KR20100059702A - 고체 촬상 장치 및 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 고체 촬상 장치는 다른 파장에 대응하는 복수의 수광 영역이 배치되는 화소부와, 상기 화소부에서의 복수의 수광 영역에서 취급하는 각 파장에서의 광조사의 에너지 프로파일에 적합한 크기가 되도록 상기 복수의 수광 영역을 구분하는 소자 분리부를 갖는 것을 특징으로 한다.
고체 촬상장치
Description
본 발명은 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다. 상세하게는 복수의 수광 영역으로 화소부가 구성되는 것으로서, 각 수광 영역에 응한 크기를 구성하는 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 대표되는 반도체 이미지 센서는 화소 사이즈를 축소하고, 동일 이미지 지역 내에서 화소 수를 많게 하는 다화소화가 항상 요구되고 있다. 그러나, 다화소화와 함께 신호량이 작아지고, 같은 S/N비를 확보한 것이 어려워지고 있다(일본국 특개2006-173634호 공보 참조). 또한, R(적), G(녹), B(청)화소의 감도의 차이도 커지고 있어서, 컬러 균형이 깨지는 원인이 되고 있다.
도 11(a)는 CMOS 이미지 센서의 구조의 한 예를 설명하는 모식 단면도이다. 이와 같은 CMOS 이미지 센서에 있어서, 화소를 미세화하면, 파장마다의 결상 능력차가 문제가 된다. 예를 들면, 초점이 포토 다이오드에 맞아 있는 경우에도, 도 11(b)에 도시하는 바와 같이, Blue, Green, Red화소의 실리콘 기판 표면에서의 에너지 프로파일이 달라진다. 이와 같은 프로파일 차에 의해 감도 열화(劣化), 색(色) 셰이딩 등의 문제가 발생한다.
본 발명은 취급하는 파장대에 응하여 포토 다이오드의 사이즈를 변경하고, 색마다의 감도 밸런스를 정돈하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다른 파장에 대응하는 복수의 수광 영역이 배치되는 화소부와, 화소부에서의 복수의 수광 영역에서 취급하는 각 파장에서의 광조사의 에너지 프로파일에 적합한 크기가 되도록 복수의 수광 영역을 구분하는 소자 분리부를 갖는 고체 촬상 장치이다.
또한, 본 발명은 다른 파장에 대응하는 복수의 수광 영역이 배치되는 화소부와, 화소부에서의 복수의 수광 영역에서 취급하는 각 파장에서의 광조사의 에너지 프로파일에 적합한 크기가 되도록 복수의 수광 영역을 구분하는 소자 분리부를 갖는 고체 촬상 장치와, 고체 촬상 장치의 각 수광 영역에서 수광한 신호를 화상으로서 처리하는 화상 처리부를 갖는 전자 기기이다.
이와 같은 본 발명에서는 복수의 수광 영역이, 각 복수의 수광 영역에서 취 급하는 파장에서의 광조사의 에너지 프로파일에 적합한 크기로 되어 있기 때문에, 복수의 수광 영역에서의 수광 감도의 밸런스를 정돈할 수 있도록 된다.
본 발명에 의하면, 화소의 수광 영역에서 취급하는 파장의 에너지 프로파일에 응하여 크기를 설정하고 있기 때문에, 색마다의 감도 밸런스를 정돈하는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태(이하, 실시예라고 한다)에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1.제 1 실시예(이면 조사형의 고체 촬상 장치의 예)
2.제 2 실시예(표면 조사형의 고체 촬상 장치의 예)
3. 전자 기기(촬상 장치의 예)
1.제 1 실시예
[고체 촬상 장치의 구조]
도 1은 본 실시예에 관한 고체 촬상 장치를 설명하는 모식 평면도이다. 도 1에서는 다른 파장에 대응하는 복수의 수광 영역이 배치되는 화소부(10)가 중심이 되어 있다. 화소부(10)는 종횡 매트릭스형상으로 배치되어 있지만, 도 1에서는 그 중의 하나의 화소부(10)를 중심으로 하여, 좌우의 일부를 파단하여 나타내고 있다.
하나의 화소부(10)에는 종횡 2×2의 수광 영역이 배치되어 있다. 복수의 수광 영역은 광의 입사측에 형성되는 컬러 필터(도시 생략)에 의해 대응하는 파장이 다르도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는 수광 영역의 크기가 1.1㎛이다.
도 1에 도시하는 예에서는 종횡 2×2의 수광 영역으로서, 청색에 대응하는 수광 영역(B), 적색에 대응하는 수광 영역(R), 제 1의 녹색(청색측의 열에 배치된 녹색)에 대응하는 수광 영역(Gb), 제 2의 녹색(적색측의 열에 배치된 녹색)에 대응하는 수광 영역(Gr)의 4개가 마련되어 있다. 또한, 여기서 제 1의 녹색과 제 2의 녹색은 취급하는 파장은 동일하다.
이 중, 청색에 대응하는 수광 영역(B)과 적색에 대응하는 수광 영역(R)이 한쪽의 대각에 배치되고, 제 1의 녹색에 대응한 수광 영역(Gb)과 제 2의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gr)이 다른쪽의 대각에 배치되어 있다. 즉, 각 색의 수광 영역(B, R, Gb, Gr)을 구성하기 위한 컬러 필터의 배열은 베이어 배열(Bayer array)로 되어 있다.
또한, 화소부(10)에서, 복수의 수광 영역(B, R, Gb, Gr)을 구분하기 위해, 소자 분리부(20)가 마련되어 있다. 수광 영역(B, R, Gb, Gr)은 실리콘 기판 등의 반도체 기판에 형성된 P형 웰 영역에 마련되는 것으로, N형 및 P형 불순물 이온을 주입함으로써 구성되는 포토 다이오드이다. 이들의 수광 영역(B, R, Gb, Gr)의 사이를 전기적에 분리하기 위해, 소자 분리부(20)에는 P형 불순물 이온이 주입된다. 이로써, 각 수광 영역 사이에서 PN 접합이 구성되고, 전기적인 분리가 행하여진다.
본 실시예에서는 이와 같은 소자 분리부(20)에 의해 구성되는 각 수광 영역(B, R, Gb, Gr)의 크기로서, 각 수광 영역에서 취급하는 파장에서의 광조사의 에너지 프로파일에 적합한 크기가 되도록 구성되어 있다.
도 2는 B, R, Gb, Gr의 각 색(파장)에 대응한 실리콘 기판 표면의 에너지 프로파일을 도시하는 도면이다. 이 도면에서는 B, R, Gb, Gr의 각 색(파장)의 실리콘 기판 표면상에서의 조사 에너지의 강도 및 퍼짐을 도시하고 있다. 이 도면으로부터, B(청)색의 광이 가장 조사 에너지가 강하고, 퍼짐이 좁게 되어 있다. 한편, R(적)색의 광이 가장 조사 에너지가 약하고, 퍼짐이 넓게 되어 있다.
본 실시예에서는 상기한 바와 같은 각 색에 의한 에너지 프로파일에 응하여 수광 영역의 크기를 설정하고 있다. 특히, 파장이 긴 광에 대응한 수광 영역일수록 커지도록 설정되어 있다.
구체적으로는 상기한 바와 같은 컬러 필터의 배치에 있어서, 인접하는 적색에 대응하는 수광 영역(R)과 제 1의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gb)에서, 적색에 대응하는 수광 영역(R)의 쪽이 커지도록 소자 분리부(20)가 마련되어 있다.
또한, 상기한 바와 같은 컬러 필터의 배치에 있어서, 인접하는 적색에 대응하는 수광 영역(R)과 제 2의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gr)에서, 적색에 대응하는 수광 영역(R)의 쪽이 커지도록 소자 분리부(20)가 마련되어 있다.
즉, 종래의 고체 촬상 장치에서는 각 색에 대응한 수광 영역(B, R, Gb, Gr)의 크기는 화소부(10)을 종횡 2×2로 균등하게 나누고 전부 같은 크기로 되어 있다. 한편, 본 실시예에서는 적색에 대응하는 수광 영역(R)이 제 1의 녹색에 대응한 수광 영역(Gb) 및 제 2의 녹색에 대응한 수광 영역(Gr)의 양쪽으로 퍼지도록 가장 크게 마련되어 있다. 또한, 적색에 대응하는 수광 영역(R)의 퍼짐은 필요에 응하여 제 1의 녹색에 대응한 수광 영역(Gr) 혹은 제 2의 녹색에 대응한 수광 영역(Gb)의 어느 한쪽만으로 퍼지도록 하여도 좋다.
이와 같은 크기의 설정은 도 2에 도시하는 바와 같이 R(적)색의 광이 가장 조사 에너지가 약하고, 퍼짐이 넓게 되어 있기 때문에, 이 퍼짐에 응한 크기로 하 였기 때문이다.
또한, 본 실시예에서는 인접하는 제 1의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gb)와 청색에 대응하는 수광 영역(B)에서, 청색에 대응하는 수광 영역(B)의 쪽이 작아지도록 소자 분리부(20)가 마련되어 있다.
이와 같은 크기의 설정은 도 2에 도시하는 바와 같이 B(청)색의 광이 가장 조사 에너지가 강하고, 퍼짐이 좁게 되어 있기 때문에, 이 퍼짐에 응한 크기로 하였기 때문이다.
여기서, 적색에 대응하는 수광 영역(R) 및 청색에 대응하는 수광 영역(B)의 개구 형상은 조사 에너지 프로파일에 응하여 정사각형이 되는 것이 바람직하다.
한편, 제 1의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gb) 및 제 2의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gr)의 개구 형상은 직사각형으로 되어 있다. 이것은 화소부(10)을 정사각형으로 하여, 상기한 바와 같이 적색에 대응하는 수광 영역(R) 및 청색에 대응하는 수광 영역(B)의 개구 형상을 정사각형으로 한 경우, 나머지 직사각형 영역을 효율 좋게 이용하기 위해서다.
또한, 제 1의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gb) 및 제 2의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gr)의 직사각형의 개구 형상은 서로 긴변 방향이 직교한 형상으로 되어 있다. 이로써, 녹색의 광에 관해 서로 직교하는 편광 방향의 광을 효율 좋게 받아들일 수 있도록 된다.
이와 같이, 소자 분리부(20)에 의해 구성되는 각 색의 수광 영역(B, R, Gb, Gr)의 크기가, 각 수광 영역에서 취급하는 파장에서의 광조사의 에너지 프로파일에 적합한 크기가 됨으로써, 각 수광 영역(B, R, Gb, Gr)에서의 수광량의 밸런스를 정 돈할 수 있고, 색마다의 감도 밸런스의 어긋남을 억제하는 것이 가능해진다.
[단면 구조]
도 3은 도 1에 도시하는 수광 영역(G 및 Gr)의 나열에 따른 모식 단면도, 도 4는 도 1에 도시하는 수광 영역(B, Gr)의 나열에 따른 모식 단면도이다.
본 실시예의 고체 촬상 장치(1)는 화소부의 수광 영역(R, Gr)이 마련되는 실리콘 기판(2)의 한쪽면에 컬러 필터(60)가 마련되고, 실리콘 기판(2)의 다른쪽면에 수광 영역(R, Gr)에서 광전 변환하여 얻은 신호의 배선층(40)이 마련되어 있는 것이다. 이른바, 이면 조사형의 CMOS 센서 구성으로 되어 있다.
즉, 이 고체 촬상 장치(1)는 실리콘 기판(2)에 형성된 각 색의 수광 영역(R, Gr)이 소자 분리부(20)로 분리되어 있고, 그 위쪽에 반사 방지막(21) 및 층간 절연막(30)을 통하여 컬러 필터(60)가 형성되어 있다. 컬러 필터(60)는 각 색에 대응한 수광 영역의 배치에 맞추어서 베이어 배열로 되어 있다. 이 각 색의 컬러 필터(60)의 위에 마이크로 렌즈(70)가 마련되어 있다.
이른바 이면 조사형의 CMOS 센서를 제조하는데는 실리콘 기판(2)의 표면(도 3에서는 하측)에, 각 색에 대응한 수광 영역(B, R, Gb, Gr)을 분리하는 소자 분리부(20)를 P형 이온 주입으로 형성한다. 그리고, 소자 분리부(20)의 사이에 각 색에 대응한 수광 영역(B, R, Gb, Gr)을 N형 및 P형 불순물 이온 주입으로 형성한다. 또한, 그 위에 화소 구동용 등의 트랜지스터(Tr) 및 배선층(40)을 형성한다.
트랜지스터(Tr)로는 수광 영역(B, R, Gb, Gr)로 받아들인 전하를 판독하는 판독용 트랜지스터, 포토 다이오드의 출력을 증폭하는 증폭용 트랜지스터, 포토 다이오드를 선택하는 선택용 트랜지스터, 전하를 배출하는 리셋용 트랜지스터 등의 각종 트랜지스터를 들 수 있다.
이 상태에서, 실리콘 기판(2)의 배선층(40)을 형성한 측에 지지 기판을 접합하고, 지지 기판에 지지한 상태에서 실리콘 기판(2)의 이면(도 3에서는 상측)을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)에 의해 연마한다. 이 연마를 수광 영역이 노출할 때까지 행한다.
그리고, 수광 영역이 노출한 실리콘 기판(2)의 이면측에 반사 방지막(21)(예를 들면, HfO : 64㎚ 두께)을 형성하고, 층간 절연막(30)(예를 들면, SiO2 : 500㎚)을 형성한다.
또한, 그 위에, 수광 영역에 대응한 컬러 필터(60)(예를 들면, 500㎚ 두께)를 형성하고, 컬러 필터(60)에 대응하여 마이크로 렌즈(70)(예를 들면, 렌즈 두께부 : 350㎚ 두께)을 형성한다.
이로써, 실리콘 기판(2)의 이면(도 3에서는 상측)부터 광을 입사하고, 마이크로 렌즈(70)에서 집광하여, 컬러 필터(60)을 통하여 각 색의 광을 수광 영역에서 수광하는 고체 촬상 장치(1)가 완성된다. 이 구조에서는 수광 영역에 대해 광의 입사측에 배선층(40)이 존재하지 않기 때문에, 각 수광 영역의 개구 효율을 높일 수 있다.
본 실시예에서는 이와 같은 고체 촬상 장치(1)의 제조에 있어서, 소자 분리부(20)의 형성 위치만의 변경에 의해 수광 영역의 개구면적을 설정할 수 있게 된다. 즉, 도 3에 도시하는 수광 영역(R)과 수광 영역(Gr)의 관계에서는 수광 영역(R)의 쪽이 넓게 되도록 소자 분리부(20)의 위치(P형 불순물 이온이 주입 위치) 를 설정한다. 이 위치의 설정은 P형 불순물 이온을 주입할 때에 이용하는 마스크만의 변경으로 대응 가능하다.
마찬가지로, 도 4에 도시하는 수광 영역(B, Gr)의 나열에 따른 단면에서는 수광 영역(B)와 수광 영역(Gr)의 관계에 관해, 수광 영역(B)의 쪽이 좁아지도록 소자 분리부(20)의 위치(P형 불순물 이온의 주입 위치)를 설정한다. 이 위치의 설정은 P형 불순물 이온을 주입할 때에 이용하는 마스크만의 변경으로 대응 가능하다.
즉, 트랜지스터(Tr)나 배선층(40), 컬러 필터(60)나 마이크로 렌즈(70)는 각각 동일 피치의 반복으로 형성하고, 수광 영역(B, R, Gb, Gr)의 크기를 설정하는 소자 분리부(20)의 P형 불순물 이온이 주입 위치만 변경하면 좋게 된다.
[혼색 및 감도 비교]
도 5는 혼색 및 감도의 비교 결과를 설명하는 도면이고, (a)는 혼색, (b)는 감도이다. 각 도면에서는 R이 적색, G가 녹색, B가 청색에 관한 혼색 및 감도를 나타내고 있고, 각각 종래의 레이아웃과 본 실시예의 레이아웃의 비교를 나타내고 있다. 여기서, 종래의 레이아웃은 종횡 2×2의 배열로 이루어지는 각 색의 수광 영역이 등분(같은 개구 면적)으로 되어 있는 것이다. 또한, 각 도면 모두, 종래의 레이아웃에서의 RGB 각 색에 대응하는 값을 1로 한 상대 표시로 되어 있다.
도 5(a)에 도시하는 혼색에서는 적색(R)에서의 혼색은 거의 변하지 않는 것이지만, 녹색(G) 및 청색(B)에서의 혼색이 매우 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 본 실시예에서는 조사광의 에너지 프로파일에 응한 수광 영역의 크기를 설정하고 있다. 따라서 종래의 레이아웃에 비하여, 적색의 수광 영역이 넓고, 녹색 및 청색의 수광 영역이 좁게 되어 있다.
이 때문에, 녹색이나 특히 청색로는 수광 영역이 좁게 되어 있는 분만큼, 주변으로부터의 다른 색의 받아들임이 적어지고, 혼색을 억제할 수 있게 되어 있다.
도 5(b)에 도시하는 감도에서는 녹색(G) 및 청색(B)의 감도는 거의 변하지 않는 것이지만, 적색(R)의 감도가 매우 높게 되어 있다. 이것은 녹색이나 청색에서는 종래의 레이아웃에 비하여 수광 영역이 좁게 되어 있지만, 에너지 프로파일에 대응하는 크기로 되어 있기 때문에, 감도의 변화는 나타나지 않는다. 한편, 적색에서는 종래의 레이아웃에 비하여 수광 영역이 넓게 되어 있기 때문에, 종래의 레이아웃에서는 완전히 받아들여지지 않는 영역의 광도 받아들일 수 있고, 감도의 향상을 도모할 수 있기 때문이다.
이와 같이, 종래의 레이아웃에서는 적색의 감도가 낮고, 녹색 및 청색의 혼색도 생기고 있었음에 대해, 본 실시예에서는 적색의 감도를 높이면서, 녹색 및 청색의 혼색도 억제한 감도 밸런스를 실현할 수 있게 된다.
2.제 2 실시예
[고체 촬상 장치의 구조]
도 6은 본 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 구조의 한 예를 설명하는 모식 단면도이다. 실리콘 기판(2)에는 포토 다이오드인 수광 영역이 형성되고, 이 수광 영역에 대응하여 트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
트랜지스터(Tr)로는 수광 영역에서 받아들이는 전하를 판독하는 판독용 트랜지스터, 포토 다이오드의 출력을 증폭하는 증폭용 트랜지스터, 포토 다이오드를 선택하는 선택용 트랜지스터, 전하를 배출하는 리셋용 트랜지스터 등의 각종 트랜지스터를 들 수 있다.
트랜지스터(Tr) 위에는 반사 방지막(21)이 형성되고, 또한, 층간 절연막을 통하여 복수의 배선층(40)이 형성되어 있다. 배선층(40)에는 필요에 응하여 유기막에 의한 광도파로가 매입되어 있어도 좋다.
배선층(40)의 상방에는 소정의 영역마다 RGB의 컬러 필터(60)가 소정의 배열 순서로 형성되어 있다. 또한, 각 색 컬러 필터(60)에 대응하여 마이크로 렌즈(70)가 형성되어 있다. 본 실시예에서는 하나의 수광 영역의 개구는 2.5㎛로 되어 있다.
이와 같은 고체 촬상 장치(1)에서는 화소부의 수광 영역이 마련되는 실리콘 기판(2)의 한쪽면에 배선층(40)과 컬러 필터(60)을 구비하는 구조로 되어 있다. 즉, 수광 영역에 대해 광의 입사측에 마이크로 렌즈(70), 컬러 필터(60) 및 배선층(40)이 마련되어 있는 이른바 표면 조사형의 CMOS 센서 구조이다.
이 고체 촬상 장치(1)에서는 외광을 마이크로 렌즈(70)로 집광하고, RGB 각 컬러 필터(60)을 통하여 소정의 색에 대응한 파장의 광으로 분리한다. RGB 각 색의 광은 배선층(40)을 통하여 실리콘 기판(2)에 마련된 수광 영역까지 도달한다. 그리고, 수광 영역에서 광전 변환되고, 트랜지스터(Tr)의 구동에 의해 RGB 각 색의 광량에 응한 전기 신호를 취득하게 된다.
여기서, 마이크로 렌즈(70)는 본 실시예의 고체 촬상 장치(1)를 적용하는 촬상 장치의 렌즈와의 매칭을 좋게 하기 위해, 100%의 상높이에 대한 0.5㎛의 보정이 가해지고, 그 보정량은 상높이에 비례하고, 보정 방향은 화각(field angle)의 중앙을 향하고 있다.
[수광 영역의 레이아웃]
도 7은 수광 영역의 레이아웃을 설명하는 모식 평면도로서, (a)는 종래의 레이아웃, (b)는 본 실시예의 레이아웃을 도시하고 있다. 또한, 도 7에서는 하나의 화소부(10)만을 나타내고 있지만, 화소부(10)는 종횡 복수 매트릭스형상으로 배치되어 있다.
도 7(a)에 도시하는 바와 같이, 종래의 수광 영역의 레이아웃에서는 하나의 화소 영역(10)에 종횡 2×2의 수광 영역이 마련되고, 각각에 청색에 대응하는 수광 영역(B), 적색에 대응하는 수광 영역(R), 제 1의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gb), 제 2의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gr)이 배치되어 있다. 각 수광 영역(B, R, Gb, Gr)은 동등한 크기가 되도록 소자 분리부(20)에 의해 구분되어 있다.
각 수광 영역(B, R, Gb, Gr)의 사이에는 각각 복수의 트랜지스터(Tr)가 마련되어 있다. 트랜지스터(Tr)로서는 판독용 트랜지스터(RO), 리셋용 트랜지스터(RST), 증폭용 트랜지스터(AMP)를 들 수 있다.
이에 대해, 도 7(b)에 도시하는 본 실시예의 수광 영역의 레이아웃에서는 각 수광 영역(B, R, Gb, Gr) 및 트랜지스터(Tr)의 배치는 종래의 레이아웃과 같지만, 적색에 대응하는 수광 영역(R)이 크게 마련되어 있다. 즉, 적색에 대응하는 수광 영역(R)이, 인접하는 제 2의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gr)보다 커지도록 마련되어 있다.
또한, 본 실시예에서는 청색에 대응하는 수광 영역(B)이 종래에 비하여 작게 마련되어 있다. 즉, 청색에 대응하는 수광 영역(B)이, 인접하는 제 1의 녹색에 대응하는 수광 영역(Gb)보다 작아지도록 마련되어 있다.
즉, 본 실시예의 수광 영역의 레이아웃에서는 각 수광 영역(B, R, Gb, Gr)에 서 취급하는 파장에서의 광조사의 에너지 프로파일(도 2 참조)에 응한 크기가 되도록 구성되어 있다. 특히, 파장이 긴 광에 대응한 수광 영역일수록 커지도록 설정되어 있다.
이와 같은 본 실시예의 고체 촬상 장치(1)와 같이, 각 수광 영역(B, R, Gb, Gr)의 크기를 취급하는 파장에서의 광조사의 에너지 프로파일에 적합한 크기로 설정하는데는 소자 분리부(20)의 형성 위치에 의해 행할 수 있다.
구체적으로는 도 6에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(2)에 수광 영역을 구분하기 위한 소자 분리부(20)를 형성할 때, 소자 분리부(20)의 위치에 대응한 P형 불순물 이온이 주입 위치를, 각 수광 영역(B, R, Gb, Gr)의 크기에 맞추어서 설정한다. 이 위치의 설정은 P형 불순물 이온을 주입할 때에 이용한 마스크만의 변경으로 대응 가능하다.
[혼색 및 감도 비교]
도 8은 혼색 및 감도의 비교 결과를 설명하는 도면이고, (a)는 혼색, (b)는 감도이다. 각 도면에서는 R이 적색, G가 녹색, B가 청색에 관한 혼색 및 감도를 나타내고 있고, 각각 종래의 레이아웃과 본 실시예의 레이아웃의 비교를 나타내고 있다. 여기서, 종래의 레이아웃은 종횡 2×2의 배열로 이루어지는 각 색의 수광 영역이 등분(같은 개구 면적)으로 되어 있는 것이다. 또한, 각 도면 모두, 종래의 레이아웃에서의 RGB 각 색에 대응하는 값을 1로 한 상대 표시로 되어 있다.
도 8(a)에 도시하는 혼색에서는 적색(R)에서의 혼색은 거의 변하지 않는 것이지만, 녹색(G) 및 청색(B)에서의 혼색이 매우 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 본 실시예에서는 조사광의 에너지 프로파일에 응한 수광 영역의 크기를 설정하고 있다. 따라서 종래의 레이아웃에 비하여, 적색의 수광 영역이 넓게, 녹색 및 청색의 수광 영역이 좁게 되어 있다.
이 때문에, 녹색이나 특히 청색에서는 수광 영역이 좁게 되어 있는 분만큼, 주변으로부터의 다른 색의 받아들임이 적어지고, 혼색을 억제할 수 있게 되어 있다.
도 8(b)에 도시하는 감도에서는 녹색(G) 및 청색(B)의 감도는 거의 변하지 않는 것이지만, 적색(R)의 감도가 매우 높게 되어 있다. 이것은 녹색이나 청색에서는 종래의 레이아웃에 비하여 수광 영역이 좁게 되어 있지만, 에너지 프로파일에 대응하는 크기로 되어 있기 때문에, 감도의 변화는 나타나지 않는다. 한편, 적색에서는 종래의 레이아웃에 비하여 수광 영역이 넓게 되어 있기 때문에, 종래의 레이아웃에서는 완전히 받아들여지지 않는 영역의 광도 받아들일 수 있고, 감도의 향상을 도모할 수 있기 때문이다.
이와 같이, 종래의 레이아웃에서는 적색의 감도가 낮고, 녹색 및 청색의 혼색도 생기고 있었음에 대해, 본 실시예에서는 적색의 감도를 높이면서, 녹색 및 청색의 혼색도 억제한 감도 밸런스를 실현할 수 있게 된다.
도 9는 색 셰이딩의 억제의 효과를 설명하는 도면으로, (a)는 종래의 레이아웃, (b)는 본 실시예의 레이아웃의 경우를 도시하고 있다. 각 도면에서는 RGB 각 색에 관해, 마이크로 렌즈의 상높이(횡축)에 대한 감도(종축)를 나타내고 있다.
도 9(a)에 도시하는 종래의 레이아웃에서는 마이크로 렌즈의 중앙(상높이 0%) 부근에서는 RGB 각 색의 감도는 정돈되어 있지만, 상높이 ±20% 이상에서는 감도의 편차가 생기고 있다. 특히, 주변(peripheral edge)에 가까워짐에 따라, 적색 의 감도 저하가 현저하게 되어 있다.
한편, 본 실시예의 레이아웃에서는 마이크로 렌즈의 중앙(상높이 0%)부터 상높이 ±50% 정도까지 RGB 각 색의 감도가 정돈되어 있다. 특히, 적색에 대응한 수광 영역을 넓게 하고 있기 때문에, 종래에 비하여 적색의 감도 저하의 억제 효과가 나타나 있다. 이로써, 마이크로 렌즈의 넓은 범위에서 색 셰이딩을 억제할 수 있어 올바른 화상이 작성될 수 있다.
또한, 상기 설명한 각 실시예에서는 화소부의 수광 영역으로서 종횡 2×2에 의해 구성되는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면 종횡 2×4라는 다른 배열 구성의 것이라도 적용 가능하다.
또한, 어느 실시예에서도, 수광 영역의 개구 형상을 사각형으로 하고 있지만, 에너지 프로파일에 대응시켜서 다른 다각형 형상으로 하거나, 원형이나 타원형으로 하거나 하는 것도, 소자 분리부를 형성할 때의 마스크를 변경하는 것만으로 대응 가능하다.
3. 전자 기기
도 10은 본 실시예에 관한 전자 기기의 한 예인 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 촬상 장치(90)는 렌즈군(91)을 포함하는 광학계, 고체 촬상 장치(92), 카메라 신호 처리 회로인 DSP 회로(93), 프레임 메모리(94), 표시 장치(95), 기록 장치(96), 조작계(97) 및 전원계(98) 등을 갖고 있다. 이 중, DSP 회로(93), 프레임 메모리(94), 표시 장치(95), 기록 장치(96), 조작계(97) 및 전원계(98)가 버스 라인(99)을 통하여 상호 접속된 구성으로 되어 있다.
렌즈군(91)은 피사체로부터의 입사광(상광)을 받아들여 고체 촬상 장치(92)의 촬상면상에 결상한다. 고체 촬상 장치(92)는 렌즈군(91)에 의해 촬상면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다. 이 고체 촬상 장치(92)로서, 선술한 본 실시예의 고체 촬상 장치가 사용된다.
표시 장치(95)는 액정 표시 장치나 유기 EL(electro luminescence) 표시 장치 등의 패널형 표시 장치로 이루어지고, 고체 촬상 장치(92)에서 촬상된 동화 또는 정지화를 표시한다. 기록 장치(96)는 고체 촬상 장치(92)에서 촬상된 동화 또는 정지화를, 불휘발성 메모리나 비디오 테이프, DVD(Digital Versatile Disk) 등의 기록 매체에 기록한다.
조작계(97)는 유저에 의한 조작하에, 본 촬상 장치가 갖는 다양한 기능에 관해 조작 지령을 발한다. 전원계(98)는 DSP 회로(93), 프레임 메모리(94), 표시 장치(95), 기록 장치(96) 및 조작계(97)의 동작 전원이 되는 각종의 전원을, 이들 공급 대상에 대해 적절히 공급한다.
이와 같은 촬상 장치(90)는 비디오 카메라나 디지털 카메라, 나아가서는 휴대 전화기 등의 모바일 기기용 카메라 모듈에 적용된다. 이 고체 촬상 장치(92)로서 선술한 본 실시예에 관한 고체 촬상 장치를 이용함으로써, 색 밸런스가 우수한 촬상 장치를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 제 1 실시예에 관한 고체 촬상 장치를 설명하는 모식 평면도.
도 2는 B, R, Gb, Gr의 각 색(파장)에 대응한 실리콘 기판 표면의 에너지 프로파일을 도시하는 도면.
도 3은 수광 영역(G 및 Gr)의 나열에 따른 모식 단면도.
도 4는 수광 영역(B, Gr)의 나열에 따른 모식 단면도.
도 5(a) 및 도 5(b)는 혼색(color crosstalk) 및 감도의 비교 결과를 설명하는 도면.
도 6은 제 2 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 구조의 한 예를 설명하는 모식 단면도.
도 7(a) 및 도 7(b)는 수광 영역의 레이아웃을 설명하는 모식 평면도.
도 8(a) 및 도 8(b)는 혼색 및 감도의 비교 결과를 설명하는 도면.
도 9(a) 및 도 9(b)는 색 셰이딩의 억제의 효과를 설명하는 도면.
도 10은 본 실시예에 관한 전자 기기의 한 예인 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
도 11(a) 및 도 11(b)는 종래의 CMOS 이미지 센서를 설명하는 도면.
Claims (10)
- 고체 촬상 장치에 있어서,다른 파장에 대응하는 복수의 수광 영역이 배치되는 화소부와,상기 화소부에서의 복수의 수광 영역에서 취급하는 각 파장에서의 광조사의 에너지 프로파일에 적합한 크기가 되도록 상기 복수의 수광 영역을 구분하는 소자 분리부를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 소자 분리부는 상기 복수의 수광 영역중 파장이 짧은 쪽에 대응하는 수광 영역에 비하여 파장이 긴 쪽에 대응하는 수광 영역을 크게 하도록 구분하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 화소부의 복수의 수광 영역은 종횡 2×2 중, 적색에 대응하는 수광 영역과 청색에 대응하는 수광 영역이 한쪽의 대각에 배치되고, 제 1의 녹색에 대응하는 수광 영역과 제 2의 녹색에 대응하는 수광 영역이 다른쪽의 대각에 배치되어 있고,인접하는 상기 적색에 대응하는 수광 영역과 상기 제 1의 녹색에 대응하는 수광 영역으로 상기 적색에 대응하는 수광 영역의 쪽이 커지도록 상기 소자 분리부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
- 제 3항에 있어서,인접하는 상기 제 1의 녹색에 대응하는 수광 영역과 상기 청색에 대응하는 수광 영역으로 상기 청색에 대응하는 수광 영역의 쪽이 작아지도록 상기 소자 분리부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 적색에 대응하는 수광 영역과 상기 청색에 대응하는 수광 영역이 정사각형이 되도록 상기 소자 분리부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 제 1의 녹색에 대응하는 수광 영역과 상기 제 2의 녹색에 대응하는 수광 영역이 직사각형이 되도록 상기 소자 분리부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 화소부가 마련되는 기판의 한쪽면에 상기 다른 파장에 대응하는 컬러 필터를 구비하고, 다른쪽면에 상기 수광 영역에서 광전 변환하여 얻은 신호의 배선이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 화소부가 마련되는 기판의 한쪽면에 상기 수광 영역에서 광전 변환하여 얻은 신호의 배선과, 상기 다른 파장에 대응하는 컬러 필터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
- 전자 기기에 있어서,다른 파장에 대응하는 복수의 수광 영역이 배치되는 화소부와, 상기 화소부에서의 복수의 수광 영역에서 취급하는 각 파장에서의 광조사의 에너지 프로파일에 적합한 크기가 되도록 상기 복수의 수광 영역을 구분하는 소자 분리부를 갖는 고체 촬상 장치와,상기 고체 촬상 장치의 각 수광 영역에서 수광한 신호를 화상으로서 처리하는 화상 처리부를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
- 고체 촬상 장치에 있어서,다른 파장에 대응하는 복수의 수광 영역이 배치되는 화소 수단과,상기 화소 수단에서의 복수의 수광 영역에서 취급하는 각 파장에서의 광조사의 에너지 프로파일에 적합한 크기가 되도록 상기 복수의 수광 영역을 구분하는 소자 분리 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
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