(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
630乃至650nm波長のいずれかの波長をピークとする色よりも短波長の色の光を受光する画素からなる行単位の領域および列単位の領域のいずれか、または、その両方であって、さらに、隣接する前記画素間を跨ぐようにダミー配線を配設する
請求項1乃至5のいずれかに記載の裏面照射型イメージセンサ。
【発明を実施するための最良の形態】
【0028】
以下、発明を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1. 第1の実施の形態(RGB画素のB,G画素位置に配線を配設する一例)
2. 第2の実施の形態(RGB画素のB,G画素位置に狭配線からなるダミー配線を配設する一例)
3. 第3の実施の形態(RGB画素のB画素位置にダミー配線を配設する一例)
4. 第4の実施の形態(RGBW画素のB画素位置にダミー配線を配設する一例)
5. 第5の実施の形態(RGB−IR画素のB,G画素位置にダミー配線を配設する一例)
6. 第6の実施の形態(RGB−IR画素のB,G画素位置に狭配線からなるダミー配線を配設する一例)
7. 第7の実施の形態(RGB−IR画素のB画素位置にダミー配線を配設する一例)
【0029】
[1. 第1の実施の形態]
[裏面照射型イメージセンサの側面断面および製造プロセス]
図1は、本技術を適用した裏面照射型イメージセンサの側面断面および製造プロセスを示したものである。
【0030】
裏面照射型イメージセンサ11は、
図1の状態Aで示されるように、基板23上に撮像素子層(フォトダイオード層)22が構成され、最上層に配線層21が形成される。配線層21の上部には、研磨膜21aが形成される。この配線層には、配線31が配設されている。
【0031】
研磨膜21aは、状態Bで示されるように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により研磨されて、これにより研磨膜21aが平坦な状態にされる。
【0032】
そして、状態Cで示されるように、裏面照射型イメージセンサ11の図中における上下が反転された状態で、研磨膜21aが支持基板24に貼り合わされる。この後、図示しないが、
図1の状態Cにおける基板23の最上面(状態A,Bにおける最裏面)が研磨されて、撮像素子層22が裏面(状態Cにおける最上面)から受光可能な状態に加工される。
【0033】
[配線層の最上位層の配線密度の均一化]
図1を参照して説明したように、裏面照射型イメージセンサ11は、最終的に配線層21の研磨膜21aが支持基板24に貼り付けられることになる。ここで、研磨膜21aは、配線層21の最上位配線の配線密度により段差が生じてしまうため、配線層21の最上位層においては、配線密度をある程度均一にする必要がある。
【0034】
裏面照射型イメージセンサ11における配線層21の最上位層の必要配線は、例えば、
図2の左部の配線31で示されるように配設されている。すなわち、配線層21の最上位層においては、必要とされる配線31は、画素領域Zの周辺部に配設されるのみであり、画素領域Z内には略存在しない。しかしながら、必要配線のみの配置では、上述したように、配線密度を均一にすることができないので、研磨膜21aにおける段差が生じることで、支持基板24と密着することができず、貼り合わせに支障を来す恐れがある。
【0035】
このため、
図2の右部で示されるように、実際の配線層21の最上位層には、本来、配線31の必要がない画素領域Z内に、配線密度を均一にするためのダミー配線41が配設されている。ダミー配線41は、配線層21の最上位層における配線密度を均一にし、CMP後の研磨膜21aの平坦性を保持するために配設されるものであるため、配線31としては機能しないものである。
【0036】
この
図2の右部で示されるようなダミー配線41により配線層21の最上位層における配線密度は略均一に保たれ、CMP後の研磨膜21aの平坦性が保持されることになる。
【0037】
[ダミー配線による反射]
しかしながら、画素領域Zにおけるダミー配線41の配線方法を、画素配列を無視して、デザインや配線密度のみで配設すると、例えば、
図3の右上部で示されるような格子状(筋状)のムラが発生することがある。
【0038】
ここで、
図3の右上部においては、画像P1における領域Z11について、拡大して表示された画像PZ11で示されるように、明るい筋状のムラ(格子状のムラ)が表示される例が示されている。また、
図3の右下部は、
図3の右上部の画像PZ11における直線L上における撮像素子の受光レベルを示した波形
図G1である。すなわち、画像PZ11における直線Lにおいて、白い格子状のムラが生じる領域の受光レベルが高く、それ以外の領域の受光レベルが低いことが示されている。
【0039】
これは、入射光のうち長波長の光が撮像素子層22を透過して、ダミー配線41に反射し、再び撮像素子層22により受光されることにより生じるものである。
【0040】
より詳細には、
図4で示されるように、入射光Lは、青色、赤色、および緑色のそれぞれのカラーフィルタBRGにより、青色光LB、赤色光LR、緑色光GLに変換されると、撮像素子層22に入射し、撮像素子層22の撮像素子で受光信号に変換されることになる。このとき、波長の長い光、特に、赤色光LR、および緑色光GLについては、その一部がシリコンSi(Epi)からなる撮像素子層22で吸収されず、透過して配線層21のダミー配線41で反射して再び撮像素子層22に入射する。
【0041】
図5は、光の波長が400nm乃至1005nmの複数の種類の波長毎に、それぞれの光がシリコンSiに透過されるとき、それぞれの深さ(μm)における、吸収割合(0乃至1.0)を示したものである。尚、
図5で示される関係については、光の波長の一部の例に過ぎず、その他の波長においても、同様の関係となり、その他の波長の光と50%程度吸収される深さとの関係としては、例えば、以下のような関係がわかっている。すなわち、波長が460nmである場合、深さが0.32μmとなり、波長が530nmである場合、深さが0.79μmとなり、波長が610nmである場合、深さが1.50μmとなり、波長が700nmである場合、深さが3.00μmとなる。
【0042】
裏面照射型イメージセンサ11の撮像素子層22の厚さは、一般的なものとして、例えば、2.6μm乃至3.0μm程度であるので、赤色光LRの波長が650nm程度であった場合、
図5で示されるように、撮像素子層22の厚さが3.0μm程度であっても40%程度が透過してダミー配線41で反射することになる。また、緑色光LGの波長が550nm程度であった場合、撮像素子層22の厚さ3.0μm程度であれば、10%程度が透過してダミー配線41に反射することになる。
【0043】
このため、赤色光LR,LGを受光する撮像素子においては、直接入射する光と、ダミー配線41により反射して入射する光を両方とも受光することになるので、受光レベルが上昇する。特に、赤色光LRが撮像素子層22を透過する割合は、高いレベルであるので、際立って明るく受光されることになる。
【0044】
このように、赤色光LRまたは緑色光LGの一部が撮像素子層22を透過して、ダミー配線41に反射することにより、受光レベルが上昇する領域が、
図3の右上部の画像PZ11における格子状の白色部位となり、それ以外の領域の受光レベルが低いため、格子状のムラが発生する。より詳細には、
図3の左部における領域Z2で示されるように受光レベルが上昇して明るく受光された領域が、ダミー配線41が存在する領域であり、それ以外の領域Z1が、ダミー配線41が存在しない領域となる。尚、
図3の左部は、
図3の右上部における画像PZ11における格子状のムラを拡大して表示したものである。
【0045】
[配線層の最上位層におけるダミー配線の例]
そこで、本技術を適用した裏面照射型イメージセンサ11においては、配線層21の最上位層の画素領域Zに、
図6で示されるようにダミー配線41が配設されている。
【0046】
すなわち、
図6で示されるように、画素領域Zにおいては、画素配列に応じて、比較的波長の短い青色光LBおよび緑色光LGを透過させる青色、および緑色のカラーフィルタB,Gが配設された画素(B画素、およびG画素とも称する)に対応する位置にのみ、画素幅のダミー配線41が配設される。
【0047】
このように画素幅のダミー配線41が配設されることにより、画素領域Zのうち赤色のカラーフィルタRが配設された画素(以下、R画素とも称する)の存在する、波長の長い赤色光LRが受光される領域には、ダミー配線41が配線されないことになるので、赤色光LRが撮像素子層22を透過しても、ダミー配線41による反射を抑制することができる。
【0048】
結果として、ダミー配線41により反射した光が、再度、撮像素子層22に入射することがなくなるので、格子状のムラ(筋状のムラ)の発生を抑制することが可能となる。また、配線層21の研磨膜21aにおける配線密度を全体として略均一とすることが可能になるので、研磨膜21aのCMPによる平坦性を確保しつつ、格子状のムラの発生を抑制することが可能となる。尚、
図6においては、各マスが画素領域Zにおける画素の配列を示しており、R,G,B画素がそれぞれ「R」、「G」、「B」とマス内に表記される。
【0049】
[2. 第2の実施の形態]
[狭配線からなるダミー配線]
以上においては、ダミー配線41が、画素幅である例について説明してきたが、画素幅であると、隣接する画素の赤色光LR、または緑色光LGが撮像素子層22を透過して、反射してしまう恐れがある。そこで、ダミー配線41については、画素幅より幅の狭い狭配線とするようにしてもよい。
【0050】
図7は、ダミー配線41として狭配線からなるダミー配線41’を採用した画素領域Zにおける配線層21の最上位層における配線例が示されている。
【0051】
すなわち、
図7で示されるように、画素領域Zにおいては、画素配列に応じて、B画素、およびG画素が配設された領域に対応する位置にのみ、画素幅の狭配線からなるダミー配線41’が配設される。
【0052】
このように
図7の配線層21の最上位層における狭配線からなるダミー配線41’で示されるように狭配線であるので、隣接するカラーフィルタRが配設された画素における赤色光LR、または、カラーフィルタGが配設された画素における緑色光LGが撮像素子層22を透過しても、その反射を、より抑制することが可能となる。結果として、研磨膜21aのCMPによる平坦性を維持しつつ、格子状のムラの発生を、より抑制することが可能となる。
【0053】
[3. 第3の実施の形態]
[B画素にのみダミー配線を配設する例]
以上においては、画素領域ZにおけるB画素およびG画素の領域において、ダミー配線41が配設される例について説明してきた。しかしながら、G画素の存在する領域においては、緑色光LGが一部撮像素子層22を透過するので、ダミー配線41(または狭配線からなるダミー配線41’)で反射する。そこで、ダミー配線41(または狭配線からなるダミー配線41’)をB画素の存在する領域にのみ配設するようにしてもよい。
【0054】
図8は、ダミー配線41が、画素領域Zにおける配線層21の最上位層におけるB画素の存在する領域にのみ配設された配線例を示している。
【0055】
すなわち、
図8で示されるように、画素領域Zにおいては、B画素が配設された画素に対応する位置にのみ、画素幅のダミー配線41が配設される。
【0056】
このように
図8の配線層21の最上位層におけるダミー配線41で示されるようにB画素にのみ配設されているので、ダミー配線41で反射しそうな赤色光LRおよび緑色光LGが撮像素子層22を透過しても、その反射を抑制することが可能となる。結果として、研磨膜21aのCMPによる平坦性を保持しつつ、格子状のムラの発生を、より抑制することが可能となる。尚、図示しないがダミー配線41に代えて、狭配線からなるダミー配線41’とするようにするようにしてもよい。狭配線からなるダミー配線41’とすることで、隣接するG画素およびR画素からの反射をより低減することが可能となる。
【0057】
[4. 第4の実施の形態]
[RGBWの4画素のうちB画素にのみダミー配線を配設する]
以上においては、画素領域ZにおけるRGB画素のうち、B画素およびG画素の領域、または、B画素に対応する位置にのみ、ダミー配線41が配設される例について説明してきた。しかしながら、RGB画素に加えて、白色のカラーフィルタWが配設された画素(以下、W画素とも称する)からなる画素領域Zの画素RGBW画素のうちのB画素についてのみダミー配線41が配設されるようにしてもよい。
【0058】
図9は、ダミー配線41が、RGBW画素からなる画素領域Zにおける配線層21の最上位層におけるB画素の存在する領域にのみ配設された配線例を示している。
【0059】
このように
図9の配線層21の最上位層におけるダミー配線41で示されるようにB画素にのみ配設されているので、ダミー配線41で反射する成分を含む赤色光LRおよび緑色光LG、並びに白色光LW(に含まれる赤色光LRおよび緑色LG)が撮像素子層22を透過しても、その反射を抑制することが可能となる。結果として、研磨膜21aのCMPによる平坦性を保持しつつ、格子状のムラの発生を、より抑制することが可能となる。尚、図示しないがダミー配線41に代えて、狭配線からなるダミー配線41’とするようにするようにしてもよい。狭配線からなるダミー配線41’とすることで、隣接するG画素およびR画素からの反射を、より低減することが可能となる。ただし、G画素を透過する緑色光LGの撮像素子層22が透過する割合は比較的低いので、B画素に加えて、G画素についてもダミー配線41(または41’)を配設するようにしてもよい。
【0060】
[5. 第5の実施の形態]
[RGB−IRの4画素のうちB画素およびG画素にダミー配線を配設する]
以上においては、画素領域ZにおけるRGBW画素のうち、B画素の領域に対応する位置にのみ、ダミー配線41が配設される例について説明してきた。しかしながら、RGB画素に加えて、赤外光のカラーフィルタIRが配設された画素(以下、IR画素とも称する)からなる画素領域Zの画素RGB−IRのうちのB画素およびG画素についてダミー配線41が配設されるようにしてもよい。
【0061】
図10は、ダミー配線41が、RGB−IR画素からなる画素領域Zにおける配線層21の最上位層におけるB画素およびG画素の存在する領域にのみ配設された配線例を示している。
【0062】
このように
図10の配線層21の最上位層におけるダミー配線41で示されるようにB画素およびG画素に対応する位置にのみ配設されているので、ダミー配線41で反射する成分を含む赤色光LRおよび赤外光LIRが撮像素子層22を透過しても、その反射を抑制することが可能となる。結果として、研磨膜21aのCMPによる平坦性を保持しつつ、格子状のムラの発生を抑制することが可能となる。
【0063】
[6. 第6の実施の形態]
[RGB−IRの4画素のうちB,G画素にのみ狭配線からなるダミー配線を配設する]
以上においては、画素領域ZにおけるRGB−IR画素のうち、B画素およびG画素の領域に対応する位置にダミー配線41が配設される例について説明してきた。しかしながら、ダミー配線41に代えて、狭配線からなるダミー配線41’が配設されるようにしてもよい。
【0064】
図11は、狭配線からなるダミー配線41’が、RGB−IR画素からなる画素領域Zにおける配線層21の最上位層におけるB画素およびG画素の存在する領域にのみ配設された配線例を示している。
【0065】
このように
図11の配線層21の最上位層における、狭配線からなるダミー配線41’で示されるようにB画素およびG画素に対応する位置に配設されているので、ダミー配線41’で反射する成分を含む赤色光LRおよび赤外光LIRが撮像素子層22を透過しても、その反射を、より抑制することが可能となる。結果として、研磨膜21aのCMPによる平坦性を保持しつつ、格子状のムラの発生を、より抑制することが可能となる。
【0066】
[7. 第7の実施の形態]
[RGB−IRの4画素のうちB画素にのみダミー配線を配設する]
以上においては、画素領域ZにおけるRGB−IR画素のうち、B画素およびG画素の領域に対応する位置に、ダミー配線41’が配設される例について説明してきた。しかしながら、B画素の位置にのみダミー配線41が配設されるようにしてもよい。
【0067】
図12は、ダミー配線41が、RGB−IR画素からなる画素領域Zにおける配線層21の最上位層におけるB画素の存在する領域にのみ配設された配線例を示している。
【0068】
このように
図12の配線層21の最上位層におけるダミー配線41で示されるようにB画素に対応する位置にのみ配設されているので、ダミー配線41で反射する成分を含む赤色光LRおよび緑色光LG、並びに赤外光LIRが撮像素子層22を透過しても、その反射を、より抑制することが可能となる。結果として、研磨膜21aのCMPによる平坦性を保持しつつ、格子状のムラの発生を抑制することが可能となる。
【0069】
尚、図示しないがダミー配線41に代えて、狭配線からなるダミー配線41’とするようにするようにしてもよい。狭配線からなるダミー配線41’とすることで、隣接するG画素およびR画素、並びに、IR画素の緑色光LG、赤色光LR、および赤外光LIRの反射をより低減することが可能となる。
【0070】
[画素の色と波長]
以上においては、画素を透過する光の色(R画素、G画素、B画素、W画素、およびIR画素)の位置に応じてダミー配線41(または、狭配線からなるダミー配線41’)の配設位置を特定する例について説明してきた。しかしながら、所定の波長より短波長の色の画素に対応して、ダミー配線41(または、狭配線からなるダミー配線41’)を配設するようにしてもよい。
【0071】
すなわち、例えば、
図13で示されるように、所定の波長Tとして570nmを設定した場合、この所定の波長T(=570nm)よりも短波長の光をピークとする色の画素が存在する位置にダミー配線41(または、狭配線からなるダミー配線41’)が配設されるようにするようにしてもよい。
【0072】
この場合、加法3原色であるRGBの3色の画素からなるとき、この570nmの波長よりも短い波長をピークとするB画素およびG画素の存在する位置にのみ、ダミー配線41(または、狭配線からなるダミー配線41’)が配設されるようにするようにしてもよい。
【0073】
また、減法3原色であるマゼンダ(Magenta)、シアン(cyan)、およびイエロ(Yellow)の3色の画素からなるとき、この570nmの波長よりも短い波長をピークとするシアン画素の存在する位置にのみ、ダミー配線41(または、狭配線からなるダミー配線41’)が配設されるようにするようにしてもよい。
【0074】
尚、
図13の上段においては、波長毎にピークとするときに加減3原色であるときの画素に設定される色分布が示されており、
図13の下段においては、波長毎にピークとするときに減法3原色であるときの画素に設定される色分布が示されている。また、
図13においては、570nmの波長が所定の波長Tである場合について示されているが、この所定の波長Tは、任意の波長に設定するようにしてもよい。
【0075】
また、所定の波長Tを設定するにあたって、B画素よりも短波長の色の画素の位置のみに、ダミー配線41(または、狭配線からなるダミー配線41’)が配設されるようにする場合、例えば、400nm乃至600nmのいずれかの波長を所定の波長Tとし、その所定の波長Tをピークとする色と、その色よりも短い波長の色の光を受光する画素領域にダミー配線41(または、狭配線からなるダミー配線41’)が配設されるようにしてもよい。また、これらのレンジをさらに狭くして、例えば、530nm乃至550nmのいずれかの波長を所定の波長Tとし、その所定の波長Tをピークとする色と、その色よりも短い波長の色の光を受光する画素領域にダミー配線41(または、狭配線からなるダミー配線41’)が配設されるようにしてもよい。さらに、G画素よりも短波長の色の画素の位置に、ダミー配線41(または、狭配線からなるダミー配線41’)が配設されるようにする場合、例えば、630nm乃至650nmのいずれかの波長を所定の波長Tとし、その所定の波長Tをピークとする色と、その色よりも短い波長の色の光を受光する画素領域にダミー配線41(または、狭配線からなるダミー配線41’)が配設されるようにしてもよい。
【0076】
以上のごとく、本技術によれば、裏面照射型イメージセンサにおいて、配線層の最上位層における配線密度を均一にしつつ、配線層の配線の反射による影響を低減することで、ノイズを低減し、高画質化することが可能となる。
【0077】
尚、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
(1) 画素領域の最上層に、配線密度を調整するダミー配線を有する裏面照射型イメージセンサにおいて、
所定の波長よりも短波長の光を受光する画素領域にダミー配線を配設する
裏面照射型イメージセンサ。
(2) 前記所定の波長より短波長の色の光を受光する画素領域にダミー配線を配設する
(1)に記載の裏面照射型イメージセンサ。
(3) 青色の光を受光する画素領域にダミー配線を配設する
(2)に記載の裏面照射型イメージセンサ。
(4) 緑色の光を受光する画素領域にダミー配線を配設する
(3)に記載の裏面照射型イメージセンサ。
(5) 前記裏面照射型イメージセンサは、青色、緑色、および赤色の光を受光する画素領域を備える
(3)または(4)のいずれかに記載の裏面照射型イメージセンサ。
(6) 前記裏面照射型イメージセンサは、さらに白色、および赤外光の少なくともいずれかの色の光を受光する画素領域を備える
(5)に記載の裏面照射型イメージセンサ。
(7) 前記所定の波長は、400乃至600nmのいずれかの波長である
(1)に記載の裏面照射型イメージセンサ。
(8) 前記400乃至600nmのいずれかの波長をピークとする色と、その色よりも短波長の色の光を受光する画素領域にダミー配線を配設する
(7)に記載の裏面照射型イメージセンサ。
(9) 前記所定の波長は、530乃至550nmのいずれかの波長である
(7)に記載の裏面照射型イメージセンサ。
(10) 前記530乃至550nmのいずれかの波長をピークとする色と、その色よりも短波長の色の光を受光する画素領域にダミー配線を配設する
(9)に記載の裏面照射型イメージセンサ。
(11) 630乃至650nm波長のいずれかの波長をピークとする色よりも短波長の色の光を受光する画素領域にダミー配線を配設する
(1)に記載の裏面照射型イメージセンサ。
(12) 前記ダミー配線は、画素幅、または前記画素幅よりも狭い幅で構成される
(1)に記載の裏面照射型イメージセンサ。
(13) 画素領域の最上層に、配線密度を調整するダミー配線を有する裏面照射型イメージセンサを有する撮像装置において、
所定の波長よりも短波長の光を受光する画素領域にダミー配線を配設する
撮像装置。
(14) 画素領域の最上層に、配線密度を調整するダミー配線を有する裏面照射型イメージセンサを有する電子機器において、
所定の波長よりも短波長の光を受光する画素領域にダミー配線を配設する
電子機器。