(57)【要約】残りのアレイ位置に位置付けられた交互の青色感応要素及び緑色感応要素を伴った、全ての他のアレイ位置に位置付けられた赤色感応要素から構成される固体イメージャで用いるカラーフィルタアレイパターンについて開示している。赤色は最も高い頻度でサンプリングされるため、カラーフィルタは人間の身体の臓器及び組織を画像化するための生体内カメラシステムの一部であることが可能である。
2005526458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージング装置で用いられるカラーフィルタアレイであって：
イメージングアレイ；及び
前記イメージングアレイに亘って与えられる光感応要素のアレイであって、前記の光感応要素のアレイは赤色感応要素から構成され、前記赤色感応要素は前記の光感応要素のアレイの全ての他の要素位置に存在する、光感応要素のアレイ；
を有することを特徴とするカラーフィルタアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載のカラーフィルタアレイであって、前記の光感応要素は、前記赤色感応要素に関して繰り返しパターン状に配列された青色感応要素及び緑色感応要素から更に構成される、ことを特徴とするカラーフィルタアレイ。
【請求項３】
請求項１に記載のカラーフィルタアレイであって、前記青色感応要素及び前記緑色感応要素は前記の光感応要素のアレイの交互の行それぞれにおいて前記赤色感応要素と交互に配列されている、ことを特徴とするカラーフィルタアレイ。
【請求項４】
請求項３に記載のカラーフィルタアレイであって、前記青色感応要素は前記要素位置の四分の一に存在する、ことを特徴とするカラーフィルタアレイ。
【請求項５】
請求項１に記載のカラーフィルタアレイであって、前記イメージング装置は生体内カメラシステムの一部である、ことを特徴とするカラーフィルタアレイ。
【請求項６】
請求項１に記載のカラーフィルタアレイであって、前記イメージング装置は生体内ＣＭＯＳカプセル型カメラの一部である、ことを特徴とするカラーフィルタアレイ。
【請求項７】
請求項１に記載のカラーフィルタアレイであって、前記イメージング装置は内視鏡の一部である、ことを特徴とするカラーフィルタアレイ。
【請求項８】
イメージング装置で用いるカラーフィルタパターンであって：
所定のパターンに配列された赤色感応要素と青色感応要素と緑色感応要素とから構成される複数の光感応要素であって、前記赤色感応要素は前記所定のパターンの全ての他の要素位置に存在する、複数の光感応要素；
から構成されることを特徴とするカラーフィルタパターン。
【請求項９】
請求項８に記載のカラーフィルタパターンであって、前記青色感応要素及び前記緑色感応要素は前記赤色感応要素に関して繰り返し順序に配列されている、ことを特徴とするカラーフィルタパターン。
【請求項１０】
請求項９に記載のカラーフィルタパターンであって、前記青色感応要素及び前記緑色感応要素は前記所定のパターンの交互の行の赤色感応要素それぞれと交互に配列されている、ことを特徴とするカラーフィルタパターン。
【請求項１１】
請求項８に記載のカラーフィルタパターンであって、前記青色感応要素は前記要素位置の四分の一に存在する、ことを特徴とするカラーフィルタパターン。
【請求項１２】
請求項８に記載のカラーフィルタパターンであって、前記イメージング装置は生体内カメラシステムの一部である、ことを特徴とするカラーフィルタパターン。
【請求項１３】
請求項８に記載のカラーフィルタパターンであって、前記イメージング装置は生体内ＣＭＯＳカプセル型カメラの一部である、ことを特徴とするカラーフィルタパターン。
【請求項１４】
請求項８に記載のカラーフィルタパターンであって、前記イメージング装置は内視鏡の一部である、ことを特徴とするカラーフィルタパターン。
【請求項１５】
飲み込み可能カプセル型イメージング装置で用いるカラーフィルタパターンであって：
前記飲み込み可能カプセル型イメージング装置の画像化領域に亘って与えられる複数の光感応要素であって、所定のパターンに配列された赤色感応要素、青色感応要素及び緑色感応要素から構成され、前記赤色感応要素は前記所定のパターンの全ての他の要素位置に存在し、前記青色感応要素及び前記緑色感応要素は前記所定のパターンの交互の行の前記赤色感応要素それぞれと交互に配列されている、複数の光感応要素；
から構成されることを特徴とするカラーフィルタパターン。
【請求項１６】
請求項１５に記載のカラーフィルタパターンであって、前記青色感応要素は前記要素位置の八分の一に存在する、ことを特徴とするカラーフィルタパターン。
【請求項１７】
請求項１５に記載のカラーフィルタパターンであって、前記カプセル型イメージング装置は生体内カメラシステムの一部である、ことを特徴とするカラーフィルタパターン。
【請求項１８】
イメージャであって：
基板の上面に構成された複数の画素センサセルを有し、画像を表す出力データを提供するイメージングアレイ；並びに
前記イメージングアレイ上に形成されたカラーフィルタ層であって、前記カラーフィルタ層は複数の赤色感応要素と青色感応要素と緑色感応要素とから構成され、前記複数の赤色、青色及び緑色感応要素は、前記赤色感応要素が前記カラーフィルタパターンの全ての他の要素位置に存在するようなカラーフィルタパターンに配列されている、カラーフィルタ層；
から構成されることを特徴とするイメージャ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のイメージャであって、前記青色感応要素及び前記緑色感応要素は、前記カラーフィルタパターンの交互の行における前記赤色感応要素と交互に配列されている、ことを特徴とするイメージャ。
【請求項２０】
請求項１８に記載のイメージャであって、前記青色感応要素は前記要素位置の四分の一に存在する、ことを特徴とするイメージャ。
【請求項２１】
請求項１８に記載のイメージャであって、前記画素センサセルは生体内カメラシステムの一部である、ことを特徴とするイメージャ。
【請求項２２】
請求項１８に記載のイメージャであって、前記画素センサセルは生体内ＣＭＯＳカプセル型カメラの一部である、ことを特徴とするイメージャ。
【請求項２３】
請求項１８に記載のイメージャであって、前記画素センサセルは内視鏡の一部である、ことを特徴とするイメージャ。
【請求項２４】
請求項１８に記載のイメージャであって、前記画素センサセルは身体内部臓器の画像を表す出力を提供する、ことを特徴とするイメージャ。
【請求項２５】
請求項１８に記載のイメージャであって、前記画素センサセルは身体内部筋肉の画像を表す出力を提供する、ことを特徴とするイメージャ。
【請求項２６】
請求項１８に記載のイメージャであって、前記画素センサセルは身体内部組織の画像を表す出力を提供する、ことを特徴とするイメージャ。
【請求項２７】
ＣＭＯＳイメージャであって：
基板の上部表面に形成された画素センサセルのアレイ；
前記アレイに亘って形成された保護層；及び
前記保護層上に形成されたカラーフィルタ層であって、前記赤色感応要素が前記カラーフィルタパターンの全ての他の要素位置に存在するような前記カラーフィルタ層はカラーフィルタパターンに配列された複数の赤色感応要素と赤色感応要素と緑色感応要素とから構成されている、カラーフィルタ層；
から構成されることを特徴とするＣＭＯＳイメージャ。
【請求項２８】
請求項２７に記載のＣＭＯＳイメージャであって、前記青色感応要素及び前記緑色感応要素は、前記カラーフィルタパターンの交互の行における前記赤色感応要素と交互に配列されている、ことを特徴とするＣＭＯＳイメージャ。
【請求項２９】
請求項２７に記載のＣＭＯＳイメージャであって、前記青色感応要素は前記要素位置の四分の一に存在する、ことを特徴とするＣＭＯＳイメージャ。
【請求項３０】
請求項２７に記載のＣＭＯＳイメージャであって、前記画素センサセルは生体内カメラシステムの一部である、ことを特徴とするＣＭＯＳイメージャ。
【請求項３１】
請求項２７に記載のＣＭＯＳイメージャであって、前記画素センサセルは内視鏡の一部である、ことを特徴とするＣＭＯＳイメージャ。
【請求項３２】
請求項２７に記載のＣＭＯＳイメージャであって、前記画素センサセルは身体内部臓器の画像を表す出力を提供する、ことを特徴とするＣＭＯＳイメージャ。
【請求項３３】
請求項２７に記載のイメージャであって、前記画素センサセルは身体内部組織の画像を表す出力を提供する、ことを特徴とするイメージャ。
【請求項３４】
イメージング装置で用いるカラーフィルタアレイを形成する方法であって：
画素センサセルのアレイを有する基板を与える段階；
前記画素センサセルに亘って保護層を与える段階；及び
前記保護層に亘ってカラーフィルタ層を形成する段階であって、前記カラーフィルタ層には赤色感応要素と青色感応要素と緑色感応要素とから構成される複数の光感応要素が形成され、前記の複数の光感応要素は、前記赤色感応要素が前記所定のパターンの全ての他の要素位置に存在するように所定のパターンに配列されている、段階；
から構成されることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法であって、前記青色感応要素及び前記緑色感応要素は、前記カラーフィルタパターンの交互の行における前記赤色感応要素と交互に配列されている、ことを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法であって、前記青色感応要素は前記要素位置の八分の一に存在する、ことを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３４に記載の方法であって、前記画素センサセルは生体内カメラシステムの一部を構成する、ことを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法であって、前記画素センサセルは生体内ＣＣＤカプセル型カメラの一部を構成する、ことを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３４に記載の方法であって、前記画素センサセルは内視鏡の一部を構成する、ことを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３４に記載の方法であって、前記画素センサセルは身体内部臓器の画像を表す出力データを与える、ことを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法であって、前記画素センサセルは身体内部筋肉の画像を表す出力データを与える、ことを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項３４に記載の方法であって、前記画素センサセルは身体内部組織の画像を表す出力データを与える、ことを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項３４に記載の方法であって、前記画素センサセルは人間の心臓血管系の画像を表す出力データを与える、ことを特徴とする方法。
【請求項４４】
生体内カメラシステムで用いるカラーフィルタアレイを形成する方法であって：
形成された画素センサセルのアレイを有する半導体基板を与える段階であって、前記画素センサセルは人間の身体内部の画像を表す出力と与える、段階；
前記画素センサセルに亘って保護層を与える段階；及び
前記保護層に亘ってカラーフィルタ層を形成する段階であって、前記カラーフィルタ層には赤色感応要素と青色感応要素と緑色感応要素とから構成される複数の光感応要素が形成され、前記の複数の光感応要素は、前記赤色感応要素が前記所定のパターンの全ての他の要素位置に存在するように所定のパターンに配列されている、段階；
から構成されることを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の方法であって、前記青色感応要素及び前記緑色感応要素は、前記カラーフィルタパターンの交互の行における前記赤色感応要素と交互に配列されている、ことを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４５に記載の方法であって、前記青色感応要素は前記要素位置の八分の一に存在する、ことを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項４４に記載の方法であって、前記生体内カメラシステムはＣＭＯＳカプセル型カメラである、ことを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項４４に記載の方法であって、前記生体内カメラシステムは内視鏡の一部である、ことを特徴とする方法。
請求項４４に記載の方法であって、前記画素センサセルは生体内カメラシステムの一部を構成する、ことを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項４４に記載の方法であって、前記画素センサセルは内部筋肉の画像を表す出力データを与える、ことを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項４４に記載の方法であって、前記画素センサセルは心臓血管系の画像を表す出力データを与える、ことを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項４４に記載の方法であって、前記画素センサセルは胃腸系の画像を表す出力データを与える、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体画像センサで用いられるカラーフィルタに関し、特に、青色及び緑色に比べて最も高い頻度で赤色がサンプリングされるパターンをもつカラーフィルタアレイ並びに形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体画像センサは、イメージャとしても知られているものであるが、テレビジョン画像捕捉、伝送及び送信のために１９６０年代終わり乃至１９７０年代初めに主に開発された。イメージャは、特定波長（例えば、光フォトン、Ｘ線等）の入射する放射線を吸収し、
その吸収された放射線に対応する電気信号を生成する。電荷結合素子（ＣＣＤ）、フォトダイオードアレイ、電荷注入素子（ＣＩＤ）、集積フォーカルプレーンアレイおよびＣＭＯＳイメージャを含む半導体ベースのイメージャには多くの異なる種類が存在する。現在の固体イメージャの用途は、カメラ、スキャナ、マシンビジョンシステム、テレビ電話、コンピュータ入力装置、監視システム、自動焦点システム、スタートラッカ、動き検知システム、画像安定化システム及び高精細テレビジョンのためのデータ圧縮システム等を含む。
【０００３】
上記のイメージャは、典型的には、光センサを含む画素セルのアレイからなり、そのアレイにおいて、各々の画素は、画像がアレイ上に焦点合わせされるときに、その要素に入射した光の強度に対応する信号を生成する。そのような信号は、次いで、例えば、モニタ上に対応する画像を表示するために記憶され、又は光学的画像に関する情報を提供するために用いられる。光センサは、典型的には、光トランジスタ、光導電体又はフォトダイオードである。それ故、各々の画素により生成された信号の大きさは光センサに入射する光の量に比例する。
【０００４】
光センサがカラー画像を捕捉することを可能にするために、光センサは、赤色（Ｒ）フォトン、緑色（Ｇ）フォトン及び青色（Ｂ）フォトンを個別に検出することができなければならない。従って、各々の画素は１つの色又はスペクトルバンドにのみ感度を有する必要がある。このために、カラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）は、典型的には、各々の画素が関連フィルタの色の光を測定するように、画素の前に置かれる。それ故、カラー画像センサの各々の画素は、特定のパターンに従って、赤色、緑色又は青色フィルタのどれかにより覆われる。
【０００５】
図１は、米国特許第３，９７１，０６５号明細書に詳細に記載されている“ベイヤ（Ｂａｙｅｒ）”パターンとして知られている、そのようなカラーフィルタアレイの１つを示している（その文献の援用により、発明の説明を一部代替する）。ベイヤパターンにおいては、赤色及び緑色の交互の画素が画像の第１行にあり、青色及び緑色の交互の画素が次の行にあるように、赤色、緑色及び青色画素が配列される。それ故、画像センサがライン毎に読み出されるとき、第１ラインのための画素列はＧＲＧＲＧＲ．．．を読み出し、次いで、交互に並ぶラインのための列はＢＧＢＧＢＧ．．．を読み出す。このような出力は、シーケンシャルＲＧＢ又はｓＲＧＢと呼ばれる。
【０００６】
ベイヤパターンにおいて、全ての三原色ベクトルに対するサンプリングレートは、人間の視力に従って調節される。即ち、人間の眼が最も敏感に応答する緑色は最も頻度高くサンプリングされる一方、人間の眼が最も分解能を有しない青色は最も頻度低くサンプリングされる。これは、ベイヤパターンにおいては、輝度（輝度情報を与える色ベクトル）を検出する役割を果たす緑色感応要素が全ての他のアレイ位置に存在する一方、赤色感応要素は青色感応要素と交互に配列されている。
【０００７】
このような寄与度のために、ベイヤパターンは、全体の可視スペクトルに亘って、多かれ少なかれ均一な色の表示を有する対象物の画像化において膨大な用途を有する。それ故、他の三原色の頻度の２倍、緑色をサンプリングすることにより、画像化される特定の対象物の輝度成分の良好な表示を提供する。それにも拘らず、画像化される対象物が波長の緑色部分において比較的小さいスペクトル反射率を有する場合、ベイヤカラーフィルタパターンを用いるイメージャを用いて捕捉される画像は最適状態には及ばない。
【０００８】
それ故、可視スペクトルに亘る色の均一な表示を有しない対象物、例えば、胃腸管の内部組織のような、肉眼で見ることのできない人間の身体の要素をセンシングするためのＣＭＯＳセンサのカラーフィルタアレイパターンが必要とされる。そのようなカラーフィルタパターンを製造するための方法が又、必要とされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの特徴において、本発明は、交互の青色感応要素、全ての他のアレイ位置に位置付けされた赤色感応素子及び残りのアレイ位置に位置付けされた緑色感応要素から構成される内部組織を画像化するための固体イメージャで用いるカラーフィルタアレイパターンを提供する。このようにして、赤色は最も高い頻度でサンプリングされ、青色及び緑色は最も低い頻度でサンプリングされる。
【００１０】
他の特徴においては、本発明は、可視スペクトルに亘って均一な色の表示を有しない、対象物、例えば、人間の胃腸管の内部組織を画像化するための固体イメージャのカラーフィルタアレイパターンを用いる方法を提供する。本発明のカラーフィルタパターンを用いることにより、例えば、胃腸の内視鏡検査のような医療処置において用いられる生体内映像カメラシステム若しくは小型ＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージャカプセル型カメラにおいては、人間の胃腸管の組織の支配的な赤色は、他の２つの三原色の青色及び緑色の頻度の２倍だけサンプリングされる。
【００１１】
本発明のカラーフィルタアレイパターンを形成する方法を又、提供する。本発明の以上の及び他の有利点及び特徴は、以下の詳細説明と本発明の好ましい実施形態を示す図面とから理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の詳細な説明において、参照番号は、本発明を実行することが可能である実施形態に特定の説明図により示され、一部を構成する添付図に施されている。それらの実施形態について、当業者が本発明を実行することが可能であるように十分詳細に説明しており、他の実施形態を利用することが可能であり、本発明の範囲及び主旨から逸脱することなく、構造的、論理的及び電気的変形を施すことが可能であることを理解されるであろう。
【００１３】
用語“ウェーハ”及び“基板”は、ベースの半導体の基体により支持されたシリコンのエピタキシャル層、ドーピングされた及びドーピングされていないシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）技術又はシリコンオンサファイア（ＳＯＳ）技術を含むように理解されるべきである。更に、以下の説明において参照番号が“ウェーハ”又は“基板”に付けられるとき、前のプロセスの段階は、ベースの半導体構造又は基体の上方又はその内部の接合又は領域を形成するために用いられることが可能である。更に、半導体はシリコンベースである必要はなく、シリコン−ゲルマニウム、ゲルマニウム又はガリウム砒素ベースであることが可能である。
【００１４】
“画素”は、電磁放射を電気信号に変換するためにトランジスタ及び光センサを含むピクチャ要素の単位セルのことを言う。説明目的のために、代表的なＣＭＯＳイメージャ画素について、以下の詳細説明及び図面において説明する。しかしながら、これは、本発明において用いることが可能である画素のセル及びイメージャの種類の単なる一例に過ぎない。それ故、以下の詳細説明は、限定的な意味を考慮されたものではなく、本発明の代表的な説明として考慮されたものである。
【００１５】
以下、同様の要素は同様の参照番号で表されている図面を参照するに、本発明の画像サンプリングアレイパターン（カラーフィルタパターン）１０について、図２及び３に示す。センサパターン１１、１３及び１５（図３）の３つの集合であって、各々が原色ベクトルに対応するものであるそれらの集合は、画像サンプリングアレイパターン１０（図２及び３）を形成するように重ね合わされる。センサパターン１１は、“Ｒ”により表される及びサンプリングアレイの全ての他の要素位置に配列される赤色感応要素（又は、輝度要素と呼ばれる）から構成される。図２及び３に示すように、センサパターン１１の赤色輝度要素はアレイの位置の半分に存在し、全体のサンプリングアレイ１０に亘って均一に分配されている。それ故、輝度の詳細は、要素の大部分を構成する赤色要素によりサンプリングされる。
【００１６】
センサパターン１３は、交互の行におけるセンサパターンの赤色輝度要素と交互に構成された“Ｇ”と表される緑色要素を有する。同様に、センサパターン１５は、交互の行を構成する、“Ｂ”で表される青色要素を有する。このようにして、センサパターン１３及び１５は、図２に示すように、水平方向及び垂直方向に２つの直交する位置に対称的で均一な配列を形成する。ライン毎に画像センサが読み出されるとき、画素列がＲＧＲＧＲＧ．．．を読み出し、次いで、交互のライン列はＢＲＢＲＢＲ．．．を読み出す。
【００１７】
図２及び３の配列において、赤色要素は要素集合の半分を構成する一方、青色要素及び緑色要素は要素集合の他の半分を構成する。それ故、青色感応要素は要素集合の四分の一を構成し、緑色感応要素は又、要素集合の四分の一を構成する。青色要素及び緑色要素に対して赤色要素の集合が２倍であるため、赤色詳細は青色詳細及び緑色詳細より２倍大きいレートでサンプリングされる。赤色輝度パターンの結果、例えば、赤が優勢な画像及び赤色の色相の画像の三原色全てについて欠けている画像のサンプリングは、水平方向お及び垂直方向の両方においては対称的で均一である。それ故、色サンプリングアレイパターン１０が、好ましくは、赤色スペクトルの状態である傾向にある、人間の身体の内部の主な色に従って三原色ベクトル全てをサンプリングするために用いられる。他の２つの三原色の頻度の２倍で赤色をサンプリングすることにより、画像化される特定な内部の身体部分、臓器、組織又は要素の輝度成分の良好な表示を提供する。
【００１８】
本発明のカラーフィルタパターン１０を有するカラーフィルタ層１００から構成される固体イメージャ２０について、図４乃至６に模式的に示している。イメージャ２０は、上記の基板のいずれかの種類である、同じ基板３０の一部として画素アレイ２６全体に亘って形成されたカラーフィルタ層１００から構成される。画素アレイ２６は、基板内に及びその上方に形成された複数の画素センサセル２８から構成され、イメージャ２０に対して不動態化層及び平坦化層として機能する保護層２４により覆われている。保護層２４は、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、二酸化シリコン、窒化シリコン、ポリイミド又は他の周知の光透過絶縁体の層であることが可能である。
【００１９】
上記のカラーフィルタパターンを有するカラーフィルタ層１００は不動態化層２４の上に形成される。カラーフィルタ層００は、カラーイメージングアレイパターン１０に関連して上で詳細に説明したように、全ての他のアレイ位置に位置付けられた赤色感応要素のアレイと、残りのアレイ位置に位置付けられた交互の青色感応要素及び緑色感応要素とから構成される。このように、カラーフィルタ層１００は、最も高い頻度で赤色を、最も低い頻度で青色及び緑色をサンプリングする。
【００２０】
又、図４乃至６において示すように、マイクロレンズ７０が各々の画素セル２８の上方に形成されるように、マイクロレンズアレイ２２は形成される。マイクロレンズアレイ２２は、アレイの焦点が各々の画素セル２８内の光感応要素に対して焦点合わせされるように、形成される。その装置は又、マイクロレンズアレイ２２の下及びカラーフィルタ層の上にスペーサ層２５を含む。スペーサ層２５の厚さは、光感応要素がマイクロレンズアレイ２２のレンズ７０を透過して進む光に対する焦点にあるように、調節される。
【００２１】
図５及び６に示すように、各々の画素センサセル２８は、フォトダイオード、フォトゲート等であることが可能である光センサ３４を含む。フォトゲート光センサ３４については図５及び６に示している。印加される制御信号ＰＧは、フォトンの形態で入射する放射１０１がカラーフィルタ層１００を透過し、光センサ３４に入射し、光により生成された電子は光センサ３４の下のドーピングされた領域３６に蓄積する。転送トランジスタ３８は、光センサ３４に隣接して位置付けられ、ソース領域３６及びドレイン領域４０と、トランジスタ信号ＴＸにより制御されるゲートスタック４２とを有する。ドレイン領域４０は又、フローティングディフュージョン領域又はフローティングディフュージョンノードと呼ばれ、その領域は光センサ３４から出力トランジスタ４４に、次いで、読み出し回路構成４８に、受けられた電荷を渡す。ドーピングされた領域４０、５２及びゲートスタック５４から構成されるリセットトランジスタ５０は、信号読出しの少し前に所定の初期電圧にフローティングディフュージョン領域４０をリセットするように動作するリセット信号ＲＳＴにより制御される。上記の画素センサセルの要素の機能及び構成の詳細については、例えば、米国特許第６，３７６，８６８号明細書及び米国特許第６，３３３，２０５号明細書に見出すことが可能であり、ここでは、それらの開示の援用により発明の説明を一部代替する。
【００２２】
図５に示すように、転送トランジスタ３８及びリセットトランジスタ５０に対する画素セル２８のゲートスタック４２、５４は、基板３０上に二酸化シリコン又は窒化シリコン絶縁体５６を含み、この例においては、その絶縁体は、ｐ型基板、ドーピングされたポリシリコン、タングステン又は絶縁体層５６の上の他の適切な材料の導電層、及び、例えば、二酸化シリコン、窒化シリコン又はＯＮＯ（酸化物−窒化物−酸化物）から成る絶縁体キャップ層６０である。シリサイド層５９は、必要に応じて、ポリシリコン層５８とキャップ６０との間で用いることが可能である。絶縁性側壁６２は又、ゲートスタック４２、５４の側面に形成される。これらの側壁６２は又、例えば、二酸化シリコン、窒化シリコン又はＯＮＯから成ることが可能である。画素セル２８の周りのフィールド酸化層６４は、アレイにおける他の画素セルから画素セルを絶縁するように機能する。第２ゲート酸化層５７はシリコン基板上に成長することが可能であり、フォトゲート半透明導体６６はこの層からパターニングされる。光センサがフォトダイオードである場合、第２ゲート酸化層５７もフォトゲート半透明導体の必要ではない。更に、転送トランジスタ３８は任意であり、その転送トランジスタの場合、拡散領域３６及び４０は互いに接続している。
【００２３】
上記の実施形態のカラーフィルタ層１００は、以下のように説明するプロセスにより製造され、それについて、図７乃至９において示している。図７を参照するに、画素アレイ２６、周辺回路、接点及び周知の方法で形成される配線を有する、上記の種類の基板のいずれかであることが可能である基板３０を提供している。ＢＰＳＧ、ＢＳＧ、ＰＳＧ、二酸化シリコン、窒化シリコン等から成る保護層２４は、画素セルを不動態化し、平坦か表面を提供するために画素アレイに対して形成される。
【００２４】
カラーフィルタ層１００は、図７に又、示すように、不動態化層２４の上に形成される。カラーフィルタ層１００を、光透過材料として用いられるカラーレジスト又はアクリル材料から構成することが可能である。例えば、カラーフィルタ層１００は複数のカラーフィルタ層から成ることが可能であり、それらの複数のカラーフィルタ層の各々は赤色フィルタ領域（図示せず）、緑色フィルタ領域（図示せず）及び青色フィルタ領域（図示せず）から構成され、それらのフィルタ領域は、例えば、それぞれのカラーフィルタリング品質のレジスト又はアクリル材料から構成される。従って、赤カラーフィルタ層１００を構成する各々の複数のカラーフィルタ層の赤色、青色及び緑色感応レジスト材料の赤色、青色お呼び緑色感応要素を形成するために、色感応レジスト材料、青色感応レジスト材料及び緑色感応材料を用いることが可能である。これらの赤色、青色及び緑色要素は、隣接して、上記のカラーフィルタパターン１０に従って配置され、それ故、赤色感応要素は、残りのアレイ位置に位置付けられた交互の青色感応要素及び緑色感応要素を伴って、全ての他のアレイ位置に位置付けされる。他の実施形態は、当該技術分野において周知であるような塗料又は色素のような他の着色材料を使用することが可能である。カラーフィルタ層１００を、例えば、従来の析出方法又はスピン方法により不動態化層２４の上に形成する
ことが可能である。
【００２５】
赤色、青色、緑色フィルタ要素は、好ましくは、一般に、一辺が５０μｍより小さい正方形であるが、他の幾何学的形状は又、半導体層の光感応性要素（例えば、フォトダイオード）と位置合わせして位置付けられる。
【００２６】
次に、図８に示すように、スペーシング層５が保護層の上に形成される。次いで、図９に示すように、例えば、レンズ形成層から反射レンズ７０が形成され、それ故、各々のレンズ７０は画素セルの上にある。本発明は又、レンズ７０が複数の画素セル２８の上にある他の構成を又、包含する。
【００２７】
カラーフィルタ層１００は、基本的にはこの段階で終了し、ここで、イメージャ２０を囲むために従来の処理方法が実行されることが可能である。本発明のカラーフィルタアレイパターンを有し、図２乃至９に関連して説明した画素アレイは、ＣＭＯＳイメージャを製造するために当該技術分野において周知であるように更に処理されることが可能である。
【００２８】
本発明のフィルタアレイは又、他の種類のイメージャの画素と共に、例えば、ＣＣＤイメージャと共に用いられることが可能である。必要に応じて、イメージャ２０は、例えば、ＣＰＵ、デジタル信号プロセッサ又はマイクロプロセッサ等のプロセッサと結合されることが可能である。イメージャ２０及びマイクロプロセッサを単一の集積回路の状態で構成することが可能である。本発明に従ったフィルタアレイを有するＣＭＯＳイメージャを用いる代表的なプロセッサシステム４００について、図１０に示している。プロセッサベースのシステムは、ＣＭＯＳ又は他のイメージャ装置を含むことが可能であるデジタル回路を有する代表的なシステムである。限定されることなく、そのようなシステムは、コンピュータシステム、カメラシステム、スキャナ、マシンビジョンシステム、カーナビゲーションシステム、テレビ電話、監視システム、自動焦点システム、スタートラッカシステム、動き検出システム、画像安定化システム及び高精細テレビジョンのためのデータ圧縮システムを含むことが可能であり、それらの全ては本発明を利用することができる。
【００２９】
図１０に示すように、代表的なプロセッサシステム４００は、一般に、バス４５２に対して入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置４４６と通信する、中央演算処理装置（ＣＰＵ）４４４であって、例えば、マイクロプロセッサから構成される。イメージャ２０は又、バス４５２に対してシステムと通信する。コンピュータシステム２０は又、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４４８を含み、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ４５４、コンパクトディスク（ＣＤ）ＲＯＭドライブ４５６又はバス４５２に対してＣＰＵ４４４と通信するフラッシュメモリ４５８のような周辺装置を含むことが可能である。フロッピー（登録商標）ディスク４５４、ＣＤ  ＲＯＭ４５６又はフラッシュメモリ４５８はイメージャ２０により捕捉された画像を記憶する。イメージャ２０は、好ましくは、メモリの記憶の有無に拘らず、集積回路として構成され、好ましくは、図２乃至９に関連して説明したような、本発明のカラーフィルタパターン１０を有するカラーフィルタ層１００を含む。
【００３０】
上記のような、固体イメージャで用いられるカラーフィルタアレイパターンは、全ての他のアレイの位置に位置付けられた赤色感応要素と、残りのアレイ位置に位置付けられた交互の青色感応要素及び緑色感応要素とから構成され、赤色は最も高い頻度でサンプリングされ、青色及び緑色は最も低い頻度でサンプリングされる。この理由のために、本発明のカラーフィルタアレイパターンは、内蔵学（内蔵の研究）、神経学（神経システムの研究）、骨学（骨の研究）、靭帯学（靭帯及び関節の研究）及び筋学（筋肉の研究）等で用いる種々の臓器系、組織及び細胞からの画像及びデータ測定を得るために用いられることが可能である。このようにして、他の２つの三原色の頻度の２倍で赤色（身体内部の臓器、組織及び細胞の主な色）をサンプリングすることにより、画像化される特定の身体内部の臓器、組織又は細胞の輝度成分の良好な表示を提供する。
【００３１】
従って、及び本発明の好ましい実施形態において、イメージャ２０は、本発明のカラーフィルタパターン１０及びカラーフィルタ層１００をもつ集積回路として、及び、更には、例えば、画像を検出し、消化系又は筋肉系のような人間の身体の種々のシステムのデータを分析する、生体内測定システム又は生体内映像カメラの一部として、構成される。生体内映像カメラシステム及び測定システムは、典型的には、種々の体内の臓器又は組織からデータを収集し、更に、受信システムにデータを転送する、飲み込むことが可能である電子カプセルを含む。このような飲み込むことが可能である電子カプセルは又、受信システムに種々の高周波の周波数で測定データを転送するための転送システムを含むことが可能である。
【００３２】
本発明のカラーフィルタパターン１０をもつカラーフィルタ層１００から構成されるイメージャ２０が取り付けられる他の生体内検出及び測定システムは内視鏡であり、そのような内視鏡は、典型的には、上部又は下部の消化管の画像を得るために患者が飲み込む長い管である。内視鏡は光ファイバ内視鏡又は映像内視鏡であることが可能である。映像内視鏡においては、例えば、小さい電子カメラが、検査が終了するまで、対象領域に位置付けられ、画像が記憶される。
【００３３】
生体内映像カメラ及び飲み込むことが可能なカプセルに関する更なる詳細については、例えば、Ｉｄｄａｎ等による米国特許第５，６０４，５３１号明細書、Ｍｉｚｕｍｏｔｏによる米国特許第４，２７８，０７７号明細書、Ｈｏｓｈｉｎｏによる米国特許第５，２６７，０３３号明細書及び文献、Ｅ．Ｎ．Ｒｏｗｌａｎｄ  ａｎｄ  Ｈ．Ｓ．Ｗｏｌｆｆ，Ｔｈｅ  Ｒａｄｉｏ  Ｐｉｌｌ：Ｔｅｌｅｍｅｔｅｒｉｎｇ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  Ｄｉｇｅｓｔｉｖｅ  Ｔｒａｃｔ，  Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ａｕｇｕｓｔ  １９６０，ｐｐ５９８−６０１）に開示されており、それらの文献の援用により、発明の説明を一部代替する。
【００３４】
本発明は画素アレイを有する画像化回路に特に関連して説明したが、本発明はより広い適用性を有し、それをいずれの画像化装置に用いることが可能であることを又、留意する必要がある。同様に、上記のカラーフィルタ層１００の製造のためのプロセスは、用いられることが可能である多くの方法の１つに過ぎない。上記の説明及び図は、本発明の目的、特徴及び優位性を達成することができる好ましい実施形態を示している。本発明が説明した実施形態に限定されることを意図するものではない。同時提出の特許請求の範囲の主旨及び範囲において実行することができる、本発明のいずれの変形は本発明の一部とみなされなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ベイヤカラーパターンを表す模式図である。
【図２】本発明のカラーフィルタパターンを表す模式図である。
【図３】図２のカラーフィルタパターンの分解三次元組み立て図である。
【図４】本発明に従って構成されたカラーフィルタアレイを有する固体イメージャの主要要素を示す垂直断面図である。
【図５】本発明に従って構成されたカラーフィルタアレイを有するＣＭＯＳイメージャ画素セルの断面模式図である。
【図６】図５のＣＭＯＳイメージャ画素セルの代表的な図である
【図７】本発明の実施形態に従ったカラーパターン層を形成するプロセスを実施している半導体ウェーハを示す断面図である。
【図８】図７に示している段階に続いて処理する段階における図７の半導体ウェーハを示す断面図である。
【図９】図８に示している段階に続いて処理する段階における図７の半導体ウェーハを示す断面図である。
【図１０】本発明に従ったカラーフィルタパターンをもつイメージャを有するイメージングシステムを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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