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KR102523203B1 - 고체 화상 센서 및 그 제조 방법, 및 전자 장치 - Google Patents

고체 화상 센서 및 그 제조 방법, 및 전자 장치 Download PDF

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KR102523203B1
KR102523203B1 KR1020227016635A KR20227016635A KR102523203B1 KR 102523203 B1 KR102523203 B1 KR 102523203B1 KR 1020227016635 A KR1020227016635 A KR 1020227016635A KR 20227016635 A KR20227016635 A KR 20227016635A KR 102523203 B1 KR102523203 B1 KR 102523203B1
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Abstract

고체 촬상 소자는, 위상 검출 포토 다이오드, 차광막, 및 광흡수막을 포함한다. 상기 위상 검출 포토 다이오드는 수광면을 갖는다. 상기 차광막은 상기 위상 검출 포토 다이오드의 상기 수광면의 일부를 덮는다. 상기 광흡수막은 상기 위상 검출 포토 다이오드 및 상기 차광막 위에 배치되어 있다.

Description

고체 화상 센서 및 그 제조 방법, 및 전자 장치{SOLID STATE IMAGE SENSOR, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 개시는, 고체 화상 센서, 그 제조 방법, 및 전자 장치에 관한 것으로, 특히, 위상 검출 화소에서 차광막에 의한 불필요한 반사를 억제할 수 있도록 한 고체 촬상 소자, 그 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다.
<관련 출원의 상호 참조>
본 출원은 2013년 7월 25일에 출원된 일본 우선권 특허출원 JP2013-154458의 이익을 주장하고, 법에 의해 허용되는 정도까지 그 전체로 본원에 참고로서 인용된다.
행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 화소의 일부에 위상 검출 화소를 마련한 전자 기기가 개발되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1). 위상 검출 화소에서는, 수광 영역의 일부가 차광막으로 차광되어 있고, 위상 검출 화소로부터 출력되는 신호로부터, 렌즈의 포커스 어긋남을 검출할 수 있다.
일본 특개2010-160313호 공보
그러나, 위상 검출 화소의 차광막이 반사율이 높은 금속 등으로 구성되어 있는 경우, 차광막에 닿은 광이 산란하여, 인접 화소에 혼색되거나, 렌즈 경통(鏡筒) 내에까지 산란하는 일이 있어서, 플레어(flare)나 적색옥(赤色玉) 고스트(red-ball ghost)가 발생하는 일이 있다.
또한, 산란한 광이 위상 검출 화소의 포토 다이오드에 입사함으로써, 본래, 차광하고 싶은 광이 광전 변환되어 버리기 때문에, 위상차를 저하시켜 버리는 일도 있다. 위상차가 저하되면, 위상차 검출에 의한 AF 제어 정밀도가 저하되고, 전자 기기의 포커스 속도에 대해 영향을 주게 된다.
본 개시는, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 위상 검출 화소에서 차광막에 의한 불필요한 반사를 억제할 수 있도록 하는 것이다.
본 개시의 제1의 측면에서, 고체 촬상 소자는, 수광면을 갖는 위상 검출 포토 다이오드와, 상기 위상 검출 포토 다이오드의 상기 수광면의 일부를 덮는 차광막과, 상기 위상 검출 포토 다이오드 위에 배치된 광흡수막을 구비하고, 상기 광흡수막은 상기 차광막 위에 배치되어 있다.
본 개시의 제2의 측면에서, 전자 기기는, 수광면을 갖는 제1의 위상 검출 포토 다이오드와, 상기 수광면의 일부를 덮는 제1의 차광막과, 상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드 위에 배치된 제1의 광흡수막을 포함하는 고체 촬상 소자를 구비하고, 상기 제1의 광흡수막은 상기 제1의 차광막 위에 배치되어 있다.
본 개시의 제3의 측면에서, 고체 촬상 소자의 제조 방법은, 위상 검출 포토 다이오드를 형성하고, 상기 위상 검출 포토 다이오드의 수광면의 일부를 덮도록 차광막을 형성하고, 상기 위상 검출 포토 다이오드 위에 광흡수막을 형성하는 것을 포함하고, 상기 광흡수막은 상기 차광막 위에 배치되어 있다.
고체 화상 센서 및 전자 장치는, 독립한 장치라도 좋고, 다른 장치에 조립되는 모듈이라도 좋다.
본 개시의 제1 내지 제3의 측면에 의하면, 위상 검출 화소에서 차광막에 의한 불필요한 반사를 억제할 수 있다.
도 1은 본 개시에 관한 고체 화상 센서의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 화소 어레이부만을 도시한 도면.
도 3은 촬상 화소와 위상 검출 화소의 단면 구성도.
도 4는 촬상 화소와 위상 검출 화소의 일반적인 단면 구성도.
도 5A 및 5B는 도 1의 위상 검출 화소의 화소 구조와 일반적인 화소 구조와의 차이를 설명하는 도면.
도 6A 내지 6F는 촬상 화소와 위상 검출 화소의 제조 방법에 관해 설명하는 도면.
도 7A 내지 7C는 위상 검출 화소의 제2 내지 제4의 실시의 형태를 도시하는 도면.
도 8A 및 8B는 위상 검출 화소의 제5 및 제6의 실시의 형태를 도시하는 도면.
도 9A 및 9B는 위상 검출 화소의 제6의 실시의 형태에서 주의하여야 할 점을 설명하는 도면.
도 10은 위상 검출 화소의 제6의 실시의 형태에서 주의하여야 할 점을 설명하는 도면.
도 11은 위상 검출 화소의 제6의 실시의 형태에서 주의하여야 할 점을 설명하는 도면.
도 12A 및 12B는 차광막과 광흡수막과의 덮는량에 관해 설명하는 도면.
도 13A 및 13B는 위상 검출 화소의 제5 및 제6의 실시의 형태의 변형례를 도시하는 도면.
도 14는 본 개시에 관한 위상 검출 화소의 구성을 설명하는 도면.
도 15A 내지 15C는 위상 검출 화소의 제7 내지 제9의 실시의 형태를 도시하는 도면.
도 16은 사출동 보정을 행한 화소 어레이부의 구성에 관해 설명하는 도면.
도 17A 및 17B는 사출동 보정을 행한 화소 어레이부의 구성에 관해 설명하는 도면.
도 18A 내지 18C는 차광막의 배치례를 도시하는 도면.
도 19는 본 개시에 관한 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
도 20은 본 개시에 관한 촬상 장치의 그 밖의 구성례를 도시하는 블록도.
도 21은 본 개시에 관한 고체 화상 센서의 기판 구성례를 도시하는 도면.
도 22는 본 개시에 관한 촬상 장치로서의 디지털 일안 리플렉스 카메라의 외관 구성을 도시하는 정면도.
도 23은 본 개시의 고체 화상 센서를 탑재한 캡슐 내시경의 단면 구성을 도시하는 도면.
도 24는 본 개시의 고체 화상 센서를 포함하는 스마트 폰의 외관 구성을 도시하는 도면.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 한다)에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 고체 화상 센서의 개략 구성례
2. 위상 검출 화소의 제1의 실시의 형태(광흡수막을 포함하는 구성)
3. 위상 검출 화소의 제2 내지 제4의 실시의 형태(광흡수막과 화이트 필터를 포함하는 구성)
4. 위상 검출 화소의 제5 및 제6의 실시의 형태(인접한 색 필터를 포함하는 구성)
5. 위상 검출 화소의 제7 내지 제9의 실시의 형태(광흡수막과 색 필터를 포함하는 구성)
6. 고체 화상 센서의 사출동(射出瞳) 보정의 예
7. 차광막의 배치례
8. 전자 기기에의 적용례
<1. 고체 화상 센서의 개략 구성례>
도 1은, 본 개시에 관한 고체 화상 센서의 개략 구성을 도시하고 있다.
도 1의 고체 화상 센서(1)는, 반도체로서 예를 들면 실리콘(Si)을 이용한 반도체 기판(12)에, 화소(2)가 행렬형상으로 2차원 배치되어 있는 화소 어레이부(3)와, 그 주변의 주변 회로부를 갖고서 구성된다. 주변 회로부에는, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5), 수평 구동 회로(6), 출력 회로(7), 제어 회로(8) 등이 포함된다.
화소 어레이부(3)에서, 행렬형상으로 2차원 배치된 화소(2)에는, 화상 생성용의 신호를 생성하는 촬상 화소(2A)와, 초점 검출용의 신호를 생성하는 위상 검출 화소(2B)가 있다. 촬상 화소(2A)와 위상 검출 화소(2B)의 차이에 관해서는 후술한다.
화소(2)는, 광전 변환 소자로서의 포토 다이오드와, 복수의 화소 트랜지스터(이른바 MOS 트랜지스터)를 갖고서 이루어진다. 복수의 화소 트랜지스터는, 예를 들면, 전송 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 및, 증폭 트랜지스터의 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된다.
또한, 화소(2)는, 공유 화소 구조로 할 수도 있다. 이 화소 공유 구조는, 복수의 포토 다이오드와, 복수의 전송 트랜지스터와, 공유되는 하나의 플로팅디퓨전(부유 확산 영역)과, 공유되는 하나씩의 다른 화소 트랜지스터로 구성된다. 즉, 공유 화소에서는, 복수의 단위 화소를 구성하는 포토 다이오드 및 전송 트랜지스터가, 다른 하나씩의 화소 트랜지스터를 공유하여 구성된다.
제어 회로(8)는, 입력 클록과, 동작 모드 등을 지령하는 데이터를 수취하고, 또한 고체 화상 센서(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력한다. 즉, 제어 회로(8)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클록에 의거하여, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 그리고, 제어 회로(8)는, 생성한 클록 신호나 제어 신호를, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등에 출력한다.
수직 구동 회로(4)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 화소 구동 배선(10)을 선택하고, 선택된 화소 구동 배선(10)에 화소(2)를 구동하기 위한 펄스를 공급하고, 행 단위로 화소(2)를 구동한다. 즉, 수직 구동 회로(4)는, 화소 어레이부(3)의 각 화소(2)를 행 단위로 순차적으로 수직 방향으로 선택 주사하고, 각 화소(2)의 광전 변환부에서 수광량에 응하여 생성된 신호 전하에 의거한 화소 신호를, 수직 신호선(9)을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(5)에 공급한다.
칼럼 신호 처리 회로(5)는, 화소(2)의 열마다 배치되어 있고, 1행분의 화소(2)로부터 출력되는 신호를 화소열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 예를 들면, 칼럼 신호 처리 회로(5)는, 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 CDS(Correlated Double Sampling :상관 2중 샘플링) 및 AD 변환 등의 신호 처리를 행한다.
수평 구동 회로(6)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각을 순번대로 선택하고, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 화소 신호를 수평 신호선(11)에 출력시킨다.
출력 회로(7)는, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 수평 신호선(11)을 통하여 순차적으로 공급되는 신호에 대해, 신호 처리를 행하여 출력한다. 출력 회로(7)는, 예를 들면, 버퍼링만 하는 경우도 있고, 흑레벨 조정, 열편차 보정, 각종 디지털 신호 처리 등이 행하여지는 경우도 있다. 입출력 단자(13)는, 외부와 신호의 교환을 한다.
이상과 같이 구성된 고체 화상 센서(1)는, CDS 처리와 AD 변환 처리를 행하는 칼럼 신호 처리 회로(5)가 화소열마다 배치된 칼럼 AD 방식이라고 불리는 CMOS 이미지 센서이다.
<화소 어레이부의 일부 확대도>
도 2는, 도 1의 화소 어레이부(3)만을 도시한 도면이다.
도 2의 화소 어레이부(3)에서는, 위상 검출 화소(2B)가 검은원(黑丸)으로 도시되어 있다. 그리고, 도 2에서는, 화소 어레이부(3) 내에서, 촬상 화소(2A)만이 배치되어 있는 영역(21)과, 촬상 화소(2A)와 위상 검출 화소(2B)의 양쪽이 배치되어 있는 영역(22)의 확대도가 도시되어 있다.
영역(21) 및 영역(22)에서, 각 촬상 화소(2A) 내에 도시되는 "R", "G", 및 "B"의 문자는, 화소 내에 형성되어 있는 색 필터의 색을 나타내고 있다. 구체적으로는, "R"이 적색을 나타내고, "G"가 녹색을 나타내고, "B"가 청색을 나타낸다. 따라서, 화소 어레이부(3)의 각 촬상 화소(2A)의 색 필터는, 이른바 베이어 배열로 배치되어 있다. 또한, 이하에서는, "R"의 색 필터가 배치된 촬상 화소(2A)를 R화소, "G"의 색 필터가 배치된 촬상 화소(2A)를 G화소, "B"의 색 필터가 배치된 촬상 화소(2A)를 B화소라고도 한다.
영역(22)에서는, 베이어 배열에서 "B"의 색 필터가 배치된 촬상 화소(2A)의 일부가 위상 검출 화소(2B)로 치환되어 배치되어 있다.
위상 검출 화소(2B)에는, 예를 들면, 차광 방향을 좌우 방향(수평 방향)으로 한 경우, 포토 다이오드의 수광면의 우측 반분이 차광된 타입A와, 좌측 반분이 차광된 타입B의 2종류가 있고, 이들 2종류가 쌍(對)이 되어 화소 어레이부(3)의 소정의 위치에 배치되어 있다.
도 2의 영역(22)에서는, 타입A의 위상 검출 화소(2B)에 관해서는 "PA"로 표시되고, 타입B의 위상 검출 화소(2B)에 관해서는 "PB"로 표시되어 있다.
타입A부터의 화소 신호와 타입B의 화소 신호에서는, 개구부의 형성 위치의 차이에 의해, 상(像)의 어긋남이 발생한다. 이 상의 어긋남으로부터, 위상 어긋남량을 산출하여 디포커스량을 산출하고, 촬영 렌즈를 조정(이동)함으로써, 오토 포커스를 달성할 수 있다.
<2. 위상 검출 화소의 제1의 실시의 형태>
<화소의 단면 구성도>
촬상 화소(2A)와 위상 검출 화소(2B)가 이웃하는 도 2의 영역(23)의 단면 구성에 관해, 도 3을 참조하여 설명한다. 즉, 도 3은, 도 1의 고체 화상 센서(1)의 촬상 화소(2A)와 위상 검출 화소(2B)의 단면 구성을 도시하는 도면이다.
고체 화상 센서(1)는, 반도체 기판(12)의, 예를 들면, P형(제1 도전형)의 반도체 영역(41)에, N형(제2 도전형)의 반도체 영역(42)을 화소(2)마다 형성함에 의해, 포토 다이오드(PD)가, 화소 단위로 형성되어 있다.
반도체 기판(12)의 표면측(도면 중 하측)에는, 포토 다이오드(PD)에 축적된 전하의 판독 등을 행하는 복수의 화소 트랜지스터와, 복수의 배선층과 층간 절연막으로 이루어지는 다층 배선층이 형성되어 있다(모두 도시 생략).
반도체 기판(12)의 이면측(도면 중 상측)의 계면에는, 예를 들면, 실리콘 산화막 등에 의한 반사 방지막(절연층)(43)이 형성되어 있다.
반사 방지막(43)의 상측의 일부에는, 차광막(44)이 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 촬상 화소(2A)에서는, 포토 다이오드(PD) 전면에 광이 입사되도록, 반사 방지막(43)상의 화소 경계에만 차광막(44)이 형성되어 있다. 한편, 위상 검출 화소(2B)에서는, 포토 다이오드(PD)의 수광면이 촬상 화소(2A)보다도 크게 차광되도록, 차광막(44)이 형성되어 있다. 즉, 위상 검출 화소(2B)에서는, 화소 경계에 더하여, 포토 다이오드(PD)의 수광면의 편측 반분(도 3에서는, 좌측 반분)도 차광되도록 차광막(44)이 형성되어 있다.
차광막(44)은, 광을 차광하는 재료라면 좋지만, 차광성이 강하고, 또한 미세 가공, 예를 들면 에칭으로 정밀도 좋게 가공할 수 있는 재료가 바람직하다. 차광막(44)은, 예를 들면, 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni) 등의 금속막으로 형성할 수 있다.
차광막(44)을 포함하는 반사 방지막(43)의 위에는, 촬상 화소(2A)에서는, 색 필터(45)가 형성되어 있다. 색 필터(45)는, 예를 들면 안료나 염료 등의 색소를 포함한 감광성 수지를 회전 도포함에 의해 형성된다. 이 촬상 화소(2A)에 배치되어 있는 색 필터(45)는, 도 2의 영역(23)으로부터도 분명한 바와 같이 녹색(G)의 광만을 투과시키는 필터이다. 또한, 도 2 이후의 각 도면에서는, 녹색(G)의 색 필터(45)에 관해서는 색 필터(45G)로 나타내고, 청색(B)의 색 필터(45)에 관해서는 색 필터(45B)로 나타내고 있다. 적색(R)의 색 필터(45)에 관해서는 색 필터(45R)로 나타낸다.
색 필터(45)의 위에는, 온 칩 렌즈(마이크로 렌즈)(47)가 형성되어 있다. 온 칩 렌즈(47)는, 예를 들면, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴 공중합계 수지, 또는 실록산계 수지 등의 수지계 재료로 형성된다.
한편, 위상 검출 화소(2B)에서는, 차광막(44)의 상측에, 광흡수막(46)이 형성되어 있다. 이 광흡수막(46)은, 예를 들면, 색 필터(45)와 동일한 재료로 형성할 수 있고, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, "B"의 색 필터가 배치된 위치에 위상 검출 화소(2B)는 배치되어 있기 때문에, 청색(B)의 색 필터(45)와 동일한 재료로 형성되어 있다. 그리고, 차광막(44)이 형성되지 않은 개구부분과 광흡수막(46)의 상측에, 온 칩 렌즈(47)가 형성되어 있다.
촬상 화소(2A)와 위상 검출 화소(2B)는 이상과 같이 구성되어 있고, 고체 화상 센서(1)는, 화소 트랜지스터가 형성되는 반도체 기판(12)의 표면측과 반대측의 이면측부터 광이 입사되는 이면 조사형의 CMOS 고체 화상 센서이다.
참고를 위해, 일반적인 화소 구조를 갖는 촬상 화소(51A)와 위상 검출 화소(51B)의 구조를 도 4에 도시한다. 도 4 이후의 각 도면에서, 도 3과 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 도 3의 화소 구조와 다른 부분에 주목하여 설명한다.
촬상 화소(51A)의 화소 구조는, 상술한 고체 화상 센서(1)의 촬상 화소(2A)의 화소 구조와 동일하다.
이에 대해, 위상 검출 화소(51B)의 화소 구조를, 상술한 고체 화상 센서(1)의 위상 검출 화소(2B)의 화소 구조를 비교하면, 도 4의 위상 검출 화소(51B)에서는, 차광막(44)의 상측에, 광흡수막(46)이 형성되지 않은 점이 다르다.
도 5A 및 5B를 참조하여, 고체 화상 센서(1)의 위상 검출 화소(2B)의 화소 구조와, 일반적인 위상 검출 화소(51B)의 화소 구조와의 차이에 관해 더욱 설명한다.
도 5A는, 도 3에 도시된 고체 화상 센서(1)의 화소 구조를 도시하고, 도 5B는, 도 4에 도시된 일반적인 화소 구조를 도시하고 있다.
도 5B에 도시되는 일반적인 위상 검출 화소(51B)에서는, 차광막(44)의 상측에는 광흡수막(46)이 형성되어 있지 않기 때문에, 위상 검출 화소(51B)에 입사된 큰 광량의 광은 그대로 차광막(44)에 조사된다. 차광막(44)은, 일반적으로 금속막으로 형성되고, 반사율이 높기 때문에, 도 5B에 도시되는 바와 같이, 큰 광량의 광이 산란하여, 인접하는 촬상 화소(51A)에 입사하여, 혼색의 원인이 되는 일이 있다.
또한, 본래 차광하고 싶다는 차광막(44)에 닿은 광이 위상 검출 화소(51B)의 포토 다이오드(PD)에 입사하는 일도 있다. 이 경우, 본래 차광하고 싶다는 광이 광전 변환되어 버리기 때문에, 위상차 신호에 오차가 발생하고, 위상차 검출에 의한 AF 제어의 정밀도가 저하되게 된다.
또는 또한, 차광막(44)에 닿은 광이 온 칩 렌즈(47)의 외측으로 산란하는 일도 일어날 수 있다. 차광막(44)에 닿은 광이 온 칩 렌즈(47)의 외측으로 산란한 경우, 온 칩 렌즈(47)의 외측으로 산란한 광이, 온 칩 렌즈(47)보다 더욱 외측의 광학계의 IR 커트 필터 등에서 반사되어, 포토 다이오드(PD)에 재차 입사됨으로서, 플레어나 적색옥 고스트가 발생할 수 있다.
또한, 일반적인 위상 검출 화소(51B)에서는, 색 필터(45)에 상당하는 것이 형성되지 않은 경우 외에, 투명한(화이트의) 색 필터(45)가 형성되어 있는 경우도 있다. 이 경우도, 투명한 색 필터(45)는 광을 감광(減光)시키지 않기 때문에, 상기한 바와 마찬가지의 상황으로 된다.
이에 대해, 고체 화상 센서(1)의 위상 검출 화소(2B)에서는, 차광막(44)의 위에 광흡수막(46)이 형성되어 있기 때문에, 차광 대상의 입사광은 흡수되고, 차광막(44)에 닿은 광의 광량은 저감된다. 이에 의해, 차광막(44)이 반사율이 높은 금속막으로 구성되어 있는 경우라도, 차광막(44)에 닿은 광이 산란하여, 인접 화소에 혼색하거나, 렌즈 경통 내로 까지 산란하는 것을 억제하고, 플레어나 적색옥 고스트의 발생을 저감할 수 있다.
또한, 차광막(44)에 닿아서 산란한 광이 위상 검출 화소(2B)의 포토 다이오드(PD)에 입사함으로써, 본래, 차광하고 싶은 광이 광전 변환되어, 위상차를 저하시켜 버리는 리스크도 저감할 수 있기 때문에, AF 제어 정밀도나 포커스 속도를 향상시키는 것을 할 수 있다.
광흡수막(46)은, 반사 방지막보다도 광을 흡수한 효과가 큰 재료로 형성된다. 따라서 반사 방지막에서는 반사를 막을 수가 있어도, 인접 화소나 위상 검출 화소 자체에 광이 전반하는 리스크가 있는데, 광흡수막(46)에서는, 그 리스크를 저감할 수 있다.
위상 검출 화소(2B)는, 상술한 바와 같이, 촬상 화소(2A)라면 청색(B)의 색 필터(45)가 배치된 화소 위치에 배치되어 있고, 광흡수막(46)은, 청색의 색 필터(45)와 동일한 재료로 형성되어 있다.
청색의 색 필터 재료로 형성된 광흡수막(46)은, 예를 들면, 녹색의 색 필터 재료보다도 광을 더욱 감광(減光)할 수 있다. 또한, 온 칩 렌즈(47)의 외측으로 산란한 광은, 온 칩 렌즈(47)보다 외측의 IR 커트 필터 등에서 반사되어, 포토 다이오드(PD)로 재차 입사하기 쉽지만, 청색의 광은 그 리스크가 낮다. 즉, 온 칩 렌즈(47)의 외측으로 산란한 광이 포토 다이오드(PD)에 재차 입사하기 어렵다.
이상과 같은 메리트 때문에, 위상 검출 화소(51B)가 베이어 배열의 청색의 색 필터(45)의 화소 위치에 배치되고, 광흡수막(46)이 청색의 색 필터(45)와 동일한 재료로 형성되어 있다.
단, 위상 검출 화소(2B)는, 촬상 화소(2A)라면 녹색이나 적색의 색 필터(45)가 배치되는 화소 위치에 배치되어도 좋고, 광흡수막(46)이, 녹색이나 적색의 색 필터 재료로 형성되어도 좋다.
또한, 광흡수막(46)은, 녹색, 적색, 청색 이외의 색, 예를 들면 흑색의 안료나 염료 등을 포함하는 감광성 수지 재료(흑색의 색 필터)나, 적외 필터로 형성하여도 좋다. 단, 촬상 화소(2A)에서 사용하는 색 필터(45)와 다른 재료로 광흡수막(46)을 형성하면, 제조 공정수가 증가하기 때문에 비용의 상승에 주의할 필요가 있다.
<화소의 제조 방법>
다음에, 도 6A 내지 6F를 참조하여, 촬상 화소(2A)와 위상 검출 화소(2B)의 제조 방법에 관해 설명한다.
또한, 도 6A 내지 6F에서는, 포토 다이오드(PD)가 형성되어 있는 반도체 기판(12)의 표면측의 다층 배선층의 도시가 생략되어 있다.
우선, 도 6A에 도시되는 바와 같이, 반도체 기판(12)의 이면측에, 반사 방지막(43)과 차광막(44)이 차례로 형성된다.
그리고, 각 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)를, 녹색(G), 청색(B), 적색(R)의 순으로 형성하는 것으로 하면, 우선, 도 6B에 도시되는 바와 같이, 반사 방지막(43)과 차광막(44)의 상측 전면에, 녹색의 색 필터(45G)가 형성된다.
그리고, G화소가 되는 영역에만 레지스트(부도시)를 리소그래피로 패터닝함에 의해, 도 6C에 도시되는 바와 같이, G화소가 되는 촬상 화소(2A) 이외의 녹색의 색 필터(45G)가 제거된다.
다음에, B화소가 되는 촬상 화소(2A)의 반사 방지막(43)과 차광막(44)의 상측 전면에, 청색의 색 필터(부도시)가 형성된다. 이에 의해, 도 6D에 도시되는 바와 같이, 위상 검출 화소(2B)의 반사 방지막(43)과 차광막(44)의 상측 전면에도, 광흡수막(46)으로서의 청색의 색 필터가 형성된다. 그리고, 도 6E에 도시되는 바와 같이, 위상 검출 화소(2B)의 차광막(44)의 상부 이외의 광흡수막(46)이, 리소그래피로 패터닝된다.
마찬가지로, R화소가 되는 촬상 화소(2A)의 반사 방지막(43)과 차광막(44)의 상측 전면에, 적색의 색 필터가 형성된다(부도시).
마지막으로, 도 6F에 도시되는 바와 같이, 촬상 화소(2A)와 위상 검출 화소(2B)의 양쪽에, 온 칩 렌즈(47)가 형성된다. 온 칩 렌즈(47)는, 예를 들면, 감광성의 수지 재료를 리소그래피로 패턴 가공한 후에, 리플로 처리로 렌즈 형상으로 변형시킴으로써 형성할 수 있다.
이상의 제조 방법에 의하면, B화소가 되는 촬상 화소(2A)에 대해 청색의 색 필터(45)를 형성하는 공정에서, 위상 검출 화소(2B)의 광흡수막(46)도 동시에 형성할 수 있기 때문에, 공정수를 늘리는 일 없이, 광흡수막(46)을 형성할 수 있다.
<3. 위상 검출 화소의 제2 내지 제4의 실시의 형태>
위상 검출 화소(2B)의 그 밖의 다른 실시의 형태에 관해 설명한다.
*위상 검출 화소(2B)에는, 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)에 상당하는 층에, 투명한 색 필터(이하, 화이트 필터라고 한다.)를 형성하는 경우가 있다.
그리고, 도 7A 내지 도 7C은, 화이트 필터가 형성된 경우의 광흡수막(46)의 배치례를 도시하고 있다.
도 3에 도시된 위상 검출 화소(2B)의 화소 구조를, 위상 검출 화소(2B)의 제1의 실시의 형태라고 부르는 것으로 하면, 도 7A 내지 도 7C은, 위상 검출 화소(2B)의 제2 내지 제4의 실시의 형태를 도시하고 있다.
도 7A에 도시되는 제2의 실시의 형태에서는, 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)와 동일층이 되는 위상 검출 화소(2B)의 부분 중의 광흡수막(46)이 형성되지 않은 부분에, 화이트 필터(61)가 형성되어 있다.
도 7B에 도시되는 제3의 실시의 형태에서는, 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)와 동일층이 되는 위상 검출 화소(2B)의 부분에 화이트 필터(61)가 형성되고, 그 화이트 필터(61)와 차광막(44)이 적층되어 있는 부분의 화이트 필터(61) 상면에, 광흡수막(46)이 형성되어 있다.
도 7C에 도시되는 제4의 실시의 형태에서는, 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)와 동일층이 되는 위상 검출 화소(2B)의 부분에 광흡수막(46)과 화이트 필터(61)가 형성되어 있다. 여기서, 광흡수막(46)은 차광막(44)의 상면을 덮도록 형성되어 있고, 그 광흡수막(46)을 덮도록 화이트 필터(61)가 형성되어 있다.
<4. 위상 검출 화소의 제5 및 제6의 실시의 형태>
도 8A및 도 8B는, 위상 검출 화소(2B)의 제5 및 제6의 실시의 형태를 도시하고 있다.
도 8A의 위상 검출 화소(2B)는, 인접하는 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)를 위상 검출 화소(2B)의 차광막(44)상까지 연신(延伸)하여 제1의 광흡수막(46-1)으로 하고, 그 위에, 다시 제1의 광흡수막(46-1)과는 다른 색 필터를 제2의 광흡수막(46-2)으로서 적층하는 예를 도시하고 있다. 이와 같이 광흡수막(46)으로서 복수의 색 필터를 적층시킴에 의해, 차광막(44)에 의한 광의 반사를 대폭적으로 저감할 수 있다.
또한, 광흡수막(46)으로서 복수의 색 필터를 적층시키는 경우의 색의 조합으로서는, 막두께에도 따르지만, 적색과 청색의 조합이라면, 거의 모든 파장대의 광을 흡수할 수 있다. 그래서, 예를 들면, 연신하여 형성하는 제1의 광흡수막(46-1)을 적색의 색 필터로 하고, 그 위의 제2의 광흡수막(46-2)을 청색의 색 필터로 할 수 있다. 단, 그 밖의 색의 조합이라도 적용 가능함은 말할 필요도 없다. 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)로서 이용하여 있는 색을 조합시키면, 제조시의 공정수를 증가시키는 일 없이 형성할 수 있다.
또한, 물론, 도 8B에 도시되는 바와 같이, 인접하는 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)를 위상 검출 화소(2B)의 차광막(44)상까지 연신하여, 1층으로 광흡수막(46)을 형성하여도 좋다.
도 3에 도시한 제1의 실시의 형태와 같이, 인접하는 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)와, 위상 검출 화소(2B)의 광흡수막(46)을 다른 색의 색 필터로 형성하는 것이 아니라, 인접하는 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)를 연신하여 광흡수막(46)을 형성하는 구조에서는, 색 필터의 미세 가공을 피할 수 있다는 메리트가 있다.
구체적으로는, 예를 들면, 위상 검출 화소(2B)의 화소 사이즈(화소 폭)가 1.4㎛이고, 위상 검출 화소(2B)에서는, 포토 다이오드(PD)의 수광면을 1/2로 차광하는 것으로 하면, 도 3에 도시한 제1의 실시의 형태에서는, 광흡수막(46)을 0.7㎛ 정도의 폭으로 형성할 필요가 있다. 색 필터(45)는 큰 사이즈로 형성하는 편이, 제조시의 편차를 억제하고, 안정적으로 제조할 수 있다. 또한, 색 필터의 사이즈가 작은 고립 패턴이 되면, 벗겨짐 리스크도 높아진다.
따라서 도 8B에 도시하는 바와 같이, 인접하는 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)를 연신하여 광흡수막(46)으로 함에 의해, 제조 편차를 억제함과 함께, 벗겨짐 리스크도 저감할 수 있고, 특히, 화소가 미세화한 경우에 유효하다.
또한, 인접하는 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)를 연신하여 광흡수막(46)을 형성하는 경우에는, 이하에 나타내는 점에 주의가 필요하다.
위상 검출 화소(2B)는, 예를 들면, 우측 반분이 차광된 타입A과 좌측 반분이 차광된 타입B의 쌍으로 화소 어레이부(3) 내에 배치되는데, 쌍이 되는 2개의 위상 검출 화소(2B)에 연신된 색 필터(45)의 색이 다른 색인 경우에 디메리트가 발생한다.
도 9A 및 9B는, 인접하는 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)를 연신하여 광흡수막(46)을 형성하는 경우에 주의해야 할 배치례를 도시하고 있다.
예를 들면, 도 9A에 도시되는 바와 같이, 우측 반분이 차광막(44)이 된 타입A의 위상 검출 화소(2B)가 R화소의 사이에 배치되고, 좌측 반분이 차광막(44)이 된 타입B의 위상 검출 화소(2B)가, G화소의 사이에 배치된 예를 상정한다.
이 경우, 도 9B에 도시되는 바와 같이, R화소에 인접하는 위상 검출 화소(2B)의 광흡수막(46)은, 오른편의 R화소의 색 필터(45)가 연신됨에 의해 형성된다. 또한, G화소에 인접하는 위상 검출 화소(2B)의 광흡수막(46)은, 왼편의 G화소의 색 필터(45)가 연신됨에 의해 형성된다.
따라서 쌍이 되는 일방의 위상 검출 화소(2B)의 광흡수막(46)이 적색의 색 필터로 형성되고, 타방의 위상 검출 화소(2B)의 광흡수막(46)이 녹색의 색 필터로 형성되기 때문에, 쌍이 되는 2개의 위상 검출 화소(2B)에 연신되는 색 필터의 색이 다르다.
차광막(44)을 덮는 광흡수막(46)에 입사된 광이, 위상 검출 화소(2B)의 포토 다이오드(PD)에 전혀 들어가지 않는다면 문제로는 되지 않지만, 실제로는, 도 10에 도시되는 바와 같이, 광흡수막(46)에 입사된 광의 일부가 위상 검출 화소(2B)의 포토 다이오드(PD)에 입사되는 일이 있다. 그 경우, 쌍이 되는 위상 검출 화소(2B)에서 광흡수막(46)으로서의 색 필터의 색이 다르면, 위상차 특성에 대해 차분을 발생시키는 하나의 원인이 된다.
도 11은, 위상 검출 화소(2B)의 광흡수막(46)을 다른 색의 색 필터로 하여, 광의 입사각에 대한 신호 출력을 비교한 그래프를 도시하고 있다.
도 11의 횡축은 위상 검출 화소(2B)에 대한 광의 입사각을 나타내고, 종축은 신호 출력을 나타내고 있다. 도 11에서, 광흡수막(46)으로서 이용한 색 필터의 색의 차이는 실선과 파선으로 나타나 있고, 예를 들면, 실선은 적색의 색 필터, 파선은 청색의 색 필터를 광흡수막(46)으로서 이용한 예를 나타내고 있다.
도 11의 예에서는, 광흡수막(46)으로서 다른 색의 색 필터를 이용한 경우, 실선과 파선으로 나타나는 바와 같이 특성은 다르고, 파선으로 나타나는 위상 검출 화소(2B)의 쪽이 혼색이 크게 되어 있다.
이상과 같이, 인접하는 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)를 연신하여 위상 검출 화소(2B)의 광흡수막(46)을 형성하는 경우, 도 9에 도시한 바와 같은, 쌍이 되는 2개의 위상 검출 화소(2B)에서 광흡수막(46)으로서 다른 색의 색 필터를 이용하는 배치는, 위상차 특성에 대해 차분을 발생시키는 하나의 원인이 되기 때문에 바람직하지가 않다.
따라서 쌍이 되는 2개의 위상 검출 화소(2B)로 광흡수막(46)으로서 이용하는 색 필터의 색은 통일한 것이 바람직하고, 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 인접하는 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)가 같은 색이 되는 위치에 위상 검출 화소(2B)의 쌍을 배치하는 것이 바람직하다.
<차광막과 광흡수막이 덮는량(被り量)>
다음에, 도 12A 및 12B를 참조하여, 차광막(44)과, 그 상면에 형성된 광흡수막(46)과의 덮는량에 관해 검토한다.
차광막(44)에 입사되는 광은 광흡수막(46)에서 확실하게 흡수하여야 하지만, 포토 다이오드(PD)에 입사되는 광에 관해서는, 광흡수막(46)에 닿지 않는 편이 바람직하다. 왜냐하면, 포토 다이오드(PD)에 입사되는 광이 광흡수막(46)에 닿아 버리면, 감광(減光)되어 버리기 때문이다.
그 때문에, 도 12A에 도시되는 바와 같이, 광흡수막(46)의 차광 방향의 선폭(h)이 차광막(44)보다도 짧아지도록, 차광막(44)과 광흡수막(46)과의 덮는량을 오프셋시키는 것이 바람직하다. 여기서, 차광막(44)의 단면(端面)부터 광흡수막(46)의 단면까지의 차광 방향의 오프셋량(y)의 최적치에 관해 검토한다.
도 12B는, 도 12A의 차광막(44)과 광흡수막(46)을 확대한 도면이다.
지금 차광막(44)의 상단(上端)에 초점이 맞도록 온 칩 렌즈(47)가 설계되어 있고, 고체 화상 센서(1)의 전면에 배치되는 광학 렌즈의 F값이나 굴절율 등에 의해 결정되는, 위상 검출 화소(2B)에 대한 광의 입사각의 최대치(최대 입사각)를 θ, 광흡수막(46)의 높이(두께)를 d라고 하면, 오프셋량(y)은, y=d·tanθ로 표시할 수 있다.
따라서 예를 들면, 최대 입사각(θ)=40도, 광흡수막(46)의 높이(d)=100㎚인 경우에는, 오프셋량(y)은 84㎚가 된다. 또한 예를 들면, 최대 입사각(θ)=8도, 광흡수막(46)의 높이(d)=100㎚인 경우에는, 오프셋량(y)은 14㎚가 된다. 이와 같이, 오프셋량(y)은, 최대 입사각(θ)에 의해 크게 다르다.
그리고, 최대 입사각(θ)은, 화각(畵角)이 되는 화소 어레이부(3)의 중심부분과 외주부분에 의해서도 다르다. 지금 화소 어레이부(3)에서, 상고(像高) 0할(割)의 위치인 화각의 중심부분의 최대 입사각(θ)이 8도, 상고 10할의 위치인 화각의 외주부분의 최대 입사각(θ)이 40도라고 한다. 이 경우, 화각의 중심부분의 위상 검출 화소(2B)의 오프셋량(y)을 14㎚로 하고, 화각의 외주부분의 위상 검출 화소(2B)의 오프셋량(y)이 84㎚가 되도록, 화각 외주로 갈수록 오프셋량(y)을 크게(선폭(h)을 작게) 하여, 화소 어레이부(3) 내의 각 위상 검출 화소(2B)의 화소 위치에서, 오프셋량(y)을 변화시켜도 좋다.
또한, 우측 반분이 차광된 타입A과 좌측 반분이 차광된 타입B의 위상 검출 화소(2B)에서도 오프셋량(y)을 바꾸어서, 개별적으로 최적의 설계를 행할 수 있다.
또한, 오프셋량(y)은, 리소그래피 공정의 맞춤 어긋남의 정밀도도 고려하여 설계하여도 좋다.
<제5 및 제6의 실시의 형태의 변형례>
도 13A 및 13B는, 도 8A 및 8B에 도시된 위상 검출 화소(2B)의 제5 및 제6의 실시의 형태의 변형례를 도시하고 있다.
도 13A는, 도 8A에 도시한 제5의 실시의 형태에 대해, 오프셋량(y)을 조정한 예를 도시하고 있다.
상술한 바와 같이, 최적의 오프셋량(y)은 광흡수막(46)의 높이(d)에 의해서도 변한다. 도 8A에 도시한 바와 같이, 제1의 광흡수막(46-1)과 제2의 광흡수막(46-2)을 적층하는 경우에는, 하층의 제1의 광흡수막(46-1)의 스페이스(y1)와, 상층의 제2의 광흡수막(46-2)의 스페이스(y2)에서 최적치가 다르다. 따라서 도 13A에 도시되는 바와 같이, 온 칩 렌즈(47)에 가까운 층일수록, 스페이스(y)를 넓게 하도록(선폭(h)을 작게 하도록) 형성할 수 있다.
도 13B는, 도 8B에 도시한 제6의 실시의 형태에 대해, 오프셋량(y)을 조정한 예를 도시하고 있다.
도 13B에서는, 온 칩 렌즈(47)에 가까운 위치일수록, 스페이스(y)가 넓어지도록(선폭(h)이 작아지도록), 광흡수막(46)이 테이퍼(사면) 형상으로 형성되어 있다. 이와 같은 형상은, 예를 들면, 광흡수막(46)으로서의 색 필터를 차광막(44)상에 형성 후, 200°이상의 고온에서 리플로함에 의해 형성할 수 있다.
또한, 통상, 일정 이상의 고온을 색 필터에 걸면, 색 필터의 특성이 변이(變異)하여, 색 필터로서 기능하지 않게 될 가능성이 있지만, 광흡수막(46)으로서의 용도라면 문제는 없다. 제조의 순번으로서는, 위상 검출 화소(2B)의 차광막(44)상에 광흡수막(46)으로서의 색 필터를 형성, 리플로 처리한 후에, 촬상 화소(2A)에 대해, R, G, B의 색 필터(45)를 형성하면 좋다.
광흡수막(46)의 배치 위치는, 차광막(44)에 가능한 한 가까운 쪽이 바람직하다. 그 쪽이, 차광막(44)에 입사한 차광 대상의 광과, 광흡수막(46)에 입사하는 광이, 보다 일치하기 때문이다. 따라서 상술한 복수의 실시의 형태와 같이, 차광막(44)의 바로 위에 광흡수막(46)을 형성하는 형태가 가장 바람직하다.
그러나, 광흡수막(46)의 배치 장소는, 차광막(44)의 바로 위에 배치한 형태만으로 반드시 한정되지는 않는다. 예를 들면, 도 14에 도시되는 바와 같이, 광흡수막(46)이 차광막(44)의 바로 위에 배치되지 않아도 좋다. 환언하면, 광흡수막(46)은, 포토 다이오드(PD)에 입사한 광의 광축상에는 존재하지 않고, 차광막(44)에 입사한 광의 광축상에 존재하고 있으면 된다.
또한, 차광막(44)과 광흡수막(46)과의 사이에는, 금속막과 색 필터의 밀착성 향상, 또는, 배리어층의 목적으로, SiO2나 SIN 등의 막이 삽입되는 경우도 있다. 이 경우, 차광막(44)과 광흡수막(46)과의 거리가 예를 들면 300㎚ 이하가 되도록, 차광막(44)과 광흡수막(46)을 근접시키는 것이 바람직하다.
<5. 위상 검출 화소의 제7 내지 제9의 실시의 형태>
도 15A 내지 도 15C는, 위상 검출 화소(2B)의 제7 내지 제9의 실시의 형태를 도시하고 있다.
상술한 각 실시의 형태에서는, 위상 검출 화소(2B)가 전파장역의 광을 수광하여 위상차를 검출하는 예에 관해 설명하였다. 환언하면, 촬상 화소(2A)의 색 필터(45)에 상당하는 부분이 온 칩 렌즈(47)의 투명 재료로 매입되어 있거나, 화이트 필터(61)가 형성되어 있는 예에 관해 설명하였다.
그러나, 위상 검출 화소(2B)는 전파장역의 광을 수광하여 위상차를 검출하는 것이 아니라, 예를 들면, 녹색 등의 특정 파장의 광을 수광하여 위상차를 검출하는 것이라도 좋다.
도 15A 내지 도 15C에 도시되는 위상 검출 화소(2B)는, 도 7A 내지 도 7C에 도시된 위상 검출 화소(2B)의 화이트 필터(61) 대신에, 녹색의 색 필터(71)를 배치한 화소 구조를 도시하고 있다.
위상 검출 화소(2B)의 포토 다이오드(PD)에 입사되는 광인 투과 대상의 광축상에 형성된 색 필터(71)는, 차광막(44)에 입사한 광인 차광 대상의 광축상에 형성되어 있는 광흡수막(46)으로서의 색 필터와는 다른 색의 필터가 된다.
도 15A 내지 도 15C의 예에서는, 광흡수막(46)은 청색의 색 필터로 형성되어 있고, 투과 대상의 광축상에 형성된 색 필터(71)는, 녹색의 필터로 되어 있지만, 색의 조합은, 이 예로 한정되지 않는다.
<6. 고체 화상 센서의 사출동(射出瞳) 보정의 예>
고체 화상 센서(1)는, 사출동 보정을 행하는 구성으로 할 수 있다.
도 16 및 도 17A 및 17B를 참조하여, 사출동 보정을 행한 화소 어레이부(3)의 구성에 관해 설명한다.
도 16에 도시되는 화소 어레이부(3) 내의 각 곳에 배치된 위상 검출 화소(2B) 중, 화소 어레이부(3)의 중심부의 영역(81)의 위상 검출 화소(2B)와, 화소 어레이부(3)의 주변부의 영역(82)의 위상 검출 화소(2B)의 구조가, 도 17A 및 17B에 도시되어 있다.
도 17A는, 화소 어레이부(3)의 주변부의 영역(82)의 위상 검출 화소(2B)의 구조를 도시하고 있고, 도 17B는, 화소 어레이부(3)의 중심부의 영역(81)의 위상 검출 화소(2B)의 구조를 도시하고 있다.
또한, 도 17에서는, 도 16에서 "PA" 및 "PB"로 표시되어 있는 한 쌍의 위상 검출 화소(2B)를, 편의적으로, 횡(橫)으로 나열하여 나타내고 있다.
화소 어레이부(3)의 중심부의 영역(81)에서는, 광학 렌즈(도시 생략)로부터의 입사광의 주광선(主光線)의 입사각이 0도로 되기 때문에, 사출동 보정은 행하여지지 않는다. 즉, 도 17B에 도시되는 바와 같이, 위상 검출 화소(2B)의 온 칩 렌즈(47)의 광학 중심은, 포토 다이오드(PD)의 중심과 일치하도록 배치되어 있다.
한편, 화소 어레이부(3)의 주변부의 영역(82)에서는, 광학 렌즈로부터의 입사광의 주광선의 입사각이 렌즈의 설계에 응하여 소정의 각도가 되기 때문에, 사출동 보정이 행하여지고 있다. 즉, 도 17A에 도시되는 바와 같이, 위상 검출 화소(2B)의 온 칩 렌즈(47)의 광학 중심이, 포토 다이오드(PD)의 중심보다, 화소 어레이부(3)의 중심측으로 어긋내어 배치되어 있다.
또한, 온 칩 렌즈(47)의 광학 중심과, 포토 다이오드(PD)의 중심과의 관계에 관해서만 기술하였지만, 차광막(44)이나 광흡수막(46)도 마찬가지로, 입사광의 주광선의 경사에 응하여 어긋내어서 배치된다. 또한, 상술한 바와 같이, 차광막(44)과 광흡수막(46)의 오프셋량(y)도 화소 어레이부(3) 내의 화소 위치에 응하여 다르다.
<7. 차광막의 배치례>
도 18A 내지 18C는, 위상 검출 화소(2B)에서의 차광막(44)의 배치례를 도시하는 도면이다.
상술한 각 실시의 형태에서는, 차광 방향을 좌우 방향(수평 방향)으로 하는 위상 검출 화소(2B)의 예에 관해 설명하였다. 구체적으로는, 도 18A에 도시되는 바와 같이, 한 쌍의 위상 검출 화소(2B)가, 우측 반분에 차광막(44)을 배치한 타입A과, 좌측 반분에 차광막(44)을 배치한 타입B으로 구성되는 예에 관해 설명하였다.
그러나, 차광막(44)의 차광 방향은 이것으로 한정되지 않는다.
예를 들면, 본 개시의 기술은, 차광 방향을 상하 방향(수직 방향)으로 하는 위상 검출 화소(2B)에 대해서도 적용 가능하다. 차광 방향을 상하 방향으로 하는 위상 검출 화소(2B)에서는, 도 18B에 도시되는 바와 같이, 한 쌍의 위상 검출 화소(2B)가, 상측 반분에 차광막(44)을 배치한 타입A과, 하측 반분에 차광막(44)을 배치한 타입B으로 구성된다.
또한, 본 개시의 기술은, 차광 방향을 경사 방향으로 하는 위상 검출 화소(2B)에 대해서도 적용 가능하다. 차광 방향을 경사 방향으로 하는 위상 검출 화소(2B)에서는, 도 18C에 도시되는 바와 같이, 한 쌍의 위상 검출 화소(2B)가, 우상 반분에 차광막(44)을 배치한 타입A과, 좌하 반분에 차광막(44)을 배치한 타입B으로 구성된다. 또는, 한 쌍의 위상 검출 화소(2B)가, 우하 반분에 차광막(44)을 배치한 타입A과, 좌상 반분에 차광막(44)을 배치한 타입B으로 구성되어도 좋다.
나아가서는, 화소 어레이부(3) 내에, 도 18A 내지 도 18C의 각 위상 검출 화소(2B)가 혼재하여 있어도 좋다.
<8. 전자 기기에의 적용례>
본 개시의 기술은, 고체 화상 센서에의 적용으로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 개시의 기술은, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 촬상 장치나, 촬상 기능을 갖는 스마트 폰(다기능 휴대 전화기) 등의 휴대 단말이나, 캡슐 내시경, 화상 판독부에 고체 화상 센서를 이용하는 복사기 등, 화상 취입부(광전 변환부)에 고체 화상 센서를 이용하는 전자 기기 전반에 대해 적용 가능하다. 고체 화상 센서는, 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 촬상부와 신호 처리부 또는 광학계가 통합하여 팩키징된 촬상 기능을 갖는 모듈형상의 형태라도 좋다.
<촬상 장치의 구성례>
도 19는, 본 개시의 고체 화상 센서를 탑재한 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 19에 도시되는 촬상 장치(100)는, 광학 렌즈(111), 광학 필터(112), 고체 화상 센서(113), A/D 변환부(114), 클램프부(115), 위상차 검출부(116), 렌즈 제어부(117), 결함 보정부(118), 디모자이크부(119), LM(리니어 매트릭스)/WB(화이트 밸런스)/감마 보정부(120), 휘도 크로마 신호 생성부(121), 및 I/F(인터페이스)부(122)로 구성된다.
광학 렌즈(111)는, 고체 화상 센서(113)에 입사하는 피사체광의 초점 거리의 조정을 행한다. 광학 렌즈(111)의 후단에는, 고체 화상 센서(113)에 입사하는 피사체광의 광량 조정을 행하는 조리개(도시 생략)가 마련되어 있다. 광학 렌즈(111)의 구체적인 구성은 임의이고, 예를 들면, 광학 렌즈(111)는 복수의 렌즈에 의해 구성되어 있어도 좋다.
광학 렌즈(111)를 투과한 피사체광은, 예를 들면, 적외광 이외의 광을 투과하는 IR 커트 필터 등으로서 구성되는 광학 필터(112)를 통하여 고체 화상 센서(113)에 입사된다.
고체 화상 센서(113)는, 화소 단위로 피사체광을 전기 신호로 변환하고, 그 전기 신호를, A/D 변환부(114)에 공급한다. 이 고체 화상 센서(113)에는, 상술한 고체 화상 센서(1)의 구성이 채용된다.
즉, 고체 화상 센서(113)는, 촬상 화소(2A)와 위상 검출 화소(2B)가 혼재하는 화소 어레이부(3)를 가지며, 위상 검출 화소(2B)는, 차광막(44)에 입사되는 차광 대상의 광의 광축상에 광흡수막(46)이 마련되고, 포토 다이오드(PD)에 입사되는 투과 대상의 광축상에는 광흡수막(46)이 마련되지 않은 구성을 갖고 있다.
이에 의해, 위상 검출 화소(2B)에서 차광막(44)에 의한 불필요한 반사를 억제할 수 있기 때문에, 플레어나 적색옥 고스트의 발생 리스크를 저감할 수 있다. 또한, AF 제어 정밀도나 포커스 속도를 향상시켜서, 촬상 화상의 고화질화를 도모할 수 있다.
A/D 변환부(114)는, 고체 화상 센서(113)로부터 공급되는 RGB의 전기 신호(아날로그 신호)를 디지털 데이터(화소 데이터)로 변환한다. A/D 변환부(114)는, 그 디지털의 화소 데이터(RAW 데이터)를 클램프부(115)에 공급한다.
클램프부(115)는, A/D 변환부(114)로부터 출력되어 온 화소 데이터로부터, 흑색이라고 판정되는 레벨인 흑레벨을 감산한다. 그리고, 클램프부(115)는, 흑레벨 감산 후의 화소 데이터(화소치) 중, 촬상 화소(2A)의 화소 데이터를 결함 보정부(118)에 출력하고, 위상 검출 화소(2B)의 화소 데이터를 위상차 검출부(116)에 출력한다.
위상차 검출부(116)는, 클램프부(115)로부터의 화소 데이터에 의거하여 위상차 검출 처리를 행함으로써, 포커스를 맞추는 대상의 물체(합초(合焦) 대상물)에 대해 포커스가 맞아 있는지의 여부를 판정한다. 위상차 검출부(116)는, 포커스 지역에서의 물체에 포커스가 맞아 있는 경우, 합초하고 있음을 나타내는 정보를 합초 판정 결과로서 렌즈 제어부(117)에 공급한다. 또한, 위상차 검출부(116)는, 합초 대상물에 포커스가 맞지 않는 경우, 포커스의 어긋남의 양(디포커스량)을 산출하고, 그 산출한 디포커스량을 나타내는 정보를 합초 판정 결과로서 렌즈 제어부(117)에 공급한다.
렌즈 제어부(117)는, 광학 렌즈(111)의 구동을 제어한다. 구체적으로는, 렌즈 제어부(117)는, 위상차 검출부(116)로부터 공급된 합초 판정 결과에 의거하여, 광학 렌즈(111)의 구동량을 산출하고, 그 산출한 구동량에 응하여 광학 렌즈(111)를 이동시킨다.
결함 보정부(118)는, 결함 화소의 화소 데이터를 보정한다. 즉, 결함 보정부(118)에는, 클램프부(115)로부터 촬상 화소(2A)의 화소 데이터만이 공급되기 때문에, 위상 검출 화소(2B)가 결함 화소라고 판정된다. 결함 보정부(118)는, 위상 검출 화소(2B)의 화소 위치의 화소 데이터를, 그 주변의 촬상 화소(2A)의 화소 데이터에 의거하여 보정하는 처리를 행한다. 결함 보정부(118)에서의 보정 처리에서는, 고체 화상 센서(113)로서 상술한 고체 화상 센서(1)의 구성이 채용되어 있기 때문에, 인접하는 촬상 화소(2A)에의 혼색이 억제됨에 의해, 결함 보정 정밀도가 향상한다. 결함 보정부(118)는, 결함 화소 보정 처리 후의 전 화소에 상당하는 화소 데이터를 디모자이크부(119)에 공급한다.
디모자이크부(119)는, 결함 보정부(118)로부터의 화소 데이터에 대해 디모자이크 처리를 행하고, 색정보의 보완 등을 행하여 RGB 데이터로 변환한다. 디모자이크부(119)는, 디모자이크 처리 후의 화상 데이터를 LM/WB/감마 보정부(120)에 공급한다.
LM/WB/감마 보정부(120)는, 디모자이크부(119)로부터의 화상 데이터에 대해, 색 특성의 보정을 행한다. 구체적으로는, LM/WB/감마 보정부(120)는, 규격으로 정하여진 원색(RGB)의 색도점(色度点)과 실제의 카메라의 색도점의 차를 메우기 위해, 매트릭스 계수를 이용하여 화상 데이터의 각 색 신호를 보정하고, 색 재현성을 변화시키는 처리를 행한다. 또한, LM/WB/감마 보정부(120)는, 화상 데이터의 각 채널의 값에 관해 흰색(白)에 대한 게인을 설정함으로써, 화이트 밸런스를 조정한다. 또한, LM/WB/감마 보정부(120)는, 화상 데이터의 색과 출력 디바이스 특성과의 상대 관계를 조절하여, 보다 오리지널에 가까운 표시를 얻기 위한 감마 보정을 행한다. LM/WB/감마 보정부(120)는, 보정 후의 화상 데이터를 휘도 크로마 신호 생성부(121)에 공급한다.
휘도 크로마 신호 생성부(121)는, LM/WB/감마 보정부(120)로부터 공급된 화상 데이터로부터 휘도 신호(Y)와 색차 신호(Cr, Cb)를 생성한다. 휘도 크로마 신호 생성부(121)는, 휘도 크로마 신호(Y, Cr, Cb)를 생성하면, 그 휘도 신호와 색차 신호를 I/F부(122)에 공급한다.
I/F부(122)는, 공급된 화상 데이터(휘도 크로마 신호)를, 촬상 장치(100)의 외부(예를 들면, 화상 데이터를 기억하는 기억 디바이스나, 화상 데이터의 화상을 표시하는 표시 디바이스 등)에 출력한다.
도 20은, 촬상 장치의 그 밖의 구성례를 도시하는 블록도이다.
또한, 도 20에서, 도 19와 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 20에 도시되는 촬상 장치(200)는, 광학 렌즈(111), 광학 필터(112), AF용 고체 화상 센서(211), A/D 변환부(212), 클램프부(213), 위상차 검출부(116), 렌즈 제어부(117), 고체 화상 센서(221), A/D 변환부(222), 클램프부(223), 디모자이크부(119), LM/WB/감마 보정부(120), 휘도 크로마 신호 생성부(121), 및 I/F부(122)로 구성된다.
즉, 도 20의 촬상 장치(200)에서는, 복수의 위상 검출 화소(2B)만으로 구성되는 AF용 고체 화상 센서(211)와, 복수의 촬상 화소(2A)만으로 구성되는 고체 화상 센서(221)가 마련되고, AF용의 화소 신호의 생성과, 화상 생성용의 화소 신호의 생성이 다른 계통으로 되어 있다.
구체적으로는, AF용 고체 화상 센서(211)는, 위상 검출 화소(2B)에서 광전 변환하여 얻어지는 전기 신호를, A/D 변환부(212)에 공급한다. A/D 변환부(212)는, AF용 고체 화상 센서(211)로부터 공급되는 아날로그 신호의 전기 신호를 디지털의 화소 신호로 변환하고, 클램프부(213)에 공급한다. 클램프부(213)는, A/D 변환부(212)로부터 출력되어 온 화소 데이터로부터 흑레벨을 감산하고, 흑레벨 감산 후의 화소 데이터(화소치)를 위상차 검출부(116)에 출력한다.
한편, 고체 화상 센서(221)는, 촬상 화소(2A)에서 광전 변환하여 얻어지는 전기 신호를, A/D 변환부(222)에 공급한다. A/D 변환부(222)는, 고체 화상 센서(221)로부터 공급되는 아날로그 신호의 전기 신호를 디지털의 화소 신호로 변환하여, 클램프부(223)에 출력한다. 클램프부(223)는, A/D 변환부(222)로부터 출력되어 온 화소 데이터로부터 흑레벨을 감산하고, 흑레벨 감산 후의 화소 데이터(화소치)를 디모자이크부(119)에 출력한다.
촬상 장치(200)에서는, 도 19의 결함 보정부(118)가 생략되어 있다.
이상의 구성을 갖는 촬상 장치(200)에서도, AF용 고체 화상 센서(211)가, 본 개시의 위상 검출 화소(2B)를 가짐에 의해, 차광막(44)에 의한 불필요한 반사를 억제하고, 인접 화소(위상 검출 화소(2B))에의 불필요한 신호의 입사를 억제할 수 있기 때문에, 위상차 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, AF 제어 정밀도나 포커스 속도를 향상시켜서, 촬상 화상의 고화질화를 도모할 수 있다.
<기판 구성례>
상술한 고체 화상 센서(113)나 AF용 고체 화상 센서(211)는, 도 21에 도시되는 고체 화상 센서(241 내지 243)의 기판 구성을 채용하여 구성할 수 있다.
도 21 상단에 도시되는 고체 화상 센서(241)는, 하나의 반도체 칩(261) 내에, 화소 영역(262)과, 제어 회로(263)와, 신호 처리 회로를 포함하는 로직 회로(264)를 탑재하여 구성된다.
도 21 중단에 도시되는 고체 화상 센서(242)는, 제1의 반도체 칩부(271)와 제2의 반도체 칩부(272)로 구성된다. 제1의 반도체 칩부(271)에는, 화소 영역(273)과 제어 회로(274)가 탑재되고, 제2의 반도체 칩부(272)에는, 신호 처리 회로를 포함하는 로직 회로(275)가 탑재된다. 그리고, 제1의 반도체 칩부(271)와 제2의 반도체 칩부(272)가 상호 전기적으로 접속됨으로써, 하나의 반도체 칩으로서의 고체 화상 센서(242)가 구성된다.
도 21 하단에 도시되는 고체 화상 센서(243)는, 제1의 반도체 칩부(281)와 제2의 반도체 칩부(282)로 구성된다. 제1의 반도체 칩부(281)에는, 화소 영역(283)이 탑재되고, 제2의 반도체 칩부(282)에는, 제어 회로(284)와, 신호 처리 회로를 포함하는 로직 회로(285)가 탑재된다. 그리고, 제1의 반도체 칩부(281)와 제2의 반도체 칩부(282)가 상호 전기적으로 접속됨으로써, 하나의 반도체 칩으로서의 고체 화상 센서(243)가 구성된다.
<디지털 일안(一眼) 리플렉스 카메라의 외관 구성>
도 22는, 본 개시의 촬상 장치로서의 디지털 일안 리플렉스 카메라의 외관 구성을 도시하는 정면도이다.
디지털 일안 리플렉스 카메라(300)(이하, 단지, 카메라(300)라고 한다)는, 카메라 보디(310)와, 카메라 보디(310)에 착탈 가능한 촬영 렌즈로서의 교환 렌즈(311)를 구비하고 있다.
도 22에서, 카메라 보디(310)의 정면측에는, 정면 개략 중앙에 교환 렌즈(311)가 장착되는 마운트부(321), 마운트부(321)의 오른쪽 옆에 배치된 렌즈 교환 버튼(322), 및, 파지 가능하게 하기 위한 그립부(323)가 마련되어 있다.
또한, 카메라 보디(310)의 상면측에는, 정면 좌상부에 배치된 모드 설정 다이얼(324), 정면 우상부에 배치된 제어치 설정 다이얼(325), 및, 그립부(323)의 상면에 배치된 셔터 버튼(326)이 마련되어 있다.
또한, 도시는 하지 않지만, 카메라 보디(310)의 배면측에는, LCD(Liquid Crystal Display), 각종의 버튼이나 키, EVF(Electronic View Finder) 등이 구비되어 있다.
<캡슐 내시경에의 적용례>
도 23은, 본 개시의 고체 화상 센서를 탑재한 캡슐 내시경의 단면 구성을 도시하는 도면이다.
캡슐 내시경(400)은, 예를 들면 양단면이 반구형상이고 중앙부가 원통형상의 몸체(410) 내에, 체강(體腔) 내의 화상을 촬영하기 위한 카메라(초소형 카메라)(411), 카메라(411)에 의해 촬영된 화상 데이터를 기록하기 위한 메모리(412), 및, 캡슐 내시경(400)이 피험자의 체외에 배출된 후에, 기록된 화상 데이터를 안테나(414)를 통하여 외부에 송신하기 위한 무선 송신기(413)를 구비하고 있다.
또한, 몸체(410) 내에는, CPU(Central Processing Unit)(415) 및 코일(자력(磁力)·전류 변환 코일)(416)이 마련되어 있다.
CPU(415)는, 카메라(411)에 의한 촬영, 및 메모리(412)에의 데이터 축적 동작을 제어함과 함께, 메모리(412)로부터 무선 송신기(413)에 의한 몸체(410) 밖의 데이터 수신 장치(도시 생략)에의 데이터 송신을 제어한다. 코일(416)은, 카메라(411), 메모리(412), 무선 송신기(413), 안테나(414) 및 후술하는 광원(411b)에의 전력 공급을 행한다.
또한, 몸체(410)에는, 캡슐 내시경(400)을 데이터 수신 장치에 세트한 때에, 이것을 검지하기 위한 리드(자기(磁氣)) 스위치(417)가 마련되어 있다. 이 리드 스위치(417)가 데이터 수신 장치에의 세트를 검지하고, 데이터의 송신이 가능해진 시점에서, 코일(416)로부터 무선 송신기(413)에의 전력 공급이 시작된다.
카메라(411)는, 예를 들면 체강 내의 화상을 촬영하기 위한 대물(對物) 광학계를 포함하는 고체 화상 센서(411a)와, 체강 내를 조명하는 복수(여기서는 2개)의 광원(411b)을 갖고 있다. 고체 화상 센서(411a)에는 상술한 고체 화상 센서(1)의 구성이 채용되어 있고, 광원(411b)은, 예를 들면 LED(Light Emitting Diode)로 구성된다.
<스마트 폰의 외관 구성>
도 24는, 본 개시의 고체 화상 센서를 포함하는 스마트 폰의 외관 구성을 도시하는 도면이다.
스마트 폰(500)은, 스피커(511), 디스플레이(512), 조작 버튼(513), 마이크로폰(514), 촬상부(515) 등을 갖고 있다.
스마트 폰(500)으로 전화 기능이 실행되는 경우, 마이크로폰(514)으로부터 취득된 송화 음성이 통신부(도시 생략)를 통하여 기지국에 송신되고, 상대로부터의 수화 음성이, 통신부로부터 스피커(511)에 공급되어 음향 재생된다.
디스플레이(512)는, 예를 들면 LCD(Liquid Crystal Display)로 이루어지고, 전화 오기를 기다리는 화면 등의 소정의 화면을 표시한다. 디스플레이(512)에는, 터치 패널이 중첩되어 있고, 유저의 손가락 등에 의한 디스플레이(512)에의 조작 입력을 검지할 수 있다. 스마트 폰(500)은, 검지된 유저의 조작 입력에 응하여, 소정의 처리, 예를 들면, 어플리케이션의 실행 등을 행할 수가 있다.
촬상부(515)는, 고체 화상 센서와 광학 렌즈 등으로 이루어지고, 유저의 조작 입력에 의거하여 피사체를 촬상하고, 그 피사체의 촬상 화상 데이터를 내부 메모리 등에 기억한다. 촬상부(515)의 고체 화상 센서로서, 상술한 고체 화상 센서(1)의 구성을 채용함에 의해, 인접 화소에의 불필요한 반사가 억제된 화소 신호를 생성할 수 있고, 촬상 화상의 고화질화를 도모할 수 있다.
본 개시의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
예를 들면, 상술한 예에서는, 위상 검출 화소(2B)로부터 출력되는 신호를, 오토 포커스의 제어에 이용하였지만, 오토 포커스 제어 이외의 용도, 예를 들면, 깊이 검출 센서나 3D 센서 등에 있어서 깊이 정보를 위한 신호로서 이용하는 것도 가능하다.
상술한 예에서는, 제1 도전형을 P형, 제2 도전형을 N형으로 하여, 전자를 신호 전하로 한 고체 화상 센서에 관해 설명하였지만, 본 개시의 기술은 정공을 신호 전하로 하는 고체 화상 센서에도 적용할 수 있다. 즉, 제1 도전형을 N형으로 하여, 제2 도전형을 P형으로 하여, 전술한 각 반도체 영역을 반대의 도전형의 반도체 영역으로 구성할 수가 있다.
또한, 본 개시의 기술은, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 고체 화상 센서에의 적용으로 한하지 않고, 적색외선이나 X선, 또는 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 화상 센서나, 광의의 의미로서, 압력이나 정전용량 등, 다른 물리량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 지문 검출 센서 등의 고체 화상 센서(물리량 분포 검지 장치) 전반에 대해 적용 가능하다.
또한, 본 개시는 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
광전 변환 소자의 수광면을 차광막에 의해 촬상 화소보다도 크게 차광한 위상 검출 화소를 구비하고, 상기 위상 검출 화소는, 상기 차광막에 입사되는 차광 대상의 광축상에 광흡수막을 포함하며, 상기 수광면에 입사되는 투과 대상의 광축상에는 상기 광흡수막이 마련되지 않은 고체 화상 센서.
(2)
상기 광흡수막은, 소정의 색 필터로 형성되어 있는 상기 (1)에 기재된 고체 화상 센서.
(3)
상기 광흡수막은, 상기 촬상 화소에서 이용되고 있는 색 필터의 하나로 형성되어 있는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 화상 센서.
(4)
상기 광흡수막은, 청색의 색 필터인 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(5)
상기 광흡수막은, 인접하는 상기 촬상 화소의 색 필터를 연신함에 의해 형성되어 있는 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(6)
상기 광흡수막은, 상기 촬상 화소에서 이용되고 있는 복수의 색 필터를 적층하여 구성되어 있는 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(7)
상기 광흡수막은, 적외 필터 또는 흑색의 색 필터인 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(8)
상기 수광면에 입사되는 투과 대상의 광축상에는, 상기 광흡수막과는 다른 색의 색 필터가 마련되어 있는 상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(9)
상기 수광면에 입사되는 투과 대상의 광축상에는, 화이트 필터가 마련되어 있는 상기 (1) 내지 (8)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(10)
상기 광흡수막은, 상기 차광막의 위에 형성되어 있는 상기 (1) 내지 (9)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(11)
상기 광흡수막의 차광 방향의 선폭이, 상기 차광막보다도 짧아지도록 오프셋되어 있는 상기 (1) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(12)
상기 광흡수막의 오프셋량은, 최대 입사각에 응하여 결정되어 있는
상기 (11)에 기재된 고체 화상 센서.
(13)
상기 광흡수막의 오프셋량은, 화소 어레이부 내의 위치에 응하여 다른 상기 (11) 또는 (12)에 기재된 고체 화상 센서.
(14)
상기 광흡수막의 오프셋량은, 상기 차광막으로부터의 높이에 응하여 다른 상기 (11) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(15)
상기 광흡수막은, 소정의 막을 통하여 상기 차광막의 위에 형성되어 있는 상기 (1) 내지 (14)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(16)
상기 위상 검출 화소와 상기 촬상 화소가 혼재하여 있는 상기 (1) 내지 (15)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(17)
상기 위상 검출 화소만으로 구성되어 있는 상기 (1) 내지 (15)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(18)
상기 차광막은 금속막인 상기 (1) 내지 (17)의 어느 하나에 기재된 고체 화상 센서.
(19)
위상 검출 화소의 화소 영역에, 광전 변환 소자의 수광면을 촬상 화소보다도 크게 차광한 차광막을 형성하고, 상기 수광면에 입사되는 투과 대상의 광축상에는 광흡수막을 형성하지 않고, 상기 차광막에 입사되는 차광 대상의 광축상에 상기 광흡수막을 형성하는 고체 화상 센서의 제조 방법.
(20)
광전 변환 소자의 수광면을 차광막에 의해 촬상 화소보다도 크게 차광한 위상 검출 화소를 포함하고, 상기 위상 검출 화소는, 상기 차광막에 입사되는 차광 대상의 광축상에 광흡수막을 포함하며, 상기 수광면에 입사되는 투과 대상의 광축상에는 상기 광흡수막이 마련되지 않은 고체 화상 센서를 포함하는 전자 기기.
(21)
수광면을 갖는 위상 검출 포토 다이오드와, 상기 위상 검출 포토 다이오드의 상기 수광면의 일부를 덮는 차광막과, 상기 위상 검출 포토 다이오드 위에 배치된 광흡수막을 구비하고, 상기 광흡수막은 상기 차광막 위에 배치되어 있는 고체 촬상 소자.
(22)
상기 위상 검출 포토 다이오드보다 큰 수광 영역을 구비한 수광면을 갖는 촬상 포토 다이오드를 더 구비하는 상기 (21)에 기재된 고체 촬상 소자.
(23)
수광면을 갖는 촬상 포토 다이오드와 상기 촬상 포토 다이오드 위에 색 필터를 더 구비하고, 상기 광흡수막 및 상기 색 필터는 동일한 재료로 이루어져 있는 상기 (21)에 기재된 고체 촬상 소자.
(24)
상기 광흡수막은 제1의 막 및 제2의 막을 구비하고, 상기 제1의 막은 상기 색 필터와 동일한 재료로 이루어져 있고, 상기 제2의 막은 상기 제1의 막과 다른 재료로 이루어져 있는 상기 (23)에 기재된 고체 촬상 소자.
(25)
상기 위상 검출 포토 다이오드 및 상기 광흡수막 사이에 반사 방지막을 더 구비하는 상기 (21)에 기재된 고체 촬상 소자.
(26)
상기 광흡수막은 300㎚ 이하의 거리를 두고 상기 차광막의 위에 배치되는 상기 (21)에 기재된 고체 촬상 소자.
(27)
상기 광흡수막의 에지(edge)는 상기 차광막의 에지로부터 오프셋되고, 상기 광흡수막의 에지 및 상기 차광막의 에지는 상기 위상 검출 포토 다이오드의 상기 수광면 위에 배치되는 상기 (21)에 기재된 고체 촬상 소자.
(28)
상기 고체 촬상 소자는 사출동 보정을 행하도록 구성되어 있는 상기 (21)에 기재된 고체 촬상 소자.
(29)
수광면을 갖는 제1의 위상 검출 포토 다이오드와, 상기 수광면의 일부를 덮는 제1의 차광막과, 상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드 위에 배치된 제1의 광흡수막을 포함하고, 상기 제1의 광흡수막은 상기 제1의 차광막 위에 배치되어 있는 고체 촬상 소자를 구비하는 전자 기기.
(30)
상기 고체 촬상 소자는, 수광면을 갖는 제2의 위상 검출 포토 다이오드와, 상기 제2의 위상 검출 포토 다이오드의 상기 수광면의 일부를 덮는 제2의 차광막과, 상기 제2의 차광막 및 상기 제2의 위상 검출 포토 다이오드의 위에 배치된 제2의 광흡수막을 포함하는 상기 (29)에 기재된 전자 기기.
(31)
상기 제1의 차광막에 의하여 덮인 상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드의 상기 수광면의 일부 및 상기 제2의 차광막에 의하여 덮인 상기 제2의 위상 검출 포토 다이오드의 상기 수광면의 일부는, 각각의 포토 다이오드의 다른 상대적 위치에 있는 상기 (30)에 기재된 전자 기기.
(32)
상기 다른 상대적 위치는, 다른 측면 위치, 다른 수직 위치 또는 다른 대각선 위치인 상기 (31)에 기재된 전자 기기.
(33)
광학 렌즈와, 상기 광학 렌즈를 제어하는 렌즈 제어부와, 상기 렌즈 제어부에, 상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드 및 제2의 위상 검출 포토 다이오드로부터 수신된 신호를 기초로 하는 정보를 공급하는 위상차 검출 모듈을 더 구비하는 상기 (29)에 기재된 전자 기기.
(34)
평면에서 보아, 상기 제1의 차광막은, 상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드 위에서 사각형 형상 또는 삼각형 형상으로 이루어져 있는 상기 (29)에 기재된 전자 기기.
(35)
상기 고체 촬상 소자는, (a) 적어도 상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드를 구비한 화소 영역을 갖는 제1의 반도체 칩부와, (b) 상기 제1의 반도체 칩부의 상기 화소 영역으로부터의 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로를 갖는 제2의 반도체 칩부를 포함하는 적층 구조를 구비하는 상기 (29)에 기재된 전자 기기.
(36)
상기 전자 기기는, 상기 고체 촬상 소자를 포함하는 디지털 카메라, 상기 고체 촬상 소자를 포함하는 캡슐 내시경, 또는 상기 고체 촬상 소자를 포함하는 휴대 전화기인 상기 (29)에 기재된 전자 기기.
(37)
위상 검출 포토 다이오드를 형성하고, 상기 위상 검출 포토 다이오드의 수광면의 일부를 덮도록 차광막을 형성하고, 상기 위상 검출 포토 다이오드 위에 광흡수막을 형성하는 것을 구비하고, 상기 광흡수막은 상기 차광막 위에 배치되어 있는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
(38)
상기 위상 검출 포토 다이오드에 인접한 촬상 포토 다이오드를 형성하고, 상기 촬상 포트 다이오드 위에 색 필터를 형성하는 것을 더 구비하고, 상기 색 필터 및 상기 광흡수막은 동시에 형성되는 상기 (37)에 기재된 고체 촬상 소자의 제조 방법.
(39)
상기 위상 검출 포토 다이오드에 인접한 촬상 포토 다이오드를 형성하고, 상기 촬상 포토 다이오드 및 상기 위상 검출 포토 다이오드 위에 반사 방지막을 형성하는 것을 더 구비하고, 상기 반사 방지막 및 상기 광흡수막 사이에 상기 차광막이 있는 상기 (37)에 기재된 고체 촬상 소자의 제조 방법.
(40)
상기 광흡수막은, 청색 필터, 적색 필터, 녹색 필터, 적외선 필터 또는 감광성의 수지 재료를 구비하는 상기 (37)에 기재된 고체 촬상 소자의 제조 방법.
다양한 수정, 조합, 하위 조합 및 변경은 관련 기술분야의 기술자의 설계의 요구 및 첨부된 청구항과 그 균등물 범위 내에 있는 다른 요인에 의하여 발생할 수 있음을 이해해야 한다.
1 : 고체 화상 센서
2 : 화소
2A : 촬상 화소
2B : 위상 검출 화소
3 : 화소 어레이부
44 : 차광막
45 : 색 필터
46 : 광흡수막
47 : 온 칩 렌즈
113 : 고체 화상 센서
211 : AF용 고체 화상 센서
100, 200 : 촬상 장치

Claims (20)

  1. 수광면을 갖는 위상 검출 포토 다이오드와,
    상기 위상 검출 포토 다이오드의 수광면의 일부를 덮는 차광막과,
    상기 위상 검출 포토 다이오드에 인접하고, 수광면을 갖는 촬상 포토 다이오드와,
    상기 촬상 포토 다이오드 위의 제1의 색 필터와,
    상기 위상 검출 포토 다이오드 위에 배치된 광흡수막과,
    상기 제1의 색 필터 상에 형성된 온 칩 렌즈를 구비하고,
    상기 광흡수막은 상기 차광막 위에 배치되고,
    상기 광흡수막은 상기 온 칩 렌즈에 가까운 위치일수록 스페이스가 넓어지는 형상으로 형성되고,
    상기 광흡수막은 제1의 막 및 제2의 막을 구비하고,
    상기 제1의 막은 상기 제1의 색 필터와 동일한 재료를 구비하고,
    상기 제2의 막은 상기 제1의 막의 재료와 다른 재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수막은 상기 온 칩 렌즈에 가까운 위치일수록 선폭이 작아지는 테이퍼 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 촬상 포토 다이오드의 수광면은 상기 위상 검출 포토 다이오드의 수광면보다 큰 수광 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2의 막은 상기 제1의 막 위에 배치되고, 상기 제2의 막의 선폭은 상기 제1의 막의 선폭보다 작은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위상 검출 포토 다이오드와 상기 광흡수막 사이에 반사 방지막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수막과 상기 차광막 사이의 거리는 300㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수막의 에지(edge)는 상기 차광막의 에지로부터 오프셋되고,
    상기 광흡수막의 에지 및 상기 차광막의 에지는 상기 위상 검출 포토 다이오드의 수광면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치는 사출동 보정을 행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 고체 촬상 장치를 구비하고,
    상기 고체 촬상 장치는,
    수광면을 갖는 제1의 위상 검출 포토 다이오드와,
    상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드의 수광면의 일부를 덮는 제1의 차광막과,
    상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드에 인접하고, 수광면을 갖는 촬상 포토 다이오드와,
    상기 촬상 포토 다이오드 위의 제1의 색 필터와,
    상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드 위에 배치된 제1의 광흡수막과,
    상기 제1의 색 필터 상에 형성된 온 칩 렌즈를 포함하고,
    상기 제1의 광흡수막은 상기 제1의 차광막 위에 배치되고,
    상기 제1의 광흡수막은 상기 온 칩 렌즈에 가까운 위치일수록 스페이스가 넓어지는 형상으로 형성되고,
    상기 제1의 광흡수막은 제1의 막 및 제2의 막을 구비하고,
    상기 제1의 막은 상기 제1의 색 필터와 동일한 재료를 구비하고,
    상기 제2의 막은 상기 제1의 막의 재료와 다른 재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치는,
    수광면을 갖는 제2의 위상 검출 포토 다이오드와,
    상기 제2의 위상 검출 포토 다이오드의 수광면의 일부를 덮는 제2의 차광막과,
    상기 제2의 차광막 위 및 상기 제2의 위상 검출 포토 다이오드 위에 배치되는 제2의 광흡수막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1의 차광막에 의해 덮인 제1의 위상 검출 포토 다이오드의 수광면의 일부 및 상기 제2의 차광막에 의해 덮인 상기 제2의 위상 검출 포토 다이오드의 수광면의 일부는, 각각의 포토 다이오드의 다른 상대적 위치에 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 다른 상대적 위치는 다른 측면 위치, 다른 수직 위치 또는 다른 대각선 위치인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  14. 제11항에 있어서,
    광학 렌즈와,
    상기 광학 렌즈를 제어하는 렌즈 제어부와,
    상기 렌즈 제어부에, 상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드 및 상기 제2의 위상 검출 포토 다이오드로부터 수신된 신호를 기초로 하는 정보를 공급하는 위상차 검출 모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  15. 제10항에 있어서,
    평면에서 보아, 상기 제1의 차광막은 상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드 위에서 사각형 형상 또는 삼각형 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 촬상 장치는 (a) 적어도 상기 제1의 위상 검출 포토 다이오드를 갖는 화소 영역을 갖는 제1의 반도체 칩부와, (b) 상기 제1의 반도체 칩부의 상기 화소 영역으로부터의 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로를 갖는 제2의 반도체 칩부를 포함하는 적층 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  17. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 기기는, 상기 고체 촬상 장치를 포함하는 디지털 카메라, 상기 고체 촬상 장치를 포함하는 캡슐 내시경, 또는 상기 고체 촬상 소자를 포함하는 휴대 전화기인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  18. 위상 검출 포토 다이오드를 형성하고,
    상기 위상 검출 포토 다이오드의 수광면의 일부를 덮도록 차광막을 형성하고,
    상기 위상 검출 포토 다이오드에 인접하는 촬상 포토 다이오드를 형성하고,
    상기 촬상 포토 다이오드 위에 제1의 색 필터를 형성하고,
    상기 위상 검출 포토 다이오드 위에 광흡수막을 형성하고,
    상기 제1의 색 필터 상에 온 칩 렌즈를 형성하는 것을 구비하고,
    상기 광흡수막은 상기 차광막 위에 배치되고,
    상기 광흡수막은 상기 온 칩 렌즈에 가까운 위치일수록 스페이스가 넓어지는 형상으로 형성되고,
    상기 광흡수막은 제1의 막 및 제2의 막을 구비하고,
    상기 제1의 막은 상기 제1의 색 필터와 동일한 재료를 구비하고,
    상기 제2의 막은 상기 제1의 막의 재료와 다른 재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 촬상 포토 다이오드 및 상기 위상 검출 포토 다이오드 위에 반사 방지막을 형성하는 것을 더 구비하고,
    상기 차광막은 상기 반사 방지막과 상기 광흡수막 사이에 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 광흡수막은 청색 필터, 적색 필터, 녹색 필터, 적외선 필터 또는 감광성의 수지 재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
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