TW200903785A - Solid-state image pickup device and imaging apparatus - Google Patents

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200903785 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於固體攝像裝置及攝像裝置。 【先前技術】 在固體攝像裝置之半導體影像感測器中，有具有作為將 入射光變換成電氣信號之光電變換部之複數像素、與由各 像素選擇地讀出電氣信號2M〇s電晶體之（：馗〇8感測器、 及具有作為將入射光變換成電氣信號之光電變換部之複數 像素，通過矽基板内而電荷轉送由各像素讀出之信號電荷 之CCD，兩種均屬於讀出像素之信號之半導體元件◊近年 來，CMOS感測器由於低電壓.低耗電力、多功能等之特 徵，作為行動電話用之攝像機、數位靜物攝像機、數位影 像攝像機之攝像元件備受注目，其使用範圍日益擴大。 另一方面，料彩色影像感般使用在各像素形 成例如紅（R)、綠⑹、藍（B)之3色組成之彩色渡光片卜般 為RGB拜爾排列），在空間上加以分色之技術。此方式可 藉任意調整彩色遽光片之分光特性，而達成良好之色重 現。但’由於彩色濾光片本身之光吸收有相當程度存在， 故有不能充分有效使用入射於影像感測器之光之本質上的 問題。又’由於施行空間的分色，不能有效使用影像感剛 益之像素’綠⑹像素少之情形，亮度信號之解像度會降 低’紅W及藍W像素少之情形’也有色信號之解像度會 降低’或產生色偽信號之問題。 另外’隨著影像感測器之小型化、多像素化，i像素之 128066.doc 200903785 胞大小，在最近已縮小至2.0 0〇1見方以下。同時，每〗像 素之面積及體積也逐漸縮小。其結果，餘和信號量及感度 降低，導致畫質之降低。因此，若能不縮小胞而以i像素 或2像素〜3像素獲#R/G/B信號，料在將飽和信號量及感 度保持-定量不變地’維持空間的亮度及彩色之解像度。 作為解決上述之㈣之方法，最近，有人思考使用有機 光電變換膜之影像感測器（例如專利文獻〗）。依據專利文獻 1，對受光之光逐次積層對藍具有感度之有機光電變換 膜、對綠具有感度之有機光電變換膜、對紅具有感度之有 機光電變換膜時，可由丨像素分別取出R/G/B信號，謀求感 度提高。但，使有機光電變換膜多層化在製程上極為困 難，：¾今尚無實現化之報告。取ώ電極（通常為金屬膜）與 有機光電變換膜之加工製程之匹配性是一大課題，此係由 於尚未確立不對有機光電變換膜造成傷害而施行電極加工 之技術之故。 另方面，有機光電變換膜也有以1層而藉Si體分光實 現色之例（例如參照專利文獻2、專利文獻3 :圖6)，但利 用在$之體中之各波長之光之吸收差之情形’色重現性不 良，不忐使用於一般的高精細之影像感測器。又，由體中 取出2色之構造在製程上也相當複雜 ，成本偏高。 [專利文獻1]日本特開2〇〇3_23446〇號公報 [專利文獻2]日本特開2005-303266號公報 [專利文獻3]曰本特開2003-33255 1號公報 【發明内容】 128066.doc 200903785 [發明所欲解決之問題] 欲解決之問題點在於利用在⑦體中之各波長之光吸收差 月形&重現]生不良，不能使用於一般的高精細影像感 測器之點。 本發明可解決上述之問題，提高色重現性，適用於高精 細影像感測器。 [解決問題之技術手段] 請求項1之本發明之特徵在於：其係由在半導體基板上 含有複數光電變換部與由該光電變換部選擇地讀出2M〇s 電曰a體之複數像素所構成，由配置於前述光電變換部上之 有機光電變換膜僅取出第W之信號，由排列於前述光電 變換部上之有機彩色濾光片層之吸收分光取出不含前述第 1色之複數色之信號。 在明求項1之本發明中，將有機光電變換膜設定為1層， 可避免取出電極（通常為金屬膜）與有機光電變換膜之加工 製程之整合性問題’將不含色之複數色加以排列，例 如形成方格花紋排列，可顯著改善色重現性。 請求項5之本發明之特徵在於包含：聚光光學部，其係 將入射光聚光；固體攝像裝置，其係接受由前述聚光光學 部所聚光之光而施以光電變換；及信號處理部，其係處理 被光電變換之㈣；前述固體攝像裝置係由在半導體基板 上含有複數光電變換部與由該光電變換部選擇地讀出之 電BB體之複數像素所構成，由配置於前述光電變換部 上之有機光電變換膜僅#出第Μ之信冑，由㈣於前述 128066.doc 200903785 光電變換部上之 尽…、 有機光電變換膜上之有機彩色遽光片 層之：收分光取出不含前述^色之複數色之信號。 :、之本發明中，由於使用本案發明之固體攝像 " 可使用色重現性優異之固體攝像裝置。 [發明之效果] 依據清求項1之本發明，由於具備本案發明之固體攝像 裝置’故可提供色重現性優異之攝像裝置，又，具有可避 免取出電極（通常為金屬膜）與有機光電變換膜之加工製程 之整合性問題之優點。 依據β求項5之本發明，由於可使用色重現性優異之固 體攝像裝1，可提高拍攝圖像之品質，故具有可記錄高品 位之影像之優點。 【實施方式】 藉圖1之概略構成立體圖及圖2之配置圖說明本發明之固 體攝像裝置之一實施型態（第1實施例）。在圖1中，表示全 面開口型CMOS影像感測器作為本發明之固體攝像裝置之 適用之一例。 如圖1所示，在半導體基板丨丨形成之活性層12，形成具 有將入射光變換為電氣信號之光電變換部（例如光電二極 體）22、轉送電晶體、放大電晶體、復位電晶體等之電晶 體群23(在圖式中圖示其一部分）等之複數像素部^。在上 述半導體基板11，例如使用矽基板。另外，形成有處理由 各光電變換部22讀出之信號電荷之信號處理部（未圖示 在上述像素部21之周圍之一部分，例如在列方向或行方 128066.doc 200903785 向之像素部21間，形成元件分離區域24。 又，在形成上述光電變換部22之半導體基板丨丨之表面侧 (在圖式中’為半導體基板Η之下側）形成布線層31。此布 線層31由布線32與覆蓋此布線32之絕緣膜33所構成。在上 述布線層3 1形成支持基板35。此支持基板35例如係由石夕基 板所構成。 另外在上述固體攝像裝置1，在半導體基板丨丨背面側 形成具有透光性之平坦化膜41。更在此平坦化膜41(在圖 式中，為上面側）形成有機光電變換膜42，更介著分離層 43形成有機彩色濾光片層44。此有機彩色濾光片層44係對 應於上述光電變換部22而形成，例如為取出藍（Biue)與紅 (Red) ’包含有將青（Cyan)之有機彩色濾光片層44(44C)與 黃（Yellow)之有機彩色濾光片層44(44γ)配置成方格花紋之 層。又，在各有機彩色濾光片層44上形成有使入射光聚光 於各光電變換部22之聚光透鏡5 1。 作為上述之有機光電變換膜42之綠（Green)系色素，以一 例表示時，有若丹明系色素、酞菁系衍生物' 喹吖酮、曙 紅Y、份菁系色素。 上述固體攝像裝置1係由有機光電變換膜42取出綠 (Green)之信號，藉青（Cyan)與黃（YeH〇w)之有機彩色濾光 片層44之組合而取出藍（Biue)與紅（Red)信號。利用圖2說 明上述有機光電變換膜42與有機彩色濾光片層44之平面的 配置（編碼）之一例。 如圖2(1)所示，取出綠（Green)信號之有機光電變換臈42 128066.doc 200903785 被配置於全部像素。又，如圖2(2)所示，青（Cyan)與黃 (Yellow)呈現所謂方格花紋排列。藍（Biue)與紅（Red)之分 光係力用以下之原理達成。首先，如圖3之分光例所示， 藉青（Cyan)之有機彩色濾光片層44C之吸收除去紅（Red)成 分’接著藉綠（Green)之有機光電變換膜42之吸收除去綠 (Green)成分’藉此可以剩下之藍（Blue)成分取出藍 (Blue)。另一方面’藉黃（Yell〇w)之有機彩色濾光片層44γ 之吸收除去藍（Blue)成分，接著藉綠（Green)之有機光電變 換膜42之吸收除去綠（Green)成分，藉此可以剩下之紅 (Red)成分取出紅（Re(j)。又’構成形成於光電變換部22之 光電二極體之N-區域與p+區域（未圖示）之深度只要在全部 像素中共通地保持最適化即可。 藉以上之構成，在固體攝像裝置丨中，即可輸出綠 (Green)、藍（Biue)、紅（Red)之分離之色信號。由於有機光 電變換膜42為1層，可避免取出電極（通常為金屬膜）（未圖 示）與有機光電變換膜42之加工製程之匹配性之問題，且 使用有機彩色濾光片層44時，可利用微影技術形成，故不 需要使用乾式餘刻加工，對有機光電變換膜42不會造成傷 害。又’有材料之焊接等之疑慮之情形，如圖所示，最好 在層間設置分離層43。 又，青（Cyan)之有機彩色濾光片層44C與黃（Yeli〇w)之有 機彩色濾光片層44Y配置成所謂方格花紋排列時，雖然空 間的亮度及彩色之解像度略有降低，但色重現性可顯著改 善0 128066.doc •10· 200903785 述口體攝像裝置〗與僅利用原色濾光片施行分色 之固體攝像裝置（例如前述專利文獻3之彩色攝像元件）相 比可藉組合補色之有機彩色據光片層44與體分光，課求 感度”色重現之兼顧。另外，補色分光也不限定於圖3所 不之例，月（Cyan)與黃（Yei丨〇w)若使用穿透率更高之元 件，則也可抑制藍（BIue)感度之降低。 另外，在上述第1實施型態之固體攝像裝置1中，雖揭示 以綠（Green)形成有機光電變換膜42，以青（Cyan)之有機彩 色濾光片層44C與黃（Yellow)之有機彩色濾光片層44γ之組 s取出▲ (Blue)與紅（Recj)之例，但也可採用其他之組合。 另外，不限於3原色’採时間色之組合或4色以上之排列 也無妨。又，雖揭示適用於全面開口型CM〇s影像感測器 之情形，但當然也可是用於通常之CM〇s影像感測器。 又，將有機彩色濾光片層44與有機光電變換膜42之上下位 置反轉而形成也無妨。 其次，藉圖4之概略構成立體圖及前述圖2之配置圖說明 本發明之固體攝像裝置之一實施型態（第2實施例）。在圖4 中，表示全面開口型CMOS影像感測器作為本發明之固體 攝像裝置之適用之一例。 如圖4所示’在半導體基板n形成之活性層12，形成具 有將入射光變換為電氣信號之光電變換部（例如光電二極 體）22、轉送電晶體、放大電晶體、復位電晶體等之電晶 體群23(在圖式中圖示其一部分）等之複數像素部21。在上 述半導體基板11 ’例如使用矽基板。另外，形成有處理由 128066.doc 200903785 各光電變換部22讀出之信號電荷之信號處理部（未圖示）。 在上述像素部2 1之周圍之一部分，例如在列方向或行方 向之像素部2 1間，形成元件分離區域24。 又’在形成上述光電變換部22之半導體基板1 1之表面側 (在圖式申’為半導體基板丨！之下側）形成布線層3丨。此布 線層3 1由布線32與覆蓋此布線32之絕緣膜33所構成。在上 述布線層3 1形成支持基板35。此支持基板35例如係由矽基 板所構成。 另外，在上述固體攝像裝置2，在半導體基板丨丨背面側 形成具有透光性之平坦化膜41。更在此平坦化膜41 (在圖 式中，為上面側）形成有機光電變換膜42，更介著分離層 43形成有機彩色濾光片層44。此有機彩色濾光片層44係對 應於上述光電變換部22而形成，例如為取出藍（Bhe)與紅 (Red)，包含有將青（Cyan)之有機彩色濾光片層44(44c)與 κ (Yellow)之有機彩色濾光片層44(44γ)配置成方格花紋之 層。又，在各有機彩色遽光片層44上形成有使入射光聚光 於各光電變換部22之聚光透鏡51。 作為上述之有機光電變換膜42之綠（Green)系色素，以一 例表示時，有若丹明系色素、欧菁系衍生物、^丫剩、曙 紅Y、份菁系色素。

藉青（Cyan)與黃（Yellow) (G：

機彩色濾光片 128066.doc 變換臈42取出綠 0之有機彩色濾光 (Red)信號。利 12 200903785 層44之平面的配置（編碼）之一例。 如前述圖2(1)所示，取出綠（Green)信號之有機光電變換 膜42被配置於全部像素。又，如前述圖2(2)所示，青 (Cyan)與育（Yeii〇w)呈現所謂方格花紋排列。藍（Bh匀與紅 (Red)之分光係力用以下之原理達成。首先，如前述圖3之 分光例所示，藉青（Cyan)之有機彩色濾光片層44C之吸收 除去紅（Red)成分’接著藉綠（Green)之有機光電變換膜42 之吸收除去綠（Green)成分，藉此可以剩下之藍（Biue)成分 取出藍（Blue)。另一方面，藉黃（YeU〇w)之有機彩色濾光 片層44Y之吸收除去藍（Blue)成分，接著藉綠（Green)之有 機光電變換膜42之吸收除去綠（Green)成分，藉此可以剩下 之紅（Red)成分取出紅（Red)。 又，為達成藍（Blue)與紅（Red)之分光，改變構成形成於 光電’吏換部22之光電二極體之N-區域22N與P+區域22P之 深度。即，藍（Blue)係在接近於光入射側（光之進入較淺） 之區域形成N-區域22N，對藍（Blue)光優先地進行光電變 換。而，在較深之區域形成p+區域22p，以抑制紅（Red)光 之光電變換。另一方面，紅（Red)係在遠離光入射側（光之 進入較深）之區域形成N_區域22N，對紅（Red)光優先進行 光電變換。而，在光之進入較淺之區域形成深的p+區域 22P ’以抑制藍（Biue)光之光電變換。各像素之區域22N 與P+區域22P之深度也需要藉波長控制於最適化。在組合 上’青（Cyan)之有機彩色濾光片層we之下為藍（Blue)像 素，在黃（Yellow)之有機彩色濾光片層44Y之下為紅（Red) 128066.doc 13 200903785 色素。 藉以上之構成，在固體攝像裝置2中，即可輸出綠 (Green)、藍（Blue)、紅（Red)之分離之色信號。由於有機光 電變換膜42為一層，可避免取出電極（通常為金屬膜）（未圖 示）與有機光電變換膜42之加工製程之匹配性之問題，且 使用有機彩色濾光片層44時，可利用微影技術形成，故不 需要使用乾式蝕刻加工，對有機光電變換膜42不會造成傷 f

害。又，有材料之焊接等之疑慮之情形，如圖所示，最好 在層間設置分離層43。 又，青（Cyan)之有機彩色濾光片層44C與黃（YeU〇w)之有 機彩色濾光片層44Y配置成所謂方格花紋排列時，雖然空 間的亮度及彩色之解像度略有降低M旦色重現性可顯著改 善。 又’上述㈣攝像裝置2與僅利用原色遽光片施行分色 之固體攝像裝置（例如前述專利文獻3之彩色攝像元件）相 比’可藉組合補色之有機彩色據光片層44與體分光，謀求 感度與色重現之兼顧。另外，補色分光也不限定於圖_ 示之例，青（Cyan)與黃（Yell〇w)*使用穿透率更高之元 件，則也可抑制藍（Blue)感度之降低。 另外，在上述第2實施型態之固體攝像裝置2中，雖揭示 以綠⑼⑽)形成有機_換臈42，卩青(Cyan)之有機彩 色滤光片層卿與黃（Yel —之有機彩色遽光片層44Y之组 合取出藍(Blue)與紅(Red)之例’但也可採用其他之組合。 另外’不限於3原色，採用中間色之經合或4色以上之排列 128066.doc -14· 200903785 也無妨。又，雖揭示適用於全面開口型CM〇s影像感測器 之情形，但當然也可適用於通常之CM〇s影像感測器。 又’將有機彩色遽光片層44與有機光電變換膜42之上下位 置反轉而形成也無妨。 在上述第2實施型態之固體攝像裝置2中，雖在有機彩色 濾光片層44揭示月（Cyan)與黃（Yell〇w)之分光例，但如圖 5(2)所不，作為有機彩色據光片層料之分光例，將具有分 光A之吸收波長特性之有機彩色濾光片層44八、與具有分 光B之吸收波長特性之有機彩色濾光片層44B配置成方格 化、”文排列。又，如圖5(1)所示，在有機光電變換膜42使用 綠（Green)之有機光電變換膜。 而在理想上，如圖6所示，上述有機彩色濾光片層 44A 44B以分別具有呈現分光A、分光b之分光特性為 佳。另外，作為此時之體分光，以採用在分光A之下具有 藍（Blue)感度，在分光6之下具有紅（Red)感度之組合更 佳。 -又，作為有機光電變換膜42與有機彩色濾光片層44之組 合，除了上述第1實施例及第2實施例所說明者以外，（1)在 有機光電變換臈42使用藍（Blew)，在有機彩色滤光片層44 使用、彔（Green)與分光B。在有機光電變換膜42使用紅 (Red) ’ θ在有機彩色濾光片層44使用綠（Green)與分光A。 又，在提高分色之觀點上，以使用上述第丨、第2實施例為 宜。 如以上所說明，本發明之固體攝像裝置1、2可提高色重 128066.doc -15· 200903785 現性’適用於高精細之影像感測器。 其次，依據圖7之區塊圖說明有關本發明之攝像裝置之 一實施型態（實施例）。此攝像裝置中，例如有視頻攝像 機、數位靜物攝像機、行動電話之攝像機等。 如圖7所示，攝像裝置1〇〇係在攝像部1〇1設置有固體攝 像裝置（未圖示）。在此攝像部⑻之聚光側設置有使像成像 之成像光學系1〇2。又’在攝像部1〇1，連接驅動此之驅動 電路、具有將被固體攝像裝置光電變換之信號處理成圖像 之信號處理電路等之信號處理部1〇3。又，上述 部所處理之圖像信號可藉圖像記憶部（未圖示）加以記憶。 在此種攝像裝置1〇〇中，在上述固體攝像元件中，使用前 述實施型態所說明之固體攝像裝置丨或固體攝像裝置2。 在本發明之攝像裝置⑽中，由於❹本案發明之固體 攝像裝置“戈固體攝像裝置2’故與上述說明同樣地，可減 少固體攝像裝置之垂直方向、或垂直方向及水平方向之像 素資訊之資訊量，故具有可達成高幀化之優點。 又，本發明之攝像裝置100並不限定於上述構成，若 使用固體攝像裝置之攝像裝置’則任何構成之攝像襄置 可適用。 上述固體攝像裝置卜2既可採用形成作為單晶片之型 態’也可採用將信號處理部或光學系匯總而具有被封 攝像功能之模組狀之型態…本發明不僅適用於固體 像裝置，也可適用於攝像裝置。此情形，作為攝像 可獲得高晝質化之效果。在此’攝像農置例如係表示攝像 128066.doc 16 200903785 攝像」並非僅指通 就廣義而言，亦含指紋 機及具有攝像功能之攜帶機器。 常之攝像機之攝影時之圖像攝取 檢測等。 【圖式簡單說明】 一實施型態（第1實 層之彩色編碼之配 圖1係表示本發明之固體攝像裝置之 施例）之概略構成立體圖。 圖2(1)、2(2)係表示有機彩色渡光片 圖3係有機彩色遽光片層之分光特性圖。 圖4係表示本發明之固體攝 々加、+ s 豕裝置之一實施型態（第2賓 施例）之概略構成立體圖。 圖5(1)、5(2)係表示有機彩色鴻 〇越无；=；層之办色編碼之酉己 置圖。 圖6係有機彩色濾光片層之分光特性圖。 圖7係表示本發明之攝像裝置之一實施型態（實施例）之 區塊圖。 【主要元件符號說明】 1、2 固體攝像裝置 11 半導體基板 12 活性層 21 像素 22 光電變換部 22Ν 光電二極體之Ν-區域 22Ρ 光電二極體之Ρ+區域 128066.doc -17- 200903785 23 24 31 32 33 35 41 42 43 44 44A 44B 44C 44Y 51 100 101 102 103 電晶體群 元件分離區域 布線層 布線 絕緣膜 支持基板 平坦化膜 有機光電變換膜 分離層 有機彩色濾光片層 分光A之吸收波長特性之有機彩色濾光片層 分光B之吸收波長特性之有機彩色濾光片層 青之有機彩色濾光片層 黃之有機彩色濾光片層 聚光透鏡 攝像裝置 攝像部 成像光學系 信號處理部 128066.doc 18·

Claims (1)

1. 200903785 、申請專利範園： 1. 體攝像裝置，其特徵在於：其係在半導體基板上 -3有複數光電變換部與由該光電變換部選擇地讀出 之MOS電晶體之複數像素； /配置於前述光電變換部上之有機光電變換膜僅取出 弟1色之信號； 由排列於前述光電變換部上之有機彩色滤光片層之吸 收分光取出不含前述第1色之複數色之信號。 2·如請求項1之固體攝像裝置，其中前述有機彩色滤光片 層係具有將不含前述第1色之複數色排列成方格花紋 者。 3，如請求項2之固體攝像裝置，其中 以前述有機光電變換膜取出綠色之信號； #由形成於前述有機彩色遽光片層之青色與黃色之方格 花紋排列之各各像素之吸收分光取出藍色與紅色之信 號。 。 4·如請求項2之固體攝像裝置，其中 以前述有機光電變換膜取出綠色之信號； 以形成於前述有機彩色濾光片層之青色與黃色之方格 花紋排列之各各像素之吸收分光、及藍色與紅色之體分 光之組合取出藍色與紅色之信號。 5. 一種攝像裝置’其特徵在於包含： 聚光光學部，其係將入射光聚光； 固體攝像裝置，其係接受由前述聚光光學部所聚光之 128066.doc 200903785 光並施以光電變換；及 信號處理部’其係處理被光電變換之信號； 前述固體攝像裝置係 在半導體基板上具備含有複數光電變換部與由該光電 變換部選擇地讀出之MOS電晶體之複數像素； 由配置於前述光電變換部上之有機光電變換膜僅取出 第1色之信號； 由排列於前述光電變換部上之前述有機光電變換膜上 有機彩色濾光片層之吸收分光取出不含前述 複數色之信號。 128066.doc