TWI437889B - 固態成像裝置及電子機器 - Google Patents

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Description

固態成像裝置及電子機器
本發明有關固態成像裝置及電子機器。特別地是，本發明有關一固態成像裝置及電子機器，其中對應於不同色彩之複數像素被包括在一像素單元中，且該等像素單元被設置在該成像區域中之一矩陣中。
以互補充金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器作為代表之半導體影像感測器係想要的，以包括更多像素，亦即達成該像素尺寸中之減少及該相同影像區域中之像素數目中的增加。日本專利特許公開申請案第2001-160973號揭示一固態成像裝置，其具有一微透鏡、一濾色片、及一遮光薄膜之孔口，它們係以基於該輸出角度所計算之移位量設置，該輸出角度係以該影像高度及該出射光瞳距離與由該微透鏡至一光接收部份的薄膜厚度界定。日本專利特許公開申請案第2008-78258號揭示一固態成像裝置，其中該靈敏度設定係依色彩為基礎改變。日本專利特許公開申請案第Sho 62-42449號揭示一固態成像裝置，其中一遮光薄膜之孔口面積視該色彩而定被製成為不同的。日本專利特許公開申請案第2007-288107號揭示一固態成像裝置，其中一濾色片係如此設置，以便被移位，藉此防止彩色深淺之發生。
然而，隨著像素數目之增加，信號之數量變得較小，且其正變得難以確保相同之S/N比率(信噪比)。特別地是，造成該色彩平衡之失調，當該透鏡之視角係大時，這失調歸因於該信號數量之惡化係顯著的，且信號數量之惡化依色彩為基礎而不同。
對於本發明有一抑制該色彩平衡由於該透鏡的視角之失調的需要。
根據本發明的一模式，提供有一固態成像裝置，包括複數像素單元，其被組構成以此一使得對應於不同色彩之複數像素被當作一單元處理的方式設置在一成像區域中。於此固態成像裝置中，該像素單元中之每一像素的位置之移位量係如此設定，以便視由該成像區域之中心至該像素單元之距離及一色彩而定有所不同。
於本發明之此模式中，因為在由該成像區域之中心至其周邊的區域上方，設定用於該像素單元中之像素的設置之移位量視由該成像區域之中心至該像素單元之距離及該色彩而定有所不同，能在由該成像區域之中心至其周邊的區域上方抑制該像素單元中之色彩偏差。
根據本發明之另一模式，提供有一固態成像裝置，包括複數像素單元，其被組構成以此一使得對應於不同色彩之複數像素被當作一單元處理的方式設置在一成像區域中之矩陣中；及一遮光部分，其被組構成對應於該複數像素單元以被提供，且具有對應該像素單元中之像素的孔口。於此固態成像裝置中，用於該像素單元中之每一像素的遮光部份之孔口的位置之移位量係如此設定，以便視由該成像區域之中心至該像素單元之距離及一色彩而定有所不同。
於本發明之此模式中，在由該成像區域之中心至其周邊的區域上方，設定用於該像素單元中之像素的遮光部份之孔口的設置之移位量視由該成像區域之中心至該像素單元之距離及該色彩而定有所不同，能在由該成像區域之中心至其周邊的區域上方抑制該像素單元中之色彩偏差。
根據本發明之另一模式，提供有包括該上述固態成像裝置之電子機器。於此電子機器中，一處理藉由該固態成像裝置中之像素所獲得之信號的電路可為由CMOS電晶體所形成。再者，該等像素可被如此組構，以便捕捉由基板的一相反側上之表面至在其上方形成一互連層之基板的表面之光線。此外，一傳送部份可被提供，該傳送部份傳送一藉由依序施加不同相位之電位而在該等像素中被捕捉之電荷。
本發明的模式中之像素意指一執行光電轉換之區域，且不只涵括一藉由元素隔離的結構上分開之區域，同時也涵括一以該輸出電信號之觀點分開的區域。再者，該像素單元不只涵括當作一組複數像素與結構上分開之單元，同時也涵括一在由複數像素所構成之每一像素組之重複部份的邊界方便地分開之單元。
根據本發明之模式，其變得可能抑制該色彩平衡由於該透鏡之視角的失調，且在由該成像區域之中心至其周邊的區域上方獲得一沒有色彩交調失真之信號。
用於執行本發明之模式(下文，稱為“具體實施例”)將在下面被敘述。將以下列順序作成該敘述。
1.　固態成像裝置(背照式CMOS感測器、前照式CMOS感測器、CMOS影像感測器之組構、及CCD感測器)之組構範例
2.　能線圖(像素單元中之輪廓及視該影像高度而定的變化)
3.　第一具體實施例(像素之位置的設定)
4.　第二具體實施例(像素之光接收區域的設定)
5.　第三具體實施例(遮光部份的孔口之位置的設定)
6.　第四具體實施例(遮光部份的孔口之尺寸的設定)
7.　電子機器(成像機器之範例)
<1.固態成像裝置之組構範例>
根據該等具體實施例之固態成像裝置的組構範例將在下面被敘述。
[背照式CMOS感測器]
圖1係一概要剖視圖，用於說明一背照式CMOS感測器。於該固態成像裝置1中，濾色片60被提供在一矽基板2之表面上方，在其中提供具有像素10之作用的光接收區域，且一用於藉由該等光接收區域中的光電轉換所獲得之信號的互連層40係設在該矽基板2之另一表面上方。由於此特色，該固態成像裝置1具有一組構，其中光係由相反側面上之表面至在上方提供該互連層40的表面入射在該等光接收區域上，且該光電轉換係在該等光接收區域中進行。
於該固態成像裝置1中，該矽基板2中所形成之個別色彩的光接收區域係藉由元素隔離部份20彼此隔離。在該等光接收區域上方，該濾色片60係與抗反射薄膜21及層間絕緣薄膜30的中間物一起形成。該濾色片60係例如基於該拜爾(Bayer)陣列，而與對應於紅色(R)、綠色(G)、及藍色(B)之個別色彩的光接收區域之配置匹配。微透鏡70被設在該等個別色彩之濾色片60上。
用於製造該所謂之背照式CMOS感測器，用以彼此隔離對應於該等個別色彩之光接收區域的元素隔離部份20，係藉由P型雜質離子之植入形成在該矽基板2之表面(於圖1中，在該下側面上)附近。對應於該等個別色彩之光接收區域係藉由N型及P型雜質離子之植入形成於該等元素隔離部份20之間。再者，用於像素驅動等之電晶體Tr及該互連層40係形成在該等光接收區域上方。
該電晶體Tr之範例包括各種型式之電晶體，諸如一用於讀出被捕捉在光接收區域中之電荷的讀出電晶體、一用於放大光電二極體之輸出的放大電晶體、一用於選擇該光電二極體之選擇電晶體、及一用於使該電荷放電之重置電晶體。
於此狀態中，一支撐基板係附接至該矽基板2之互連層40側面，且該矽基板2之後表面(於圖1中，在該上側面上)係藉由化學機械拋光法(CMP)拋光，並以該支撐基板支撐該矽基板2。此拋光被施行，直至該等光接收區域被暴露。
隨後，該抗反射薄膜21(例如具有64奈米厚度之HfO薄膜)及該層間絕緣薄膜30(例如具有500奈米厚度之SiO2 薄膜)係形成在該矽基板2之後表面側上，在此該等光接收區域被暴露。
再者，對應於該等光接收區域之濾色片60(例如具有500奈米厚度)係形成在該層間絕緣薄膜30上，且，及該等微透鏡70(例如具有350奈米之透鏡部分厚度)係對應於該濾色片60形成。
這些步驟完成該固態成像裝置1，其中由該矽基板2之後表面(於圖1中，在該上側面上)入射的光線係藉由該等微透鏡70所聚光，且該等個別色彩之光束係藉由該等光接收區域經由該濾色片60所接收。於此結構中，該互連層40不會存在於該等光接收區域之光入射側面上，且因此該等個別之光接收區域的孔口比率能被增加。
圖2係一概要剖視圖，用於說明一具有遮光部份之背照式CMOS感測器。具有該遮光部份的背照式CMOS感測器之組構基本上係與圖1所示組構相同。特別地是，該濾色片60被提供在該矽基板2的一表面上方，其中具有該等像素10之作用的光接收區域被提供，且用於藉由該等光接收區域中之光電轉換所獲得之信號的互連層40係設在該矽基板2之另一表面上方。如此，光係由相反側面上之表面至在上方提供該互連層40的表面入射在該等光接收區域上，且該光電轉換係在該等光接收區域中進行。
於具有圖2所示組構之CMOS感測器中，遮光部份W係形成在該抗反射薄膜21上所形成之層間絕緣薄膜30。該遮光部份W被如此提供，以致防止通過該等個別色彩的濾色片60之光線進入異於該對應像素10之光接收區域的區域。該遮光部份W係由例如鎢所構成，且具有對應於該等個別色彩之光接收區域的孔口。
[前照式CMOS感測器]
圖3係一概要剖視圖，用於說明一前照式CMOS感測器。於此固態成像裝置1中，由光電二極體所形成之光接收區域係形成於一矽基板2中，且電晶體Tr係對應於該等光接收區域形成。
電晶體Tr之範例包括各種型式之電晶體，諸如一用於讀出被捕捉在該光接收區域中之電荷的讀出電晶體、一用於放大該光電二極體之輸出的放大電晶體、一用於選擇該光電二極體之選擇電晶體、及一用於使該電荷放電之重置電晶體。
一抗反射薄膜21係形成在該電晶體Tr上，且複數互連層40係與一層間絕緣薄膜之中間物一起形成。一由有機薄膜所形成之光學波導器可根據需要被埋入該等互連層40中。
在該等互連層40上方，對於每一預定區域以預定之配置順序形成RGB濾色片60。再者，微透鏡70係對應於該等個別色彩之濾色片60所形成。在本範例中，用於一光接收區域之孔口具有2.5平方微米之尺寸。
此固態成像裝置1具有一結構，其中該等互連層40及該等濾色片60被提供在該矽基板2的一表面上方，其中該等像素部份之光接收區域被提供。亦即，於此結構中，該等微透鏡70、該等濾色片60、及該等互連層40係設在該等光接收區域之光入射側面上。此外，光係由在其上方提供該等互連層40之矽基板2的表面入射，且光電轉換係在該等光接收區域中進行。
於此固態成像裝置1中，周遭光線係藉由該等微透鏡70所聚光，且經由RGB的個別濾色片60被分成諸光束，每一光束具有對應於一預定色彩之波長。RGB之光束經由該等互連層40抵達該矽基板2中所提供之光接收區域。隨後，光電轉換係在該等光接收區域中進行，以致視RGB的光束之數量而定的電信號係藉由驅動該等電晶體Tr所取得。
在由該前照式CMOS感測器所形成之固態成像裝置1中，該等互連層40之中的最上層之互連係亦被使用當作該遮光部份W。特別地是，藉由將此互連之位置及寬度設定至預定值，防止通過該等個別色彩的濾色片60之光線進入異於該對應像素10之光接收區域的區域。
[CMOS影像感測器之組構]
圖4係一圖解，用於說明一由CMOS影像感測器所形成之固態成像裝置的整個組構。如圖4所示，CMOS影像感測器50具有一形成在半導體基板(晶片)(未示出)上之像素陣列單元51、及設在與該像素陣列單元51的相同半導體基板上之周邊電路。當作像素陣列單元51之周邊電路，使用直立驅動器電路52、當作信號處理電路之列線電路53、水平驅動器電路54、輸出電路55、時序信號發生器(TG)56等。
於該像素陣列單元51中，單位像素(下文，該單位像素通常將僅只意指該“像素”)6係二維地設置於一矩陣中。該單位像素6包括一光電轉換元件，其視該光量而定執行入射可見光之光電轉換成電荷數量。該單位像素6之特定組構將稍後被敘述。
再者，於該像素陣列單元51中，用於該等單位像素6之矩陣配置，一像素驅動線57係沿著該圖解之水平方向(該像素行上之諸像素的配置方向)形成用於每一像素行，且一直立信號線58係沿著該圖解之直立方向(該像素列上之諸像素的配置方向)形成用於每一像素列。於圖4中，一線被顯示當作每一像素驅動線57。然而，每一行的像素驅動線57之數目不限於1。該像素驅動線57的一端部係連接至該直立驅動器電路52之輸出端子，其對應於該等像素行之個別一行。
該直立驅動器電路52係由移位暫存器、位址解碼器等所構成。該直立驅動器電路52具有一讀出掃描系統，用於依序執行該等像素6之選擇性掃描，信號係以逐行為基礎由該等像素讀出，雖然其特定組構係在該圖示中未顯示。再者，該直立驅動器電路52具有一拂掠掃描系統，用以對於該讀出行執行拂掠掃描，該讀出掃描係藉由該讀出掃描系統對於該讀出行所進行，而該拂掠掃描用於比此讀出掃描較早達對應於該快門速率之時間，由在此讀出行上之像素6中之光電轉換元件掃掠(重置)該不需要之電荷。
所謂之電子快門操作係藉由該拂掠掃描系統拂掠(重置)該不需要之電荷所進行。該電子快門操作意指清除該光電轉換元件中之光電荷及最近開始曝光的操作(該光電荷之開始聚積)。
在該先前的讀出操作或該電子快門操作之後，藉由該讀出操作用該讀出掃描系統所讀出之信號對應於光線入射之數量。再者，從藉由該先前讀出操作的讀出時序或藉由該電子快門操作之拂掠時序至藉由該目前讀出操作的讀出時序之時期，係等同於該等單位像素6中之光電荷聚積的時間(曝光時間)。
從藉由掃描用該直立驅動器電路52所選擇的像素行上之個別單位像素6所輸出的信號，係經由該等個別之直立信號線58供給至該等列線電路53。該等列線電路53接收由用於該像素陣列單元51之每一像素列的選定行上之個別像素6所輸出的信號，且用於該信號，每一列線電路執行信號處理，諸如用於移除該像素特有的固定式圖型雜訊之相關的雙重取樣(CDS)、信號放大、及AD轉換。
於此範例中，該等列線電路53係如此設置，以便相對於該等像素列具有一對一之對應。然而，該電路組構係不限於此。譬如，其係亦可能採用一組構，其中每複數像素列(直立信號線58)設置一列線電路53，且該等列線電路53之每一個以一時分方式被該複數像素列所共享。
該水平驅動器電路54包括移位暫存器、位址解碼器等，且依序輸出一水平掃描脈衝，以藉此依序選擇該等列線電路53。用於該等列線電路53之輸出級的每一級，提供一水平選擇開關，以便被連接於該輸出級及一水平信號線59之間，雖然於該圖解中未示出。由該水平驅動器電路54連續地輸出之水平掃描脈衝依序開啟被提供用於該等列線電路53之個別輸出級的水平選擇開關。這些水平選擇開關回應於該水平掃描脈衝被依序開啟，以藉此允許被基於每一像素列上之列線電路53所處理之像素信號依序被輸出至該水平信號線59。
對於由該等列線電路53經由該水平信號線59所供給之像素信號，該輸出電路55依序執行各種型式之信號處理，且輸出該等結果之信號。當作藉由該輸出電路55的特定之信號處理，例如在一些案例中僅只緩衝被執行。另一選擇係，於其他案例中，在該緩衝之前，進行黑階調整、該等列之中的變動之修正、信號放大、有關該色彩之處理等。
該時序信號發生器56產生各種型式之時序信號，且基於這些各種型式之時序信號控制該直立驅動器電路52、該等列線電路53、及該水平驅動器電路54之驅動。
[單位像素之電路組構]
圖5係一電路圖，顯示該單位像素之電路組構的一範例。除了具有該光接收部份之作用的光電轉換元件以外，有關本電路範例之單位像素6具有諸如光電二極體61，例如傳導電晶體62、重置電晶體63、放大電晶體64、及選擇電晶體65之四個電晶體。
於此範例中，例如N通道MOS電晶體被用作這些電晶體62至65。然而，於此範例中，該傳導電晶體62、該重置電晶體63、該放大電晶體64、及該選擇電晶體65之電導型式的組合僅只係一範例，且該電導型式的組合係不限於此。
用於此單位像素6，如該像素驅動線57，例如一傳導線571、一重置線572、及一選擇線573之三驅動器互連部被共同提供於該相同像素行上之個別像素中。該傳導線571、該重置線572及該選擇線573之每一個的一端部係基於每一像素列連接至該直立驅動器電路52之對應於該像素行的輸出端子。
該光電二極體61之陽極係連接至該電源負極側、諸如該地面，且執行所接收光線之光電轉換至一光電荷(於此範例中為光電子)，而具有視所接收光量而定之電荷數量。該光電二極體61之陰極係經由該傳導電晶體62電連接至該放大電晶體64之閘極。電連接至該放大電晶體64之閘極的節點被稱為一浮動傳播(FD)部分(電荷電壓轉換器)66。
該傳導電晶體62係連接於該光電二極體61的陰極及該FD部分66之間。該傳導電晶體62係回應於一傳導脈衝φTRF之供給轉變至開啟狀態，該傳導脈衝之高電平(例如Vdd電平)對應於經由該傳導線571至該閘極之有效狀態(下文，此一脈衝將被代表為一“高有效脈衝”)。藉此，該傳導電晶體62藉由該光電二極體61傳導起自該光電轉換之光電荷至該FD部分66。
該重置電晶體63之汲極係連接至該像素電源Vdd，且其該源極係連接至該FD部分66。該重置電晶體63係回應於經由該重置線572至該閘極的高有效重置脈衝φRST之供給而轉變至該開啟狀態。藉此，於該信號電荷由該光電二極體61傳導至該FD部分66之前，該重置電晶體63清除該FD部分66之電荷朝向該像素電源Vdd，以藉此重置該FD部分66。
該放大電晶體64之閘極係連接至該FD部分66，且其汲極係連接至該像素電源Vdd。該放大電晶體64輸出在藉由該重置電晶體63的重置之後所獲得的FD部分66之電位當作該重置電平。此外，該放大電晶體64輸出在藉由該傳導電晶體62之信號電荷的傳導之後所獲得的FD部分66之電位當作該信號電平。
譬如，該選擇電晶體65之汲極係連接至該放大電晶體64之源極，且其源極係連接至該直立信號線58。該選擇電晶體65係回應於經由該選擇線573至該閘極的高有效選擇脈衝φSEL之供給而轉變至該開啟狀態。藉此，該選擇電晶體65將該單位像素6設定至該選擇狀態，且將由該放大電晶體64所輸出之信號分程遞送至該直立信號線58。
其係亦可能採用一電路組構，其中該選擇電晶體65係連接於該像素電源Vdd及該放大電晶體64的汲極之間。
再者，該單位像素6係不限於具有由設有上述組構的四個電晶體所形成之像素組構，但亦可為一具有由三個電晶體所形成之像素組構，該三個電晶體之一具有該放大電晶體64及該選擇電晶體65兩者之作用。其像素電路之組構可為任何組構。
[CCD感測器]
圖6A及6B係概要圖，用於說明一電荷耦合裝置(CCD)感測器：圖6A係一整個平面圖，且圖6B係一沿著圖6A中之剖線A-A的剖視圖。如圖6A所示，該固態成像裝置1包括於成像區域S中配置在一矩陣中之複數像素10、及複數直立傳導暫存器VT，該等暫存器對應於該等像素10之各列，且具有一CCD結構。再者，此固態成像裝置1包括一水平傳導暫存器HT，其具有一CCD結構，且傳導一藉由該直立傳導暫存器VT所傳導之信號電荷至一輸出單元；及一輸出單元OP，其連接至該水平傳導暫存器HT之末級。
於此固態成像裝置1中，電荷係視藉由該像素10所接收之光線而定累積，且此電荷在一預定時序被讀出至該直立傳導暫存器VT，及藉由具有由該直立傳導暫存器VT上方之電極所施加的複數相位之電壓被連續地傳導。再者，抵達該水平傳導暫存器HT之電荷被連續地傳導至該輸出單元OP，且由該輸出單元OP被輸出當作預定電壓。
如圖6B所示，電極D被提供用於該直立傳導暫存器VT。該等電極D係形成在複數層中，雖然於該圖解中未示出。如此提供該等電極D，致使該等鄰接電極D局部地互相重疊。具有不同相位之電壓係連續地施加至這些複數電極D。藉此，該像素10中所累積之電荷被讀出及傳導於該直立方向中。一遮光部份W係形成用於該電極D，供該等像素10之間所提供的直立傳導暫存器VT，以藉此抑制不需要之光線的入射。
[成像區域中之布局]
圖7係一概要平面圖，用於說明該成像區域中之布局。於上述組構範例之任一範例中，該複數像素10係於該成像區域S中設置在一矩陣中。每一像素10由於該濾色片接收用於獲得一色彩影像所需要的色彩之光線。當作該等色彩，例如紅色(R)、綠色(G)、及藍色(B)之組合或黃色(Y)、青藍色(C)、洋紅色(M)、及綠色(G)之組合被使用。於該等具體實施例中，紅色(R)、綠色(G)、及藍色(B)之組合被用作一範例。
該成像區域S中之個別像素10係以預定配置設置，以便每一像素捕捉紅色(R)、綠色(G)、及藍色(B)之色彩的任一種之光線。當作該對應之色彩配置，有各種型式之配置。於該等具體實施例中，該拜爾陣列被用作一範例，其中紅色(R)、藍色(B)、第一綠色(Gr)、及第二綠色(Gb)係直立及水平地設置在2×2矩陣中。於此陣列中，一像素單元100係藉由總共四個像素10，亦即紅色(R)、藍色(B)、第一綠色(Gr)、及第二綠色(Gb)之2×2像素所組構。雖然第一綠色(Gr)及第二綠色(Gb)被指定至不同像素，該等像素處理該相同之色彩。於該成像區域S中，複數像素單元100被配置在一矩陣中。
<2.　能線圖> [像素單元中之輪廓]
圖8係一圖解，顯示該像素單元中之能線圖的範例。此圖解顯示B、R、Gr、及Gb之個別色彩(波長)的照射能量在該矽基板表面上之強度及展開度。依據此圖解，藍色(B)之光線具有該照射能量之最高強度及最小展開度。在另一方面，紅色(R)之光線具有該照射能量之最低強度及最大展開度。
[視影像高度而定的變化]
圖9A至10B係圖解，用於說明視該影像高度而定的能線圖中之變化。圖9A及9B顯示一藍色(B)像素及一綠色(Gb)像素之能線圖。圖10A及10B顯示一紅色(R)像素及一綠色(Gr)像素之能線圖。於圖9A至10B中，圖9A及10A顯示當該影像高度係0%時之狀態(在該成像區域之中心)，且圖9B及10B顯示當該影像高度係100%時之狀態(在該成像區域之邊緣)。
此等能線圖係由具有圖2所示該遮光部份W之背照式CMOS感測器所獲得。特別地是，此背照式CMOS感測器具有一在該矽基板2上方包括以下零組件之層組構，其中由光電二極體所形成之光接收區域係形成：一當作抗反射薄膜21之HfO薄膜(64奈米厚度)、一當作該遮光部份W之鎢薄膜(150奈米厚度)、一當作該層間絕緣薄膜30之SiO2 薄膜(550奈米厚度)、該濾色片60(500奈米厚度)、及該等微透鏡70(750奈米厚度(該透鏡部分厚度係350奈米))。
該遮光部份W之孔口的平面圖係如圖11所示。對於每一RGB色彩，該孔口尺寸被製成為不同的，以便基於圖8所示之能線圖調節該輸出平衡。譬如，對應於紅色(R)之孔口具有800平方奈米之尺寸。對應於綠色(Gr,Gb)之孔口具有700平方奈米之尺寸。對應於藍色(B)之孔口具有600平方奈米之尺寸。再者，平面圖(光接收區域)中之像素尺寸係0.9平方微米，且該濾色片配置係基於該拜爾陣列。
直接在此像素結構中之遮光部份上方製成的能線圖之剖視圖對應於圖9A至10B。圖9A及9B顯示以具有450奈米(藍色)波長的單色光線模擬之結果，且圖10A及10B顯示以具有650奈米(紅色)波長的單色光線模擬之結果。於每一模擬中，該像素係以平行校準的光線照射。
圖9A及圖10A顯示當該影像高度係0%時之能線圖(在該成像區域之中心)。圖10A所示紅色(R)像素之能量展開度係大於圖9A所示藍色(B)像素之能量展開度。
圖9A及圖10B顯示當該影像高度係100%時之能線圖(在該成像區域之邊緣)。該等能線圖係基於使用一透鏡之假定，當該影像高度係100%時，該透鏡之主要光束入射角係20度。在該紅色(R)與該藍色(B)中，該光線能量不被集中在該像素中心，但呈一移位狀態。
譬如，根據圖9B所示之能線圖，應被該藍色(B)像素所接收之光線進入該鄰接之第二綠色(Gb)像素。再者，根據圖10B所示能線圖，應被該紅色(R)像素所接收之光線進入該鄰接之第一綠色(Gr)像素。以此方式，該能線圖視該影像高度而定變化，且該中心被移位，這造成靈敏度惡化及色彩交調失真。
本發明之特定具體實施例將在下面被敘述。上述組構範例之任一個可被應用至根據該等具體實施例之固態成像裝置。將藉由取固態成像裝置當作一範例作成以下之敘述，且每一固態成像裝置採用一背照式CMOS感測器。
<3.　第一具體實施例>
圖12係一概要圖，用於說明第一具體實施例。於根據該第一具體實施例之固態成像裝置中，視離該成像區域S之中心的距離、亦即該影像高度而定，對於該像素單元100中之個別色彩的像素10之位置設定移位量。設定此移位量，以便隨著色彩而不同。
於圖12中，顯示對應於該影像高度係0%之位置的像素單元100及對應於該影像高度係異於0%之位置的像素單元100之每一個的放大視圖。於每一像素單元100中，該像素單元100中之四個像素10基於該像素單元100之中心O被設置在預定位置。
用於對應於該影像高度係0%之位置的像素單元100中之四個像素10，該xy坐標系中之個別像素10的中心位置被顯示如下，該xy坐標系之原點係該像素單元100之中心O。
該R像素10之中心位置　…(Xr,Yr)
該Gr像素10之中心位置　…(Xgr,Ygr)
該B像素10之中心位置　…(Xb,Yb)
該Gb像素10之中心位置　…(Xgb,Ygb)
用於對應於該影像高度係100%之位置的像素單元100中之四個像素10，該xy坐標系中之個別像素10的中心位置被顯示如下，該xy坐標系之原點係該像素單元100之中心O。
該R像素10之中心位置　…(Xr',Yr')
該Gr像素10之中心位置　…(Xgr',Ygr')
該B像素10之中心位置　…(Xb',Yb')
該Gb像素10之中心位置　…(Xgb',Ygb')
於該固態成像裝置1中，視該影像高度而定對於該像素單元100中之對應色彩的像素10之位置設定移位量。此特色係反應該特徵，即該能線圖之中心位置係視該影像高度而定移位，如圖9A至10B所示。
視該影像高度而定，該像素單元100中之個別色彩的像素10之移位量係如下。
(該R像素之移位量ΔR)
(該Gr像素之移位量ΔGr)
(該B像素之移位量ΔB)
(該Gb像素之移位量ΔGb)
於該第一具體實施例之固態成像裝置中，該R像素之移位量ΔR、該Gr像素之移位量ΔGr、該B像素之移位量ΔB、及該Gb像素之移位量ΔGb被如此設定，以便對應於該等個別色彩而不同。特別地是，視該影像高度而定，對於紅色(R)、綠色(G)、及藍色(B)之每一色彩，該能線圖之中心位置的移位量被事先獲得。在與這些移位量匹配中，ΔR、ΔGr、ΔB、及ΔGb係以色彩為基礎設定。
特別地是，視該影像高度而定，在與紅色(R)中之能線圖的中心位置之移位匹配中設定ΔR之值。視該影像高度而定，在與綠色(G)中之能線圖的中心位置之移位匹配中設定ΔGr及ΔGb之值。視該影像高度而定，在與藍色(B)中之能線圖的中心位置之移位匹配中設定ΔB之值。藉此，在由該成像區域S之中心至其周邊的區域上方，每一像素單元100中之色彩偏差被抑制。
基於ΔR、ΔGr、ΔB、及ΔGb，該等個別像素10之運動方向係朝向在該影像高度係0%之位置的方向。ΔR、ΔGr、ΔB、及ΔGb之值能由包括該影像高度當作一變數之函數獲得、或能被由列表資料獲得。
<4.　第二具體實施例>
圖13係一概要圖，用於說明第二具體實施例。於一根據該第二具體實施例之固態成像裝置中，除了該第一具體實施例之組構以外，差異被設定在該像素單元100中之個別色彩的像素10之光接收區域視該影像高度而定的振幅中，且如此設定該振幅中之差異，以便隨著色彩而不同。
於圖13中，顯示對應於該影像高度係0%之位置的像素單元100及對應於該影像高度係異於0%之位置的像素單元100之每一個的放大視圖。於每一像素單元100中，該像素單元100中之四個像素10係設有該等個別之光接收區域。
用於對應於該影像高度係0%之位置的像素單元100中之四個像素10，該等個別像素10之光接收區域被顯示如下。
該R像素10之光接收區域　…Qr
該Gr像素10之光接收區域…Qgr
該B像素10之光接收區域　…Qb
該Gb像素10之光接收區域…Qgb
用於對應於該影像高度係100%之位置的像素單元100中之四個像素10，該等個別像素10之光接收區域被顯示如下。
該R像素10之光接收區域　…Qr'
該Gr像素10之光接收區域…Qgr'
該B像素10之光接收區域　…Qb'
該Gb像素10之光接收區域…Qgb'
於該固態成像裝置1中，視該影像高度而定，差異被設定在該像素單元100中之對應色彩的像素10之光接收區域的振幅中。此特色係反應該特徵，即該能線圖之展開度視該影像高度而定變化，如圖9A至10B所示。
視該影像高度而定，該像素單元100中之個別色彩的像素10之光接收區域的振幅中之差異係如下。
(該R像素之光接收區域的振幅中之差異ΔQR)
ΔQR=Qr' -Qr
(該Gr像素之光接收區域的振幅中之差異ΔQGr)
ΔQGr=Qgr' -Qgr
(該B像素之光接收區域的振幅中之差異ΔQB)
ΔQB=Qb' -Qb
(該Gb像素之光接收區域的振幅中之差異ΔQGb)
ΔQGb=Qgb' -Qgb
於該第二具體實施例之固態成像裝置中，如此設定ΔQR、ΔQGr、ΔQB、ΔQGb之值，以便對應於該等個別色彩而不同。特別地是，視該影像高度而定，對於紅色(R)、綠色(G)、及藍色(B)之每一色彩，該能線圖的展開度中之變化係事先獲得。在與這些變化匹配中，依色彩為基礎設定ΔQR、ΔQGr、ΔQB、ΔQGb之值。
特別地是，視該影像高度而定，在與紅色(R)中之能線圖的展開度中之變化匹配中設定ΔQR之值。視該影像高度而定，在與綠色(G)中之能線圖的展開度中之變化匹配中設定ΔQGr與ΔQGb之值。視該影像高度而定，在與藍色(B)中之能線圖的展開度中之變化匹配中設定ΔQB之值。藉此，在由該成像區域S之中心至其周邊的區域上方，每一像素單元100中之色彩偏差被抑制。
ΔQR、ΔQGr、ΔQB、與ΔQGb之值能由包括該影像高度當作一變數之函數獲得、或能被由列表資料獲得。
<5.　第三具體實施例>
圖14係一概要圖，用於說明第三具體實施例。於根據該第三具體實施例之固態成像裝置中，移位量被設定用於一遮光部份W之孔口的位置，該遮光部份用於每一像素單元100中之對應像素。此移位量係如此設定，以便隨著色彩而不同。
於圖14中，顯示對應於該影像高度係0%之位置的像素單元100及對應於該影像高度係異於0%之位置的像素單元100之每一個的放大視圖。於每一像素單元100中，對應於該像素單元100中之四個像素10的遮光部份W之孔口基於該像素單元100之中心O被設置在預定位置。
用於對應於該影像高度係0%之位置的像素單元100中之四個像素10，該xy坐標系中之個別像素10的遮光部份W之孔口的中心位置被顯示如下，該xy坐標系之原點係該像素單元100之中心O。
用於該R像素10之遮光部份W的孔口Wr…(Xwr,Ywr)
用於該Gr像素10之遮光部份W的孔口Wgr…(Xwgr,Ywgr)
用於該B像素10之遮光部份W的孔口Wb…(Xwb,Ywb)
用於該Gb像素10之遮光部份W的孔口Wgb…(Xwgb,Ywgb)
用於對應於該影像高度係100%之位置的像素單元100中之四個像素10，用於該xy坐標系中之個別像素10的遮光部份W之孔口的中心位置被顯示如下，該xy坐標系之原點係該像素單元100之中心O。
用於該R像素10之遮光部份W的孔口Wr…(Xwr',Ywr')
用於該Gr像素10之遮光部份W的孔口Wgr…(Xwgr',Ywgr')
用於該B像素10之遮光部份W的孔口Wb…(Xwb',Ywb')
用於該Gb像素10之遮光部份W的孔口Wgb…(Xwgb',Ywgb')
於該固態成像裝置1中，視該影像高度而定對於該像素單元100中之對應色彩的像素10之遮光部份W之孔口的位置設定移位量。此特色係反應該特徵，即該能線圖之中心位置係視該影像高度而定移位，如圖9A至10B所示。
視該影像高度而定，該像素單元100中之個別色彩的像素10之移位量係如下。
(用於該R像素的孔口Wr之移位量ΔWR)
(用於該Gr像素的孔口Wgr之移位量ΔWGr)
(用於該B像素的孔口Wb之移位量ΔWB)
(用於該Gb像素的孔口Wgb之移位量ΔWGb)
於該第三具體實施例之固態成像裝置中，上述ΔWR、ΔWGr、ΔWB、及ΔWGb被如此設定，以便對應於該等個別色彩而不同。特別地是，視該影像高度而定，對於紅色(R)、綠色(G)、及藍色(B)之每一色彩，該能線圖之中心位置的移位量被事先獲得。在與這些移位量匹配中，ΔWR、ΔWGr、ΔWB、及ΔWGb係以色彩為基礎設定。
特別地是，視該影像高度而定，在與紅色(R)中之能線圖的中心位置之移位匹配中設定ΔWR之值。視該影像高度而定，在與綠色(G)中之能線圖的中心位置之移位匹配中設定ΔWGr及ΔWGb之值。視該影像高度而定，在與藍色(B)中之能線圖的中心位置之移位匹配中設定ΔWB之值。藉此，在由該成像區域S之中心至其周邊的區域上方，每一像素單元100中之色彩偏差被抑制。
基於ΔWR、ΔWGr、ΔWB、及ΔWGb，該等個別孔口之運動方向係朝向在該影像高度係0%之位置的方向。ΔWR、ΔWGr、ΔWB、及ΔWGb之值能由包括該影像高度當作一變數之函數獲得、或能被由列表資料獲得。
<6.　第四個具體實施例>
圖15係一概要圖，用於說明第四具體實施例。於根據該第四具體實施例之固態成像裝置中，除了該第三具體實施例之組構以外，視該影像高度而定，差異被設定在該像素單元100中之個別色彩的像素10用之遮光部份W的孔口之尺寸中，且如此設定該尺寸中之差異，以便隨著色彩而不同。
於圖15中，顯示對應於該影像高度係0%之位置的像素單元100及對應於該影像高度係異於0%之位置的像素單元100之每一個的放大視圖。於每一像素單元100中，該像素單元100中之四個像素10的遮光部份W之孔口係設有該等個別之尺寸。
用於對應於該影像高度係0%之位置的像素單元100中之四個像素10，用於該等個別像素10之遮光部份W的孔口之尺寸被顯示如下。
用於該R像素10之遮光部份W的孔口Wr之尺寸…Qwr
用於該Gr像素10之遮光部份W的孔口Wgr之尺寸…Qwgr
用於該B像素10之遮光部份W的孔口Wb之尺寸…Qwb
用於該Gb像素10之遮光部份W的孔口Wgb之尺寸…QWwb
用於對應於該影像高度係100%之位置的像素單元100中之四個像素10，用於該等個別像素10之遮光部份W的孔口之尺寸被顯示如下。
用於該R像素10之遮光部份W的孔口Wr之尺寸…Qwr'
用於該Gr像素10之遮光部份W的孔口Wgr之尺寸…Qwgr'
用於該B像素10之遮光部份W的孔口Wb之尺寸…Qwb'
用於該Gb像素10之遮光部份W的孔口Wgb之尺寸…Qwgb'
於該固態成像裝置1中，視該影像高度而定，差異被設定在該像素單元100中之對應色彩的像素10用之遮光部份W的孔口之尺寸中。此特色係反應該特徵，即該能線圖之展開度視該影像高度而定變化，如圖9A至10B所示。
視該影像高度而定，該像素單元100中之個別色彩的像素10用之遮光部份W的孔口之尺寸中之差異係如下。
(用於該R像素之孔口Wr的尺寸中之差異ΔQWR)
ΔQWR=Qwr' -Qwr
(用於該Gr像素之孔口Wgr的尺寸中之差異ΔQWGr)
ΔQWGr=Qwgr' -Qwgr
(用於該B像素之孔口Wb的尺寸中之差異ΔQWB)
ΔQWB=Qwb' -Qwb
(用於該Gb像素之孔口Wgb的尺寸中之差異ΔQWGb)
ΔQWGb=Qwgb' -Qwgb
於該第四具體實施例之固態成像裝置中，如此設定ΔQWR、ΔQWGr、ΔQWB、ΔQWGb之值，以便對應於該等個別色彩而不同。特別地是，視該影像高度而定，對於紅色(R)、綠色(G)、及藍色(B)之每一色彩，該能線圖的展開度中之變化係事先獲得。在與這些變化匹配中，依色彩為基礎設定ΔQWR、ΔQWGr、ΔQWB、ΔQWGb之值。
特別地是，視該影像高度而定，在與紅色(R)中之能線圖的展開度中之變化匹配中設定ΔQWR之值。視該影像高度而定，在與綠色(G)中之能線圖的展開度中之變化匹配中設定ΔQWGr與ΔQWGb之值。視該影像高度而定，在與藍色(B)中之能線圖的展開度中之變化匹配中設定ΔQWB之值。藉此，在由該成像區域S之中心至其周邊的區域上方，每一像素單元100中之色彩偏差被抑制。
ΔQWR、ΔQWGr、ΔQWB、ΔQWGb之值能由包括該影像高度當作一變數之函數獲得、或能被由列表資料獲得。
該上述第一至第四個具體實施例可為每一個被獨立地採用，並能以適當之組合採用。特別地是，根據該第一具體實施例之像素的位置之設定可與根據該第三具體實施例用於該等像素之遮光部份的孔口之位置的設定組合。再者，根據該第一具體實施例之像素的位置之設定可與根據該第四具體實施例用於該等像素之遮光部份的孔口之尺寸的設定組合。此外，根據該第二具體實施例之像素的光接收區域之設定可與根據該第三具體實施例用於該等像素之遮光部份的孔口之位置的設定組合。
圖16係一圖解，用於說明由色彩至色彩的移位量中之差異。於此圖解中，該影像高度被指示在該橫坐標上，且該像素之位置與該像素單元中之遮光部份的孔口之位置的移位量被指示在該縱坐標上。當該影像高度係100%時，該移位量係依紅色(R)、綠色(G)、及藍色(B)之順序為較大的，且該差異抵達大約0.1微米。於該等具體實施例中，在與該差異發生在RGB的該等個別色彩之中的移位量匹配中，該像素之位置與該像素單元中之遮光部份的孔口之位置的移位量係依色彩為基礎設定。
圖17A及17B係圖解，顯示該等具體實施例之效果。圖17A顯示未採用該具體實施例的案例之範例，且圖17B顯示採用該具體實施例(該像素之位置的設定與該遮光部份的孔口之位置的設定)的案例之範例。於每一圖解中，該橫坐標指示該影像高度，且該縱坐標指示該光接收靈敏度。
於圖17A所示未採用該具體實施例的案例中，雖然當該影像高度係0%時，在RGB的個別色彩之中的光接收靈敏度之值係相同的，該影像高度中之增加在光接收靈敏度中於RGB的個別色彩之中產生大變動，這造成高度之彩色深淺。在另一方面，於此採用圖17B所示具體實施例之案例中，甚至當該影像高度係由0%增加時，不會在RGB的個別色彩之中造成該光接收靈敏度中之大變動，且如此可抑制彩色深淺之發生。
<7.　電子機器>
圖18係一方塊圖，顯示成像機器之組構範例，而當作基於該具體實施例的電子機器之一範例。如圖18所示，成像機器90具有一光學系統，其包括透鏡組91、固態成像裝置92、當作照相機信號處理電路之DSP(數位訊號處理器)電路93、訊框記憶體94、顯示裝置95、記錄裝置96、作業系統97、電源系統98等。關於這些零組件，該DSP電路93、該訊框記憶體94、該顯示裝置95、該記錄裝置96、該作業系統97、及該電源系統98係經由一匯流排線99彼此連接。
該透鏡組91捕捉來自一目的物之入射光線(影像光線)，並在該固態成像裝置92之成像平面上形成該影像。該固態成像裝置92以逐一像素為基礎將入射光線之光量轉換成一電信號，且輸出該電信號當作一像素信號，來自該光量之影像係藉由該透鏡組91形成在該成像平面上。當作此固態成像裝置92，上述具體實施例之任一個的固態成像裝置被使用。
該顯示裝置95係由諸如液晶顯示裝置或有機電激發光(EL)顯示裝置之面板顯示裝置所形成，並顯示藉由用該固態成像裝置92成像所獲得之動態影像或靜止影像。該記錄裝置96將藉由用該固態成像裝置92成像所獲得之動態影像或靜止影像記錄於一記錄媒體中，諸如不揮發的記憶體、錄影帶、或多功能數位碟片(DVD)。
該作業系統97在一使用者的操作之下發出有關本成像機器之各種功能的操作指令。該電源系統98適當地供給各種型式之功率至這些供給目標，該功率具有用於該DSP電路93、該訊框記憶體94、該顯示裝置95、該記錄裝置96、及該作業系統97之操作功率的作用。
此成像機器90被應用至諸如攝錄像機、數位照相機、及行動電話的行動機器用之照相機模組。藉由使用根據該等上述具體實施例之任一個的固態成像裝置當作此固態成像裝置92，具有優異之色彩平衡的成像機器能被提供。
本申請案包含有關在2009年2月23日於日本專利局提出的日本優先權專利申請案第JP 2009-038943號中所揭示之申請專利範圍，其整個內容係以引用的方式倂入本文中。
那些熟諳此技藝者應了解視設計需求及其他因素而定，在修改、組合、次組合、及變更係在所附申請專利或其同等項之範圍內，亦可發生各種修改、組合、次組合、及變更。
1．．．固態成像裝置
2．．．基板
6．．．單位像素
10．．．像素
20．．．元素隔離部份
21．．．抗反射薄膜
30．．．層間絕緣薄膜
40．．．互連層
50．．．CMOS影像感測器
51．．．像素陣列單元
52．．．直立驅動器電路
53．．．列線電路
54．．．水平驅動器電路
55．．．輸出電路
56．．．定時信號發生器
57．．．像素驅動線
58．．．直立信號線
59．．．水平信號線
60．．．濾色片
61．．．光電二極體
62．．．傳導電晶體
63．．．重置電晶體
64．．．放大電晶體
65．．．選擇電晶體
66．．．浮動傳播部分
70．．．微透鏡
90．．．成像機器
91．．．透鏡組
92．．．固態成像裝置
93．．．數位訊號處理器電路
94．．．訊框記憶體
95．．．顯示裝置
96．．．記錄裝置
97．．．作業系統
98．．．電源系統
99．．．匯流排線
100．．．像素單元
571．．．傳導線
572．．．重置線
573．．．選擇線
CCD．．．電荷耦合裝置
D．．．電極
HT．．．傳導暫存器
OP．．．輸出單元
S．．．成像區域
Tr．．．電晶體
VT．．．傳導暫存器
W．．．遮光部份
圖1係一概要剖視圖，用於說明一背照式CMOS感測器；
圖2係一概要剖視圖，用於說明一具有遮光部份之背照式CMOS感測器；
圖3係一概要剖視圖，用於說明一前照式CMOS感測器；
圖4係一圖解，用於說明一CMOS感測器之整個組構；
圖5係一電路圖，顯示像素單元之電路組構的一範例；
圖6A及6B係概要圖，用於說明一CCD(電荷耦合元件)感測器；
圖7係一概要平面圖，用於說明一成像區域中之布局；
圖8係一圖解，顯示像素單元中之能線圖的範例；
圖9A及9B係(第一)圖解，用於說明視該影像高度而定的能線圖中之變化；
圖10A及10B係(第二)圖解，用於說明視該影像高度而定的能線圖中之變化；
圖11係一概要圖，顯示一遮光部份之孔口的平面圖；
圖12係一概要圖，用於說明本發明之第一具體實施例；
圖13係一概要圖，用於說明本發明之第二具體實施例；
圖14係一概要圖，用於說明本發明之第三具體實施例；
圖15係一概要圖，用於說明本發明之第四具體實施例；
圖16係一圖解，用於說明由色彩至色彩的移位量中之差異；
圖17A及17B係圖解，顯示該具體實施例之效果；及
圖18係一方塊圖，顯示成像機器之組構範例，而當作基於該具體實施例的電子機器之一範例。
10．．．像素
100．．．像素單元
S．．．成像區域

Claims (12)

  1. 一種固態成像裝置，包括：複數像素單元，其被組構成以使得對應於不同色彩之複數像素被當作一單元處理的方式設置在一成像區域中，其中該像素單元中之每一像素的位置之移位量係經設定，以便根據由該成像區域之中心至該像素單元之距離及一色彩，而有所不同。
  2. 如申請專利範圍第1項之固態成像裝置，其中該像素單元中之每一像素的光接收區域係經設定，以便根據由該成像區域之中心至該像素單元之距離及一色彩，而有所不同。
  3. 如申請專利範圍第1項之固態成像裝置，其中一電路係由一互補金屬氧化物半導體電晶體所形成，該電路係處理一藉由該等像素所獲得之信號。
  4. 如申請專利範圍第1項之固態成像裝置，其中該等像素係經組構，以便捕捉由基板的一相反側上之表面至在其上方形成一互連層之基板的表面之光線。
  5. 如申請專利範圍第1項之固態成像裝置，其中一傳送部份，被設置在該複數像素單元之間，該傳送部份傳送一藉由依序施加不同相位之電位而在該等像素中被捕捉之電荷。
  6. 一種固態成像裝置，包括：複數像素單元，其被組構成以使得對應於不同色彩之複數像素被當作一單元處理的方式設置在一成像區域中之矩陣中；及一遮光部分，其被組構成對應於該複數像素單元以被提供，且具有對應該像素單元中之像素的孔口，其中用於該像素單元中之每一像素的遮光部份之孔口的位置之移位量係經設定，以便根據由該成像區域之中心至該像素單元之距離及一色彩，而有所不同。
  7. 如申請專利範圍第6項之固態成像裝置，其中用於該像素單元中之每一像素的遮光部份之孔口的面積係經設定，以便根據由該成像區域之中心至該像素單元之距離及一色彩，而有所不同。
  8. 如申請專利範圍第6項之固態成像裝置，其中一電路係由一互補金屬氧化物半導體電晶體所形成，該電路係處理一藉由該等像素所獲得之信號。
  9. 如申請專利範圍第6項之固態成像裝置，其中該等像素係經組構，以便捕捉由基板的一相反側上之表面至在其上方形成一互連層之基板的表面之光線。
  10. 如申請專利範圍第6項之固態成像裝置，其中一傳送部份，被設置在該複數像素單元之間，該傳送部份傳送一藉由依序施加不同相位之電位而在該等像素中被捕捉之電荷。
  11. 一種電子機器，包括：一固態成像裝置，其被組構成根據所接收之光量而定輸出一電信號；及一信號處理裝置，其被組構成處理一由該固態成像裝置所輸出之電信號，其中該固態成像裝置包括複數像素單元，其以使得對應於不同色彩之複數像素被當作一單元處理的方式設置在一成像區域中，且該像素單元中之每一像素的位置之移位量係經設定，以便根據由該成像區域之中心至該像素單元之距離及一色彩，而有所不同。
  12. 一種電子機器，包括：一固態成像裝置，其被組構成根據所接收之光量而定輸出一電信號；及一信號處理裝置，其被組構成處理一由該固態成像裝置所輸出之電信號，其中該固態成像裝置包括複數像素單元，其以使得對應於不同色彩之複數像素被當作一單元處理的方式設置在一成像區域中之矩陣中；及一遮光部分，其對應於該複數像素單元被提供，且具有對應該像素單元中之像素的孔口，與用於該像素單元中之每一像素的遮光部份之孔口的位置之移位量係經設定，以便根據由該成像區域之中心至該像素單元之距離及一色彩，而有所不同。
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