020/045556 WO2021124964A1 (ja) 2019-12-17 2020-12-08 撮像素子、撮像素子の駆動方法および電子機器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220115929A true KR20220115929A (ko) 2022-08-19

Family

ID=76476599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227017364A KR20220115929A (ko) 2019-12-17 2020-12-08 촬상 소자, 촬상 소자의 구동 방법 및 전자 기기

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20230018370A1 (ko)
JP (1) JPWO2021124964A1 (ko)
KR (1) KR20220115929A (ko)
CN (2) CN114730779A (ko)
DE (1) DE112020006147T5 (ko)
WO (1) WO2021124964A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220115929A (ko) * 2019-12-17 2022-08-19 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 촬상 소자, 촬상 소자의 구동 방법 및 전자 기기
KR20220085542A (ko) * 2020-12-15 2022-06-22 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
CN115776617A (zh) * 2021-09-06 2023-03-10 思特威(上海)电子科技股份有限公司 像素结构、图像传感器、设备及图像处理方法、控制方法
WO2023042447A1 (ja) * 2021-09-16 2023-03-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置
JP2023069162A (ja) * 2021-11-05 2023-05-18 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、電子機器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012178457A (ja) 2011-02-25 2012-09-13 Sony Corp 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
JP2017163010A (ja) 2016-03-10 2017-09-14 ソニー株式会社 撮像装置、電子機器
JP2017175345A (ja) 2016-03-23 2017-09-28 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び、電子機器
JP2017191950A (ja) 2011-03-02 2017-10-19 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102380829B1 (ko) 2014-04-23 2022-03-31 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 촬상 장치
JP6754157B2 (ja) * 2015-10-26 2020-09-09 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置
WO2017130728A1 (ja) * 2016-01-29 2017-08-03 ソニー株式会社 固体撮像装置および電子機器
JP6688165B2 (ja) 2016-06-10 2020-04-28 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像システム
JP2018092976A (ja) * 2016-11-30 2018-06-14 キヤノン株式会社 撮像装置
US20190113546A1 (en) * 2017-10-12 2019-04-18 Johnson Controls Technology Company Self-powered wireless energy sensor for efficient building management
EP4199530A1 (en) * 2017-11-22 2023-06-21 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and electronic apparatus
JP6779929B2 (ja) * 2018-02-09 2020-11-04 キヤノン株式会社 光電変換装置および機器
US10840280B2 (en) * 2018-03-16 2020-11-17 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Imaging device having capacitor surrounding first photoelectric converter in plan view
JP2022017616A (ja) * 2018-11-09 2022-01-26 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、固体撮像装置の製造方法および電子機器
US20220399391A1 (en) * 2019-12-03 2022-12-15 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging apparatus, manufacturing method thereof, and electronic equipment
KR20220115929A (ko) 2019-12-17 2022-08-19 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 촬상 소자, 촬상 소자의 구동 방법 및 전자 기기
US11670661B2 (en) * 2019-12-20 2023-06-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and method of fabricating same
US11233080B2 (en) * 2019-12-30 2022-01-25 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with partially encapsulating attenuation layer
WO2022138467A1 (ja) * 2020-12-25 2022-06-30 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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012178457A (ja) 2011-02-25 2012-09-13 Sony Corp 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
JP2017191950A (ja) 2011-03-02 2017-10-19 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器
JP2017163010A (ja) 2016-03-10 2017-09-14 ソニー株式会社 撮像装置、電子機器
JP2017175345A (ja) 2016-03-23 2017-09-28 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び、電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
CN115696074B (zh) 2023-09-15
CN114730779A (zh) 2022-07-08
JPWO2021124964A1 (ko) 2021-06-24
US20230018370A1 (en) 2023-01-19
US11991463B2 (en) 2024-05-21
CN115696074A (zh) 2023-02-03
DE112020006147T5 (de) 2022-12-29
US20230254602A1 (en) 2023-08-10
WO2021124964A1 (ja) 2021-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12022209B2 (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
US20230033933A1 (en) Imaging element having p-type and n-type solid phase diffusion layers formed in a side wall of an interpixel light shielding wall
CN115696074B (zh) 光检测装置
KR20180117601A (ko) 고체 촬상 소자
US20240047499A1 (en) Solid-state imaging device, method for manufacturing the same, and electronic apparatus
KR102611545B1 (ko) 촬상 장치 및 전자 기기
KR20210101212A (ko) 고체 촬상 소자 및 영상 기록 장치
KR20220110182A (ko) 촬상 장치 및 전자 기기
TW202133412A (zh) 攝像元件、攝像元件之驅動方法及電子機器
WO2024057470A1 (ja) 光検出装置およびその製造方法、並びに電子機器