KR101350758B1

KR101350758B1 - 고체 촬상 장치

Info

Publication number: KR101350758B1
Application number: KR1020097004998A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 이시와타
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2014-01-13
Also published as: CN101512766B; EP2083444A1; JP4992352B2; CN101512766A; EP2083444B1; WO2008032502A1; TWI383493B; KR20090057380A; US20100039545A1; JP2008066614A; TW200830544A; US8134620B2; EP2083444A4

Abstract

배선층의 배치 구조를 개선하여 자유도가 높은 배선의 퓨필 보정(pupil correction) 보정을 행한다. 촬상 영역을 좌우로 2분할 한다. 그리고, 촬상 영역의 중심으로부터 좌측(-X측)에 배치되는 화소 위치의 배선에서는 컨택트부(31) 및 배선(32)이 좌측에 배치되고, 수직 신호선(28)이 우측에 배치되어 있다. 또한, 촬상 영역의 중심으로부터 우측(+X측)에 배치되는 화소 위치의 배선에서는, 컨택트부(31) 및 배선(32)이 우측에 배치되고, 수직 신호선(28)이 좌측에 배치되어 있다. 이와 같은 배선의 결과, 퓨필 보정에 의해 배선을 촬상 영역의 중심 방향으로 이동한 경우라도 좌우의 수직 신호선(28)은 컨택트부(31)로부터 멀어지는 방향으로 이동하므로, 자유도가 높은 퓨필 보정을 실현할 수 있다.

촬상 영역, 배선층의 배치 구조, 컨택트부, 퓨필 보정

Description

고체 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGE-PICKUP DEVICE}

본 발명은, CMOS 이미지 센서나 CCD 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치에 관한 것이며, 특히 퓨필 보정(pupil correction)을 행한 마이크로 렌즈나 배선 패턴을 가지는 고체 촬상 장치에 관한 것이다.

종래, CMOS 이미지 센서에서는, 각 화소에, 입사한 광을 광전 변환하는 포토 다이오드(PD) 이외에, 광전 변환된 전기 신호를 전송하는 트랜지스터(TG), 리셋 트랜지스터(RST), 증폭 트랜지스터(AMP) 등의 트랜지스터와, 플로팅 디퓨전(FD)부가 포함되어 있다. 이들의 액티브 영역에 광이 새들어오면, 광전 변환을 일으켜, 그 결과 생긴 전자에 의해 가짜 신호가 생성되어, 노이즈가 된다. 따라서, CMOS 이미지 센서에서는 이들의 영역에 광이 들어가지 않도록 차광하는 것이 일반적이다. 또한, 증폭 트랜지스터에 의해 증폭된 전기 신호를 전달하는 신호선이나, 트랜지스터를 구동하는 제어 신호선이나, 전원선 등의 배선이 통하고 있어, 광이 포토 다이오드에 닿는 것을 차단해 버린다.

한편, CCD 이미지 센서에서는, 각 화소에는 포토 다이오드 영역 외에 광전 변환된 전하를 전송하는 수직 CCD 전송 영역이 있고, 이 영역에 광이 입사하면, 가짜 신호가 되기 때문에, 이 영역은 차광하지 않으면 안된다.

이와 같이, 이미지 센서에서는, 단위 화소 내에 차광 영역을 형성하고 있다.

그러므로, 종래의 이미지 센서에서는, 화소 내에 형성되는 차광 영역을 피하여, 광을 효율적으로 포토 다이오드에 집광시키므로, 각 화소에 대응하여 포토 다이오드의 위쪽에 마이크로 렌즈나 층내 렌즈를 설치하는 기술이 제안되어 실용화되어 있다.

그러나, 이 경우, 촬상 영역(화소 어레이부)의 중심부의 화소에서는, 포토 다이오드에 입사하는 주(主)광선 각도가 통상 0℃이며, 포토 다이오드에 수직으로 광이 입사한다. 한편, 촬상 영역의 주변부의 화소에서는 포토 다이오드에 입사하는 주광선 각도는 어떤 각도를 가지고 입사하는 것이 일반적이다. 구체적으로는, 촬상 영역의 주변부의 화소에 대한 주광선은 촬상 영역의 중심부로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 입사하는 것이 일반적이다.

이 결과, 촬상 영역의 중심부에서는 포토 다이오드의 개구 중심과 마이크로 렌즈·층내 렌즈의 중심을 맞추지만, 촬상 영역의 주변부에서는 포토 다이오드의 개구 중심과 마이크로 렌즈·층내 렌즈의 중심을 맞추면, 경사진 입사광에 대하여 광축이 경사지게 되어, 입사광의 일부가 포토 다이오드의 밖에 입사하여, 쉐이딩(shading) 현상이 생긴다.

그래서, 이에 대한 대책으로서 촬상 영역의 주변부에서는, 입사하는 광축에 맞추어, 마이크로 렌즈, 컬러 필터, 층내 렌즈를 촬상 영역의 중심 측으로 오프셋하여 배치하여, 포토 다이오드의 쉐이딩을 방지하는 기술이 제안되어 실용화되어 있다(예를 들면, 일본 특허출원 공개 1999-186530호 공보 참조). 이 기술은 퓨필 보정 기술이라 하고, 배선, 컨택트, 비어(via) 등에도 적용된다.

이 때, 촬상 영역의 주변부의 레이아웃은, 배선, 마이크로 렌즈 등을 평행 이동시키면 촬상 영역 중심부의 레이아웃과 일치한다.

그러나, 전술한 바와 같은 퓨필 보정 기술을 행하는 경우, 마이크로 렌즈 및 층내 렌즈에 대하여는, 퓨필 보정의 시프트량에 제한이 없어, 최적화가 용이하지만, 배선에 관하여는 화소 내의 소자 배치나 포토 다이오드의 개구 형상 등에 따라 제한이 가해진다.

그래서, 이 제한의 구체예로서, 3층 메탈 배선 구조를 사용한 화소를 예를 들어 설명한다. 도 6은 3층 메탈 배선에서의 FD부 주변의 소자 배치를 나타낸 모식적인 평면도이다.

도 6에 있어서, 각 화소에서 광전 변환된 신호를 전기 신호로서 전달하는 수직 신호선(110)과, FD부(112)와 증폭 트랜지스터의 게이트(도시하지 않음)를 잇는 내부 배선(114)이 공통인 제2층 배선막을 사용하여 형성되어 있다. 또한, FD부(112)와 내부 배선(114) 사이는 컨택트부(116)에 의해 접속되어 있다.

그리고, 도시한 배선 상에 제3층의 메탈 배선막으로서 차광과 전원선을 겸한 배선이 형성되어 있는 것으로 한다.

이와 같은 배선 구조에 있어서, 수직 신호선(110)을 퓨필 보정을 위해 이동시켜 사용하는 경우, 컨택트부(116)로부터 멀어지는 방향(즉, 도면 중 우측 방향(화살표 A))으로는 비교적 자유롭게 이동시킬 수 있지만, 반대 방향(즉, 도면 중 좌측 방향(화살표 B))은 FD부(112)와 내부 배선(114)을 이은 컨택트부(116)의 위치 를 이동시킬 수 없으므로, 수직 신호선(110)을 크게 이동시키면, 컨택트부에 접촉하게 되어, 충분한 자유도를 가지고 이동시킬 수 없다.

따라서, 예를 들면, 프로세스 세대가 진행되지 않고, 디자인 룰이 변함없는 채 화소를 미세화하는 경우, 단위 화소에 탑재하는 배선수가 감소하지 않는 것으로 가정하면, 레이아웃의 제약으로부터, 배선 퓨필 보정 가능한 최대의 이동량(퓨필 보정량)이 정해진다. 그리고, 이 배선 퓨필 보정량이 시뮬레이션이나 이론 계산으로부터 구한 배선 퓨필 보정량보다 작은 경우, 촬상 영역의 주변부에서는 배선 퓨필 보정이 충분하지 않아, 배선에 의한 쉐이딩이 생겨, 감도가 저하된다.

또한, 쉐이딩에 의해 생긴 광선이 반사·굴절 현상에 의해 인접하는 화소에 누출된 경우에는 색혼합이라는 화질 열화가 생기게 된다.

그래서 본 발명은, 배선층의 배치 구조를 개선하여 자유도가 높은 배선의 퓨필 보정을 행하는 것을 가능하게 한 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 고체 촬상 장치는, 반도체 기판 상에 복수개의 광전 변환부가 2차원 방향으로 배치된 화소 어레이부와, 화소 어레이부의 상부에 절연막과 배선막이 적층되고, 배선의 일부가 컨택트부를 통하여 반도체 기판 측과 접속된 배선층과, 배선층 상에 배치되고, 화소 어레이부에서의 광전 변환부의 피치와 상이한 퓨필 보정에 의한 피치를 가지고 형성된 마이크로 렌즈를 포함하고, 배선층은, 화소 어레이부의 중심부 측으로부터 주변부 측으로 분할한 적어도 2개의 분할 영역을 가지고, 화소 어레이부의 각 화소에 대응하는 소정의 컨택트부 소정의 배선과의 위치가 2개의 분할 영역 사이에서 역전(逆轉)되어 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 고체 촬상 장치의 배선층이 화소 어레이부의 중심부 측으로부터 주변부 측으로 분할한 적어도 2개의 분할 영역을 가지고, 화소 어레이부의 각 화소에 대응하는 컨택트부 배선과의 위치가 2개의 분할 영역 사이에서 역전되어 배치되어 있으므로, 촬상 영역의 각 화소 위치에서 배선의 퓨필 보정 방향과 반대측에 컨택트부를 배치하는 것이 가능해져, 컨택트부에 방해됨 없이, 배선층을 자유롭게 이동시켜 퓨필 보정을 행하는 것이 가능해진다.

따라서, 자유도가 높은 퓨필 보정을 행할 수 있어, 촬상 영역 전체의 수광 효율이나 균일성을 개선할 수 있으므로, 고체 촬상 장치의 화질 향상 등에 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고체 촬상 장치의 개요를 나타낸 블록도이다.

도 2는 도 1에 나타낸 고체 촬상 장치의 화소 회로의 구성을 나타낸 회로도이다.

도 3은 촬상 영역의 X-Y 좌표를 나타낸 설명도이다.

도 4는 도 1에 나타낸 고체 촬상 장치에서 채용하는 배선 레이아웃의 구체예를 나타낸 모식적인 평면도이다.

도 5는 도 4의 각 화소 배선에 대하여 퓨필 보정을 행한 경우의 구체예를 나타낸 모식적인 평면도이다.

도 6은 종래의 고체 촬상 장치에서 채용하는 배선 레이아웃의 구체예를 나타낸 모식적인 평면도이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 있어서의 고체 촬상 장치의 구체예를 나타낸 평면도이며, CMOS 이미지 센서의 예를 나타내고 있다. 또한, 도 2는 도 1에 나타낸 고체 촬상 장치의 화소 내의 회로 구성을 나타낸 회로도이다. 그리고, 이하의 실시예는 MOS 이미지 센서를 중심으로 설명하지만, 본 발명은 CCD 이미지 센서에도 동일하게 적용할 수 있는 것이다.

본 실시예의 고체 촬상 장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 2차원 방향으로 배치된 복수개의 화소(16)에 의해 촬상 영역을 구성하는 화소 어레이부(20)와, 화소 어레이부(20)의 각 화소를 수직 방향으로 주사하여 화소 신호의 판독 동작을 제어하는 수직 주사 회로(21)와, 화소 어레이부(20)의 각 화소열(컬럼)로부터 안내된 수직 신호선(28)을 제어하는 부하 MOS 트랜지스터 회로(24)와, 화소 어레이부(20)의 각 화소열로부터 판독된 화소 신호를 입수하여, 상관 이중 샘플링 처리에 의한 노이즈 제거를 행하는 CDS 회로(25)와, CDS 회로(25)의 화소 신호를 수평 신호선(27)에 출력하는 수평 선택 트랜지스터 회로(26)와, 수평 선택 트랜지스터 회로(26)를 수평 방향으로 차례로 선택하여 화소 신호의 출력을 제어하는 수평 주사 회로(22)를 가진다.

그리고, 수평 신호선(27)에 출력된 화소 신호는 버퍼 앰프를 통하여 후단의 회로에 전송된다.

또한, 각 화소(16)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 입사한 광을 광전 변환하는 포토 다이오드(PD)(1)와, 광전 변환된 전기 신호를 전송 펄스(ΦTRG)에 기초하여 플로팅 디퓨전(FD)부(3)에 전송하는 트랜지스터(TG)(12)와, 리셋 펄스(ΦRST)에 기초하여 FD부(3)의 전위를 전원 전압 VDD에 리셋하는 리셋 트랜지스터(RST)(14), FD부(3)의 전위 변동을 전압 신호 또는 전류 신호로 변환하는 증폭 트랜지스터(AMP)(13)와, 선택 신호(ΦSEL)에 기초하여 증폭 트랜지스터(13)의 출력을 수직 신호선(28)에 접속하는 선택 트랜지스터(15)를 가진다.

따라서, 화소(16)의 근방에는, 수직 방향으로 수직 신호선(28)이나 전원선 등이 배선되고, 수평 방향으로 판독선(17), 리셋선(18), 선택선(19) 등이 배선되어 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 고체 촬상 장치에 있어서, 촬상 영역의 주변부에서 배선의 퓨필 보정을 행하는 경우, 컨택트부 등의 다른 요소가 방해가 되어, 배선 퓨필 보정이 충분하지 않은 문제가 있었다.

이 문제는, 퓨필 보정에 의해 배선을 시프트하려는 방향이 촬상 영역의 부위에 의해 달라짐에도 불구하고, 화소의 기본 레이아웃(배선의 위치 관계)이 촬상 영역 전체에서 공통인 것에 기인하고 있다. 즉, 화소 어레이부(촬상 영역)를 좌우로 2분할하여 생각하면, 배선의 퓨필 보정을 행하는 경우, 촬상 영역의 우측 영역에서는 배선을 좌측 방향으로 시프트하게 되고, 촬상 영역의 좌측 영역에서는 배선을 우측 방향으로 시프트하게 되므로, 컨택트부와 같은 장애물이 배선의 우측에 있는 레이아웃이면, 우측 방향으로 시프트하려는 촬상 영역의 좌측의 배선은 충분한 퓨필 보정의 자유도가 없어지고, 반대로 장애물이 배선의 좌측에 있으면, 좌측 방향으로 시프트하려는 촬상 영역의 우측의 배선은 자유도가 없어진다. 즉, 퓨필 보정에 의해 배선을 시프트하려는 방향으로 장애물이 있는 영역과, 퓨필 보정에 의해 배선을 시프트하려는 방향의 반대측에 장애물이 있는 영역이 혼재하게 되어, 전체적으로 유효한 퓨필 보정을 행하는 것이 제한되게 된다.

그리고, 화소 어레이부(촬상 영역)를 상하 좌우로 4분할하는 경우도 마찬가지로, 퓨필 보정에 의해 배선을 시프트하려는 방향으로 장애물이 있는 영역과, 퓨필 보정에 의해 배선을 시프트하려는 방향의 반대측에 장애물이 있는 영역이 혼재하여, 전체적으로 충분한 퓨필 보정이 제한되게 된다.

그래서, 본 발명의 실시예에서는, 화소 어레이부(촬상 영역)의 분할 영역마다, 배선(구체적으로는 수직 신호선과 컨택트부)의 위치 관계를 변경함으로써, 퓨필 보정에 의해 시프트하려는 수직 신호선의 시프트 방향과 반대측에 컨택트부가 배치되도록 하고, 수직 신호선의 충분한 시프트량을 확보함으로써, 충분한 퓨필 보정이 가능하게 하여, 보정의 효과가 향상되도록 했다.

또한, 본 실시예에서는, 촬상 영역을 화소수가 많은 방향으로 2분할하고, 각 분할 영역에서 배선과 컨택트부의 위치 관계를 바꾼 것이다.

예를 들면, 촬상 소자의 규격에 대하여 고려해 보면, HDTV 규격에서는 종횡비(수평 수직비)가 16:9, NTSC 규격에서는 종횡비가 4:3, 일안 리플렉스 카메라 타 입의 카메라에서는, 종횡비가 3:2이다. 즉, 모든 규격에 있어서 세로 방향(수직 방향)보다 가로 방향(수평 방향) 쪽이 길다. 따라서, 촬상 소자를 정사각형 격자(格子)로 실현한 경우, 수평 방향의 화소수는 수직 방향의 화소수 보다 많아진다. 또한, 단위 화소가 정사각형인 화소를 경사 45°로 배치한, 시프트된 화소에 있어서도, 수직 방향의 화소수보다 수평 방향의 화소수가 많아진다. 또한, 입사 광선 각도는 일반적으로 상(像)의 높이가 커짐에 따라 커지게 되는 경향이 있거나, 어떤 상의 높이까지 커지고, 그 이후는 대략 일정하거나, 때로는 약간 작아지는 비구면 렌즈도 있다.

어쨌든, 수평 방향이 수직 방향보다 퓨필 보정하는 양이 많아지는 경향이 있다.

그래서 다음에, 도 3에 나타낸 촬상 영역의 좌표를 사용하여 설명한다. 먼저, 이 촬상 영역(30)의 유효 화소의 중심(0, 0)을 원점으로 하여 수평 방향을 X축, 수직 방향을 Y축, 촬상면으로부터 광축 방향을 Z축이라고 한다. 각 화소의 위치는 이 좌표로 식별할 수 있다. 어느 화소의 포토 다이오드의 중심 좌표를 X1＞0, Y1＞0으로 하여 (X1, Y1)라고 한다.

여기서, 마이크로 렌즈에 퓨필 보정을 행하는 것을 고려해 보면, 광학 시뮬레이션 등에 의해 결정된 최적의 오프셋 양을 X축에 대하여 Xm1(＞0), Y축에 대하여 Ym1(＞0)로 하면, 이 화소의 마이크로 렌즈의 좌표는 (X1-Xm1, Y1-Ym1)로 된다. 이것과 Y축에 대하여 대칭의 위치에 있는 화소의 좌표는, (-X1, Y1)이며, 최적의 마이크로 렌즈의 좌표는, (-X1+Xm1, Y1-Ym1)이 된다.

이와 같이 퓨필 보정을 적용하면, 촬상 영역의 주변부에서는, 촬상 영역의 중심부 방향으로 오프셋 되도록 한 위치가 최적의 마이크로 렌즈 설치 위치가 된다.

그러나, 마이크로 렌즈, 층내 렌즈, 컬러 필터와 달리, 메탈 배선, 비어 플러그, 컨택트 플러그는, 하층과의 전기적 접속 조건을 만족시킬 필요가 있어, 퓨필 보정이 가능한 양은 중심의 레이아웃을 결정하면 디자인 룰과 접속 관계에 의해 스스로 정해져 버린다.

그래서, 메탈 배선의 퓨필 보정량을 X축에 대하여 -Xm2, Y축에 대하여 -Y2로 하면, 퓨필 보정된 메탈 배선의 좌표는, 화소 좌표가 (X1, Y1)의 위치에서는 (X1-Xm1, Y1-Ym2), 화소 좌표가 (X1, -Y1)의 위치에서는 (X1-Xm2, -Y1+Ym2), 화소 좌표가 (-X1, Y1)의 위치에서는 (-X1+Xm1, Y1-Ym2), 화소 좌표가 (-X1, -Y1)에서는, (-X1+Xm1, -Y1+Ym2)가 되고, 각 화소 위치에 따라 퓨필 보정을 위해 시프트 방향 및 위치가 상이하다.

즉, 촬상 영역의 주변부에서는, 퓨필 보정을 행하는 방향이 다방면에 걸쳐 있고, 이들 모든 퓨필 보정 요구를 만족시키는 레이아웃은, 특히, 화소가 축소되어 배선 등을 시프트할 수 있는 양에 제한이 가해지는 미세 화소에서는 불가능하게 된다.

그래서, 본 실시예에서는, 화소 위치에 따라서, 퓨필 보정을 행하는 방향이 상이한 것을 이용한 배선 레이아웃을 적용한다. 예를 들면, 화소 위치가 +X(＞0)의 장소에서는 배선의 퓨필 보정의 방향은 -X(＜0) 방향뿐이며, 화소 위치가 -X(＜ 0)의 장소에서는 배선의 퓨필 보정의 방향은 +X(＞0) 방향뿐이다. 따라서, 화소 위치 +X에서는 -X방향으로 퓨필 보정이 용이한 배선 레이아웃으로 하고, 화소 위치 -X에서는 +X방향으로 퓨필 보정이 용이한 배선 레이아웃으로 하면, 촬상 영역 전체에서 퓨필 보정의 자유도가 증가하게 된다.

도 4는 본 실시예에서 채용하는 배선 레이아웃의 구체예를 나타낸 모식적인 평면도이며, 수직 신호선(28)과, FD부(3)를 접속하는 컨택트부(31)와, 이 컨택트부(31)를 증폭 트랜지스터에 접속하는 내부 배선(32)의 위치 관계를 나타내고 있다.

그리고, 도 4에서는 촬상 영역의 중심 측으로부터 주변 측으로 분할한 좌우의 2분할 영역에 배치되는 화소의 배선을 나타내고, 도 4의 (A)가 촬상 영역의 중심으로부터 좌측(-X측)에 배치되는 화소 위치의 배선이며, 도 4의 (B)가 촬상 영역의 중심으로부터 우측(+X측)에 배치되는 화소 위치의 배선이다.

그리고, 도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이, 촬상 영역의 좌측에 배치되는 화소에서는 컨택트부(31) 및 배선(32)이 좌측에 배치되고, 수직 신호선(28)이 우측에 배치되어 있다.

한편, 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 촬상 영역의 우측에 배치되는 화소에서는 컨택트부(31) 및 배선(32)이 우측에 배치되고, 수직 신호선(28)이 좌측에 배치되어 있다.

도 5는 도 4의 각 화소 배선에 대하여 퓨필 보정을 행한 경우의 구체예를 나타낸 모식적인 평면도이며, 도 5의 (A)는 도 4의 (A)에 대응하고, 도 5의 (B)는 도 4의 (B)에 대응하고 있다.

이하, 이와 같은 배선에 의한 작용 효과에 대하여 설명한다. 그리고, 여기서 설명을 간단히 하기 위해서, 도 4에 나타낸 2개의 화소 위치가 단순하게 X축 상에 배치된 것으로 하여 설명한다. 따라서, 이들의 화소의 퓨필 보정은 X방향만을 생각하면 된다.

먼저, 도 4의 (A)에 나타낸 촬상 영역의 좌측의 화소에서는, 배선 퓨필 보정의 방향은 +X방향이며, 촬상 영역의 좌측의 화소에서는 배선의 퓨필 보정은 배선(28, 32)을 촬상 영역의 중심 방향, 즉 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 우측 방향(화살표 a 방향)으로 배선(28, 32)을 시프트하게 된다.

마찬가지로, 촬상 영역의 우측의 화소에서는, 배선의 퓨필 보정은 배선(28, 32)을 촬상 영역의 중심 방향, 즉 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 좌측 방향(화살표 b 방향)으로 배선(28, 32)을 시프트하게 된다.

만약, 도 4의 (A)에 나타낸 좌측의 화소의 레이아웃을 도 4의 (B)에 나타낸 우측의 화소와 같이 형성한 경우에는, FD부(3)에의 접속을 위해 이동시킬 수 없는 컨택트부(31)에 접속되어 있는 배선(32)과 디자인 룰로 규정된 스페이스를 확보하기 위해 수직 신호선(28)은 우측 방향으로는 이동시킬 수 없다. 따라서, 촬상 영역의 주변부에서는 입사광이 이동할 수 없는(퓨필 보정할 수 없는) 수직 신호선에 의해 쉐이딩, 감도의 저하나 색혼합의 원인이 된다.

이에 대하여, 본 실시예와 같이, 화소의 위치에서 퓨필 보정 방향이 고유하게 정해지는 점을 이용하여, 화소 배치 위치에서 기본이 되는 레이아웃을 변경함으 로써, 퓨필 보정의 자유도를 증가시켜 배선에 의한 쉐이딩을 저감하고, 감도의 저하를 막아, 색혼합을 방지할 수 있다.

그리고, 도 4에 나타낸 실시예에서는, 도 3에 나타낸 촬상 영역의 원점으로부터 X축이 플러스인 화소와, X축이 마이너스인 화소로 2분할한 예이며, X축 상의 화소에 대하여 설명하였으나, X축에 형성되어 있지 않은 화소에 대해서도 X방향으로의 이동은 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, X축 방향으로 배치하는 화소는 Y축 방향으로 배치하는 화소보다 일반적으로 많기 때문에, X방향의 보정량이 많아진다. 따라서, 촬상 영역의 Y축에 대해서도, 우측 반과 좌측 반으로 2분할하는 것만으로, 어느 정도의 퓨필 보정의 자유도가 증가하는 효과는 기대할 수 있는 것이다.

그러나, 또한 연구를 행한 예로서, 촬상 영역을 중심을 원점으로 하여 상하 좌우로 4분할하고, 각각의 화소에서 기본이 되는 레이아웃을 변경하면, 보다 퓨필 보정의 자유도가 증가하여 화질의 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 전술한 도 2에 나타낸 수평 방향의 신호선의 배선에 관한 것으로, 컨택트부의 위치 관계를 촬상 영역의 위쪽과 아래쪽에서 반대 방향으로 배치함으로써, 퓨필 보정의 자유도를 향상시킬 수 있는 것을 기대할 수 있다.

이상의 같은 본 발명의 실시예에 따라서, 다음과 같은 응용 분야에서 다양한 효과를 얻을 수 있다.

예를 들면, 휴대 전화기 등의 휴대 단말기에 카메라를 탑재하는 경우, 휴대 단말기에 탑재할 수 있는 얇기에 비해, 렌즈 모듈(렌즈와 촬상 소자를 1개의 모듈 로 한 것)에 대한 얇기의 요구가 강하다. 그리고, 이와 같은 경우의 렌즈는 사출(射出) 퓨필 거리가 짧은 렌즈가 많고, 이 사출 퓨필 거리가 짧은 렌즈에서는, 촬상 영역의 주변부에서의 주광선 입사 각도가 커지게 되는 경향이 있어, 이 광축에 따른 퓨필 보정을 행하는 데는 큰 퓨필 보정량이 필요해진다.

또한, 휴대 단말기에는, 물리적 제약에 의해, 현재로서는 충분한 광량을 발광할 수 있는 플래시가 탑재되어 있지 않아, 손떨림을 방지하는 셔터 스피드를 얻기 위해, F 2.8 등의 F값이 작은, 보다 밝은 렌즈를 사용하는 경향이 있다. 그러나, 이 F값이 작은 렌즈는 부광선(副光線) 각도가 커져, 포토 다이오드에 광이 쉽게 들어갈 수 없다.

또한, 촬상 소자와 렌즈를 일체화한 렌즈 모듈은, 차기 제품의 설계의 용이함으로부터 광학 사이즈가 일정한 채 이미지 센서의 화소 사이즈를 축소하여 다화소화를 도모하는 경향이 있다. 이와 같은 경우, 주광선 각도는 큰 채 화소 사이즈가 축소되어 버린다.

또한, 전술한 바와 같이 퓨필 보정은, 마이크로 렌즈, 컬러 필터, 층내 렌즈만이 아니고, 전기적 접속 조건이 필요한 메탈 배선, 비어, 컨택트에도 행할 필요가 있다. 이와 같이 하지 않으면, 배선 등에 의한 쉐이딩이 발생하여 감도 저하, 색혼합의 원인이 된다. 한편, 배선의 메탈 배선폭, 메탈 배선 스페이스는 메탈 배선 프로세스에 의해 디자인 룰로서 정해져 있고, 실제의 레이아웃으로 퓨필 보정이 가능해지는 범위는 한정되어 버린다. 예를 들면, 이론 계산 또는 광학 시뮬레이션의 결과, 배선의 오프셋 양이 0.5㎛ 필요했지만, 디자인 룰을 만족시킨 레이아웃에 서는, 0.3㎛까지 밖에 오프셋할 수 없는 것으로 가정한다. 이와 같은 상황에서는, 촬상 영역의 주변부에서는, 배선이 충분한 퓨필 보정을 행할 수 없으므로, 배선에 의한 쉐이딩이 발생하여, 촬상 영역의 주변부에서의 감도 저하가 생긴다. 이 배선에 의해 쉐이딩된 광이 인접 화소에 새들어 가면 색혼합이 된다.

이에 대하여 종래의 방법에서는, 퓨필 보정을 행하는 기본 레이아웃이 1개였기 때문에, 충분한 퓨필 보정이 행해질 수 없었지만, 본 실시예에서는, 화소의 배치 위치에 따라 퓨필 보정의 방향이 정해져 있는 것을 이용하고, 화소의 배치 위치에 따라서, 기본 레이아웃을 변경함으로써, 퓨필 보정의 자유도를 증가시킬 수 있다.

예를 들면, 1개의 화소 레이아웃으로, 모든 화소 위치에서의 퓨필 보정을 실현하는 경우, 전술한 촬상 영역의 좌측 화소에서 배선을 우측 방향으로 시프트할 수 있는 양을 H1이라 하고, 촬상 영역의 우측 화소에서 배선을 좌측 방향으로 시프트할 수 있는 양을 H2라 한 경우, 촬상 영역 내에서 균등하게 퓨필 보정할 수 있는 양은, H1와 H2의 절대값의 최소가 된다. 한편, 촬상 영역을 Y축으로 좌우로 2분할하고, 우측 화소와 좌측 화소에서 기본 레이아웃을 변경하면, 종래의 퓨필 보정 가능량의 약 2배의 퓨필 보정을 할 수 있다.

그리고, 이상의 실시예는 본 발명의 일례이며, 본 발명은 또한 변형이 가능하다. 예를 들면, 실시예에서는, CMOS 이미지 센서를 예로 설명하였으나, CCD 이미지 센서라도 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 실시예에서는, 수직 신호선과 FD용의 컨택트부의 위치 관계에 대하여 개선하는 예를 설명하였으나, 다른 배선과 컨 택트나 비어와의 위치 관계를 변경하도록 한 경우에도 동일하게 적용할 수 있는 것이다.

또한, 실시예에서는 촬상 영역의 중심을 기점으로 하여, 상하 또는 좌우로 2분할하거나, 상하 좌우로 4분할하도록 한 분할 영역의 예를 설명하였으나, 분할 영역의 형성 방법으로서는 퓨필 보정의 실정 등에 맞추어 여러 가지 채용이 가능하며, 예를 들면, 촬상 영역의 중심 영역을 제외한 주변 영역에만 배선의 위치 관계를 변경하는 영역을 형성하도록 한 형태도 가능하다.

Claims

반도체 기판 상에 복수개의 광전 변환부가 2차원 방향으로 배치된 화소 어레이부와,

상기 화소 어레이부의 상부에 절연막을 통하여 적층된 배선을 포함하는 배선층과,

상기 배선층 상에 배치되고, 상기 화소 어레이부에서의 광전 변환부의 피치와 상이한 퓨필 보정(pupil correction)에 의한 피치를 가지고 형성된 마이크로 렌즈

를 포함하고,

상기 화소 어레이부를 적어도 2개의 분할 영역으로 분할한 경우,

상기 화소 어레이부의 일방의 분할 영역에 배치된 화소와, 타방의 분할 영역에 배치된 화소에서, 상기 화소 어레이부의 화소마다 대응하여 형성된 배선 중, 일방향으로 배선되고 소정의 컨택트부를 통하여 상기 반도체 기판에 접속된 제1 배선과, 상기 제1 배선에 인접하여 배치되고, 상기 제1 배선과 동일한 방향으로 배선된 제2 배선이, 상기 광전 변환부를 기준으로 반대측에 설치되어 있는, 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 배선과 상기 제2 배선은 동일한 층에 형성되어 있는, 고체 촬상 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 배선은 상기 컨택트부를 통하여 상기 광전 변환부로부터 신호 전하를 인출하기 위한 플로팅 디퓨전부에 접속되고,

상기 제2 배선은 화소 신호를 전송하기 위한 수직 신호선을 구성하는, 고체 촬상 장치.
제3항에 있어서,

상기 제1 배선 및 상기 컨택트부가 상기 제2 배선보다 상기 화소 어레이부의 중심 측에 형성되어 있는, 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 배선이 마이크로 렌즈의 퓨필 보정 방향으로 시프트된 피치로 형성되어 있는, 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 배선층의 분할 영역은 상기 화소 어레이부의 수직 방향으로 상하로 분할된 영역인, 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 배선층의 분할 영역은 상기 화소 어레이부의 수평 방향으로 좌우로 분할된 영역인, 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 배선층의 분할 영역은 상기 화소 어레이부의 수직 방향 및 수평 방향으로 각각 분할된 적어도 4개의 영역인, 고체 촬상 장치.
반도체 기판 상에 복수개의 광전 변환부가 2차원 방향으로 배치된 화소 어레이부와,

상기 화소 어레이부의 상부에 절연막을 통하여 적층된 배선을 포함하는 배선층과,

상기 배선층 상에 배치되고, 상기 화소 어레이부에서의 광전 변환부의 피치와 상이한 퓨필 보정(pupil correction)에 의한 피치를 가지고 형성된 마이크로 렌즈

를 포함하고,

상기 화소 어레이부를 적어도 2개의 분할 영역으로 분할한 경우,

상기 화소 어레이부의 일방의 분할 영역에 배치된 화소와, 타방의 분할 영역에 배치된 화소에서, 상기 화소 어레이부의 화소마다 대응하여 형성된 배선 중, 수직 방향으로 배선되고 소정의 컨택트부를 통하여 상기 반도체 기판에 접속된 제1 배선과, 상기 제1 배선에 인접하여 배치된 화소 신호를 전송하는 수직 신호선을 구성하는 제2 배선이, 상기 광전 변환부를 기준으로 반대측에 설치되어 있고,

상기 제1 배선 및 상기 컨택트부가 상기 제2 배선보다 상기 화소 어레이의 중심측에 형성되어 있는, 고체 촬상 장치.