(57)【要約】【課題】シアン−タイプとイエロータイプのカラー特性を有するピクセルを含むカラーイメージセンサを提供する。【解決手段】カラーイメージセンサは、多様なカラー特性を有するピクセルを備える。ピクセルのうち何れか一つは、１次的な光検出器と２次的な光検出器とを含むシアン−タイプピクセルである。１次的な光検出器は、その上に入射される可視光線を受信するための構造を有する半導体基板の表面の一部に形成される。２次的な光検出器は、半導体基板内に埋め込まれている。２次的な光検出器は、１次的な光検出器を通過した可視光線を受信するための構造を有する。【選択図】図３Ａ
2008187169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その上に入射される可視光線を受信するように半導体基板の表面の一部に形成された１次的な光検出器と、
前記半導体基板に埋め込まれている２次的な光検出器と、を含み、
前記２次的な光検出器は、第１電圧にバイアスされたイメージセンサのノードと電気的に接続された第１電荷運搬端子とを有することを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記２次的な光検出器は、前記１次的な光検出器を通過する可視光線を受信するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記１次的な光検出器は、第１フォトダイオードを含み、
前記イメージセンサは、前記第１フォトダイオードのカソードに電気的に接続されたソース／ドレイン領域を含む伝送トランジスタをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記２次的な光検出器は、前記ノードと電気的に接続されたカソードを含む第２フォトダイオードとを含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記２次的な光検出器は、前記ノードと電気的に接続されたカソードと前記第１フォトダイオードのカソードとともにＰ−Ｎ接合を形成するアノードを有する第２フォトダイオードとを含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記ノードは、電源供給ノードであることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
前記第２フォトダイオードの前記カソードは、前記半導体基板内のＮ型半導体領域によって前記ノードに電気的に接続されたことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
前記第２フォトダイオードの前記カソードは、前記第２フォトダイオードのアノードとして動作するＰ型基板領域内のＮ型埋込み層を含むことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項９】
前記１次的な光検出器は、第１フォトダイオードを含み、
前記イメージセンサは、前記第１フォトダイオードのカソードと電気的に接続された第１ソース／ドレイン領域と前記イメージセンサ内のフローティング拡散領域として動作する第２ソース／ドレイン領域とをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項１０】
半導体基板と、前記半導体基板内のピクセルの２ｘ２アレイとを含み、前記ピクセルの２ｘ２アレイは、
相異なる光線収集特性を有する第１ピクセル及び第２ピクセルと、相等しい光線収集特性を有する第３ピクセル及び第４ピクセルとを含み、前記第１ピクセルは、
前記半導体基板の表面の第１部分に隣接するように拡張された１次的な光検出器と、前記半導体基板に埋め込まれている２次的な光検出器とを含み、
前記２次的な光検出器は、第１電圧にバイアスされた前記第１ピクセルのノードと電気的に接続された第１電荷運搬端子とを含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項１１】
前記２次的な光検出器は、前記１次的な光検出器を通過した可視光線を受信するように形成されたことを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサ。
【請求項１２】
前記１次的な光検出器は、第１フォトダイオードを含み、
前記第１ピクセルは、前記第１フォトダイオードのカソードに電気的に接続されたソース／ドレイン領域を有する伝送トランジスタをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサ。
【請求項１３】
前記２次的な光検出器は、前記ノードに電気的に接続されたカソードを有する第２フォトダイオードを含むことを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサ。
【請求項１４】
前記２次的な光検出器は、前記ノードに電気的に接続されたカソードを有する第２フォトダイオードと前記第１フォトダイオードのカソードとＰ−Ｎ接合を形成することを特徴とする請求項１１に記載のイメージセンサ。
【請求項１５】
前記ノードは、電源供給ノードであることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサ。
【請求項１６】
前記第２フォトダイオードの前記カソードは、前記第２フォトダイオードのアノードとして動作するＰ型基板領域内にＮ型埋込み層を含むことを特徴とする請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項１７】
前記第２ピクセルは、
前記半導体基板の表面の第２部分を確張した光検出器と、前記表面の前記第２部分上の可視光線吸収層とを含むことを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサ。
【請求項１８】
前記可視光線吸収層は、多重シリコンを含むことを特徴とする請求項１７に記載のイメージセンサ。
【請求項１９】
前記可視光線吸収層は、約１０００Åから約４０００Åの間の範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサ。
【請求項２０】
ホワイトカラー特性を有するピクセル中に散在されている同数のフィルタ・フリーシアン−タイプピクセルとフィルタ・フリーイエロータイプのピクセルとを有するピクセルのモザイクパターンを含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２１】
前記ピクセルのモザイクパターンは、ホワイトカラー特性を有する２Ｎ（Ｎは、正の整数）個のピクセル、Ｎ個のイエロータイプピクセル、及びＮ個のシアン−タイプピクセルとを含むことを特徴とする請求項２０に記載のイメージセンサ。
【請求項２２】
前記ピクセルのモザイクパターンは、ピクセルの２ｘ２アレイを多数個含み、前記２ｘ２アレイは、フィルタ・フリーシアン−タイプピクセルと対角線に配されるフィルタ・フリーイエロータイプピクセル、及びホワイト−タイプピクセルと対角線に配される他のホワイト−タイプのピクセルとを含むことを特徴とする請求項２１に記載のイメージセンサ。
【請求項２３】
第１ホワイトピクセル、第２ホワイトピクセル、第３イエロータイプピクセル、及び第４シアン−タイプピクセルとを有するピクセルの２ｘ２アレイを含むイメージセンサのカラー補間方法において、
前記第１ホワイトピクセルと前記第２ホワイトピクセルとによって生成された第１ホワイトカラー値と第２ホワイトカラー値から前記第３イエロータイプピクセルと前記第４シアン−タイプピクセルのそれぞれに対する第３ホワイトカラー値と第４ホワイトカラー値とを補間する段階と、
前記第４シアン−タイプピクセルによって生成されたシアンカラー値と前記第４ホワイトカラー値から前記第４シアン−タイプピクセルに対する第４レッドカラー値とを決定する段階と、
前記第４レッドカラー値から前記第１ホワイトピクセル、前記第２ホワイトピクセル、及び前記第３イエロータイプピクセルから第２レッドカラー値と第３レッドカラー値とのそれぞれを補間する段階と、を含むことを特徴とするイメージセンサのカラー補間方法。
【請求項２４】
前記イメージセンサのカラー補間方法は、
前記第３イエロータイプピクセルによって生成されたイエロカラー値と前記第３ホワイトカラー値から前記第３イエロータイプピクセルに対する第３ブルーカラー値とを決定する段階と、
前記第３ブルーカラー値から前記第１ホワイトピクセル、前記第２ホワイトピクセル、及び前記第４シアンピクセルに対する第２ブルーカラー値と第４ブルーカラー値とのそれぞれを補間する段階と、
前記第１ないし第４ホワイトカラー値、前記第１ないし第４レッドカラー値、及び前記第１ないし第４ブルーカラー値から前記第１、第２、第３、及び第４ピクセルのそれぞれに対する第１、第２、第３、及び第４グリーンカラー値のそれぞれを決定する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載のイメージセンサのカラー補間方法。
【請求項２５】
前記第４レッドカラー値を決定する段階は、前記第４シアン−タイプピクセルによって生成されたシアンカラー値と前記第４ホワイトカラー値との間の差を決定することを特徴とする請求項２３に記載のイメージセンサのカラー補間方法。
【請求項２６】
前記第３ブルーカラー値を決定する段階は、前記第３イエロータイプピクセルによって生成されたイエロカラー値と前記第３ホワイトカラー値との間の差を決定することを特徴とする請求項２４に記載のイメージセンサのカラー補間方法。
【請求項２７】
前記第１グリーンカラー値を決定する段階は、前記第１ホワイトカラー値と、前記第１ブルーカラー値と前記第１レッドカラー値との和との差を決定することを特徴とする請求項２４に記載のイメージセンサのカラー補間方法。
【請求項２８】
半導体基板と、前記半導体基板内のピクセルの２ｘ２アレイとを含み、
前記ピクセルの２ｘ２アレイは、
１次的な光検出器、及び前記１次的な光検出器を通過した可視光線を受信するための構造を有する２次的な光検出器とを含むシアン−タイプピクセルと、
前記ピクセルの２ｘ２アレイで前記シアン−タイプピクセルの対角線の反対側に配されたイエロータイプピクセルと、
前記ピクセルの２ｘ２アレイの対角線の反対側コーナーに配された一対のホワイト−タイプピクセルと、を含むことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２９】
前記１次的な光検出器は、前記半導体基板の表面に隣接するように位置した第１Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードであり、前記２次的な光検出器は、前記半導体基板内で前記第１Ｐ−Ｎ接合フォトダイオード下部に埋め込まれた第２Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードであることを特徴とする請求項２８に記載のイメージセンサ。
【請求項３０】
ホワイトカラー特性を有するピクセル中に散在されている同数のフィルタ・フリーシアン−タイプピクセルとイエロータイプピクセルとを有するモザイクパターンを含むイメージセンサと、
前記イメージセンサから得られたホワイト−タイプイメージデータ、シアン−タイプイメージデータ、及びイエロータイプイメージデータからレッドイメージデータ、グリーンイメージデータ、及びブルーイメージデータを生成させるように形成する補間回路と、を含むことを特徴とするイメージ生成装置。
【請求項３１】
前記イメージ生成装置は、
前記イメージセンサからカラーイメージデータを受信するように形成された相関二重サンプリング（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｄｏｕｂｌｅ  ｓａｍｐｌｉｎｇ；ＣＤＳ）回路と、
前記ＣＤＳ回路の出力に電気的に接続された入力を有するアナログ−デジタル変換器と、をさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載のイメージ生成装置。
【請求項３２】
前記補間回路は、前記アナログ−デジタル変換器によって生成されたホワイト−タイプイメージデータ、シアン−タイプイメージデータ、及びイエロータイプイメージデータを受信するように形成されたことを特徴とする請求項３１に記載のイメージ生成装置。
【請求項３３】
前記イメージ生成装置は、
前記アナログ−デジタル変換器によって生成されたホワイト−タイプイメージデータ、シアン−タイプイメージデータ、及びイエロータイプイメージデータを受信するように形成されたフレームメモリをさらに含み、
前記ホワイト−タイプイメージデータ、前記シアン−タイプイメージデータ、及び前記イエロータイプイメージデータからレッドイメージデータ、グリーンイメージデータ、及びブルーイメージデータを生成させる動作の間、前記補間回路は、前記フレームメモリから前記ホワイト−タイプイメージデータ、前記シアン−タイプイメージデータ、及び前記イエロータイプイメージデータを受信するように形成されたことを特徴とする請求項３１に記載のイメージ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路装置に係り、特に、集積回路イメージセンシング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳイメージセンサは、典型的に集積回路基板内に形成されたイメージセンサセルの２次元アレイを含む。ＣＭＯＳイメージセンサ内でカラー表現のために、有機物カラーフィルタアレイは、イメージセンサセルの２次元アレイ上に形成することができ、マイクロレンズアレイは、カラーフィルタアレイ上に形成することができる。
【０００３】
カラーフィルタアレイは、２次元アレイ内で対応するイメージセンサセル（すなわち、ピクセル）の反対側に配されるレッド（ｒｅｄ、Ｒ）カラーフィルタ、グリーン（ｇｒｅｅｎ、Ｇ）カラーフィルタ、及びブルー（ｂｌｕｅ、Ｂ）カラーフィルタのモザイクパターン（ｍｏｓａｉｃ  ｐａｔｔｅｒｎ）を含む。その内にマイクローレンズアレイとカラーフィルタアレイとを含むＣＭＯＳイメージセンサの一例は、特許文献１に開示されている。
【０００４】
典型的なカラーフィルタアレイは、レッド−グリーン−グリーン−ブルー（ＲＧＧＢ）カラーフィルタが反復される４ピクセルモザイクパターンを含みうる。カラーフィルタアレイは、反復されるイエロ（ｙｅｌｌｏｗ）−マゼンタ（ｍａｇｅｎｔａ）−シアン（ｃｙａｎ）（ＹＭＣ）パターン、反復されるイエロ−シアン（ｃｙａｎ）−ホワイト（ｗｈｉｔｅ）（ＹＣＷ）パターン、または反復されるシアン−イエロ−グリーン−マゼンタ（ＣＹＧＭ）パターンを含みうる。
【０００５】
図１に図示されたように、従来の４個トランジスタ（４Ｔ）ＣＭＯＳイメージセンサセル１０は、埋込みフォトダイオード（ｂｕｒｉｅｄ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ；ＢＰＤ）１２、伝送信号ＴＸに応答するイメージ伝送トランジスタＴ１、リセット信号ＲＸに応答するリセットトランジスタＴ２、駆動信号ＤＸに応答する駆動トランジスタＴ３、及び選択信号ＳＸに応答する選択トランジスタＴ４とを含む。
【０００６】
選択トランジスタＴ４は、バイアス信号Ｖｂに応答する負荷トランジスタＴ５に電気的に接続された、ＣＭＯＳイメージセンサセル１０の出力ノードＯＵＴを駆動する。駆動トランジスタＴ３のゲート端子は、伝送トランジスタＴ１のドレインとリセットトランジスタＴ２のソースとに電気的に接続された、フローティング拡散（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ；ＦＤ）領域に接続される。このようなフローティング拡散（ＦＤ）領域は、概略的にキャパシタ（ＣＦＤ）として表わすことができる。
【０００７】
フローティング拡散領域は、イメージ伝送トランジスタＴ１がイネーブルされれば、埋込みフォトダイオード（ＢＰＤ）から電荷運搬子（ｃｈａｒｇｅ  ｃａｒｒｉｅｒｓ）を受信する。電荷運搬子は、光量子放射線（ｐｈｏｔｏｎ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）がフォトダイオード（ＢＰＤ）によって受信される時に発生して正孔対も生成される。フローティング拡散領域に伝送された電荷運搬子は、駆動トランジスタＴ３のゲート端子をバイアスするために動作する。そして、リセットトランジスタＴ２のターンオンは、正（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）の電源供給電圧Ｖｄｄをフローティング拡散領域に供給することで、フローティング拡散領域をリセットするように動作する。
【０００８】
そして、ＣＭＯＳイメージセンサは、他の色相の光をキャプチャするために多様な寸法のフォトダイオードを使用できる。そのようなイメージセンサは、特許文献２に開示されている。また、イメージセンサは、特許文献３ないし７に開示されている。
【特許文献１】米国特許６，５１７，０１７号に“Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｇａｔｈｅｒｉｎｇ  Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｓａｍｅ”
【特許文献２】米国特許公開公報２００７／００６３２９９に“ＣＭＯＳ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  ｓａｍｅ”
【特許文献３】米国特許第６，５４８，８３３号
【特許文献４】米国特許第５，９６５，８７５号
【特許文献５】米国特許第６，９６４，９１６号
【特許文献６】米国特許公開公報２００３／０１２４７５３号
【特許文献７】米国特許公開公報２００７／００５７３３８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が果たそうとする技術的な課題は、低感度とクロストーク（ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ）の劣化とを同時に解決できる新たな構造、すなわち、有機物カラーフィルタを使わないカラーピクセル、及びカラーピクセルを含むイメージセンサとを提供することである。
また、本発明が果たそうとする技術的な課題は、カラーピクセルを含むイメージセンサのカラー補間のための信号処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態によるカラーイメージセンサは、多様なカラー特性を有するピクセルを備える。イメージセンサは、シアン−タイプカラー特性を有するピクセル、例えば、イメージセンサセルを提供する。前記シアン−タイプカラー特性を有するピクセルは、１次的な光検出器と２次的な光検出器とを含む。
【００１１】
前記１次的な光検出器は、その上に入射される可視光線を受信するための構造を有する半導体基板の表面の一部に形成される。前記２次的な光検出器は、前記半導体基板内に埋め込まれている。前記２次的な光検出器は、前記１次的な光検出器を通過した可視光線を受信するための構造を有する。
【００１２】
前記２次的な光検出器は、前記１次的な光検出器を通過する可視光線を受信するように形成される。前記１次的な光検出器は、第１フォトダイオードを含み、前記イメージセンサは、前記第１フォトダイオードのカソードに電気的に接続されたソース／ドレイン領域を含む伝送トランジスタをさらに含む。前記２次的な光検出器は、前記ノードと電気的に接続されたカソードを含む第２フォトダイオードとを含む。前記２次的な光検出器は、前記ノードと電気的に接続されたカソードと前記第１フォトダイオードのカソードとともにＰ−Ｎ接合を形成するアノードを有する第２フォトダイオードとを含む。前記ノードは、電源供給ノードである。
【００１３】
本発明の実施形態によるイメージセンサは、半導体基板と、前記半導体基板内のピクセルの２ｘ２アレイとを含む。前記ピクセルの２ｘ２アレイは、相異なる光線収集特性を有する第１ピクセルと第２ピクセルと、相等しい光線収集特性を有する第３ピクセルと第４ピクセルとを含む。前記第１ピクセルは、前記半導体基板の表面の第１部分に隣接するように拡張された１次的な光検出器と、前記半導体基板に埋め込まれている２次的な光検出器とを含む。前記２次的な光検出器は、第１電圧にバイアスされた前記第１ピクセルのノードと電気的に接続された第１電荷運搬端子とを含む。前記２次的な光検出器は、前記１次的な光検出器を通過した可視光線を受信するように形成される。
【００１４】
本発明の実施形態によるイメージセンサは、ホワイトカラー特性を有するピクセル中に散在されている同数のフィルタ・フリー（ｆｉｌｔｅｒ−ｆｒｅｅ）シアン−タイプピルセルとフィルタ・フリーイエロータイプのピクセルとを有するピクセルのモザイクパターンを含む。
【００１５】
前記ピクセルのモザイクパターンは、ホワイトカラー特性を有する２Ｎ（Ｎは、正の整数）個のピクセル、Ｎ個のイエロータイプピクセル、Ｎ個のシアン−タイプピクセルとを含む。
前記ピクセルのモザイクパターンは、ピクセルの２ｘ２アレイを多数個含み、前記２ｘ２アレイは、フィルタ・フリーシアン−タイプピクセルと対角線に配されるフィルタ・フリーイエロータイプピクセル、及びホワイト−タイプピクセルと対角線に配される他のホワイト−タイプのピクセルとを含む。
【００１６】
本発明の実施形態による第１ホワイトピクセル、第２ホワイトピクセル、第３イエロータイプピクセル、及び第４シアン−タイプピクセルを有するピクセルの２ｘ２アレイを含むイメージセンサのカラー補間方法は、前記第１ホワイトピクセルと前記第２ホワイトピクセルとによって生成された第１ホワイトカラー値と第２ホワイトカラー値から前記第３イエロータイプピクセルと前記第４シアン−タイプピクセルのそれぞれに対する第３ホワイトカラー値と第４ホワイトカラー値とを補間する段階と、前記第４シアン−タイプピクセルによって生成されたシアンカラー値と前記第４ホワイトカラー値から前記第４シアン−タイプピクセルに対する第４レッドカラー値とを決定する段階と、前記第４レッドカラー値から前記第１ホワイトピクセル、前記第２ホワイトピクセル、及び前記第３イエロータイプピクセルから第２レッドカラー値と第３レッドカラー値とのそれぞれを補間する段階と、を含む。
【００１７】
前記イメージセンサのカラー補間方法は、前記第３イエロータイプピクセルによって生成されたイエロカラー値と前記第３ホワイトカラー値から前記第３イエロータイプピクセルに対する第３ブルーカラー値とを決定する段階と、前記第３ブルーカラー値から前記第１ホワイトピクセル、前記第２ホワイトピクセル、及び前記第４シアンピクセルに対する第２ブルーカラー値と第４ブルーカラー値とのそれぞれを補間する段階と、前記第１ないし第４ホワイトカラー値、前記第１ないし第４レッドカラー値、及び前記第１ないし第４ブルーカラー値から前記第１、第２、第３、及び第４ピクセルのそれぞれに対する第１、第２、第３、及び第４グリーンカラー値とのそれぞれを決定する段階と、をさらに含む。
【００１８】
前記第４レッドカラー値を決定する段階は、前記第４シアン−タイプピクセルによって生成されたシアンカラー値と前記第４ホワイトカラー値との間の差を決定する。前記第３ブルーカラー値を決定する段階は、前記第３イエロータイプピクセルによって生成されたイエロカラー値と前記第３ホワイトカラー値との間の差を決定する。前記第１グリーンカラー値を決定する段階は、前記第１ホワイトカラー値と、前記第１ブルーカラー値と前記第１レッドカラー値との和との差を決定する。
【００１９】
本発明の実施形態によるイメージセンサは、半導体基板と、前記半導体基板内のピクセルの２ｘ２アレイとを含む。前記ピクセルの２ｘ２アレイは、１次的な光検出器、及び前記１次的な光検出器を通過した可視光線を受信するための構造を有する２次的な光検出器とを含むシアン−タイプピクセルと、前記ピクセルの２ｘ２アレイで前記シアン−タイプピクセルの対角線の反対側に配されたイエロータイプピクセルと、前記ピクセルの２ｘ２アレイの対角線の反対側コーナーに配された一対のホワイト−タイプピクセルとを含む。
【００２０】
前記１次的な光検出器は、前記半導体基板の表面に隣接するように位置した第１Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードであり、前記２次的な光検出器は、前記半導体基板内で前記第１Ｐ−Ｎ接合フォトダイオード下部に埋め込まれた第２Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードである。
【００２１】
本発明の実施形態によるイメージ生成装置は、ホワイトカラー特性を有するピクセル中に散在されている同数のフィルタ・フリーシアン−タイプピクセルとイエロータイプピクセルとを有するモザイクパターンを含むイメージセンサと、前記イメージセンサから得られたホワイト−タイプイメージデータ、シアン−タイプイメージデータ、及びイエロータイプイメージデータからレッドイメージデータ、グリーンイメージデータ、及びブルーイメージデータを生成させるように形成する補間回路とを含む。
【００２２】
前記イメージ生成装置は、前記イメージセンサからカラーイメージデータを受信するように形成された相関二重サンプリング（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｄｏｕｂｌｅ  ｓａｍｐｌｉｎｇ；ＣＤＳ）回路と、前記ＣＤＳ回路の出力に電気的に接続された入力を有するアナログ−デジタル変換器とをさらに含む。前記補間回路は、前記アナログ−デジタル変換器によって生成されたホワイト−タイプイメージデータ、シアン−タイプイメージデータ、及びイエロータイプイメージデータを受信するように形成される。前記イメージ生成装置は、前記アナログ−デジタル変換器によって生成されたホワイト−タイプイメージデータ、シアン−タイプイメージデータ、及びイエロータイプイメージデータを受信するように形成されたフレームメモリをさらに含む。前記ホワイト−タイプイメージデータ、前記シアン−タイプイメージデータ、及び前記イエロータイプイメージデータからレッドイメージデータ、グリーンイメージデータ、及びブルーイメージデータを生成させる動作の間、前記補間回路は、前記フレームメモリから前記ホワイト−タイプイメージデータ、前記シアン−タイプイメージデータ、及び前記イエロータイプイメージデータを受信するように形成される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の実施形態によるフィルタ・フリーイメージセンサは、斜めに入射される入射光線に対する感度は、従来のピクセルの感度より遥かに増加する。
また、本発明の実施形態による有機物カラーフィルタを含まないピクセルに入射される波長帯域が従来のカラーフィルタを含むピクセルに入射される波長帯域より２倍以上大きいので、本発明の実施形態によるピクセルの感度は、従来のピクセルの感度より２倍以上増加する。また、本発明の実施形態による有機物カラーフィルタを含まないピクセルは、前記ピクセルのサイズを減少させる場合にもクロストーク問題を緩和させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付した図面を参照して、本発明を詳しく説明する。
図２Ａを参照すれば、本発明の実施形態によるＣＭＯＳイメージセンサセル（すなわち、ピクセル）の２×２アレイ２０は、図示されたように、ホワイト−タイプカラーピクセルＷ１、Ｗ２、シアン−タイプカラーピクセル（または、‘フィルタ・フリーシアン−タイプカラーピクセル’とも言う、Ｃｙ）、及びイエロータイプカラーピクセル（または、‘フィルタ・フリーイエロータイプピクセル’とも言う、Ｙ）を含む。以下、図３Ａないし図３Ｄのそれぞれを参照すれば、ＣＭＯＳイメージセンサセルは、半導体領域１００を含む基板内に形成される。半導体領域１００は、その上に入射される可視光線（例えば、キャプチャされるイメージ）を受信するように形成された前記基板の隣接表面を拡張する。
【００２５】
図２Ｂに図示されたように、“擬似シアン（Ｐｓｅｕｄｏ−Ｃｙａｎ）”と名付けられた曲線によって表われるシアン−タイプピクセルＣｙのカラー特性は、短波長の可視光線と関連して主な（ｄｏｒｍｉｎａｎｔ）ブルーＢカラー強度Ｉと主なグリーンＧカラー強度Ｉとを有するシアンフィルタ（図示せず）を有する従来のピクセルのカラー特性とほとんど近くなる。
【００２６】
シアンフィルタを有する従来のピクセルのカラー特性は、図２Ｂで“シアン（Ｃｙａｎ）”と名付けられた曲線によって表わされる。対照的に、図２Ｃに図示されたように、“擬似イエロ”と名付けられた曲線によって表われるイエロータイプＹピクセルのカラー特性は、長波長の可視光線と関連して主なグリーンＧカラー強度ＩとレッドＲカラー強度Ｉとを有するイエロフィルタ（図示せず）を有する従来のピクセルのカラー特性とほとんど近くなる。イエロフィルタを有する従来のピクセルのカラー特性は、図２Ｃで“イエロ”と名付けられた曲線によって表わされる。ホワイト−タイプピクセルＷ１、Ｗ２のカラー特性は、相対的に一定のブルー光線、グリーン光線、及びレッド光線をキャプチャした特性を有する強度曲線（図示せず）によって表わすことができる。前記ホワイト−タイプのピクセルのカラー特性は、カラーフィルタのない従来ピクセルのカラー特性と類似しうる。
【００２７】
図３Ａないし図３Ｂは、本発明の実施形態によるシアン−タイプピクセル３０ｃの光受信部を表わす。特に、図３Ａは、シアン−タイプピクセル３０ｃの一部分の横断面図であり、図３Ｂは、図３Ａに図示された方向と直交方向に見えるシアン−タイプピクセル３０ｃの他の横断面図である。図示されたように、シアン−タイプピクセル３０ｃは、その上に入射される可視光線λを受信するように形成される１次的な表面（ｐｒｉｍａｒｙ  ｓｕｒｆａｃｅ）を有する第１伝導性タイプ（すなわち、Ｐ型）の半導体領域１００（すなわち、半導体基板）を含む。
【００２８】
１次的な表面上に提供される電気的な絶縁層１０４は、イメージセンサセル（例えば、４Ｔセル）内の伝送トランジスタのゲート電極１０２のためのゲート絶縁層として利用することができる。シアン−タイプピクセル３０ｃの図示された部分は、１次的な表面にすぐ隣接した部分を拡張した（または、１次的な表面の一部に具現された）１次的な光検出器とＰ型半導体領域１００に埋め込まれている２次的な（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）光検出器とを含む。図示されたように、２次的な光検出器は、１次的な光検出器を通過した可視光線を受信できるように位置する。
【００２９】
図３Ａ及び図３Ｂの図示されたところによって、１次的な光検出器は、下部のＮ型領域３４内に少なくとも部分的に配されたＰ型領域３２を有する第１Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードであり得る。Ｐ型領域３２の深さｄ１は、約０．０５μｍから約０．３μｍの間の範囲であり、Ｎ型領域３４の深さｄ２は、約０．３μｍから約１．０μｍの間の範囲である。Ｐ型領域３２は、第１Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードのアノードとして動作し、Ｎ型領域３４は、第１Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードのカソードとして動作する。
【００３０】
２次的な光検出器は、周辺のＰ型半導体領域１００内で埋め込まれた（ｂｕｒｉｅｄ）Ｎ型層３６として形成されたＮ型領域を有する第２Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードを含みうる。埋め込まれたＮ型層３６は、第２Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードのカソードとして動作し、近く取り囲まれたＰ型半導体領域１００は、第２Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードのアノードとして動作する。
【００３１】
図３Ｂに図示されたように、２次的な光検出器の電荷運搬子端子を表わす第２Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードのカソードは、シアン−タイプピクセル３０ｃのノードと電気的に接続される。シアン−タイプピクセル３０ｃの多様な実施形態によれば、ノードは、第１電圧にバイアスされた半導体領域１００内でＮ型領域３７であり得る。第１電圧は、正の供給電圧（例えば、Ｖｄｄ）のような正の電圧とすることができる。Ｎ型コネクタ領域３５は、図示されたように、埋め込まれたＮ型層３６とＮ型領域３７とを電気的に接続するために基板１００内に提供されうる。
【００３２】
図３Ａを再び参照すれば、図２Ｂに図示されたように、第１Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードは、主な(primary)ブルーとグリーン波長光線を選択的に検出して主なレッド波長光線を通過させるために相対的に薄く形成される。対照的に、半導体領域１００内で第１Ｐ−Ｎ接合フォトダイオード下に埋め込まれた第２Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードは、１次的な表面から距離ｄ３のために主なレッド波長光線を選択的に検出するように構成される。距離ｄ３は、約０．５μｍから約３．０μｍの範囲であり得る。
【００３３】
第１Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードによる主なブルー光線と主なグリーン光線の検出は、第１Ｐ−Ｎ接合ダイオードの空乏領域（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）内で正孔対（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅ  ｐａｉｒｓ）の生成を引き起こす。従来技術によって理解したように、Ｎ型領域３４によって収集された電子ｅ−は、伝送ゲート電極１０２の動作によってＮ型フローティング拡散（ＦＤ）領域３８に伝送されうる。
【００３４】
このような伝送は、伝送ゲート電極１０２に十分な正のバイアスが適用されたことに応答して、Ｐ型領域１００に形成されたＮ型反転層チャンネル（Ｎ−ｔｙｐｅ  ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｌａｙｅｒ  ｃｈａｎｎｅｌ；図示せず）によって提供される。対照的に、前記第２Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードによる主なレッド（ｒｅｄ）光線の検出は、正にバイアスされたノード領域３７によって収集されたＮ型埋込み層３６内で電子の生成をもたらす。このような方式で、図３Ａ及び図３Ｂに図示されたシアン−タイプピクセル３０ｃの光受信部は、イメージセンサセル（例えば、４Ｔセル）内で従来の埋込みフォトダイオード（ＢＰＤ）１２を取り替える。しかし、本発明の他の実施形態によれば、Ｎ型埋込み（ｂｕｒｉｅｄ）層３６によって収集された電子は、ピクセル内の回路（図示せず）に通過され、１次的な表面上に入射された可視光線と連関されたレッド光線カラー値の計算を容易にするために分けて処理する。
【００３５】
図３Ｃを参照すれば、本発明の実施形態によるイエロータイプピクセル３０ｙの光受信部は、入射される可視光線λを受信するために構成される１次的な表面を有する第１伝導性タイプ（例えば、Ｐ型）の半導体領域１００（例えば、半導体基板）を含む。１次的な表面に提供された電気的な絶縁層１０４は、イメージセンサセル（例えば、４Ｔセル）内の伝送トランジスタのゲート電極１０２のためのゲート絶縁層として利用することができる。
【００３６】
イエロータイプピクセル３０ｙの図示された部分は、１次的な表面に対応する部分にすぐ隣接する拡張された光検出器を含む。光検出器は、下部のＮ型領域３４′内で少なくとも部分的に配されたＰ型領域３２′を有するＰ−Ｎ接合フォトダイオードであり得る。Ｐ型領域３２′の深さｄ４は、約０．０５μｍから０．３μｍの間の範囲であり、Ｎ型領域３４′の深さｄ５は、０．３μｍから１．０μｍの間の範囲であり得る。Ｐ型領域３２′は、Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードのアノードとして動作し、Ｎ型領域３４′は、Ｐ−Ｎ接合フォトダイオードのカソードとして動作する。
【００３７】
可視光線吸収層３３は、図示されたように、１次的な表面上に提供される。本発明の実施形態によれば、可視光線吸収層３３は、約１０００Åから約４０００Åの範囲内の厚さを有する多重シリコン層（ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ  ｌａｙｅｒ）であり得る。可視光線吸収層３３は、主なブルーと主なグリーン波長光線とを吸収するための十分な厚さを有する。したがって、Ｐ型領域３２′とＮ型領域３４′とによって定義されたＰ−Ｎ接合フォトダイオード下部は、主なレッド波長光線を受信するように動作する。
【００３８】
図３ＣのＰ−Ｎ接合フォトダイオードによる主なレッドと主なグリーン光線の検出は、Ｎ型領域３４′内で正孔対の生成を引き起こす。Ｎ型領域３４′によって収集された電子ｅ−は、伝送ゲート電極１０２の動作によってＮ型フローティング拡散（ＦＤ）領域に伝送されうる。このような伝送は、伝送ゲート電極１０２に印加された十分な正のバイアスに応答して、Ｐ型領域１００に形成されたＮ型反転層チャンネル（図示せず）によって提供される。このように、図３Ｃに図示されるイエロータイプピクセル３０ｙの光受信部は、イメージセンサセル（例えば、４Ｔセル）内で従来の埋込みフォトダイオード１２を取り替える。
【００３９】
図３Ｄを参照すれば、本発明の実施形態によるホワイト−タイプピクセル３０ｗの光受信部は、その上に入射される可視光線λを受信するように形成された１次的な表面を含む第１伝導性タイプ（例えば、Ｐ型）の半導体領域１００（例えば、半導体基板）を含む。１次的な表面上に提供された電気的な絶縁層１０４は、イメージセンサセル（例えば、４Ｔセル）内で伝送トランジスタのゲート電極１０２のためのゲート絶縁層として利用することができる。ホワイト−タイプピクセル３０ｗの図示された部分は、１次的な表面の対応する部分にすぐ隣接して拡張された光検出器を含む。光検出器は、下部のＮ型領域３４″内で少なくとも部分的に配されたＰ型領域３２″を有するＰ−Ｎ接合フォトダイオードであり得る。Ｐ型領域３２″の深さｄ６は、約０．０５μｍから約０．３μｍの間の範囲であり、Ｎ型領域３４″の深さｄ７は、約０．３μｍから約１．０μｍの間の範囲であり得る。
【００４０】
図３ＤのＰ−Ｎ接合フォトダイオードによる光の検出は、Ｎ型領域３４″内で正孔対の生成を引き起こす。Ｎ型領域３４″によって収集された電子ｅ−は、伝送ゲート電極１０２の動作によってＮ型フローティング拡散（ＦＤ）領域３８に伝送されうる。このような伝送は、十分な正のバイアスが伝送ゲート電極１０２に印加されるにつれてＰ型領域１００に形成されたＮ型反転層チャンネル（図示せず）によって提供される。このように、図３Ｄに図示されたホワイト−タイプピクセル３０ｗの光受信部は、イメージセンサセル（例えば、４Ｔセル）内で従来の埋込みフォトダイオード１２を取り替える。
【００４１】
図４Ａは、本発明の実施形態によるイメージ検出と生成システム４０とを表わす。図示されたように、システム４０は、その内にピクセルのモザイクパターン（ｍｏｓａｉｃ  ｐａｔｔｅｒｎ）を有するピクセルアレイ２０を含む。このようなピクセルのモザイクパターンは、ホワイトカラー特性を有するピクセルＷ中に散在されているシアン−タイプとイエロータイプピクセルＣとＹとの数と同数を含む。特に、図２Ａによって図示されたピクセルの２ｘ２アレイを含むピクセルのモザイクパターンは、Ｎ個のイエロータイプピクセルとホワイト特性を有する２Ｎ個のピクセル中で散在されているＮ個のシアン−タイプピクセルとを含む。ここで、Ｎは、正の整数である。
【００４２】
アレイ２０のピクセル内のイメージセンサ回路は、キャプチャされたイメージまたはキャプチャされたイメージのシーケンスと連関されたイメージセンサデータを生成させるために構成される。イメージセンサデータは、シアン−タイプピクセル、イエロータイプピクセル、及びホワイト−タイプピクセルによってキャプチャされた加工されていないデータ（ｒａｗ  ｄａｔａ）を表わす。
【００４３】
図４Ａのシステム４０によれば、このようなイメージセンサデータは、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路４２に提供される。ＣＤＳ回路４２の出力は、アナログ−デジタル−変換器４４を通じてデータ（例えば、多数のキャプチャされたイメージ）の多重フレームを保存するために十分な容量を有するフレームメモリ４６に伝送される。第１カラーイメージデータ（ホワイト−シアン−イエロ、ＷＣＹ）として見なされてフレームメモリ４６によって保存されたデータは、補間回路４８を通過する。
【００４４】
図４Ｂを参照して説明される、補間回路４８は、第１カラーイメージデータを従来のレッド−グリーン−ブルー（ＲＧＢ）データフォーマットを有する第２カラーイメージデータに変換するためのものである。イメージ処理動作は、ピクセルアレイ２０によってキャプチャされた元のイメージに対応するイメージを生成させるイメージ信号処理器５０によって第２カラーイメージデータに対して実行されうる。
【００４５】
図４Ａの補間回路４８によって実行される動作は、二つのホワイト−タイプピクセルＷ１、Ｗ２、シアン−タイプピクセルＣｙ、及びイエロータイプピクセルＹを有する２ｘ２ピクセルアレイ２０からレッドＲカラー値、グリーンＧカラー値、及びブルーＢカラー値の完全なセットを生成させる動作を図示した図４Ｂを参照して十分に説明される。特に、第１補間動作は、ピクセルＰ１、Ｐ２によって生成されたホワイトカラー値Ｗ１、Ｗ２からピクセルＰ３、Ｐ４と連関されたホワイトカラー値Ｗ３、Ｗ４を決定するために実行される（ブロック４８ａ）。第１補間動作は、従来の補間アルゴリズムを利用できる。そして、第４ピクセルＰ４と連関されたレッドカラー値Ｒ４は、ホワイトカラー値Ｗ４、及び前記第４ピクセルＰ４によって生成された擬似シアンカラー値ＣＹ４の補間から計算される（ブロック４８ｂ）。このような計算は、数式１によって計算されうる。
【００４６】
Ｒ４＝（Ｗ４−ＣＹ４）／α      …（数式１）
ここで、αは、埋込み層３６に関連した吸収係数を表わす（例えば、図３Ａ及び図３Ｂを参照）。そして、計算されたレッドカラー値Ｒ４は、ピクセルＰ１、Ｐ２、及びＰ３のそれぞれに連関されたレッドカラー値Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３を補間するために使われる（ブロック４８ｃ）。
【００４７】
【表１】
2008187169.tif 000003
【００４８】
すなわち、表１に図示されたように、数式１を用いて決定されたレッドカラー値Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ４１、及びＲ４３は、次の式によってＲ２２、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、及びＲ４２を補間するために使われる。
Ｒ２２＝（Ｒ２１＋Ｒ２３）／２
Ｒ４２＝（Ｒ４１＋Ｒ４３）／２
Ｒ３１＝（Ｒ２１＋Ｒ４１）／２
Ｒ３３＝（Ｒ２３＋Ｒ４３）／２
Ｒ３２＝（Ｒ２２＋Ｒ３１＋Ｒ４２＋Ｒ３３）／４
【００４９】
ブロック４８ｄを参照すれば、第３ピクセルＰ３と連関されたブルーカラー値Ｂ３は、ホワイトカラー値Ｗ３と第３ピクセルＰ３によって生成された擬似イエロカラー値Ｙ３との補間から計算される。このような計算は、数式２によって計算される。
【００５０】
Ｂ３＝（Ｗ３−Ｙ３）／β      …（数式２）
ここで、βは、可視光線吸収層３３（例えば、図３Ｃを参照）と連関された吸収係数を表わす。そして、計算されたブルーカラー値Ｂ３は、ピクセルＰ１、Ｐ２、及びＰ４のそれぞれと連関されたブルーカラー値Ｂ１、Ｂ２、及びＢ４のそれぞれを補間するために使われる。
【００５１】
【表２】
2008187169.tif 000004
【００５２】
すなわち、表２に図示されたように、数式２を用いて決定されたブルーカラー値Ｂ１２、Ｂ１４、Ｂ３２、及びＢ３４は、次の式によってＢ１３、Ｂ２２、Ｂ３３、Ｂ２４、及びＢ２３を補間するために使われる。
Ｂ１３＝（Ｂ１２＋Ｂ１４）／２
Ｂ２２＝（Ｂ１２＋Ｂ３２）／２
Ｂ３３＝（Ｂ３２＋Ｂ３４）／２
Ｂ２４＝（Ｂ１４＋Ｂ３４）／２
Ｂ２３＝（Ｂ１２＋Ｂ３２＋Ｂ３４＋Ｂ１４）／４
【００５３】
最後に、ブロック４８ｆに図示されたように、ピクセルＰ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４と連関されたグリーンカラー値Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、及びＧ４は、計算される。このような計算は、数式３によって計算される。
【００５４】
Ｇｎ＝（Ｗｎ−（Ｒｎ＋Ｂｎ））      …（数式３）
ここで、ｎは、ピクセルの数字を表わす。したがって、ブロック４８ａないしブロック４８ｆによって図示された動作は、それぞれの２ｘ２アレイ２０内でホワイト−タイプ、シアン−タイプ、及びイエロータイプピクセルのそれぞれのためのレッド、グリーン、及びブルーカラー値の生成をもたらす。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の実施形態による集積回路は、イメージセンサ、及び前記イメージセンサを含むイメージ生成装置に利用されうる。また、本発明の実施形態によるカラー補間方法は、イメージ生成装置に使われうる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来技術による、４個トランジスタ（４Ｔ）ＣＭＯＳイメージセンサセルの概略的な回路図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態によるホワイトＷ１、Ｗ２、シアン−タイプＣｙ、及びイエロータイプＹカラー特性を有するＣＭＯＳイメージセンサセル（例えば、ピクセル）の２ｘ２アレイを表わす。
【図２Ｂ】本発明の実施形態によるシアン−タイプピクセルのカラー特性を表わすグラフである。
【図２Ｃ】本発明の実施形態によるイエロータイプピクセルのカラー特性を表わすグラフである。
【図３Ａ】本発明の実施形態によるシアン−タイプピクセルの一部分の横断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに図示された方向から直交方向に見える図３Ａの前記シアン−タイプピクセルの他の横断面図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態によるイエロータイプピクセルの一部分の横断面図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態によるホワイト−タイプピクセルの一部分の横断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態によるイメージ生成装置のブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による図４Ａの補間回路によって実行されうる動作のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
３６：Ｎ型埋込み層
３８：フローティング拡散領域
４２：ＣＤＳ回路
４４：ＡＤＣ
４６：フレームメモリ
４８：補間回路
５０：イメージ信号プロセッサ
１００：半導体領域
１０４：絶縁層
【図１】
2008187169.tif 000005
【図２Ａ】
2008187169.tif 000006
【図２Ｂ】
2008187169.tif 000007
【図２Ｃ】
2008187169.tif 000008
【図３Ａ】
2008187169.tif 000009
【図３Ｂ】
2008187169.tif 000010
【図３Ｃ】
2008187169.tif 000011
【図３Ｄ】
2008187169.tif 000012
【図４Ａ】
2008187169.tif 000013
【図４Ｂ】
2008187169.tif 000014