JP2021005762A - Solid-state image sensor, image reading device, and image forming apparatus - Google Patents
Solid-state image sensor, image reading device, and image forming apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021005762A JP2021005762A JP2019117790A JP2019117790A JP2021005762A JP 2021005762 A JP2021005762 A JP 2021005762A JP 2019117790 A JP2019117790 A JP 2019117790A JP 2019117790 A JP2019117790 A JP 2019117790A JP 2021005762 A JP2021005762 A JP 2021005762A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- filter
- region
- pixel
- solid
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 15
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 8
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 8
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 30
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
- Blocking Light For Cameras (AREA)
- Camera Bodies And Camera Details Or Accessories (AREA)
Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子、画像読取装置、及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a solid-state image sensor, an image reader, and an image forming device.
従来、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）型やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）型の固体撮像素子では、半導体基板上に形成された複数の光電変換素子（例えば、フォトダイオード）の光入射側にカラーフィルタを配置し、カラーフィルタを透過した光をフォトダイオードで受光することによりカラー化が図られている。 Conventionally, in a CCD (Charge-Coupled Device) type or CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) type solid-state image sensor, a plurality of photoelectric conversion elements (for example, photodiodes) formed on a semiconductor substrate are located on the light incident side. Colorization is achieved by arranging a color filter and receiving the light transmitted through the color filter with a photodiode.
いわゆる同時方式の固体撮像素子では、各光電変換素子に特定の色のカラーフィルタが配置されている。例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の原色型カラーフィルタの場合には、Ｒフィルタが配置された光電変換素子（以下、Ｒ画素という）、Ｇフィルタが配置された光電変換素子（以下、Ｇ画素という）、Ｂフィルタが配置された光電変換素子（以下、Ｂ画素という）が構成される。 In the so-called simultaneous solid-state image sensor, a color filter of a specific color is arranged in each photoelectric conversion element. For example, in the case of R (red), G (green), and B (blue) primary color filters, a photoelectric conversion element (hereinafter referred to as an R pixel) in which the R filter is arranged and a photoelectric in which the G filter is arranged. A conversion element (hereinafter referred to as G pixel) and a photoelectric conversion element (hereinafter referred to as B pixel) in which a B filter is arranged are configured.
これらのカラーフィルタは、可視領域の特定の波長帯に透過性を有するだけでなく、赤外領域にも透過性を有する。一般に光電変換素子としてのフォトダイオードは、可視領域だけでなく赤外領域にも感度を有するので、カラーフィルタを透過した赤外光を受光して光電変換してしまう。このような赤外光が固体撮像素子に入射することを防止するために、固体撮像素子とは別に、赤外光（ＩＲ）カットフィルタが設けられることがある。 These color filters not only have transparency in a specific wavelength band in the visible region, but also have transparency in the infrared region. In general, a photodiode as a photoelectric conversion element has sensitivity not only in the visible region but also in the infrared region, so that it receives infrared light transmitted through a color filter and performs photoelectric conversion. In order to prevent such infrared light from entering the solid-state image sensor, an infrared light (IR) cut filter may be provided separately from the solid-state image sensor.
一方、固体撮像素子において、可視光に加えて赤外光を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合には、ＩＲカットフィルタは設けられず、固体撮像素子には、可視光を検出する画素（例えば、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素）に加えて、赤外光の波長帯に透過性を有するＩＲフィルタが配置された光電変換素子（以下、ＩＲ画素という）が設けられる。 On the other hand, in a solid-state image sensor, a technique for detecting infrared light in addition to visible light is known (see, for example, Patent Document 1). In this case, the IR cut filter is not provided, and the solid-state image sensor transmits visible light in the wavelength band of infrared light in addition to the pixels for detecting visible light (for example, R pixel, G pixel, and B pixel). A photoelectric conversion element (hereinafter, referred to as an IR pixel) in which an IR filter having the above is arranged is provided.
また、固体撮像素子には、光電変換素子が設けられた画素領域以外の周辺領域を遮光するために遮光用のフィルタが設けられる。 Further, the solid-state image sensor is provided with a light-shielding filter for light-shielding a peripheral region other than the pixel region in which the photoelectric conversion element is provided.
上記の固体撮像素子では、フィルタとして、可視光用のフィルタ（Ｒフィルタ，Ｇフィルタ，Ｂフィルタ）と、赤外光用のフィルタ（ＩＲフィルタ）と、遮光用のフィルタとが必要となる。各フィルタは、光電変換素子が形成された半導体基板上にカラーレジスト材を塗布した後、フォトリソグラフィ工程においてフォトマスクを用いてパターニングを行う必要がある。このパターニングは、フィルタの種類ごとに行う必要がある。このため、フォトマスクはフィルタの種類に応じた数だけ必要であり、上記の固体撮像素子では、合計５枚のフォトマスクが必要となる。 In the above-mentioned solid-state image sensor, a filter for visible light (R filter, G filter, B filter), a filter for infrared light (IR filter), and a filter for shading are required as filters. Each filter needs to be patterned using a photomask in a photolithography process after applying a color resist material on a semiconductor substrate on which a photoelectric conversion element is formed. This patterning needs to be performed for each type of filter. Therefore, the number of photomasks required according to the type of filter is required, and the above-mentioned solid-state image sensor requires a total of five photomasks.
フォトマスクは、作成に非常に高いコストがかかる。したがって、このようにフィルタの種類が多い固体撮像素子を製造する場合には、フォトマスクの枚数が多くなることにより、固体撮像素子の製造コストが上昇し、固体撮像素子が高価格化する。 Photomasks are very expensive to make. Therefore, in the case of manufacturing a solid-state image sensor with many types of filters as described above, the manufacturing cost of the solid-state image sensor increases due to the increase in the number of photomasks, and the price of the solid-state image sensor increases.
開示の技術は、上記事情に鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、可視光及び非可視光を検出する固体撮像素子において低価格化を図ることを目的としている。 The disclosed technology has been made to solve this in view of the above circumstances, and aims to reduce the price of a solid-state image sensor that detects visible light and invisible light.
開示の技術は、可視領域の特定の波長帯と非可視領域の波長帯の光を透過させるフィルタが配置された可視領域用の画素と、可視領域の分光特性が異なる２種以上の前記フィルタが積層された第１積層フィルタが配置された非可視領域用の画素と、１つの前記フィルタ、又は可視領域の分光特性が異なる２種以上の前記フィルタが積層された第２積層フィルタが配置された遮光領域と、を有することを特徴とする固体撮像素子である。 The disclosed technology includes a pixel for the visible region in which a filter that transmits light in a specific wavelength band in the visible region and a wavelength band in the invisible region is arranged, and two or more types of filters having different spectral characteristics in the visible region. A pixel for the invisible region in which the first laminated filter is arranged and a second laminated filter in which one said filter or two or more kinds of the filters having different spectral characteristics in the visible region are arranged are arranged. It is a solid-state imaging device characterized by having a light-shielding region.
本発明によれば、可視光及び非可視光を検出する固体撮像素子において低価格化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the price of a solid-state image sensor that detects visible light and invisible light.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals and duplicate description may be omitted.
以下に、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子について説明する。 The solid-state image sensor according to the embodiment of the present invention will be described below.
＜画素セルの構成＞
図１は、実施形態に係る固体撮像素子の画素領域に含まれる画素セルの一例を示す等価回路図である。図１に示すように、画素セル１０は、光電変換素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）１１と、フローティングディフュージョン１２と、転送トランジスタ１３と、増幅トランジスタ１４と、リセットトランジスタ１５とを有する。
<Pixel cell configuration>
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing an example of pixel cells included in the pixel region of the solid-state image sensor according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the
ＰＤ１１は、逆バイアスとされ、入射した光に応じて信号電荷を生成し、蓄積する。フローティングディフュージョン（ＦＤ）１２は、信号電荷を電圧信号に変換する検出ノードである。転送トランジスタ１３は、ＰＤ１１とＦＤ１２との間に接続されており、オン状態とされた場合に、ＰＤ１１に蓄積された信号電荷をＦＤ１２へ転送する。
The
増幅トランジスタ１４は、ＦＤ１２により生成された電圧信号を増幅して信号線ＶＯＵＴへ出力する。増幅トランジスタ１４は、信号線ＶＯＵＴと、画素セル１０の外部に設けられた定電流源１６とに接続され、ソースフォロア回路を構成している。
The
リセットトランジスタ１５は、ＦＤ１２と電源配線との間に接続されており、オン状態とされた場合にＦＤ１２の電位を所定のリセット電位にリセットする。
The
画素セル１０は、半導体基板内に１次元又は２次元状に配列される。
The
各画素セル１０の転送トランジスタ１３のゲート電極とリセットトランジスタ１５のゲート電極とは、それぞれ図示しない選択線とリセット線とに接続されている。選択線及びリセット線は、固体撮像素子と同一の半導体基板内に形成された駆動回路、又は固体撮像素子の外部に設けられた駆動回路に接続されている。また、信号線ＶＯＵＴは、固体撮像素子と同一の半導体基板内に形成された信号処理回路、又は固体撮像素子の外部に設けられた信号処理回路に接続されている。
The gate electrode of the
次に、画素セル１０の動作について説明する。リセットトランジスタ１５によりＦＤ１２をリセットし、転送トランジスタ１３及びリセットトランジスタ１５をオフ状態とすることにより、画素セル１０は電荷蓄積状態となる。この電荷蓄積状態において、ＰＤ１１は、後述するカラーフィルタを介して入射した光を受光して光電変換し、受光量に応じた信号電荷を生成して蓄積する。この後、所定の露光時間の経過後に、転送トランジスタ１３がオン状態とされると、ＰＤ１１に蓄積された信号電荷がＦＤ１２へ転送される。
Next, the operation of the
ＦＤ１２に転送された電荷は電圧信号に変換され、増幅トランジスタ１４により増幅されて信号線ＶＯＵＴを介して画素セル１０の外部へ出力される。画素セル１０内に増幅トランジスタ１４を設けることにより、ノイズ耐性が向上する。
The electric charge transferred to the
なお、図１に示す画素セル１０の構成は、いわゆるＣＭＯＳ型の固体撮像素子の画素構成である。本発明は、図１に示す画素セル１０の構成に限られず、その他の画素構成を有する画素セルに対しても適用可能である。例えば、ＣＣＤ型の固体撮像素子では、画素セルには、フローティングディフュージョンと、増幅トランジスタと、リセットトランジスタなどは含まれない。画素セルは、少なくともフォトダイオードなどの光電変換素子を含むものであればよい。
The configuration of the
＜画素配列＞
次に、画素セル１０の配列について説明する。
<Pixel array>
Next, the arrangement of the
図２は、画素セル１０を一次元状に配列したリニアセンサとしての固体撮像素子１を示す図である。図２において、Ｒ、Ｇ、Ｂは、光の３原色（赤色、緑色、青色）のいずれか１色の波長領域の光を透過させるフィルタに対応し、ＩＲは、赤外光の波長領域の光を透過させるフィルタに対応する。
FIG. 2 is a diagram showing a solid-
Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＩＲの各フィルタは、少なくとも画素セル１０に含まれるＰＤ１１の光入射側に配置されている。以下、Ｒフィルタが配置された画素セル１０をＲ画素、Ｇフィルタが配置された画素セル１０をＧ画素、Ｂフィルタが配置された画素セル１０をＢ画素、ＩＲフィルタが配置された画素セル１０をＩＲ画素という。
The R, G, B, and IR filters are arranged at least on the light incident side of the
各画素は、光の受光を行う受光領域２０内に形成されている。図２では、ＸＹ平面内において、Ｘ方向に同種の画素が一次元状に配列されている。
Each pixel is formed in a
受光領域２０の周囲には、遮光領域２１が設けられている。遮光領域２１には、駆動回路や信号処理回路等の周辺回路が形成されている。これらの回路を遮光するために、遮光領域２１には遮光用のフィルタ（以下、遮光フィルタという）が形成されている。
A light-shielding
なお、遮光領域２１は、暗電流ノイズを取得するためのオプティカルブラック領域であってもよい。すなわち、遮光領域２１に画素セル１０が形成されていてもよい。遮光フィルタが配置された画素セル１０によって暗電流ノイズを検出して受光領域２０内の画素（Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素）から出力される信号を補正する、いわゆるダーク補正を行ってもよい。
The light-shielding
図３は、画素セル１０を二次元状に配列したエリアセンサとしての固体撮像素子１ａを示す図である。固体撮像素子１ａには、固体撮像素子１と同様に、受光領域２０と遮光領域２１が設けられている。受光領域２０には、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、及びＩＲ画素がＸＹ面内において２次元状に配置されている。この画素配列は、いわゆるベイヤー配列において、一対のＧ画素のうち一方をＩＲ画素で置き換えたものに相当する。固体撮像素子１ａのその他の構成は、固体撮像素子１と同様である。
FIG. 3 is a diagram showing a solid-state image sensor 1a as an area sensor in which
固体撮像素子１ａは、赤外線画像を撮影する監視カメラなどに適用可能である。 The solid-state image sensor 1a can be applied to a surveillance camera or the like that captures an infrared image.
図２及び図３において画素配列を示したが、画素の配列順序、画素間距離、受光領域２０や遮光領域２１の形状等は一例に過ぎず、適宜変更可能である。
Although the pixel arrangement is shown in FIGS. 2 and 3, the pixel arrangement order, the inter-pixel distance, the shape of the
＜断面構造＞
次に、固体撮像素子の断面構造について説明する。
<Cross-sectional structure>
Next, the cross-sectional structure of the solid-state image sensor will be described.
図４は、本実施形態に係る固体撮像素子の断面構造を例示する図である。図４に示すように、固体撮像素子は、半導体基板３０をベースとして形成されている。半導体基板３０は、例えば、シリコン基板である。各画素セル１０に含まれるＰＤ１１は、半導体基板３０の表層に不純物をドーピングすることにより形成されている。例えば、半導体基板３０がｐ型シリコン基板である場合において、ＰＤ１１は、ｎ型不純物をドーピングすることにより形成されたｎ型拡散領域により構成される。
FIG. 4 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the solid-state image sensor according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the solid-state image sensor is formed based on the
半導体基板３０上には、配線層３１が形成されている。配線層３１には、各種トランジスタのゲート電極、選択線やリセット線等の配線、絶縁膜、保護膜等が含まれる。配線層３１上にカラーフィルタアレイ３２が形成されている。カラーフィルタアレイ３２上には、平坦化膜等を介してマイクロレンズアレイが設けられてもよい。
A
カラーフィルタアレイ３２は、３種のフィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ）により構成されている。受光領域２０中の可視光を受光する画素セル１０には、３種のフィルタのうちいずれか１つが配置されている。一方、赤外光を受光する画素セル１０には、３種のフィルタのうちの２種のフィルタが積層されている。すなわち、ＩＲ画素では、２種のフィルタが積層された積層フィルタ（第１積層フィルタ）によりＩＲフィルタが構成されている。
The
同様に、遮光領域２１には、３種のフィルタのうちの２種のフィルタが積層されている。すなわち、遮光領域２１では、２種のフィルタが積層された積層フィルタ（第２積層フィルタ）により遮光フィルタが構成されている。
Similarly, two of the three types of filters are laminated in the light-shielding
例えば、ＩＲフィルタは、配線層３１上に形成されたＢフィルタと、このＢフィルタ上に形成されたＲフィルタとからなる２層構造である。同様に、遮光フィルタは、配線層３１上に形成されたＢフィルタと、このＢフィルタ上に形成されたＲフィルタとからなる２層構造である。なお、ＩＲフィルタ及び遮光フィルタは、ＢフィルタとＲフィルタとの組み合わせに限られず、ＲフィルタとＧフィルタとの組み合わせ、ＢフィルタとＧフィルタとの組み合わせによって構成することも可能である。
For example, the IR filter has a two-layer structure including a B filter formed on the
図４に示すように、ＩＲ画素が遮光領域２１に隣接して設けられている場合には、ＩＲフィルタと遮光フィルタとは、同一の２種のフィルタが同一の順序で積層された構成であることが好ましい。
As shown in FIG. 4, when the IR pixels are provided adjacent to the light-shielding
また、ＩＲフィルタを構成する２種のフィルタ（第１積層フィルタ）のうちの下層のフィルタは、ＩＲ画素が隣接する画素と同一のフィルタとすることが好ましい。図４では、ＩＲ画素は、Ｂ画素に隣接しているので、ＩＲフィルタの下層のフィルタをＢフィルタとしている。 Further, it is preferable that the lower layer filter of the two types of filters (first laminated filter) constituting the IR filter is the same filter as the pixels in which the IR pixels are adjacent to each other. In FIG. 4, since the IR pixel is adjacent to the B pixel, the filter in the lower layer of the IR filter is used as the B filter.
図５は、カラーフィルタアレイ３２の変形例を示す図である。図５では、ＩＲ画素は、Ｒ画素に隣接しているので、ＩＲフィルタの下層のフィルタをＲフィルタとしている。これに伴い、遮光フィルタの下層のフィルタをＲフィルタとしている。
FIG. 5 is a diagram showing a modified example of the
図６は、カラーフィルタの分光感度特性を例示する図である。図６に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各フィルタは、可視領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）において互いに異なる波長帯に透過性を有する。例えば、Ｂフィルタは、約４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長帯（第１波長帯）の光を透過させる。Ｇフィルタは、約５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯（第２波長帯）の光を透過させる。Ｒフィルタは、約６００ｎｍ以上の波長帯（第３波長帯）の光を透過させる。なお、図６に示すように、各フィルタの可視領域における透過波長帯は、互いに一部が重複しているが、それぞれ重複せずに分離されていてもよい。 FIG. 6 is a diagram illustrating the spectral sensitivity characteristics of the color filter. As shown in FIG. 6, the R, G, and B filters have transparency in different wavelength bands in the visible region (380 nm to 780 nm). For example, the B filter transmits light in a wavelength band of about 400 nm to 500 nm (first wavelength band). The G filter transmits light in a wavelength band of about 500 nm to 600 nm (second wavelength band). The R filter transmits light in a wavelength band of about 600 nm or more (third wavelength band). As shown in FIG. 6, the transmission wavelength bands in the visible region of each filter partially overlap each other, but they may be separated without overlapping.
また、Ｒ、Ｇ、Ｂの各フィルタは、いずれも赤外領域（７８０ｎｍ以上）の波長帯において光を透過させる特性を有する。したがって、Ｒ、Ｇ、Ｂの３種のフィルタから選択される２つのフィルタを積層した場合には、ほぼ赤外領域の波長帯の光のみを透過させるフィルタとして機能する。この分光特性を利用し、２種のフィルタを積層した積層フィルタにより、上述のＩＲフィルタ及び遮光フィルタを構成している。 Further, each of the R, G, and B filters has a property of transmitting light in a wavelength band in the infrared region (780 nm or more). Therefore, when two filters selected from the three types of filters R, G, and B are laminated, they function as a filter that transmits only light in a wavelength band in the substantially infrared region. Utilizing this spectral characteristic, the above-mentioned IR filter and light-shielding filter are configured by a laminated filter in which two types of filters are laminated.
ＩＲ画素は、赤外線画像を取得すること以外に、可視領域の画素信号を補正するダーク補正用の画素としても用いることが可能である。また、ＩＲ画素は、可視領域に混入する赤外成分を除去する赤外除去補正用の画素としても用いることが可能である。ＩＲフィルタは、可視領域用の画素に用いられる２種のフィルタを積層することにより形成されており、赤外領域における分光特性が可視領域用の画素に用いられるフィルタとほぼ同一であるので、赤外光の入射により可視領域用の画素で生じる赤外成分除去のための補正精度が向上する。 In addition to acquiring an infrared image, the IR pixel can also be used as a dark correction pixel that corrects a pixel signal in the visible region. The IR pixel can also be used as a pixel for infrared removal correction that removes an infrared component mixed in the visible region. The IR filter is formed by stacking two types of filters used for pixels in the visible region, and its spectral characteristics in the infrared region are almost the same as those used for pixels in the visible region. The correction accuracy for removing infrared components generated in pixels for the visible region due to the incident of external light is improved.
また、ＩＲ画素の下層のフィルタを隣接画素（図４の場合、Ｂ画素）のフィルタと同一種（図４の場合、Ｂフィルタ）とすることにより、両者のフィルタが同一の製造工程で形成されることになり、この結果、両者の膜厚が均一化するので、当該隣接画素に入射する赤外光成分の補正精度が向上する。 Further, by making the filter in the lower layer of the IR pixel the same type as the filter of the adjacent pixel (B pixel in the case of FIG. 4) (B filter in the case of FIG. 4), both filters are formed in the same manufacturing process. As a result, the film thicknesses of both are made uniform, so that the correction accuracy of the infrared light component incident on the adjacent pixel is improved.
＜製造方法＞
次に、カラーフィルタアレイ３２の製造方法について説明する。
<Manufacturing method>
Next, a method of manufacturing the
図７は、図４に示すカラーフィルタアレイ３２の製造工程を説明する図である。固体撮像素子は、ウエハ状の半導体基板３０を用いて製造される。
FIG. 7 is a diagram illustrating a manufacturing process of the
まず、図７（Ａ）に示すように、画素セル１０が形成された半導体基板３０上に配線層３１を形成し、この配線層３１上におけるＧ画素の形成領域にＧフィルタを形成する。このＧフィルタの形成は、フォトリソグラフィ工程により行われる。フォトリソグラフィ工程とは、例えば、顔料又は染料を含有する感光性のレジスト材（カラーレジスト材）をスピンコート法により塗布した後、縮小投影レンズを用いてフォトマスクのパターンをカラーレジスト材上に投影して露光し、これを現像処理する工程である。レジスト材には、形成するフィルタの色に応じたカラーレジスト材が用いられる。
First, as shown in FIG. 7A, the
次に、図７（Ｂ）に示すように、配線層３１上におけるＢ画素の形成領域、ＩＲ画素の形成領域、及び遮光領域に、Ｂフィルタを形成する。このＢフィルタの形成は、Ｇフィルタと同様に、フォトリソグラフィ工程により行われる。このように、Ｂ画素の形成領域、ＩＲ画素の形成領域、及び遮光領域が互いに隣接している場合には、Ｂフィルタは、これらの領域に跨った一体の層として形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, a B filter is formed in the B pixel forming region, the IR pixel forming region, and the light shielding region on the
次に、図７（Ｃ）に示すように、配線層３１上におけるＲ画素の形成領域、及びＢフィルタ上におけるＩＲ画素の形成領域及び遮光領域に、Ｒフィルタを形成する。このＲフィルタの形成は、Ｇフィルタ及びＢフィルタと同様に、フォトリソグラフィ工程により行われる。このように、ＩＲ画素の形成領域と遮光領域とが互いに隣接している場合には、Ｒフィルタは、これらの領域に跨った一体の層として形成される。
Next, as shown in FIG. 7C, an R filter is formed in the R pixel forming region on the
このように、ＩＲフィルタ及び遮光フィルタを形成するＢフィルタ及びＲフィルタを隣接する領域の境界を跨いで延設することにより、境界において膜厚の段差が生じず、膜厚が均一化される。 By extending the B filter and the R filter forming the IR filter and the light-shielding filter across the boundary of the adjacent region in this way, a step in the film thickness does not occur at the boundary and the film thickness is made uniform.
以上のように、カラーフィルタアレイ３２は、フォトリソグラフィ工程を３回繰り返すことにより製造される。すなわち、本実施形態によれば、３種の可視光用のフィルタ、ＩＲフィルタ、及び遮光フィルタの合計５種のフィルタを含むカラーフィルタアレイ３２を、３つのフォトマスクを形成することができ、フォトマスクの枚数を低減することができる。この結果、固体撮像素子の製造コストが低減し、固体撮像素子の低価格化を図ることができる。
As described above, the
また、フォトマスクの枚数が多くなると、フォトマスクの間の位置ずれ等の影響が累積し、隣接するフィルタ間に重なりや隙間が生じる等の製造ムラが大きくなり、カラーフィルタの品質が劣化することが懸念される。しかし、本実施形態では、フォトマスクの枚数を低減することができるので、フォトマスク間の位置ずれの影響が限定的となり、隣接するフィルタ間に重なりや隙間が生じる等の製造ムラが低減する。これにより、高品質なカラーフィルタアレイ３２が得られる。
In addition, as the number of photomasks increases, the effects of misalignment between photomasks accumulate, manufacturing unevenness such as overlap and gaps between adjacent filters increases, and the quality of color filters deteriorates. Is a concern. However, in the present embodiment, since the number of photomasks can be reduced, the influence of the positional deviation between the photomasks is limited, and manufacturing unevenness such as overlap or gaps between adjacent filters is reduced. As a result, a high quality
なお、図７（Ａ）に示すＧフィルタを形成する工程と、図７（Ｂ）に示すＢフィルタを形成する工程とは、順序を逆としてもよい。 The order of the step of forming the G filter shown in FIG. 7A and the step of forming the B filter shown in FIG. 7B may be reversed.
図５に示すカラーフィルタアレイ３２についても同様の方法により製造することが可能である。この場合、カラーフィルタアレイ３２は、Ｇフィルタ、Ｒフィルタ、Ｂフィルタの順序、若しくは、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタの順序で形成される。
The
＜カラーフィルタアレイの変形例＞
図８は、カラーフィルタアレイ３２の変形例を示す図である。図８に示すカラーフィルタアレイ３２は、ＩＲフィルタ及び遮光フィルタについて、上層のフィルタ（Ｒフィルタ）の大きさが、下層のフィルタ（Ｂフィルタ）よりも小さい点が、図４に示すカラーフィルタアレイ３２の構成と異なる。なお、上層のフィルタの大きさが下層のフィルタよりも小さいとは、カラーフィルタアレイ３２を平面視した場合において、上層のフィルタの面積が下層のフィルタの面積よりも小さいことを意味する。
<Modification example of color filter array>
FIG. 8 is a diagram showing a modified example of the
上層のフィルタが下層のフィルタよりも小さくなるようにフォトマスクを形成してカラーフィルタアレイ３２の製造を行うことにより、上層のフィルタが確実に下層のフィルタ上に形成されるので、上層のフィルタの膜厚が均一化する。特に、ＩＲフィルタの膜厚の画素ごとのばらつきが抑制される。
By forming the photomask so that the upper layer filter is smaller than the lower layer filter and manufacturing the
＜画像読取装置＞
次に、本実施形態の固体撮像素子の画像読取装置及び画像形成装置への適用例について説明する。
<Image reader>
Next, an example of application of the solid-state image pickup device of this embodiment to an image reading device and an image forming device will be described.
図９は、本実施形態の固体撮像素子が適用された画像読取装置の一例を示す図である。図９に示すように、画像読取装置４０は、読取モジュール４１と、信号処理モジュール４２とを有する。読取モジュール４１は、リニアセンサとしての固体撮像素子１と、光源としてのＬＥＤ（Light-Emitting Diode）４３と、光源駆動部としてのＬＥＤドライバ４４とを有する。信号処理モジュール４２は、主制御部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）４５と、画像処理部４６と、データ格納部としての記憶部４７とを有する。
FIG. 9 is a diagram showing an example of an image reading device to which the solid-state image sensor of the present embodiment is applied. As shown in FIG. 9, the
ＬＥＤ４３は、ＬＥＤドライバ４４によって駆動されることにより照明光を発生し、画像読取対象としての原稿に照射する。固体撮像素子１は、原稿からの反射光を、結像レンズ等を介して受光し、Ａ／Ｄ変換等を行うことにより生成した撮像信号を、信号処理モジュール４２へ出力する。ＬＥＤドライバ４４及び固体撮像素子１は、ＣＰＵ４５により動作が制御される。
The
ＣＰＵ４５は、画像読取装置４０の全体の動作を制御する。画像処理部４６は、固体撮像素子１から出力された撮像信号に対して各種の補正処理を行うことにより原稿画像データを生成する。記憶部４７は、画像処理部４６により生成された原稿画像データを記憶する。
The
図１０は、本実施形態の固体撮像素子が適用された画像形成装置の一例を示す図である。図１０に示すように、画像形成装置５０は、読取モジュール４１と、信号処理モジュール４２と、プリンタエンジン５１とを有する。読取モジュール４１及び信号処理モジュール４２は、画像読取装置４０に含まれる読取モジュール４１及び信号処理モジュール４２と同様の構成である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of an image forming apparatus to which the solid-state image sensor of the present embodiment is applied. As shown in FIG. 10, the
プリンタエンジン５１は、画像処理部４６により生成された原稿画像データに基づいて、用紙等の記録媒体に対して印刷を行う機構部である。プリンタエンジン５１は、給紙やドラムへの帯電、レーザーの照射、トナーの塗布、用紙への転写、定着などの物理的な印刷動作を実行する。
The
＜その他の変形例＞
上記実施形態では、可視光用のカラーフィルタとして原色型カラーフィルタを用いているが、原色型カラーフィルタに限られず、補色型カラーフィルタを用いてもよい。補色型カラーフィルタは、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の３種のフィルタからなる。また、可視光用のカラーフィルタを構成するフィルタの種類は３種に限られず、４種以上であってもよい。各フィルタは、可視領域内の特定の波長帯と、非可視領域の波長帯の光を透過させるものであればよい。
<Other variants>
In the above embodiment, the primary color type color filter is used as the color filter for visible light, but the present invention is not limited to the primary color type color filter, and a complementary color type color filter may be used. Complementary color filters consist of three types of filters: C (cyan), M (magenta), and Y (yellow). Further, the types of filters constituting the color filter for visible light are not limited to three types, and may be four or more types. Each filter may transmit light in a specific wavelength band in the visible region and a wavelength band in the invisible region.
上記実施形態では、ＩＲフィルタを、可視領域の分光特性が異なる２種のフィルタを積層することにより構成しているが、フィルタの積層数は２に限られず、３以上であってもよい。可視光用のカラーフィルタを構成するフィルタの種類をＮ種（Ｎ≧３）とした場合には、ＩＲフィルタを構成するフィルタの積層数は、２以上Ｎ以下であればよい。なお、ＩＲフィルタを構成するフィルタの積層数を大きくすると、ＩＲ画素（非可視領域用の画素）と可視領域用の画素とでフィルタの膜厚の差が大きくなるため、Ｎ＝２であることが好ましい。 In the above embodiment, the IR filter is configured by stacking two types of filters having different spectral characteristics in the visible region, but the number of stacked filters is not limited to two and may be three or more. When the type of the filter constituting the color filter for visible light is N types (N ≧ 3), the number of layers of the filters constituting the IR filter may be 2 or more and N or less. When the number of layers of the filters constituting the IR filter is increased, the difference in filter film thickness between the IR pixels (pixels for the invisible region) and the pixels for the visible region becomes large, so N = 2. Is preferable.
上記実施形態では、遮光フィルタを、２種のフィルタを積層することにより構成しているが、遮光フィルタは周辺回路を遮光するために、ある程度の遮光性を有すればよいため、フィルタの積層数は２に限られず、１以上であればよい。 In the above embodiment, the light-shielding filter is configured by stacking two types of filters. However, since the light-shielding filter only needs to have a certain degree of light-shielding property in order to block peripheral circuits, the number of stacked filters Is not limited to 2, and may be 1 or more.
また、上記実施形態におけるＢ画素は第１画素の一例であり、Ｇ画素は第２画素の一例であり、Ｒ画素は第３画素の一例である。また、Ｂフィルタは第１フィルタの一例であり、Ｇフィルタは第２フィルタの一例であり、Ｒフィルタは第３フィルタの一例である。 Further, the B pixel in the above embodiment is an example of the first pixel, the G pixel is an example of the second pixel, and the R pixel is an example of the third pixel. The B filter is an example of the first filter, the G filter is an example of the second filter, and the R filter is an example of the third filter.
また、上記各実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。 Further, the present invention is not limited to the requirements shown in the above embodiments. With respect to these points, the gist of the present invention can be changed without impairing the gist of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form thereof.
１，１ａ 固体撮像素子
１０ 画素セル
１１ フォトダイオード（ＰＤ）
１２ フローティングディフュージョン（ＦＤ）
１３ 転送トランジスタ
１４ 増幅トランジスタ
１５ リセットトランジスタ
１６ 定電流源
２０ 受光領域
２１ 遮光領域
３０ 半導体基板
３１ 配線層
３２ カラーフィルタアレイ
４０ 画像読取装置
４１ 読取モジュール
４２ 信号処理モジュール
４３ ＬＥＤ
４４ ＬＥＤドライバ
４５ ＣＰＵ
４６ 画像処理部
４７ 記憶部
５０ 画像形成装置
５１ プリンタエンジン
1,1a Solid-state image sensor 10-
12 Floating Diffusion (FD)
13
44
46
Claims (9)
可視領域の分光特性が異なる２種以上の前記フィルタが積層された第１積層フィルタが配置された非可視領域用の画素と、
１つの前記フィルタ、又は可視領域の分光特性が異なる２種以上の前記フィルタが積層された第２積層フィルタが配置された遮光領域と、
を有することを特徴とする固体撮像素子。 Pixels for the visible region in which filters that transmit light in a specific wavelength band in the visible region and wavelength bands in the invisible region are arranged, and
Pixels for the invisible region in which the first laminated filter in which two or more of the above filters having different spectral characteristics in the visible region are laminated are arranged, and
A light-shielding region in which one of the filters or a second laminated filter in which two or more of the filters having different spectral characteristics in the visible region are laminated is arranged.
A solid-state image sensor characterized by having.
前記可視領域用の画素は、前記非可視領域用の画素に隣接しており、
前記第１積層フィルタ及び前記第２積層フィルタの下層のフィルタは、前記非可視領域用の画素に配置された前記フィルタと同一の分光特性を有する同一種のフィルタである
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。 The pixel for the invisible region is adjacent to the light-shielding region and
The pixel for the visible region is adjacent to the pixel for the invisible region.
The claim is that the first laminated filter and the lower layer filter of the second laminated filter are the same type of filters having the same spectral characteristics as the filter arranged in the pixels for the invisible region. The solid-state imaging device according to 1.
可視領域の前記第１波長帯とは異なる第２波長帯と非可視領域の波長帯の光を透過させる第２フィルタが配置された第２画素と、
可視領域の前記第１波長帯及び前記第２波長帯とは異なる第３波長帯と非可視領域の波長帯の光を透過させる第３フィルタが配置された第３画素と、
前記第１フィルタ、前記第２フィルタ、及び前記第３フィルタのうち少なくとも２つが積層された第１積層フィルタが配置された非可視領域用の画素と、
前記第１フィルタ、前記第２フィルタ、及び前記第３フィルタのうちの１つ、又は２つが積層された第２積層フィルタが配置された遮光領域と、
を有することを特徴とする固体撮像素子。 The first pixel in which the first filter that transmits light in the first wavelength band in the visible region and the wavelength band in the invisible region is arranged, and
A second pixel in which a second filter that transmits light in a second wavelength band different from the first wavelength band in the visible region and a wavelength band in the invisible region is arranged, and
A third pixel in which a third filter for transmitting light in a third wavelength band different from the first wavelength band in the visible region and a wavelength band in the invisible region and a third filter in the invisible region is arranged.
Pixels for the invisible region in which the first filter, the second filter, and the first laminated filter in which at least two of the third filters are laminated are arranged, and
A light-shielding region in which the first filter, the second filter, and the second laminated filter in which one or two of the third filters are laminated are arranged.
A solid-state image sensor characterized by having.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019117790A JP7331490B2 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Solid-state imaging device, image reading device, and image forming device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019117790A JP7331490B2 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Solid-state imaging device, image reading device, and image forming device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021005762A true JP2021005762A (en) | 2021-01-14 |
| JP7331490B2 JP7331490B2 (en) | 2023-08-23 |
Family
ID=74097268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019117790A Active JP7331490B2 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Solid-state imaging device, image reading device, and image forming device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7331490B2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06204444A (en) * | 1993-01-01 | 1994-07-22 | Canon Inc | Image sensor |
| JPH1065135A (en) * | 1996-05-30 | 1998-03-06 | Toshiba Corp | Solid-state image pick-up device and image reader using the same |
| JP2007042933A (en) * | 2005-08-04 | 2007-02-15 | Sony Corp | Solid-state imaging element and imaging device |
| US20120257090A1 (en) * | 2011-04-11 | 2012-10-11 | Lg Innotek Co., Ltd. | Pixel, pixel array, method for manufacturing the pixel array and image sensor including the pixel array |
| WO2018043654A1 (en) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state imaging device and manufacturing method therefor, and electronic apparatus |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1788627A1 (en) | 2004-06-30 | 2007-05-23 | Toppan Printing Co., Ltd. | Imaging element |
| WO2014041742A1 (en) | 2012-09-14 | 2014-03-20 | パナソニック株式会社 | Solid-state imaging device and camera module |
| KR102310586B1 (en) | 2015-04-21 | 2021-10-13 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 4-color pixel image sensor with decrease of ir pixel for near ir |
| KR20180046951A (en) | 2016-10-28 | 2018-05-10 | 엘지디스플레이 주식회사 | Display panel and display device |
-
2019
- 2019-06-25 JP JP2019117790A patent/JP7331490B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06204444A (en) * | 1993-01-01 | 1994-07-22 | Canon Inc | Image sensor |
| JPH1065135A (en) * | 1996-05-30 | 1998-03-06 | Toshiba Corp | Solid-state image pick-up device and image reader using the same |
| JP2007042933A (en) * | 2005-08-04 | 2007-02-15 | Sony Corp | Solid-state imaging element and imaging device |
| US20120257090A1 (en) * | 2011-04-11 | 2012-10-11 | Lg Innotek Co., Ltd. | Pixel, pixel array, method for manufacturing the pixel array and image sensor including the pixel array |
| WO2018043654A1 (en) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state imaging device and manufacturing method therefor, and electronic apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7331490B2 (en) | 2023-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102430114B1 (en) | Solid-state imaging element, method for manufacturing same, and electronic device | |
| US9699393B2 (en) | Imaging systems for infrared and visible imaging with patterned infrared cutoff filters | |
| JP5845856B2 (en) | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic device | |
| KR101683297B1 (en) | Solid-state imaging device, solid-state imaging device manufacturing method, elelctronic device, and lens array | |
| KR101661764B1 (en) | Solid-state image pickup device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus | |
| US7579639B2 (en) | CMOS image sensor and method for fabricating the same | |
| JP4341700B2 (en) | SOLID-STATE IMAGING DEVICE, COLOR FILTER, CAMERA, AND COLOR FILTER MANUFACTURING METHOD | |
| US7579209B2 (en) | Image sensor and fabricating method thereof | |
| KR20160051687A (en) | Solid-state imaging element, production method thereof, and electronic device | |
| US7611922B2 (en) | Image sensor and method for manufacturing the same | |
| JP2005340299A (en) | Solid-state image pickup device, its manufacturing method and camera | |
| CN111668246A (en) | Image pickup apparatus | |
| US7126099B2 (en) | Image sensor with improved uniformity of effective incident light | |
| KR101473720B1 (en) | Color filter array and method of fabricating the same, and image pick-up device of the same | |
| JP7331490B2 (en) | Solid-state imaging device, image reading device, and image forming device | |
| JP2009049117A (en) | Method of forming color filter of solid-state image pickup device, solid-state image pickup device, and pattern mask set for solid-state image pickup device | |
| US20120146117A1 (en) | Solid-state imaging device | |
| JP4724469B2 (en) | Solid-state image sensor | |
| JP6079804B2 (en) | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus | |
| JP2010153603A (en) | Solid state imaging apparatus | |
| US20080122021A1 (en) | Image sensor | |
| JP2004172335A (en) | Solid-state imaging apparatus | |
| JPH10112533A (en) | Solid-state image sensing device | |
| KR100780544B1 (en) | Method of manufacturing image sensor | |
| KR100780546B1 (en) | Method of manufacturing image sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220414 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230309 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230314 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230512 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230711 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230724 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7331490 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |