WO2022138901A1 - 撮像装置、または撮像装置を備えた電子機器 - Google Patents
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- 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
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Definitions
- the present invention relates to an image pickup device, and more particularly to an image pickup device in which wavelength-restrictable pixels are arranged in a matrix. It also relates to an electronic device provided with an image pickup device.
- BSI Backside illumination
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a pixel portion of a conventional back-illuminated CMOS image sensor.
- the pixel 1 has a structure of a circuit portion 2 on the front surface of the semiconductor substrate, a light receiving portion 3 on the back surface, and a pixel separation portion 4.
- Patent Document 1 shows a basic back-illuminated pixel configuration.
- a red (R), green (G), and blue (B) color filter 5 is formed on the light receiving unit 3 used in a mobile phone or the like.
- a wavelength limiting filter 6 is arranged between the CMOS image sensor and the camera lens.
- the wavelength limiting filter 6 is a filter for cutting a wavelength band that is unnecessary for the CMOS image sensor, and in the case of FIG. 2, it is an infrared cut filter.
- the light that has passed through the lens of the camera includes straight light 7 and oblique light 8. When the oblique light 8 is incident on a pixel, a boundary region between red (R) and green (G), a boundary region between green (G) and blue, and the like, signals of different colors are generated in adjacent pixels, so that colors are mixed. Challenges occur.
- the oblique light 8 that has passed through the red (R) color filter is incident on the light receiving unit 3 corresponding to the adjacent green (G) color filter, so that the light receiving unit 3 of the green (G) has the light receiving unit 3.
- a signal due to electrons photoelectrically converted by red light is generated, and is mixed with a signal due to electrons photoelectrically converted by green light that should be originally generated in the light receiving unit 3 of green (G).
- One method is to increase the width of the pixel separation unit 4 in order to suppress such color mixing, but the size of the pixel 1 should be reduced for the purpose of miniaturization, high pixel count, and high sensitivity.
- the size of the pixel 1 is limited to 2 um or more because of the trade-off relationship with the above.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of a pixel portion in which a light-shielding portion is provided between a pixel and an adjacent pixel.
- a light-shielding portion 9 By providing the light-shielding portion 9 between the pixel 1 and the adjacent pixel 1, the probability that the oblique light 8 enters the adjacent pixel can be reduced, so that color mixing can be suppressed.
- Patent Document 2 Such a configuration is shown in Patent Document 2, and a rectangular pixel having a side of 2 um or less is realized as a pixel dimension.
- the pixel 1 has been made smaller and more sensitive, so that the camera unit has been made smaller, has higher pixels, and has higher sensitivity. rice field.
- FIG. 4 shows the spectral characteristics of the silicon (Si) semiconductor of the light receiving portion.
- the wavelength band of visible light is said to be 380 nm to 780 nm.
- distance sensor cameras mounted on mobile phones and cars, surveillance cameras, etc. often use near-infrared sensitivity for imaging, and the typical wavelengths of the near-infrared rays are 850 nm and 940 nm.
- the wavelength of the LED light emitting element is often used.
- the pixel size is larger than the wavelength, so that all wavelengths reach the light receiving unit 3. Therefore, when the wavelength is limited by the camera, the wavelength limiting filter 6 is required.
- the wavelength limiting filter 6 cannot be removed by the conventional pixel configurations of FIGS. 2 and 3, so that the camera has at least a CMOS image sensor and a wavelength limiting filter. 6 and three types of camera lenses are required, and it has not been possible to reduce the thickness of the camera by the thickness of the wavelength limiting filter 6.
- An object of the present invention is to obtain an image pickup device having pixels having a wavelength limit function or an electronic device provided with the image pickup device without separately preparing a wavelength limit filter in order to realize miniaturization and thinning of the camera. To provide.
- the image pickup apparatus has a back-illuminated pixel.
- the refractive index of the region covering the opening is n1
- the width ⁇ 1 of the opening of the pixel is set.
- ⁇ 1 wavelength ⁇ 0 ⁇ n1 It is characterized in that the cutoff wavelength is ⁇ 0.
- the region covering the opening is a material containing silicon and oxygen and the wavelength ⁇ 0 is 940 nm, It is characterized by having a portion in which the width of the opening is 648.28 nm or less, or the pixel size of the back-illuminated type is 668.28 nm or less.
- the region covering the opening is a material containing silicon and oxygen and the wavelength ⁇ 0 is 850 nm, It is characterized by having a portion in which the width of the opening is 586.21 nm or less, or the pixel size of the back-illuminated type is 606.21 nm or less.
- the region covering the opening is a material containing silicon and oxygen and the wavelength ⁇ 0 is 780 nm, It is characterized by having a portion in which the width of the opening is 537.93 nm or less, or the pixel size of the back-illuminated type is 557.93 nm or less.
- the region covering the opening is a material containing silicon and nitrogen and the wavelength ⁇ 0 is 940 nm, It is characterized by having a portion where the width of the opening is 470.00 nm or less, or the pixel size of the back-illuminated type is 490.00 nm or less.
- the region covering the opening is a material containing silicon and nitrogen and the wavelength ⁇ 0 is 850 nm, It is characterized by having a portion where the width of the opening is 425.00 nm or less, or the pixel size of the back-illuminated type is 445.00 nm or less.
- the region covering the opening is a material containing silicon and nitrogen and the wavelength ⁇ 0 is 780 nm, It is characterized by having a portion in which the width of the opening is 390.00 nm or less, or the pixel size of the back-illuminated type is 410.00 nm or less.
- the region covering the opening is characterized by being a material containing silicon, oxygen and nitrogen.
- It is characterized by having at least the back-illuminated type pixel having a white filter.
- the dimension of the pixel is ( ⁇ 1 + X).
- the refractive index of the back surface coating layer is the same as the refractive index of the region covering the opening, or the back surface coating layer. Is characterized in that the refractive index of is smaller than the refractive index of the region covering the opening.
- the pixels having different widths ⁇ 1 of the opening are characterized in that the refractive index of the region covering the opening is different. And.
- the refractive index of the region covering the opening of the first pixel having a relatively long cutoff wavelength is at least the first. It is characterized in that the cutoff wavelength is shorter than that of one pixel and is larger than the refractive index of the region covering the opening of the second pixel.
- a light receiving portion a separation portion arranged between the light receiving portion adjacent to the light receiving portion and the light receiving portion in the previous period, an opening through which light can be incident between the separated portions, and a region or surface coating covering the opening.
- the width ⁇ 1 of the opening of the pixel is set to n1 when the refractive index of the region covering the opening or the surface coating layer is n1.
- a pixel having ⁇ 1 wavelength ⁇ 0 ⁇ n1 is provided, and the cutoff wavelength is ⁇ 0.
- the dimension of the pixel is ( ⁇ 1 + X).
- the region covering the opening or the back surface coating layer is a laminated film including a layer having a refractive index n1.
- FIG. 1 is a back-illuminated pixel structure having a wavelength limiting structure.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a pixel portion of a conventional back-illuminated CMOS image sensor.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of a pixel portion in which a light-shielding portion is provided between a pixel and an adjacent pixel.
- FIG. 4 shows the spectral characteristics of silicon (Si), which is the light receiving portion of the CMOS image sensor.
- FIG. 5 is a pixel structure having a surface covering layer in the opening on the back surface.
- FIG. 6 is a pixel structure having a surface coating layer in an opening sandwiched between DTIs.
- FIG. 7 is a pixel structure in which a light-shielding portion is embedded in an imaging portion.
- FIG. 8 shows a pixel structure in which the separation unit is embedded in the image pickup unit.
- an image pickup device having a back-illuminated pixel having a wavelength limiting filter function, or an electronic device provided with the image pickup device.
- FIG. 1 is a back-illuminated pixel structure having a wavelength limiting structure.
- FIG. 1 is an example in which four types of filters 5 of red (R), green (G), blue (B), and white (W) are formed.
- the white (W) light receiving unit performs photoelectric conversion of both visible light and near-infrared light.
- the wavelength limiting filter 6 required in the conventional camera shown in FIG. 3 is removed.
- the pixel is composed of a light-shielding portion 13, an opening 12 through which light can pass, and a wavelength-limited region 11.
- a pixel whose wavelength can be limited is realized by a combination of the width of the opening 12 of the pixel and the refractive index of the region 11.
- the wavelengths of typical near-infrared LED light emitting elements used in mobile phones and surveillance cameras are 940 nm and 850 nm.
- the range of visible light is said to be 380 to 780 nm. Therefore, pixels having a wavelength limiting function of 940 nm, 850 nm, and 780 nm are industrially useful.
- the region 11 will be described below assuming that the region 11 is in a vacuum.
- This wavelength ⁇ 0 is called the cutoff wavelength.
- Light having a wavelength longer than 940 nm is attenuated as the wavelength becomes longer.
- the width of the opening 12 in vacuum is proportional to the wavelength ⁇ 0 at which attenuation starts abruptly. Therefore, by narrowing down the conditions of the pixel opening 12, the wavelength limitation can be realized by the pixel itself.
- the width of the opening 12 of the pixel 1 in vacuum is 850 nm
- Light having a wavelength longer than 850 nm is attenuated as the wavelength becomes longer.
- the region 11 in the opening 12 is not vacuumed but is filled with a material having a refractive index n1.
- the wavelength ⁇ 0 in vacuum becomes the wavelength ⁇ 1 when entering the region 11.
- the opening 12 covered by the region 11 of the refractive index n1 has a wavelength longer than ⁇ 1. Can be difficult to pass through.
- the width of the opening 12 covered with the region 11 having the refractive index n1 is ⁇ 1, it is possible to make it difficult to pass a wavelength longer than the wavelength of 940 nm converted into vacuum.
- the opening 12 covered by the region 11 of the refractive index n1 has a wavelength longer than ⁇ 1. Can be difficult to pass through. Therefore, by designing the width of the opening 12 covered with the region 11 having the refractive index n1 to be ⁇ 1, it is possible to make it difficult to pass a wavelength longer than the wavelength of 850 nm converted into vacuum.
- region 11 As a material of region 11 often used in the semiconductor process of silicon, It is a silicon oxide film (SiO2), a silicon nitride film (Si3N4 or SiN), or a film containing oxygen in a silicon nitride film (SiON).
- SiO2 silicon oxide film
- Si3N4 or SiN silicon nitride film
- SiON silicon nitride film
- the refractive index of the silicon oxide film (SiO2) is in the wavelength band of 1000 nm or less. 1.45 or larger.
- the refractive index of the silicon nitride film (Si3N4 or SiN) is in the wavelength band of 1000 nm or less. 2.00 or larger.
- the refractive index of the film (SiON) containing oxygen in the silicon nitride film is the refractive index (1.45-2.00) between the silicon oxide film (SiO2) and the silicon nitride film (Si3N4 or SiN).
- the wavelength limiting region 11 is a silicon oxide film (SiO2) and the refractive index n1 is 1.45
- the dimension of the pixel 10 having the wavelength limiting function is the dimension obtained by adding the width X of the light-shielding portion 13 to the width ⁇ 1 of the opening portion 12.
- the width of the light-shielding portion 13 can be 20 nm or less, so that the dimensions of the pixel 10 having a wavelength limiting function are reduced.
- the wavelength limiting region 11 is a silicon oxide film (Si3N4) and the refractive index n1 is 2.00
- the wavelength in vacuum is 940 nm
- the numbers after the third decimal place are rounded off.
- the wavelength limiting region 11 is a film (SiON) containing oxygen in a silicon nitride film, and the refractive index n1 is a refractive index (1.) between the silicon oxide film (SiO2) and the silicon nitride film (Si3N4 or SiN). If it is 45-2.00),
- the width ⁇ 1 of the opening 12 capable of limiting the wavelength and the dimensions of the pixel 10 are values between the case of the silicon oxide film (SiO2) and the silicon nitride film (Si3N4 or SiN).
- the pixel 10 having the wavelength limiting function can be realized by combining the dimensions of the opening 12 and the pixel 10 with the region 11 covering the opening.
- wavelengths of 940 nm, 840 nm, and 780 nm are described as wavelengths in a vacuum, but other wavelengths ⁇ 0 in a vacuum may be limited.
- the width ⁇ 1 of the opening 12 covered with the region 11 having a refractive index n1 ⁇ 1 wavelength in vacuum ⁇ 0 ⁇ n1 Therefore, it is possible to realize a pixel having a wavelength limiting function longer than the wavelength ⁇ 0.
- the wavelength limit of visible light is set to 780 nm, but the wavelength limit may differ depending on the specifications of the camera, such as 750 nm or 800 nm.
- FIG. 1 shows the pixels of four types of filters 5, red (R), green (G), blue (B), and white (W), which are red (R), green (G), and blue (B). ),
- the filter already has a wavelength limiting function in visible light other than near-infrared light.
- red (R), green (G), and blue (B) filters using organic materials there is some transmittance in the wavelength region of near-infrared light of 780 nm or more.
- the pixel 10 having the wavelength limiting function of the present invention has a sufficient wavelength limiting effect even when it is used in a solid-state image pickup device having a red (R), green (G), and blue (B) filter.
- the wavelength limiting function for the white (W) filter 5 is provided. It becomes important. Therefore, in the case of an image pickup apparatus having the pixels of the white (W) filter 5, the effect of the wavelength limiting function is most effective.
- FIG. 1 shows pixels of four types of filters 5 of red (R), green (G), blue (B), and white (W), but all the pixels are white (W) filters 5. In some cases, there is a greater effect of the wavelength limiting function.
- FIG. 5 is a pixel structure having a back surface covering layer 15 in the opening on the back surface.
- the back surface covering layer 15 of the opening is formed in the region 11 covering the opening.
- the wavelength of light having a wavelength of ⁇ 0 or less in vacuum can be set to ⁇ 1 or less before entering the region 11 covering the opening, so that light having a wavelength of ⁇ 1 or less can easily enter the opening, and the wavelength is limited.
- the effect of the function can be increased.
- the back surface covering layer 15 and the region 11 covering the opening are made of the same material, they can be formed in the same manufacturing process, which is advantageous in terms of the manufacturing process.
- the same wavelength limiting effect can be obtained even if the material of the back surface covering layer 15 is not the same as the material of the region 11 covering the opening. This is because when the material of the back surface coating layer 15 has a refractive index smaller than the refractive index of the material of the region 11 covering the opening, the wavelength in the back surface coating layer 15 is smaller than the wavelength ⁇ 0 in vacuum. Therefore, it is possible to easily enter the wavelength-limited light into the region 11 that covers the opening. In this case, since the reflection of the light incident on the back surface covering layer 15 can be reduced at the same time, it is possible to prevent the sensitivity from being lowered.
- FIG. 6 is a pixel structure having a surface covering layer 15 in an opening sandwiched between DTIs.
- DTI (16) is an abbreviation for Deep Trench Isolation, which is a separation portion formed deep in the light receiving portion and serves as a substitute for the light shielding portion 13 of the pixel 10.
- the light-shielding portion 13 is a material such as metal that does not transmit light.
- the DTI (16) is a material having a refractive index smaller than that of the light receiving unit 3, and reflects light at the boundary between the light receiving unit 3 and the DTI (16), so that it can be said to be a light shielding unit.
- the DTI (16) has a role of reducing the leakage of light to the adjacent pixels 10 and further collecting the reflected light 17 in the light receiving unit 3 to realize high sensitivity.
- DTI (16) can be formed of an oxide film containing silicon or nitrogen.
- FIG. 6 by combining the opening 12 sandwiched between the DTIs (16) and the region 11 covering the openings, it is possible to realize the pixel 10 having a wavelength limiting effect as in FIGS. 1 and 5. ..
- FIG. 6 it is composed of two layers, a region 11 covering the opening and a back surface covering layer 15 of the opening, but the region 11 covering the opening is omitted and only the back surface covering layer 15 of the opening is omitted. But it has a wavelength limiting effect.
- FIG. 7 is a pixel structure in which a light-shielding portion is embedded in an imaging portion.
- FIG. 7 has a structure in which the light-shielding portion 13 is embedded in the silicon semiconductor of the pixel 10 with respect to FIG.
- the opening 12 is a silicon semiconductor
- the surface coating layer 15 is in contact with the opening 12 and the light-shielding portion 13.
- FIG. 8 shows a pixel structure in which the separation unit is embedded in the image pickup unit.
- FIG. 8 has a structure in which the separation portion 16 is embedded in the silicon semiconductor of the pixel 10 with respect to FIG.
- the surface covering layer 15 is in contact with the opening 12 and the separating portion 16.
- the pixel 10 has a wavelength limiting filter function, so that the wavelength limiting filter arranged outside the image pickup apparatus can be eliminated. can.
- the refractive index n1 is the refractive index of the region 11 covering the opening or the refractive index of the surface covering layer 15 of the opening.
- the region 11 covering the opening or the surface covering layer 15 of the opening shown in FIGS. 1, 5, 6, 7, and 8 may be a laminated film including a layer having a refractive index n1. good.
- a laminated film By forming a laminated film, it is possible to suppress the reflection of light on the surface of the layer, so that light below the wavelength of the wavelength limitation can be clearly transmitted.
- the region 11 covering the opening is made of the same material, but the opening is provided for each pixel.
- the covering region 11 is made of a material having a different refractive index
- different wavelength limiting functions can be provided. For example, when the dimensions of the red (R), green (G), and blue (B) pixels are the same, there is a magnitude relationship between the wavelength peaks of red (R)> green (G)> blue (B), so there is an opening.
- the refractive index of the region 11 covering the portion By setting the refractive index of the region 11 covering the portion to have a magnitude relationship of n1 (red)> n1 (green)> n1 (blue), it is possible to easily control the wavelength limitation for each color filter.
- the pixel 10 described with reference to FIGS. 1, 5, 6, 7, and 8 is a pixel 10 having a wavelength limiting function, but there is no problem even if the pixel 10 is used for a camera not intended to limit the wavelength.
- both the camera for the purpose of wavelength limitation, the camera for the purpose of wavelength limitation, and one type of image pickup device. Can be shared with your camera. Therefore, it is not necessary to make two types of image pickup devices, and efficient product development becomes possible.
- the electronic device equipped with the image pickup device according to the present invention is used in many fields such as mobile phones, cameras for industrial devices, medical cameras, and in-vehicle cameras.
- Pixel 2 Circuit part 3 Light receiving part 4 Pixel separation part 5 Color filter 6 Wavelength limiting filter 7 Straight light 8 Diagonal light 9 Shading part 10 Pixel with wavelength limiting function 11 Area covering the opening 12 Aperture 13 Shading part 14 Flattening Layer 15 Surface covering layer of opening 16 DTI (Deep Tunnel Isolation) 17 Reflected light
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Abstract
【課題】カメラの小型化、薄型化が実現するために、波長制限フィルタ機能を持った画素を有する撮像装置または前記撮像装置を備えた電子機器を提供する。 【解決手段】受光部と、 前記受光部に隣接する受光部と前期受光部との間に配置された遮光部と、 前記遮光部の間で光が入射できる開口部と、 前記開口部を覆う領域と を有する裏面照射型の画素を備える撮像装置において、 前記開口部を覆う領域の屈折率をn1とした場合に、前記画素の前記開口部の幅λ1を、 λ1=波長λ0÷n1 とする画素を備えることで、カットオフ波長がλ0の撮像装置を実現する。
Description
本発明は、撮像装置に係わり、特に、波長制限可能な画素が行列状に配列された撮像装置に関する。また、撮像装置を備えた電子機器に関する。
近年、携帯電話などの機器の高画素化と薄型化に伴い、カメラ部の小型化、高画素化、高感度化、薄型化が求められている。そのため、CMOSイメージセンサでは、小型化、高画素化、高感度化を実現するため、BSI(Back side illumination)と呼ばれる裏面照射型の画素が実現されてきた。
図2は、従来の裏面照射型のCMOSイメージセンサの画素部の断面図である。画素1は、半導体基板表面の回路部2と裏面の受光部3と画素分離部4の構造となっている。特許文献1には、基本的な裏面照射型の画素構成が示されている。
携帯電話などに採用されている受光部3には、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタ5が形成されている。また、CMOSイメージセンサの外部には、CMOSイメージセンサとカメラレンズとの間に波長制限フィルタ6が配置されている。
携帯電話などに採用されている受光部3には、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタ5が形成されている。また、CMOSイメージセンサの外部には、CMOSイメージセンサとカメラレンズとの間に波長制限フィルタ6が配置されている。
波長制限フィルタ6は、CMOSイメージセンサにとって不必要とされる波長帯域をカットするためのフィルタであり、図2の場合は、赤外カットフィルタである。
カメラのレンズを通過した光には、直進光7と斜め光8がある。斜め光8が、画素、赤(R)と緑(G)の境界領域や、緑(G)と青の境界領域などに入射すると、隣接する画素に、異なる色の信号が発生するため、混色の課題が発生する。
カメラのレンズを通過した光には、直進光7と斜め光8がある。斜め光8が、画素、赤(R)と緑(G)の境界領域や、緑(G)と青の境界領域などに入射すると、隣接する画素に、異なる色の信号が発生するため、混色の課題が発生する。
たとえば、赤(R)のカラーフィルタを通過した斜め光8が、隣接する緑(G)のカラーフィルタに対応する受光部3に入射することで、緑(G)の受光部3の中において、赤色の光によって光電変換された電子による信号が発生して、緑(G)の受光部3の中において本来発生すべき緑色の光によって光電変換された電子による信号と混合することになる。
このような混色を抑制するためには、画素分離部4の幅を大きくすることが一つの方法であるが、小型化、高画素化、高感度化の目的により画素1のサイズを小さくすることとトレードオフの関係にあったため、図2の構成の場合、画素1のサイズは2um以上に制限されていた。
図3は、画素と隣接する画素との間に遮光部を設けた画素部の断面図である。
画素1と隣接する画素1との間に遮光部9を設けることで、斜め光8が隣接する画素へ入る確率が減少できるため、混色を抑制することができる。このような構成は、特許文献2に示されていて、画素寸法として、一辺が2um以下の四角形画素が実現されている。
画素1と隣接する画素1との間に遮光部9を設けることで、斜め光8が隣接する画素へ入る確率が減少できるため、混色を抑制することができる。このような構成は、特許文献2に示されていて、画素寸法として、一辺が2um以下の四角形画素が実現されている。
図2、図3のような裏面照射型の画素1を用いることで、画素1の小型化、高感度化が実現されたため、カメラ部の小型化、高画素化、高感度化が実現されてきた。
図4は、受光部のシリコン(Si)半導体の分光特性である。
一般的に、可視光の波長帯域は、380nm~780nmと言われている。
また、近年、携帯電話や車に搭載される距離センサカメラや、監視カメラなどで近赤外線での感度を用いた撮像が良く使われるが、その近赤外線の代表的な波長は、850nmや940nmのLED発光素子の波長がよく用いられている。
一般的に、可視光の波長帯域は、380nm~780nmと言われている。
また、近年、携帯電話や車に搭載される距離センサカメラや、監視カメラなどで近赤外線での感度を用いた撮像が良く使われるが、その近赤外線の代表的な波長は、850nmや940nmのLED発光素子の波長がよく用いられている。
図3の従来の画素構成では、画素1の一辺が0.8um~2umの寸法の四角形画素であることから、波長よりも画素寸法の方が大きいので、全ての波長が受光部3に到達してしまうため、カメラで波長制限を行う場合には、波長制限フィルタ6が必要であった。
以上のように、カメラで波長制限を行う場合には、図2、図3の従来画素の構成では、波長制限フィルタ6を除去できないため、カメラには、少なくとも、CMOSイメージセンサと、波長制限フィルタ6と、カメラレンズの3種類が必要で、波長制限フィルタ6の厚みの分だけカメラの薄型化が実現できていない。
したがって、従来の裏面照射型の画素を用いたCMOSイメージセンサを搭載したカメラでは、カメラの薄型化が困難となっている。
従来の裏面照射型の画素を用いたCMOSイメージセンサを搭載したカメラでは、波長制限フィルタを除去することができないため、カメラの小型化、薄型化が困難であった。
本発明の目的は、カメラの小型化、薄型化を実現するために、波長制限フィルタを別途用意しなくても波長制限機能を持った画素を有する撮像装置または前記撮像装置を備えた電子機器を提供することである。
受光部と、
前記受光部に隣接する受光部と前記受光部との間に配置された遮光部と、
前記遮光部の間で光が入射できる開口部と、
前記開口部を覆う領域と
を有する裏面照射型の画素を備える撮像装置において、
前記開口部を覆う領域の屈折率をn1とした場合に、前記画素の前記開口部の幅λ1を、
λ1=波長λ0÷n1
とする画素を備え、カットオフ波長がλ0であることを特徴とする。
前記受光部に隣接する受光部と前記受光部との間に配置された遮光部と、
前記遮光部の間で光が入射できる開口部と、
前記開口部を覆う領域と
を有する裏面照射型の画素を備える撮像装置において、
前記開口部を覆う領域の屈折率をn1とした場合に、前記画素の前記開口部の幅λ1を、
λ1=波長λ0÷n1
とする画素を備え、カットオフ波長がλ0であることを特徴とする。
前記開口部を覆う領域が、シリコンと酸素を含む材料で、前記波長λ0が940nmの場合には、
前記開口部の幅が648.28nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が668.28nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部の幅が648.28nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が668.28nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部を覆う領域が、シリコンと酸素を含む材料で、前記波長λ0が850nmの場合には、
前記開口部の幅が586.21nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が606.21nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部の幅が586.21nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が606.21nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部を覆う領域が、シリコンと酸素を含む材料で、前記波長λ0が780nmの場合には、
前記開口部の幅が537.93nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が557.93nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部の幅が537.93nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が557.93nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部を覆う領域が、シリコンと窒素を含む材料で、前記波長λ0が940nmの場合には、
前記開口部の幅が470.00nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が490.00nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部の幅が470.00nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が490.00nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部を覆う領域が、シリコンと窒素を含む材料で、前記波長λ0が850nmの場合には、
前記開口部の幅が425.00nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が445.00nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部の幅が425.00nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が445.00nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部を覆う領域が、シリコンと窒素を含む材料で、前記波長λ0が780nmの場合には、
前記開口部の幅が390.00nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が410.00nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部の幅が390.00nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が410.00nm以下である部分を有することを特徴とする。
前記開口部を覆う領域が、シリコンと酸素と窒素を含む材料であることを特徴とする。
少なくとも、白(ホワイト)のフィルタを有する前記裏面照射型の画素を有することを特徴とする。
前記遮光部の幅をXとする場合に、 前記画素の寸法が(λ1+X)である ことを特徴とする
前記開口部を覆う領域に接して、光が入射する側に裏面被覆層を有する場合に、 前記裏面被覆層の屈折率が前記開口部を覆う領域の屈折率と同じ、 または、 前記裏面被覆層の屈折率が前記開口部を覆う領域の屈折率よりも小さいことを特徴とする。
複数の前記画素について前記開口部の幅λ1が異なり、それぞれカットオフ波長が異なる場合において、 前記開口部の幅λ1が異なる前記画素では、それぞれ前記開口部を覆う領域の屈折率が異なることを特徴とする。
複数の前記画素について前記開口部の幅λ1が異なり、それぞれカットオフ波長が異なる場合において、 相対的にカットオフ波長が長い第1画素が有する前記開口部を覆う領域の屈折率は、 少なくとも前記第1画素よりもカットオフ波長が短い第2画素が有する前記開口部を覆う領域の屈折率よりも大きいことを特徴とする。
受光部と、 前記受光部に隣接する受光部と前期受光部との間に配置された分離部と、 前記分離部の間で光が入射できる開口部と、 前記開口部を覆う領域または表面被覆層の少なくとも一方と、 を有する裏面照射型の画素を備える撮像装置において、 前記開口部を覆う領域または表面被覆層の屈折率をn1とした場合に、前記画素の前記開口部の幅λ1を、 λ1=波長λ0÷n1 とする画素を備え、カットオフ波長がλ0であることを特徴とする。
前記分離部の幅をXとする場合に、前記画素の寸法が(λ1+X)であることを特徴とする。
前記開口部を覆う領域または前記裏面被覆層は、屈折率n1の層を含む積層膜であることを特徴とする。
本発明により、波長制限フィルタを別途用意しなくても波長制限機能を持った画素を有する撮像装置または前記撮像装置を備えた電子機器を提供することができるので、少なくとも波長制限フィルタの大きさだけカメラの小型化、薄型化を実現することができる。
波長制限フィルタ機能を持った裏面照射型の画素を有する撮像装置または前記撮像装置を備えた電子機器を提供する。以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は、波長制限構造を有する裏面照射型の画素構造である。
図1では、赤(R)、緑(G)、青(B)、白(W)の4種類のフィルタ5が形成されている例である。
この場合、白(W)の受光部では、可視光と近赤外光の両方を光電変換する。図1の場合は、波長制限機能を持つ画素10を用いることで、図3に示した従来のカメラで必要であった、波長制限フィルタ6を取り除いた構成となっている。
図1では、赤(R)、緑(G)、青(B)、白(W)の4種類のフィルタ5が形成されている例である。
この場合、白(W)の受光部では、可視光と近赤外光の両方を光電変換する。図1の場合は、波長制限機能を持つ画素10を用いることで、図3に示した従来のカメラで必要であった、波長制限フィルタ6を取り除いた構成となっている。
画素は、遮光部13と、光が通過できる開口部12と、波長制限をする領域11で構成されている。
光学的な原理では、真空中にある幅Xのスリットに光が通過する際に、スリット幅Xよりも長い波長の光は、波長がXより長くなるに従って通過しにくくなる性質がある。
この基本原理を用いて、画素の開口部12の幅と領域11の屈折率の組み合わせで波長制限のできる画素を実現する。
光学的な原理では、真空中にある幅Xのスリットに光が通過する際に、スリット幅Xよりも長い波長の光は、波長がXより長くなるに従って通過しにくくなる性質がある。
この基本原理を用いて、画素の開口部12の幅と領域11の屈折率の組み合わせで波長制限のできる画素を実現する。
図4で説明した様に、携帯電話や監視カメラに使われる近赤外線の代表的なLED発光素子の波長として、940nmや850nmがある。また可視光の範囲は、380~780nmと言われている。そのため、940nm、850nm、780nmの波長制限機能を持つ画素は産業上有用である。
簡単のために、以下領域11が真空中にあるものとして説明する。
真空中にある画素1の開口部12の幅が940nmの場合には、監視カメラの多くの場合で使われる近赤外線の波長λ0=940nmより長い波長の光は、開口部12を通過でき難くなる。この波長λ0はカットオフ波長と呼ばれている。940nmよりも長い波長の光は、波長が長くなるに従って減衰して行く。このように、真空中の開口部12の幅と、急激に減衰が開始する波長λ0とは比例する。したがって、画素の開口部12の条件を絞ることで、画素そのもので、波長制限を実現することができる。
真空中にある画素1の開口部12の幅が940nmの場合には、監視カメラの多くの場合で使われる近赤外線の波長λ0=940nmより長い波長の光は、開口部12を通過でき難くなる。この波長λ0はカットオフ波長と呼ばれている。940nmよりも長い波長の光は、波長が長くなるに従って減衰して行く。このように、真空中の開口部12の幅と、急激に減衰が開始する波長λ0とは比例する。したがって、画素の開口部12の条件を絞ることで、画素そのもので、波長制限を実現することができる。
同様に、真空中にある画素1の開口部12の幅が850nmの場合には、監視カメラの多くの場合で使われる近赤外線の波長λ0=850nmより長い波長の光は、開口部12を通過でき難くなる。850nmよりも長い波長の光は、波長が長くなるに従って減衰して行く。
図1では、開口部12の中の領域11が真空ではなく、屈折率n1の材料で埋められている。
この場合は、真空中の波長λ0は、領域11の中に入ると波長λ1へとなり、
λ0とλ1の関係は以下となる。
λ1=λ0÷n1
λ0=λ1×n1
真空中のλ0の波長は、屈折率n1の領域11の中では波長λ1(=λ0÷n1)に変化し、領域11で覆われた開口部12の幅がλ1であれば、波長λ1よりも長い波長は通過しにくくなる。
この場合は、真空中の波長λ0は、領域11の中に入ると波長λ1へとなり、
λ0とλ1の関係は以下となる。
λ1=λ0÷n1
λ0=λ1×n1
真空中のλ0の波長は、屈折率n1の領域11の中では波長λ1(=λ0÷n1)に変化し、領域11で覆われた開口部12の幅がλ1であれば、波長λ1よりも長い波長は通過しにくくなる。
すなわち、領域11で覆われた開口部12の幅がλ1であれば、
真空中に換算した波長λ0(=λ1×n1)より長い波長は、開口部12を通過し難くすることができる。
真空中に換算した波長λ0(=λ1×n1)より長い波長は、開口部12を通過し難くすることができる。
ここで、近赤外線の波長λ0=940nmの波長は、屈折率n1の領域11で覆われた開口部12では、(λ1=940÷n1)に変化する。
屈折率n1の領域11で覆われた開口部12の幅をλ1(=940÷n1)の寸法に設計することで、屈折率n1の領域11で覆われた開口部12は、λ1より長い波長は通過しにくくすることができる。
屈折率n1の領域11で覆われた開口部12の幅をλ1(=940÷n1)の寸法に設計することで、屈折率n1の領域11で覆われた開口部12は、λ1より長い波長は通過しにくくすることができる。
したがって、屈折率n1の領域11で覆われた開口部12の幅がλ1に設計することで、真空中に換算した波長940nmより長い波長を通過しにくくすることができる。
同様に、近赤外線の波長λ0=850nmの波長は、屈折率n1の領域11で覆われた開口部12では、(λ1=850÷n1)に変化する。
屈折率n1の領域11で覆われた開口部12の幅をλ1(=850÷n1)の寸法に設計することで、屈折率n1の領域11で覆われた開口部12は、λ1より長い波長は通過しにくくすることができる。
したがって、屈折率n1の領域11で覆われた開口部12の幅がλ1に設計することで、真空中に換算した波長850nmより長い波長を通過しにくくすることができる。
したがって、屈折率n1の領域11で覆われた開口部12の幅がλ1に設計することで、真空中に換算した波長850nmより長い波長を通過しにくくすることができる。
シリコンの半導体工程でよく使われる領域11の材料としては、
シリコン酸化膜(SiO2)、または、シリコン窒化膜(Si3N4やSiN)、または、シリコン窒化膜に酸素を含んだ膜(SiON)である。
シリコン酸化膜(SiO2)、または、シリコン窒化膜(Si3N4やSiN)、または、シリコン窒化膜に酸素を含んだ膜(SiON)である。
一般的にシリコン酸化膜(SiO2)の屈折率は、1000nm以下の波長帯で、
1.45、または、それより大きい。
シリコン窒化膜(Si3N4やSiN)の屈折率は、1000nm以下の波長帯で、
2.00、または、それより大きい。
シリコン窒化膜に酸素を含んだ膜(SiON)の屈折率は、シリコン酸化膜(SiO2)と、シリコン窒化膜(Si3N4やSiN)の間の屈折率(1.45-2.00)である。
1.45、または、それより大きい。
シリコン窒化膜(Si3N4やSiN)の屈折率は、1000nm以下の波長帯で、
2.00、または、それより大きい。
シリコン窒化膜に酸素を含んだ膜(SiON)の屈折率は、シリコン酸化膜(SiO2)と、シリコン窒化膜(Si3N4やSiN)の間の屈折率(1.45-2.00)である。
波長制限をする領域11が、シリコン酸化膜(SiO2)で、屈折率n1が1.45の場合には、
真空中の波長λ0が940nmの時は、940nmより長い波長を制限できる開口部12の幅λ1は、
λ1=940nm÷屈折率n1
=940nm÷(1.45)
=648.28nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
真空中の波長λ0が940nmの時は、940nmより長い波長を制限できる開口部12の幅λ1は、
λ1=940nm÷屈折率n1
=940nm÷(1.45)
=648.28nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
波長制限機能を持つ画素10の寸法は、開口部12の幅λ1に遮光部13の幅Xを加えた寸法である。近年、半導体の微細加工技術の進歩により、遮光部13の幅は、20nm以下を実現できるため、波長制限機能を持つ画素10の寸法は、
画素10の寸法=λ1(648.28nm)+20nm=668.28nm
以下であれば良い。
画素10の寸法=λ1(648.28nm)+20nm=668.28nm
以下であれば良い。
真空中の波長λ0が850nmの時は、850nmより長い波長を制限できる開口部12の幅λ1は、
λ1=850nm÷屈折率n1
=850nm÷(1.45)
=586.21nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
λ1=850nm÷屈折率n1
=850nm÷(1.45)
=586.21nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
波長制限機能を持つ画素10の寸法は、
画素10の寸法=λ1(586.21nm)+20nm=606.21nm
以下であれば良い。
画素10の寸法=λ1(586.21nm)+20nm=606.21nm
以下であれば良い。
真空中の波長λ0が780nmの時は、780nmより長い波長を制限できる開口部12の幅λ1は、
λ1=780nm÷屈折率n1
=780nm÷(1.45)
=537.93nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
λ1=780nm÷屈折率n1
=780nm÷(1.45)
=537.93nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
画素10の寸法=λ1(537.93nm)+20nm=557.93nm
以下であれば良い。
以下であれば良い。
波長制限をする領域11が、シリコン酸化膜(Si3N4)で、屈折率n1が2.00の場合には、
真空中の波長が940nmの場合には、940nmより長い波長を制限できる開口部12の幅λ1は、
λ1=940nm÷屈折率n1
=940nm÷(2.00)
=470.00nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
真空中の波長が940nmの場合には、940nmより長い波長を制限できる開口部12の幅λ1は、
λ1=940nm÷屈折率n1
=940nm÷(2.00)
=470.00nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
波長制限機能を持つ画素10の寸法は、
画素10の寸法=λ1(470.00nm)+20nm=490.00nm
以下であれば良い。
画素10の寸法=λ1(470.00nm)+20nm=490.00nm
以下であれば良い。
真空中の波長が850nmの場合には、850nmより長い波長を制限できる開口部12の幅λ1は、
λ1=850nm÷屈折率n1
=850nm÷(2.00)
=425.00nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
λ1=850nm÷屈折率n1
=850nm÷(2.00)
=425.00nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
波長制限機能を持つ画素10の寸法は、
画素10の寸法=λ1(425.00nm)+20nm=445.00nm
以下であれば良い。
画素10の寸法=λ1(425.00nm)+20nm=445.00nm
以下であれば良い。
また、真空中の波長が780nmの場合には、780nmより長い波長を制限できる開口部12の幅λ1は、
λ1=780nm÷屈折率n1
=780nm÷(2.00)
=390.00nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
λ1=780nm÷屈折率n1
=780nm÷(2.00)
=390.00nm
となる。この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
波長制限機能を持つ画素10の寸法は、
画素10の寸法=λ1(390.00nm)+20nm=410.00nm
以下であれば良い。
画素10の寸法=λ1(390.00nm)+20nm=410.00nm
以下であれば良い。
波長制限をする領域11が、シリコン窒化膜に酸素を含んだ膜(SiON)であり、屈折率n1がシリコン酸化膜(SiO2)とシリコン窒化膜(Si3N4やSiN)の間の屈折率(1.45-2.00)である場合には、
波長を制限できる開口部12の幅λ1と画素10の寸法とは、シリコン酸化膜(SiO2)とシリコン窒化膜(Si3N4やSiN)の場合の間の値になる。
波長を制限できる開口部12の幅λ1と画素10の寸法とは、シリコン酸化膜(SiO2)とシリコン窒化膜(Si3N4やSiN)の場合の間の値になる。
真空中の波長が近赤外光の940nmの場合には、940nmより長い波長を制限できる開口部12の幅λ1は、
λ1=470.00nm~648.28nm
である。
λ1=470.00nm~648.28nm
である。
画素10の寸法=λ1+遮光部13の幅(20nm)
=490.00nm~668.28nm
以下である。
この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
=490.00nm~668.28nm
以下である。
この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
真空中の波長が近赤外光の850nmの場合には、850nmより長い波長を制限できる開口部12の幅λ1は、
λ1=425.00nm~586.21nm
である。
λ1=425.00nm~586.21nm
である。
画素10の寸法=λ1+遮光部13の幅(20nm)
=445.00nm~606.21nm
以下である。
この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
=445.00nm~606.21nm
以下である。
この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
真空中の波長が可視光の780nmの場合には、780nmより長い波長を制限できる開口部12の幅λ1は、
λ1=390.00nm~537.93nm
である。
λ1=390.00nm~537.93nm
である。
画素10の寸法=λ1+遮光部13の幅(20nm)
=410.00nm~557.93nm
以下である。
この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
=410.00nm~557.93nm
以下である。
この場合、小数点第3位以下を四捨五入している。
以上のように、開口部12および画素10の寸法と、開口部を覆う領域11との組み合わせにより、波長制限機能を有する画素10を実現することができる。
このような構成により、開口部の幅λ1とすることで、画素10は波長制限フィルタ機能を持つため、撮像装置の外部に配置した波長制限フィルタを無くすことができ、カメラの小型化、薄型化が実現することができる。
図1では、代表的な波長として、真空中の波長として940nm、840nm、780nmの説明をしているが、それ以外の真空中の波長λ0を制限する目的の場合には、
屈折率n1の領域11で覆われた開口部12の幅λ1を、
λ1=真空中の波長λ0÷n1
とすることで、波長λ0より長い波長の制限機能を有する画素を実現することができる。
図1では、可視光の波長制限を780nmとしているが、カメラの仕様により、750nmや800nmなど制限波長が異なる場合があるが、同様に、
λ1=真空中の波長λ0÷n1の関係
で、波長制限機能を応用することができる。
屈折率n1の領域11で覆われた開口部12の幅λ1を、
λ1=真空中の波長λ0÷n1
とすることで、波長λ0より長い波長の制限機能を有する画素を実現することができる。
図1では、可視光の波長制限を780nmとしているが、カメラの仕様により、750nmや800nmなど制限波長が異なる場合があるが、同様に、
λ1=真空中の波長λ0÷n1の関係
で、波長制限機能を応用することができる。
図1は、赤(R)、緑(G)、青(B)、白(W)の4種類のフィルタ5の画素を示しているが、赤(R)、緑(G)、青(B)、のフィルタでは、近赤外光以外の可視光においては、既に波長制限の機能がある。
しかしながら、有機材料を使った赤(R)、緑(G)、青(B)、のフィルタの場合、780nm以上の近赤外光の波長領域で、多少の透過率があるため、
本発明の波長制限機能を有する画素10は、赤(R)、緑(G)、青(B)、のフィルタを有する固体撮像装置に採用する場合にも、波長制限効果が十分ある。
しかしながら、有機材料を使った赤(R)、緑(G)、青(B)、のフィルタの場合、780nm以上の近赤外光の波長領域で、多少の透過率があるため、
本発明の波長制限機能を有する画素10は、赤(R)、緑(G)、青(B)、のフィルタを有する固体撮像装置に採用する場合にも、波長制限効果が十分ある。
特に、可視光と近赤外光の全体の帯域を通過することができる白(W)のフィルタ5の画素を設けた撮像装置の場合には、白(W)のフィルタ5に対する波長制限機能が重要となってくる。そのため、白(W)のフィルタ5の画素を有する撮像装置の場合には、最も波長制限機能の効果が有効となる。
また、図1は、赤(R)、緑(G)、青(B)、白(W)の4種類のフィルタ5の画素であるが、全ての画素が白(W)のフィルタ5である場合には、より大きな波長制限機能の効果がある。
図5は、裏面の開口部に裏面被覆層15を有する画素構造である。図5では、開口部を覆う領域11に、開口部の裏面被覆層15を形成した構造となっている。開口部の裏面被覆層15を、開口部を覆う領域11の材料と同じ屈折率の材質で形成することで、裏面被覆層15の中の光の波長をλ1=λ0÷n1と短くすることができる。
結果的に、真空中の波長λ0以下の光の波長を、開口部を覆う領域11に入る前に、λ1以下にできるため、開口部に波長λ1以下の光が容易に入りやすくなり、波長制限機能の効果を、より大きくすることができる。
上記のように、裏面被覆層15と開口部を覆う領域11とを、同一材料にする場合は、同じ製造工程で形成できるため、製造工程の面でも有利である。
上記のように、裏面被覆層15と開口部を覆う領域11とを、同一材料にする場合は、同じ製造工程で形成できるため、製造工程の面でも有利である。
また、裏面被覆層15の材料が、開口部を覆う領域11の材料と同じでない場合であっても、同様の波長制限効果がある。なぜなら、裏面被覆層15の材料が、開口部を覆う領域11の材料の屈折率より小さい屈折率を持つ場合には、裏面被覆層15内での波長は、真空中の波長λ0よりも小さくなるため、開口部を覆う領域11に容易に波長制限された光を入りやすくすることができるからである。この場合、裏面被覆層15に入射する光の反射を低減することも同時にできるため、感度低下を防ぐことが可能となる。
図6は、DTIに挟まれた開口部に表面被覆層15を有する画素構造である。
DTI(16)とは、Deep Trench Isolationの略で、受光部の深いところまで形成された分離部であり、画素10の遮光部13の代わりの役目をする。遮光部13は金属など光を透過させない材料である。一方、DTI(16)は、受光部3より小さい屈折率の材料であり、受光部3とDTI(16)との境界で光を反射させるため、遮光部であるとも言える。DTI(16)は、隣接する画素10への光の漏れ込みを少なくし、更に反射光17を受光部3に集めて高感度化を実現する役割がある。
たとえば、DTI(16)を、シリコンや窒素を含む酸化膜などで形成することができる。
DTI(16)とは、Deep Trench Isolationの略で、受光部の深いところまで形成された分離部であり、画素10の遮光部13の代わりの役目をする。遮光部13は金属など光を透過させない材料である。一方、DTI(16)は、受光部3より小さい屈折率の材料であり、受光部3とDTI(16)との境界で光を反射させるため、遮光部であるとも言える。DTI(16)は、隣接する画素10への光の漏れ込みを少なくし、更に反射光17を受光部3に集めて高感度化を実現する役割がある。
たとえば、DTI(16)を、シリコンや窒素を含む酸化膜などで形成することができる。
図6では、DTI(16)に挟まれた開口部12と、開口部を覆う領域11との組み合わせにより、図1、図5と同様に、波長制限効果を有する画素10を実現することができる。
図6では、開口部を覆う領域11と、開口部の裏面被覆層15と、2つの層で構成されているが、開口部を覆う領域11を省略して、開口部の裏面被覆層15だけでも波長制限効果がある。
図7は、遮光部が撮像部に埋め込まれた画素構造である。図7は、図5に対して、遮光部13が画素10のシリコン半導体に埋め込まれた構造である。
この場合は、開口部12の大部分はシリコン半導体となっているため、開口部を覆う領域11が無い状態、または、開口部を覆う領域11と表面被覆層15が同時に形成された構造である。この時、開口部12および遮光部13に対して、表面被覆層15が接している構造である。
この場合は、開口部12の大部分はシリコン半導体となっているため、開口部を覆う領域11が無い状態、または、開口部を覆う領域11と表面被覆層15が同時に形成された構造である。この時、開口部12および遮光部13に対して、表面被覆層15が接している構造である。
図8は、分離部が撮像部に埋め込まれた画素構造である。図8は、図6に対して、分離部16が画素10のシリコン半導体に埋め込まれた構造である。
この場合は、開口部12の大部分はシリコン半導体となっているため、開口部を覆う領域11が無い状態、または、開口部を覆う領域11と表面被覆層15が同時に形成された構造である。この時、開口部12および分離部16に対して、表面被覆層15が接している構造である。
このように、図7および図8においても、開口部12に接する領域は、屈折率n1の表面被覆層15が波長制限に大きな影響を与えるため、開口部12の幅がλ1の場合、λ1=λ0÷n1の関係から、λ0の波長制限の効果がある。
この場合は、開口部12の大部分はシリコン半導体となっているため、開口部を覆う領域11が無い状態、または、開口部を覆う領域11と表面被覆層15が同時に形成された構造である。この時、開口部12および分離部16に対して、表面被覆層15が接している構造である。
このように、図7および図8においても、開口部12に接する領域は、屈折率n1の表面被覆層15が波長制限に大きな影響を与えるため、開口部12の幅がλ1の場合、λ1=λ0÷n1の関係から、λ0の波長制限の効果がある。
このような構成により、DTI(16)の幅で決まる開口部12の幅λ1とすることで、画素10は波長制限フィルタ機能を持つため、撮像装置の外部に配置した波長制限フィルタを無くすことができる。
図1では、波長制限の波長として、λ0=780nm、850nm、940nmの3通りの場合には、開口部の寸法λ1は、λ1=λ0÷n1としたが、図5、図6、図7、図8においても、同様に、開口部の寸法λ1とすることで、同様の波長制限機能を実現できる。
図5、図6、図7、図8において、屈折率n1は、開口部を覆う領域11の屈折率、または、開口部の表面被覆層15の屈折率である。
図5、図6、図7、図8において、屈折率n1は、開口部を覆う領域11の屈折率、または、開口部の表面被覆層15の屈折率である。
図1、図5、図6、図7、図8に示した、開口部を覆う領域11、または、開口部の表面被覆層15は、屈折率n1の層を含んだ積層膜であっても良い。積層膜にすることで、層の表面での光の反射を抑制できるため、波長制限の波長以下を明確に透過できる。
図1、図5、図6、図7、図8で説明した画素10の全ての画素において、開口部を覆う領域11が同一材料である場合の説明をしたが、画素毎に、開口部を覆う領域11が異なる屈折率の材料である場合には、それぞれ異なる波長制限機能を与えることができる。例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)の画素の寸法が同じ場合に、赤(R)>緑(G)>青(B)の波長ピークの大小関係があるため、開口部を覆う領域11の屈折率を、n1(赤)>n1(緑)>n1(青)の大小関係にすることで、色フィルタ毎の波長制限の制御を容易にすることができる。
図1、図5、図6、図7、図8で説明した画素10は、波長制限機能を有する画素10であるが、波長制限を目的としないカメラに使用しても問題ない。特に、本発明で示した開口部の幅、または、画素の寸法を有する撮像装置の場合は、波長制限を目的とするカメラと、波長制限を目的としないカメラと、1種類の撮像装置で両方のカメラに共有することができる。そのため、撮像装置を2種類作る必要が無く、効率よい製品開発が可能となる。
本発明による撮像装置を搭載した電子機器は、携帯電話や産業機器用カメラや医療用カメラや車載用カメラなどの多くの分野で利用される。
1 画素
2 回路部
3 受光部
4 画素分離部
5 カラーフィルタ
6 波長制限フィルタ
7 直進光
8 斜め光
9 遮光部
10 波長制限機能を持つ画素
11 開口部を覆う領域
12 開口部
13 遮光部
14 平坦化層
15 開口部の表面被覆層
16 DTI(Deep Trench Isolation)
17 反射光
2 回路部
3 受光部
4 画素分離部
5 カラーフィルタ
6 波長制限フィルタ
7 直進光
8 斜め光
9 遮光部
10 波長制限機能を持つ画素
11 開口部を覆う領域
12 開口部
13 遮光部
14 平坦化層
15 開口部の表面被覆層
16 DTI(Deep Trench Isolation)
17 反射光
Claims (18)
- 受光部と、
前記受光部に隣接する受光部と前期受光部との間に配置された遮光部と、
前記遮光部の間で光が入射できる開口部と、
前記開口部を覆う領域と
を有する裏面照射型の画素を備える撮像装置において、
前記開口部を覆う領域の屈折率をn1とした場合に、前記画素の前記開口部の幅λ1を、
λ1=波長λ0÷n1
とする画素を備えることを特徴とするカットオフ波長がλ0である撮像装置。 - 前記開口部を覆う領域が、シリコンと酸素を含む材料で、前記波長λ0が940nmの場合には、
前記開口部の幅が648.28nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が668.28nm以下である部分を有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 前記開口部を覆う領域が、シリコンと酸素を含む材料で、前記波長λ0が850nmの場合には、
前記開口部の幅が586.21nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が606.21nm以下である部分を有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 前記開口部を覆う領域が、シリコンと酸素を含む材料で、前記波長λ0が780nmの場合には、
前記開口部の幅が537.93nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が557.93nm以下である部分を有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 前記開口部を覆う領域が、シリコンと窒素を含む材料で、前記波長λ0が940nmの場合には、
前記開口部の幅が470.00nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が490.00nm以下である部分を有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 前記開口部を覆う領域が、シリコンと窒素を含む材料で、前記波長λ0が850nmの場合には、
前記開口部の幅が425.00nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が445.00nm以下である部分を有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 前記開口部を覆う領域が、シリコンと窒素を含む材料で、前記波長λ0が780nmの場合には、
前記開口部の幅が390.00nm以下、または前記裏面照射型の画素寸法が410.00nm以下である部分を有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 前記開口部を覆う領域が、シリコンと酸素と窒素を含む材料であることを特徴とする請求項1乃至請求項7記載の撮像装置。
- 少なくとも、白(ホワイト)のフィルタを有する前記裏面照射型の画素を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項8記載の撮像装置。
- 前記遮光部の幅をXとする場合に、
前記画素の寸法が(λ1+X)である
ことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 前記開口部を覆う領域に接して、光が入射する側に裏面被覆層を有する場合に、
前記裏面被覆層の屈折率が前記開口部を覆う領域の屈折率と同じ、
または、
前記裏面被覆層の屈折率が前記開口部を覆う領域の屈折率よりも小さい
ことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 複数の前記画素について前記開口部の幅λ1が異なり、それぞれカットオフ波長が異なる場合において、
前記開口部の幅λ1が異なる前記画素では、それぞれ前記開口部を覆う領域の屈折率が異なる
ことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 複数の前記画素について前記開口部の幅λ1が異なり、それぞれカットオフ波長が異なる場合において、
相対的にカットオフ波長が長い第1画素が有する前記開口部を覆う領域の屈折率は、
少なくとも前記第1画素よりもカットオフ波長が短い第2画素が有する前記開口部を覆う領域の屈折率よりも大きい
ことを特徴とする請求項12記載の撮像装置。 - 受光部と、
前記受光部に隣接する受光部と前期受光部との間に配置された分離部と、
前記分離部の間で光が入射できる開口部と、
前記開口部を覆う領域または表面被覆層の少なくとも一方と、
を有する裏面照射型の画素を備える撮像装置において、
前記開口部を覆う領域または表面被覆層の屈折率をn1とした場合に、前記画素の前記開口部の幅λ1を、
λ1=波長λ0÷n1
とする画素を備えることを特徴とするカットオフ波長がλ0である撮像装置。 - 前記分離部の幅をXとする場合に、前記画素の寸法が(λ1+X)であることを特徴とする請求項14記載の撮像装置
- 前記開口部を覆う領域に接して、光が入射する側に裏面被覆層を有する場合に、
前記裏面被覆層の屈折率が前記開口部を覆う領域の屈折率と同じ、
または、
前記裏面被覆層の屈折率が前記開口部を覆う領域の屈折率よりも小さい
ことを特徴とする請求項14記載の撮像装置。 - 複数の前記画素について前記開口部の幅λ1が異なり、それぞれカットオフ波長が異なる場合において、
前記開口部の幅λ1が異なる前記画素では、それぞれ前記開口部を覆う領域の屈折率が異なる
ことを特徴とする請求項14記載の撮像装置。 - 前記開口部を覆う領域または前記裏面被覆層は、屈折率n1の層を含む積層膜であることを特徴とする請求項1または請求項14記載の撮像装置。
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WO2022138901A1 true WO2022138901A1 (ja) | 2022-06-30 |
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PCT/JP2021/048128 WO2022138901A1 (ja) | 2020-12-25 | 2021-12-24 | 撮像装置、または撮像装置を備えた電子機器 |
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JP2011258593A (ja) * | 2010-06-04 | 2011-12-22 | Panasonic Corp | 固体撮像装置 |
JP2013510424A (ja) * | 2009-11-05 | 2013-03-21 | ナム タイ,ヒョク | イメージセンサーのための最適化された光導波路アレイ |
JP2014027091A (ja) * | 2012-07-26 | 2014-02-06 | Sharp Corp | 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 |
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2021
- 2021-12-24 WO PCT/JP2021/048128 patent/WO2022138901A1/ja active Application Filing
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