JPWO2017110515A1 - 撮像装置、電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
1.撮像装置の構成
2.第1の撮像素子の構成
3.第2の撮像素子の構成
4.第3の撮像素子の構成
5.瞳補正ありの撮像素子について
6.第2の下部電極の大きさについて
7.感度を向上させる第2の下部電極について
8.ビアのずれ量について
9.位相差画素への適用
10.カラーフィルタの他の配置位置について
11.貫通電極の配置について
12.表面照射型への適用例
13.カメラモジュールの構成
14.電子機器の構成
15.撮像装置の使用例
図1に、本実施の形態に適用されるCMOS撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の撮像装置1は、図1に示すように、半導体基板11、例えばシリコン基板に光電変換部を含む複数の画素2が規則的に2次元的に配列された画素部(いわゆる撮像領域)3と、周辺回路部とを有して構成される。画素2は、光電変換部と、複数の画素トランジスタ(いわゆるMOSトランジスタ)を有して成る。
以下に説明する本技術は、図2、図3、および図4にそれぞれ示す撮像素子に対して適用できる。まず、本技術が適用される撮像素子について説明を加える。また、本技術が適用される撮像素子は、積層型センサなどと称されるイメージセンサとすることができ、光電変換膜を含む構成とされている撮像素子である。
図3は、図1の撮像装置1の一部を拡大したものであって、G有機光電変換膜とR,Bカラーフィルタが配置された画素2の構造を示す断面図である。図3においては、画素部3に2次元状に配列された複数の画素2のうち、任意の行方向に配置された4つの画素2−1乃至2−4が例示されている。
図4は、図1の撮像装置1の一部を拡大したものであって、G有機光電変換膜とYe,Cyカラーフィルタが配置された画素2の構造を示す断面図である。図4においては、画素部3に2次元状に配列された複数の画素2のうち、任意の行方向に配置された4つの画素2−1乃至2−4が例示されている。
以下に説明する本技術は、図2乃至図4を参照して説明した第1乃至第3の撮像素子のいずれに対しても適用できる。また、上記していない撮像素子、特に、縦型分光などと称される撮像素子に適用できる。以下の説明においては、図4を参照して説明した第3の撮像素子を例に挙げて説明を続ける。
第1の下部電極83−3bと連動してビア101−3bが移動する構成とした場合の第2の下部電極102の大きさについて説明する。
上記した第2の下部電極102は、透明電極とすることができる。第2の下部電極102を透明電極とした場合、第2の下部電極102で入射光が反射されるのを抑制することができ、より感度を向上させることができる。
上記したように、ビア102は、画素部3(図1)内での位置に応じたずれ量だけずれた位置に配置されている。ここで、このずれ量について説明を加える。
距離W25>距離W24>距離W23
の関係が満たされるように第1の下部電極83−3b、Cyカラーフィルタ91−3b、およびレンズ81−3bは、配置されている。
距離W11>距離W22
の関係を満たす。
距離W11=距離W21+距離W22
となる。
距離W21<距離W24
との関係が満たされる。すなわち、瞳補正量として、Cyカラーフィルタ91−3bがフォトダイオード86−3bに対してずらされるずれ量の方が、ビア101−3bが貫通電極84−3bに対してずらされるずれ量よりも大きい。
距離W22<距離W24
との関係が満たされる。すなわち、瞳補正量として、Cyカラーフィルタ91−3bがフォトダイオード86−3bに対してずらされるずれ量の方が、ビア101−3bがフォトダイオードの86−3bに対してずらされるずれ量よりも大きい。
次に、上記した画素2を、位相差画素としても用いることができるようにした場合の画素2について、図15を参照して説明する。画素2を位相差画素として機能させる場合、第1の下部電極83には、スリットが設けられる。
図5乃至図15を参照して、図4に示した画素2に対して、瞳補正を行う場合を例に挙げて説明したが、図3に示した画素2に対して図5乃至図15を参照して説明した瞳補正を適用することも可能である。
距離W25>距離W24>距離W23
の関係が満たされるようにBカラーフィルタ85−3b、第1の下部電極83−3b、およびレンズ81−3bは、配置されている。
距離W11>距離W22
の関係を満たす。
距離W11=距離W21+距離W22
となる。
距離W21<距離W23
との関係が満たされる。すなわち、瞳補正量として、Bカラーフィルタ85−3bがフォトダイオード86−3bに対してずらされるずれ量の方が、ビア101−3bが貫通電極84−3bに対してずらされるずれ量よりも大きい。
貫通電極84の配置について、説明を加える。図6を参照して説明した貫通電極84は、画素2に対して、図中左側に設けられている例を示した。図6に示したように、画素部3内の全ての画素2において、画素2に対して同一側に貫通電極84を設けても良いが、図19に示すように、隣接する画素2で、異なる側に貫通電極84が設けられるようにしても良い。
上述した実施の形態においては、裏面照射型の撮像装置を例に挙げて説明したが、本技術は、裏面照射型の撮像装置に、その適用範囲が限定されるわけではない。例えば、図20に示すような表面照射型の撮像装置に対して適用することも可能である。
距離W25>距離W24>距離W23
の関係が満たされるように第1の下部電極83−3b、Cyカラーフィルタ91−3b、およびレンズ81−3bは、配置されている。
距離W11>距離W22
の関係を満たす。
距離W11=距離W21+距離W22
となる。
距離W21<距離W24
との関係が満たされる。すなわち、瞳補正量として、Cyカラーフィルタ91−3bがフォトダイオード86−3bに対してずらされるずれ量の方が、ビア101−3bが電極84−3bに対してずらされるずれ量よりも大きい。
本技術は、撮像装置への適用に限られるものではない。すなわち、本技術は、撮像装置の他に光学レンズ系等を有するカメラモジュール、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置、撮像機能を有する携帯端末装置(例えばスマートフォンやタブレット型端末)、または画像読取部に撮像装置を用いる複写機など、撮像装置を有する電子機器全般に対して適用可能である。
図22は、撮像装置を有する電子機器の構成例を示す図である。
図23は、イメージセンサとしての撮像装置1の使用例を示す図である。
(1)
所定の色成分の光を吸収して信号電荷を生成する光電変換膜と、
前記光電変換膜の下部に設けられた第1の下部電極と、
前記第1の下部電極と接続される第2の下部電極と、
前記第1の下部電極と前記第2の下部電極を接続するビアと、
前記第2の下部電極より下側に形成され、入射光の光量に応じた信号電荷を生成するフォトダイオードと
を備え、
画角中心の前記フォトダイオードの中心と前記ビアの中心との第1の距離と、画角端の前記フォトダイオードの中心と前記ビアの中心との第2の距離は異なる
撮像装置。
(2)
画角中心の前記第2の下部電極の第1の大きさと、画角端の前記第2の下部電極の第2の大きさは異なる
前記(1)に記載の撮像装置。
(3)
前記第1の大きさと前記第2の大きさの差分は、前記第1の距離と前記第2の距離の差分に相当する
前記(2)に記載の撮像装置。
(4)
前記第2の下部電極の大きさは、前記画角端において前記ビアの中心と前記第2の下部電極に接続される貫通電極の中心との距離に相当する大きさとされている
前記(1)に記載の撮像装置。
(5)
前記第1の下部電極の中心の位置は、画角中心においては前記フォトダイオードの中心と略一致する位置であり、画角端においては前記フォトダイオードの中心の位置に対して所定のずれ量を有した位置である
前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の撮像装置。
(6)
前記光電変換膜上にカラーフィルタをさらに備え、
前記カラーフィルタの中心の位置は、画角中心においては前記フォトダイオードの中心と略一致する位置であり、画角端においては前記フォトダイオードの中心の位置に対して第1のずれ量を有した位置であり、
前記第1のずれ量は、前記第1の距離と前記第2の距離の差分よりも大きい
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の撮像装置。
(7)
前記光電変換膜下にカラーフィルタをさらに備え、
前記カラーフィルタの中心の位置は、画角中心においては前記フォトダイオードの中心と略一致する位置であり、画角端においては前記フォトダイオードの中心の位置に対して第1のずれ量を有した位置であり、
前記第1のずれ量は、前記第1の距離と前記第2の距離の差分よりも大きい
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の撮像装置。
(8)
前記光電変換膜上にレンズをさらに備え、
前記レンズの中心の位置は、画角中心においては前記フォトダイオードの中心と略一致する位置であり、画角端においては前記フォトダイオードの中心の位置に対して第2のずれ量を有した位置であり、
前記第2のずれ量は、前記第1の距離と前記第2の距離の差分よりも大きい
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の撮像装置。
(9)
前記第1の下部電極はスリットを有し、
前記スリットは、前記フォトダイオードの中心の位置とずれた位置にある
前記(1)乃至(8)のいずれかに記載の撮像装置。
(10)
前記前記第1の下部電極にスリットを有する画素は、位相差検出用の画素として機能する
前記(9)に記載の撮像装置。
(11)
前記第2の下部電極は、画素間の境界領域に配置されている
前記(1)乃至(10)のいずれかに記載の撮像装置。
(12)
前記第1の下部電極と前記第2の下部電極は、透明電極である
前記(1)乃至(11)のいずれかに記載の撮像装置。
(13)
表面照射型の撮像装置であり、
前記第1の下部電極と前記第2の下部電極の間に配線層を有し、
前記ビアの中心と前記第2の下部電極に接続される貫通電極の中心とのずれ量に相当する大きさ分、前記配線層内の配線は、徐々にずれながら配置されている
前記(1)に記載の撮像装置。
(14)
前記光電変換膜と前記フォトダイオードとを有する複数の画素が2次元状に配列された画素アレイ部を備え、
前記画素アレイ部は、
前記光電変換膜により、第1の色成分の光の光電変換を行い、
前記フォトダイオードにより、第2の色成分の光を透過させる第1のカラーフィルタおよび前記光電変換膜を透過した第3の色成分の光の光電変換を行う
第1の画素と、
前記光電変換膜により、前記第1の色成分の光の光電変換を行い、
前記フォトダイオードにより、第4の色成分の光を透過させる第2のカラーフィルタおよび前記光電変換膜を透過した第5の色成分の光の光電変換を行う
第2の画素と、
前記光電変換膜により、前記第1の色成分の光の光電変換を行い、
前記フォトダイオードにより、前記光電変換膜を透過した第6の色成分の光の光電変換を行う
第3の画素と
の組み合わせからなる前記複数の画素が2次元状に配列されており、
前記第1の色成分と前記第6の色成分とを混合することで白(W)が得られる
前記(1)乃至(13)のいずれかに記載の撮像装置。
(15)
前記第1のカラーフィルタおよび前記第2のカラーフィルタは、光が入射する側に対して、前記光電変換膜の下側に配置されており、
前記第1の色成分は、緑(G)であり、
前記第2の色成分は、赤(R)であり、
前記第3の色成分は、赤(R)であり、
前記第4の色成分は、青(B)であり、
前記第5の色成分は、青(B)であり、
前記第6の色成分は、マゼンタ(Mg)である
前記(14)に記載の撮像装置。
(16)
前記第1のカラーフィルタおよび前記第2のカラーフィルタは、光が入射する側に対して、前記光電変換膜の上側に配置されており、
前記第1の色成分は、緑(G)であり、
前記第2の色成分は、イエロー(Ye)であり、
前記第3の色成分は、赤(R)であり、
前記第4の色成分は、シアン(Cy)であり、
前記第5の色成分は、青(B)であり、
前記第6の色成分は、マゼンタ(Mg)である
前記(14)に記載の撮像装置。
(17)
所定の色成分の光を吸収して信号電荷を生成する光電変換膜と、
前記光電変換膜の下部に設けられた第1の下部電極と、
前記第1の下部電極と接続される第2の下部電極と、
前記第1の下部電極と前記第2の下部電極を接続するビアと、
前記第2の下部電極より下側に形成され、入射光の光量に応じた第2の色成分の信号電荷を生成するフォトダイオードと
を備え、
画角中心の前記フォトダイオードの中心と前記ビアの中心との第1の距離と、画角端の前記フォトダイオードの中心と前記ビアの中心との第2の距離は異なる
撮像装置を備える
電子機器。
Claims (17)
- 所定の色成分の光を吸収して信号電荷を生成する光電変換膜と、
前記光電変換膜の下部に設けられた第1の下部電極と、
前記第1の下部電極と接続される第2の下部電極と、
前記第1の下部電極と前記第2の下部電極を接続するビアと、
前記第2の下部電極より下側に形成され、入射光の光量に応じた信号電荷を生成するフォトダイオードと
を備え、
画角中心の前記フォトダイオードの中心と前記ビアの中心との第1の距離と、画角端の前記フォトダイオードの中心と前記ビアの中心との第2の距離は異なる
撮像装置。 - 画角中心の前記第2の下部電極の第1の大きさと、画角端の前記第2の下部電極の第2の大きさは異なる
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第1の大きさと前記第2の大きさの差分は、前記第1の距離と前記第2の距離の差分に相当する
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記第2の下部電極の大きさは、前記画角端において前記ビアの中心と前記第2の下部電極に接続される貫通電極の中心との距離に相当する大きさとされている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第1の下部電極の中心の位置は、画角中心においては前記フォトダイオードの中心と略一致する位置であり、画角端においては前記フォトダイオードの中心の位置に対して所定のずれ量を有した位置である
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記光電変換膜上にカラーフィルタをさらに備え、
前記カラーフィルタの中心の位置は、画角中心においては前記フォトダイオードの中心と略一致する位置であり、画角端においては前記フォトダイオードの中心の位置に対して第1のずれ量を有した位置であり、
前記第1のずれ量は、前記第1の距離と前記第2の距離の差分よりも大きい
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記光電変換膜下にカラーフィルタをさらに備え、
前記カラーフィルタの中心の位置は、画角中心においては前記フォトダイオードの中心と略一致する位置であり、画角端においては前記フォトダイオードの中心の位置に対して第1のずれ量を有した位置であり、
前記第1のずれ量は、前記第1の距離と前記第2の距離の差分よりも大きい
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記光電変換膜上にレンズをさらに備え、
前記レンズの中心の位置は、画角中心においては前記フォトダイオードの中心と略一致する位置であり、画角端においては前記フォトダイオードの中心の位置に対して第1のずれ量を有した位置であり、
前記第1のずれ量は、前記第1の距離と前記第2の距離の差分よりも大きい
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第1の下部電極はスリットを有し、
前記スリットは、前記フォトダイオードの中心の位置とずれた位置にある
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記前記第1の下部電極にスリットを有する画素は、位相差検出用の画素として機能する
請求項9に記載の撮像装置。 - 前記第2の下部電極は、画素間の境界領域に配置されている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第1の下部電極と前記第2の下部電極は、透明電極である
請求項1に記載の撮像装置。 - 表面照射型の撮像装置であり、
前記第1の下部電極と前記第2の下部電極の間に配線層を有し、
前記ビアの中心と前記第2の下部電極に接続される貫通電極の中心とのずれ量に相当する大きさ分、前記配線層内の配線は、徐々にずれながら配置されている
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記光電変換膜と前記フォトダイオードとを有する複数の画素が2次元状に配列された画素アレイ部を備え、
前記画素アレイ部は、
前記光電変換膜により、第1の色成分の光の光電変換を行い、
前記フォトダイオードにより、第2の色成分の光を透過させる第1のカラーフィルタおよび前記光電変換膜を透過した第3の色成分の光の光電変換を行う
第1の画素と、
前記光電変換膜により、前記第1の色成分の光の光電変換を行い、
前記フォトダイオードにより、第4の色成分の光を透過させる第2のカラーフィルタおよび前記光電変換膜を透過した第5の色成分の光の光電変換を行う
第2の画素と、
前記光電変換膜により、前記第1の色成分の光の光電変換を行い、
前記フォトダイオードにより、前記光電変換膜を透過した第6の色成分の光の光電変換を行う
第3の画素と
の組み合わせからなる前記複数の画素が2次元状に配列されており、
前記第1の色成分と前記第6の色成分とを混合することで白(W)が得られる
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第1のカラーフィルタおよび前記第2のカラーフィルタは、光が入射する側に対して、前記光電変換膜の下側に配置されており、
前記第1の色成分は、緑(G)であり、
前記第2の色成分は、赤(R)であり、
前記第3の色成分は、赤(R)であり、
前記第4の色成分は、青(B)であり、
前記第5の色成分は、青(B)であり、
前記第6の色成分は、マゼンタ(Mg)である
請求項14に記載の撮像装置。 - 前記第1のカラーフィルタおよび前記第2のカラーフィルタは、光が入射する側に対して、前記光電変換膜の上側に配置されており、
前記第1の色成分は、緑(G)であり、
前記第2の色成分は、イエロー(Ye)であり、
前記第3の色成分は、赤(R)であり、
前記第4の色成分は、シアン(Cy)であり、
前記第5の色成分は、青(B)であり、
前記第6の色成分は、マゼンタ(Mg)である
請求項14に記載の撮像装置。 - 所定の色成分の光を吸収して信号電荷を生成する光電変換膜と、
前記光電変換膜の下部に設けられた第1の下部電極と、
前記第1の下部電極と接続される第2の下部電極と、
前記第1の下部電極と前記第2の下部電極を接続するビアと、
前記第2の下部電極より下側に形成され、入射光の光量に応じた第2の色成分の信号電荷を生成するフォトダイオードと
を備え、
画角中心の前記フォトダイオードの中心と前記ビアの中心との第1の距離と、画角端の前記フォトダイオードの中心と前記ビアの中心との第2の距離は異なる
撮像装置を備える
電子機器。
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