JPH1074926A - Solid-state image pickup element - Google Patents

Solid-state image pickup element

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Publication number
JPH1074926A
JPH1074926A JP8230856A JP23085696A JPH1074926A JP H1074926 A JPH1074926 A JP H1074926A JP 8230856 A JP8230856 A JP 8230856A JP 23085696 A JP23085696 A JP 23085696A JP H1074926 A JPH1074926 A JP H1074926A
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JP
Japan
Prior art keywords
photosensitive
solid
sections
image pickup
lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP8230856A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryoji Suzuki
亮司 鈴木
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH1074926A publication Critical patent/JPH1074926A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the sensitivity of a solid-state image pickup element by increasing substantially the numerical apertures of picture elements by respectively providing photosensitive sections, corresponding to the light condensing sections of on-chip lenses and lens gap sections between adjacent on-chip lenses." SOLUTION: A solid-state image pickup element has image pickup areas composed of photosensitive sections 11 which become pixels and vertical transfer registers 12a and 12b which are formed on one side of the photosensitive sections 11 as signal reading-out sections and have CCD structures. On the image pickup area, a first photosensitive section 11a is formed at the position, corresponding to the light-condensing sections of on-chip lenses 19 composed of micro-lenses correspondingly to each picture element. At the same time, second photosensitive sections 11b are formed at the positions, corresponding to the lens gap sections 20 between the adjacent on-chip lenses 19. Since the lenses 19, lens gap section 20, and photosensitive sections 11 are arranged in the above-mentioned manner, the image pickup element may also receive light which pass through the lens gap sections 20. Therefore, the numeral apertures of the picture elements and, accordingly, the sensitivity of the image pickup elements can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばCCD型、
増幅型等の固体撮像素子に係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to an amplification type solid-state imaging device.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常、固体撮像素子においては、光電変
換を行う感光部の上にオンチップレンズを配置形成し
て、入射光を集光させることにより画素の開口率を上げ
ている。
2. Description of the Related Art Normally, in a solid-state imaging device, an on-chip lens is arranged on a photosensitive portion for performing photoelectric conversion, and the aperture ratio of a pixel is increased by converging incident light.

【0003】図7及び図8にオンチップレンズを形成し
たCCD型固体撮像素子の例を示す。図7は撮像領域の
断面図、図8はその上面図である。この固体撮像素子4
0は、いわゆる縦型オーバーフロー構造をなし、例えば
n型のシリコンからなる半導体基板41上に例えばp型
の第1の半導体ウエル領域42が形成され、この第1の
p型の半導体ウエル領域42の表面に感光部(即ち受光
部)51を構成するための、n型の不純物拡散領域43
及びこの上のp型の正電荷蓄積領域44が形成される。
また、感光部51から離れた位置の第1の半導体ウエル
領域42にp型の第2の半導体ウェル領域45及び垂直
転送レジスタを構成するためのn型の転送チャネル領域
46が形成され、さらにp型のチャネルストップ領域5
4が形成される。ここで、第1の半導体ウエル領域42
は、いわゆるオーバーフローバリア領域となる。
FIGS. 7 and 8 show examples of a CCD type solid-state imaging device having an on-chip lens. FIG. 7 is a sectional view of the imaging region, and FIG. 8 is a top view thereof. This solid-state imaging device 4
Numeral 0 denotes a so-called vertical overflow structure in which, for example, a first p-type semiconductor well region 42 is formed on a semiconductor substrate 41 made of, for example, n-type silicon. An n-type impurity diffusion region 43 for forming a photosensitive portion (that is, a light receiving portion) 51 on the surface.
In addition, a p-type positive charge storage region 44 is formed thereon.
Further, a p-type second semiconductor well region 45 and an n-type transfer channel region 46 for forming a vertical transfer register are formed in the first semiconductor well region 42 at a position distant from the photosensitive portion 51. Channel stop region 5
4 are formed. Here, the first semiconductor well region 42
Becomes a so-called overflow barrier region.

【0004】転送チャネル領域46、チャネルストップ
領域54及び読み出しゲート部52上にゲート絶縁膜5
5を介して、例えば多結晶シリコンからなる転送電極5
6が形成される。これら転送チャネル領域46、ゲート
絶縁膜55及び転送電極56によりCCD構造の垂直転
送レジスタ53が構成される。そして、感光部51と転
送レジスタ53との間に読み出しゲート部52が形成さ
れる。
The gate insulating film 5 is formed on the transfer channel region 46, the channel stop region 54, and the read gate portion 52.
5, a transfer electrode 5 made of, for example, polycrystalline silicon.
6 are formed. The transfer channel region 46, the gate insulating film 55, and the transfer electrode 56 constitute a vertical transfer register 53 having a CCD structure. Then, a read gate section 52 is formed between the photosensitive section 51 and the transfer register 53.

【0005】転送電極56上を被覆する層間絶縁層57
を介して感光部51の開口を除く他所全面にAl遮光膜
18が形成される。さらに、平坦化絶縁層50を介して
これの上に、各感光部11に対応するように、透明なマ
イクロレンズからなるオンチップレンズ59が形成され
てなる。感光部51は画素となるもので、複数の感光部
51がマトリックス状に配列され、この各画素に対応し
てオンチップレンズ59が形成されることになる。
[0005] An interlayer insulating layer 57 covering the transfer electrode 56
The Al light-shielding film 18 is formed on the entire surface except for the opening of the photosensitive section 51 through the opening. Further, an on-chip lens 59 made of a transparent microlens is formed on the flattening insulating layer 50 via the flattening insulating layer 50 so as to correspond to each photosensitive portion 11. The photosensitive section 51 is a pixel, and a plurality of photosensitive sections 51 are arranged in a matrix, and an on-chip lens 59 is formed corresponding to each pixel.

【0006】この固体撮像素子40においては、オンチ
ップレンズ59で集光された光Lが感光部51に受光さ
れ、光電変換されて受光量に応じた信号電荷が感光部5
1に蓄積される。この感光部51の信号電荷が読み出し
ゲート部52を通じて電荷転送レジスタ53に読み出さ
れ、さらに垂直転送レジスタ53を転送して、図示しな
いが水平転送レジスタを通して出力される。
In the solid-state image pickup device 40, the light L condensed by the on-chip lens 59 is received by the photosensitive portion 51, and is photoelectrically converted.
1 is stored. The signal charges of the photosensitive section 51 are read out to the charge transfer register 53 through the readout gate section 52, and further transferred to the vertical transfer register 53, and output through a horizontal transfer register (not shown).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の固体撮像素子40では、隣り合うレンズ59
とレンズ59との間の部分(レンズギャップ部60)に
入射した光は受光することができないため、実質的な開
口率はレンズギャップ部60の分小さくなっていた。
However, in such a conventional solid-state imaging device 40, the adjacent lenses 59
Since the light incident on the portion between the lens and the lens 59 (the lens gap portion 60) cannot be received, the substantial aperture ratio has been reduced by the lens gap portion 60.

【0008】オンチップレンズを有する固体撮像素子に
おいては、画素の実質的な開口率を上げて、更なる感度
の向上が望まれている。
In a solid-state image pickup device having an on-chip lens, it is desired to further increase the sensitivity by increasing the substantial aperture ratio of pixels.

【0009】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、レンズにより集光された部分以外における受光
も可能とすることにより、画素の実質的な開口率を大き
くし、感度の向上を図った固体撮像素子を提供するもの
である。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention makes it possible to receive light in a portion other than the portion focused by the lens, thereby increasing the substantial aperture ratio of the pixel and improving the sensitivity. And a solid-state imaging device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、オンチップレンズの集光部と、隣り合うオンチップ
レンズ間のレンズギャップ部とに対応して、それぞれ感
光部が設けて成る。
The solid-state imaging device according to the present invention is provided with a photosensitive portion corresponding to a condensing portion of an on-chip lens and a lens gap portion between adjacent on-chip lenses.

【0011】上述の本発明の構成によれば、レンズギャ
ップ部の下にも感光部を設けることにより、レンズギャ
ップ部に入射した光も光電変換させることができ、開口
率を上げることができ、感度の向上が図れる。
According to the configuration of the present invention described above, by providing the photosensitive portion below the lens gap, light incident on the lens gap can be photoelectrically converted, and the aperture ratio can be increased. The sensitivity can be improved.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の固体撮像素子は、各画素
に対応するオンチップレンズを有し、オンチップレンズ
の集光部と、隣り合うオンチップレンズ間のレンズギャ
ップ部とに対応して、それぞれ感光部が設けられた構成
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A solid-state imaging device according to the present invention has an on-chip lens corresponding to each pixel, and corresponds to a condensing portion of the on-chip lens and a lens gap between adjacent on-chip lenses. In this configuration, each of the photosensitive units is provided.

【0013】本発明は、上記固体撮像素子において、オ
ンチップレンズの集光部に対応した感光部と、レンズギ
ャップ部に対応した感光部とにより1画素を構成する。
According to the present invention, in the solid-state image pickup device, one pixel is constituted by a photosensitive portion corresponding to a condensing portion of an on-chip lens and a photosensitive portion corresponding to a lens gap portion.

【0014】本発明は、上記固体撮像素子において、1
画素に2つの感光部と、2つの信号の読み出し部を設
け、感光部と読み出し部の一方の組を集光部の受光に、
他方の組をレンズギャップ部の受光に用いる構成とす
る。
According to the present invention, there is provided the above-mentioned solid-state imaging device.
A pixel is provided with two photosensitive units and two signal readout units, and one set of the photosensitive unit and the readout unit is used for light reception of the light-collecting unit.
The other set is used for light reception at the lens gap.

【0015】本発明は、上記固体撮像素子において、オ
ンチップレンズの集光部に対応した感光部と、レンズギ
ャップ部に対応した感光部とにより1画素を構成し、そ
れぞれの感光部に対応して信号の読み出し部を設けた構
成とする。
According to the present invention, in the solid-state image pickup device, one pixel is constituted by a photosensitive portion corresponding to a condensing portion of an on-chip lens and a photosensitive portion corresponding to a lens gap portion. And a signal reading unit is provided.

【0016】本発明は、上記固体撮像素子において、オ
ンチップレンズの集光部に対応した感光部と、レンズギ
ャップ部に対応した感光部との間に信号の読み出し部を
設けた構成とする。
According to the present invention, in the solid-state image pickup device, a signal reading section is provided between a photosensitive section corresponding to a condensing section of an on-chip lens and a photosensitive section corresponding to a lens gap section.

【0017】以下、図面を参照して本発明の固体撮像素
子の実施例を説明する。図1及び図2は、本発明の固体
撮像素子の一実施例を示すもので、本例では縦型オーバ
ーフロー構造のCCD固体撮像素子に適用した場合であ
る。図1は撮像領域の断面図、図2はその上面図であ
る。
Hereinafter, embodiments of the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 show one embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. In this embodiment, the embodiment is applied to a CCD solid-state imaging device having a vertical overflow structure. FIG. 1 is a cross-sectional view of the imaging region, and FIG. 2 is a top view thereof.

【0018】本例のCCD固体撮像素子1は、画素とな
る感光部(受光部)11と、その一方の側に形成された
信号の読み出し部となるCCD構造の垂直転送レジスタ
12とからなる撮像領域上に、各画素に対応してマイク
ロレンズから成るオンチップレンズ19の集光部に対応
する位置に第1の感光部11aが形成されると共に、隣
り合うオンチップレンズ19間のいわゆるレンズギャッ
プ部20に対応する位置に第2の感光部11bが形成さ
れ、各第1及び第2の感光部11a及び11bのそれぞ
れの一方の側に対応する感光部11a,11bからの信
号電荷を転送するためのCCD構造の第1の垂直転送レ
ジスタ12a及び第2の垂直転送レジスタ12bが形成
され、第1及び第2の2つの感光部11a及び11bに
よって1画素を構成する感光部11が構成され、第1及
び第2の垂直転送レジスタ12a及び12bによって1
画素を構成する垂直転送レジスタが構成するようになさ
れる。
The CCD solid-state image pickup device 1 of this embodiment has an image pickup device comprising a photosensitive section (light receiving section) 11 serving as a pixel and a vertical transfer register 12 having a CCD structure serving as a signal reading section formed on one side thereof. On the region, a first photosensitive portion 11a is formed at a position corresponding to a light collecting portion of an on-chip lens 19 composed of a micro lens corresponding to each pixel, and a so-called lens gap between adjacent on-chip lenses 19 is formed. A second photosensitive portion 11b is formed at a position corresponding to the portion 20, and transfers signal charges from the corresponding photosensitive portions 11a and 11b to one side of each of the first and second photosensitive portions 11a and 11b. A first vertical transfer register 12a and a second vertical transfer register 12b having a CCD structure are formed, and one pixel is constituted by the first and second photosensitive units 11a and 11b. Photosensitive unit 11 which is composed, 1 by the first and second vertical transfer registers 12a and 12b
A vertical transfer register constituting a pixel is constituted.

【0019】即ち、図1に示すように、この固体撮像素
子1は、第1導電型例えばn型のシリコンからなる半導
体基板2上に第2導電型例えばp型の第1の半導体ウエ
ル領域3が形成され、この第1のp型の半導体ウエル領
域3の表面に2つの感光部即ち第1の感光部11a及び
第2の感光部11bをそれぞれ構成するための、n型の
不純物拡散領域4及びこの上のp型の正電荷蓄積領域5
が形成される。また、感光部11a及び11bのそれぞ
れの一方の側にこれより少し離れた位置の第1の半導体
ウエル領域3にp型の第2の半導体ウェル領域6及び垂
直転送レジスタ12a,12bを構成するためのn型の
転送チャネル領域7が形成され、さらにp型のチャネル
ストップ領域14が形成される。ここで、第1の半導体
ウエル領域3は、いわゆるオーバーフローバリア領域と
なる。
That is, as shown in FIG. 1, this solid-state imaging device 1 has a semiconductor substrate 2 made of silicon of a first conductivity type, for example, n-type silicon, and a first semiconductor well region 3 of a second conductivity type, for example, a p-type silicon. Are formed on the surface of the first p-type semiconductor well region 3, and an n-type impurity diffusion region 4 for forming two photosensitive portions, that is, a first photosensitive portion 11a and a second photosensitive portion 11b, respectively. And the p-type positive charge storage region 5 thereon
Is formed. Further, in order to form the p-type second semiconductor well region 6 and the vertical transfer registers 12a and 12b in the first semiconductor well region 3 slightly away from the one side of each of the photosensitive portions 11a and 11b. Is formed, and a p-type channel stop region 14 is further formed. Here, the first semiconductor well region 3 becomes a so-called overflow barrier region.

【0020】転送チャネル領域7、チャネルストップ領
域14及び読み出しゲート部13a,13b上にゲート
絶縁膜15を介して、例えば多結晶シリコンからなる転
送電極16が形成され、転送チャネル領域7、ゲート絶
縁膜15及び転送電極16によりCCD構造の第1及び
第2の垂直転送レジスタ12a及び12bが構成され
る。そして、各感光部11a,11bと対応する垂直転
送レジスタ12a,12bとの間にそれぞれ読み出しゲ
ート部13a,13bが形成される。
A transfer electrode 16 made of, for example, polycrystalline silicon is formed on the transfer channel region 7, the channel stop region 14, and the read gate portions 13a and 13b via a gate insulating film 15, and the transfer channel region 7, the gate insulating film The first and second vertical transfer registers 12a and 12b having a CCD structure are constituted by the transfer electrodes 15 and the transfer electrodes 16. Then, read gate sections 13a and 13b are formed between the respective photosensitive sections 11a and 11b and the corresponding vertical transfer registers 12a and 12b, respectively.

【0021】転送電極16上を被覆する層間絶縁層17
を介して感光部11a,11bの開口を除く他所全面に
Al遮光膜18が形成される。さらに、平坦化絶縁層1
0を介してこれの上に感光部11上に透明なマイクロレ
ンズからなるオンチップレンズ19が形成され、このと
き、オンチップレンズ19は、その集光部が各第1の感
光部11aに対応し、各隣り合うオンチップレンズ19
間のレンズギャップ部20が各第2の感光部11bに対
応するように形成される。2つの感光部11a,11b
によって1画素が構成されるもので、この2つ1組の感
光部11(11a,11b)が複数マトリックス状に配
列されている(図2参照)。
Interlayer insulating layer 17 covering transfer electrode 16
An Al light-shielding film 18 is formed on the entire surface except for the openings of the photosensitive portions 11a and 11b via the. Further, the planarization insulating layer 1
An on-chip lens 19 made of a transparent microlens is formed on the photosensitive portion 11 via the first photosensitive portion 11 and the condensing portion of the on-chip lens 19 corresponds to each first photosensitive portion 11a. And each adjacent on-chip lens 19
A lens gap portion 20 is formed so as to correspond to each second photosensitive portion 11b. Two photosensitive units 11a and 11b
A single pixel is constituted by a plurality of photosensitive units 11 (11a, 11b) arranged in a matrix (see FIG. 2).

【0022】上述のように本例では、1画素に2つの感
光部11a,11bと2つの垂直転送レジスタ12a,
12bを有し、一方の感光部11a及び垂直転送レジス
タ12aの組がオンチップレンズ19で集光された光L
1 の受光検出に用いられ、他方の感光部11b及び垂直
転送レジスタ12bの組がオンチップレンズ19の間の
溝状のレンズギャップ部20を通過した光L2 の受光検
出に用いられる。
As described above, in this example, two photosensitive units 11a and 11b and two vertical transfer registers 12a,
12b, one set of the photosensitive portion 11a and the vertical transfer register 12a is a light L condensed by the on-chip lens 19.
Used in the first light receiving detection, used for receiving the detection light L 2 having passed through the groove-shaped lens gap 20 between pairs of the other photosensitive portion 11b and the vertical transfer register 12b is the on-chip lens 19.

【0023】本例の転送方式は、図3に概略構成図を示
すように、1画素(ユニットセル)Uに、感光部、読み
出しゲート部及び垂直転送レジスタの組が2組(11
a,13a,12aと11b,13b,12b)あり、
2本の垂直転送レジスタ12a,12bがそれぞれ並行
して、垂直方向の他の画素と共通して、垂直方向への電
荷の転送を行っている。
In the transfer method of this embodiment, as shown in a schematic configuration diagram in FIG. 3, one pixel (unit cell) U includes two sets (11 sets) of a photosensitive section, a read gate section, and a vertical transfer register.
a, 13a, 12a and 11b, 13b, 12b),
The two vertical transfer registers 12a and 12b transfer charges in the vertical direction in parallel with other pixels in the vertical direction.

【0024】上述した本実施例に係るCCD固体撮像素
子1によれば、オンチップレンズ19で集光された光L
1 が第1の感光部11aに受光され、レンズギャップ部
20を透過した光L2 が第2の感光部11bに受光さ
れ、それぞれの受光部11a及び11bでの光電変換に
よる信号電荷がそれぞれ対応する第1及び第2の垂直転
送レジスタを通じて転送され、その後、1画素の加算さ
れた信号として出力される。従って、第1及び第2の感
光部11a,11bによって撮像部に入射される光を無
駄なく利用することができ、1画素としての開口率が向
上し、感度を向上することができる。
According to the CCD solid-state imaging device 1 according to the above-described embodiment, the light L condensed by the on-chip lens 19
1 is received by the first photosensitive portion 11a, light L 2 transmitted through the lens gap portion 20 is received by the second photosensitive portion 11b, and signal charges by photoelectric conversion in the respective light receiving portions 11a and 11b correspond to each other. Then, the signal is transferred through the first and second vertical transfer registers, and is then output as an added signal of one pixel. Therefore, the light incident on the imaging unit by the first and second photosensitive units 11a and 11b can be used without waste, and the aperture ratio as one pixel can be improved, and the sensitivity can be improved.

【0025】この固体撮像素子1では、オンチップレン
ズ19によって集光された光L1 による電荷と、レンズ
ギャップ部を通過した光L2 による電荷を別々に得るこ
とができるので、強弱2種類の信号が得られることも特
長となる。
In the solid-state imaging device 1, since the electric charge due to the light L 1 condensed by the on-chip lens 19 and the electric charge due to the light L 2 passing through the lens gap can be separately obtained, two types of strong and weak are available. Another feature is that a signal can be obtained.

【0026】この場合には、オンチップレンズ19によ
って集光された光L1 と、レンズギャップ部を通過した
光L2 との集光度が異なり(集光度はL1 >L2 )、第
1の感光部11aを高感度感光部、第2の感光部11b
を低感度感光部としてそれぞれ構成することができるこ
とから、この感度の異なる両感光部11a及び11bの
信号を加算するようにして小光量から大光量までの広範
囲にわたって階調を得るようにした高ダイナミックレン
ジのCCD固体撮像素子が得られる。
In this case, the light L 1 condensed by the on-chip lens 19 and the light L 2 having passed through the lens gap have different light condensing degrees (light condensing degree L 1 > L 2 ). Of the high-sensitivity photosensitive section, and the second photosensitive section 11b
Can be configured as low-sensitivity photosensitive sections, respectively. Therefore, a high dynamic range in which a gradation is obtained over a wide range from a small light quantity to a large light quantity by adding the signals of both photosensitive sections 11a and 11b having different sensitivities. A range of CCD solid-state imaging devices is obtained.

【0027】この固体撮像素子1における信号処理は、
集光された光L1 を受光する感光部11aからの信号
と、レンズギャップ部を通過した光L2 を受光する感光
部11bからの信号を、そのまま加算することもでき
る。この例では、信号の加算を行う場所は、水平転送レ
ジスタ、あるいはその先の信号処理回路とすることがで
きる。
The signal processing in the solid-state imaging device 1 is as follows.
A signal from the photosensitive unit 11a for receiving the condensed light L 1, a signal from the photosensitive unit 11b that receives light L 2 having passed through the lens gap can be directly added. In this example, the location where signal addition is performed can be a horizontal transfer register or a signal processing circuit beyond it.

【0028】また、後段の信号処理回路等により、感光
部11aからの信号と、感光部11bからの信号との、
それぞれの信号のゲインを等しくするようにしてから加
算することもできる。
The signal from the photosensitive section 11a and the signal from the photosensitive section 11b are converted by a signal processing circuit or the like at the subsequent stage.
The addition may be performed after the gains of the respective signals are made equal.

【0029】また、上例の固体撮像素子1では2つの感
光部11a,11bに対してそれぞれ垂直転送レジスタ
12a,12bを設けた構成としたが、その他、図示し
ないが、2つの感光部11a,11bに対して、垂直転
送レジスタを1本として、その間に読み出しゲート部を
設ける構成とすることもできる。この場合には、2つの
感光部11a,11bにおける信号は垂直転送レジスタ
において、そのまま加算される。
Further, in the solid-state imaging device 1 of the above example, the vertical transfer registers 12a and 12b are provided for the two photosensitive units 11a and 11b, respectively. 11b, it is also possible to adopt a configuration in which one vertical transfer register is provided, and a readout gate portion is provided between them. In this case, the signals in the two photosensitive units 11a and 11b are added as they are in the vertical transfer register.

【0030】図4及び図5は、本発明による固体撮像素
子の他の実施例を示す。この例は、入射光により光電変
換を行い、光電変換により得られた信号電荷を蓄積し、
蓄積した信号電荷量に応じて信号を出力する機能を合わ
せ持つ画素(受光素子)で構成された、いわゆる増幅型
の固体撮像素子に本発明を適用する場合である。
FIGS. 4 and 5 show another embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. This example performs photoelectric conversion by incident light, accumulates signal charges obtained by photoelectric conversion,
This is a case where the present invention is applied to a so-called amplifying type solid-state imaging device constituted by pixels (light receiving elements) having a function of outputting a signal according to the accumulated signal charge amount.

【0031】図4及び図5は、本発明の固体撮像素子の
他の実施例の概略構成図である。図4は固体撮像素子の
断面図、図5Aは一部を断面とする斜視図、図5Bは上
面図を示し、いずれの図も2画素分の図を示す。
FIGS. 4 and 5 are schematic structural views of another embodiment of the solid-state imaging device of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device, FIG. 5A is a perspective view with a partial cross section, and FIG. 5B is a top view.

【0032】この増幅型固体撮像素子21は、第1導電
型例えばp型のシリコン半導体基板22上に第2導電型
即ちn型の半導体層(オーバーフローバリア層)23及
びp型半導体ウエル領域24が形成され、このp型半導
体ウエル領域24上にゲート絶縁膜27を介して光を透
過しうるリング状のゲート電極28が形成され、p型半
導体ウエル領域24内のリング状のゲート電極28で囲
まれた内部領域にn型のソース領域25が形成され、ゲ
ート電極28の外周領域に他の画素と共通のドレイン領
域26が形成され、ここに1画素となるMOSトランジ
スタ(以下、画素MOSトランジスタと称する)が構成
される。リング状のゲート電極28は、光をできるだけ
吸収しないように薄い材料、あるいは透明の材料が選択
される。
In this amplification type solid-state imaging device 21, a second conductivity type, ie, an n-type semiconductor layer (overflow barrier layer) 23 and a p-type semiconductor well region 24 are formed on a first conductivity type, for example, a p-type silicon semiconductor substrate 22. A ring-shaped gate electrode 28 capable of transmitting light is formed on the p-type semiconductor well region 24 via a gate insulating film 27, and is surrounded by the ring-shaped gate electrode 28 in the p-type semiconductor well region 24. An n-type source region 25 is formed in the separated internal region, and a drain region 26 common to other pixels is formed in an outer peripheral region of the gate electrode 28. Here, a MOS transistor (hereinafter, referred to as a pixel MOS transistor) serving as one pixel is formed. ). For the ring-shaped gate electrode 28, a thin material or a transparent material is selected so as to absorb light as little as possible.

【0033】ソース領域25は、ソースコンタクト部2
9を通じて信号の読み出し部となる垂直信号線(金属配
線)30に接続され、ドレイン領域26は、図示しない
がドレイン電源線が接続され、ゲート電極28は図示し
ないが垂直選択線が接続される。
The source region 25 is formed in the source contact portion 2
The drain region 26 is connected to a drain power supply line (not shown), and the gate electrode 28 is connected to a vertical selection line (not shown).

【0034】そして、本例においては、画素MOSトラ
ンジスタ及び垂直信号線30を覆って、平坦化絶縁層3
1上に半円筒形状のマイクロレンズからなるオンチップ
レンズ32が形成されて成る。この場合、オンチップレ
ンズ32は、垂直信号線30により2分割されたゲート
電極28とその下の領域からなる感光部28a,28b
の内の一方の感光部28aに集光し、他方の感光部28
bにレンズギャップ部33が対応するように形成され
る。
In this embodiment, the planarizing insulating layer 3 covers the pixel MOS transistor and the vertical signal line 30.
An on-chip lens 32 composed of a semi-cylindrical microlens is formed on 1. In this case, the on-chip lens 32 includes the gate electrode 28 divided into two parts by the vertical signal line 30 and the photosensitive parts 28a and 28b including the area below the gate electrode 28.
Is focused on one of the photosensitive portions 28a, and the other photosensitive portion 28a.
The lens gap 33 is formed so as to correspond to “b”.

【0035】この場合の転送方式の概略構成図を図6に
示す。この場合は1画素(ユニットセル)Uに、2つの
感光部28a,28bがあり、この2つの感光部28
a,28bの間に読み出し部として1本の垂直信号線3
0が配置され、この垂直信号線30により2つの感光部
28a、28bからの信号を出力する。
FIG. 6 shows a schematic configuration diagram of the transfer system in this case. In this case, one pixel (unit cell) U has two photosensitive portions 28a and 28b.
a, a single vertical signal line 3 as a read section
0 is provided, and signals from the two photosensitive units 28a and 28b are output by the vertical signal line 30.

【0036】上述の増幅型固体撮像素子21において
は、画素MOSトランジスタのリング状のゲート電極2
8を透過した光がシリコン中で光電変換して電子−正孔
を発生し、このうちの一方の電荷、この例では正孔hが
信号電荷としてゲート電極28下のp型半導体ウエル領
域24に形成されたポテンシャルウエルに蓄積され、こ
の電荷による基板バイアスの変調を信号として取り出す
ようにしている。即ち、垂直選択線を通じてゲート電極
28に高レベル電位が印加され、画素MOSトランジス
タがオンすると、チャネル電流(ソース・ドレイン電
流)が表面のチャネルに流れ、このチャネル電流が信号
電荷hにより変調を受けるので、このチャネル電流を垂
直信号線30を通して出力し、その変化量を信号出力と
するものである。
In the above-mentioned amplification type solid-state imaging device 21, the ring-shaped gate electrode 2 of the pixel MOS transistor is used.
8 pass through photoelectric conversion in silicon to generate electron-holes. One of these charges, in this example, the hole h, is used as a signal charge in the p-type semiconductor well region 24 below the gate electrode 28. It is stored in the formed potential well, and the modulation of the substrate bias by this charge is taken out as a signal. That is, when a high-level potential is applied to the gate electrode 28 through the vertical selection line and the pixel MOS transistor is turned on, a channel current (source / drain current) flows through the surface channel, and this channel current is modulated by the signal charge h. Therefore, this channel current is output through the vertical signal line 30, and the amount of change is used as a signal output.

【0037】そして、本例では、上述したようなオンチ
ップレンズ32を設け、レンズギャップ部33の下にも
感光部28bが配置されることにより、前述のCCD型
の固体撮像素子に適用した実施例と同様に、レンズギャ
ップ部33を通った光も受光することができるため、開
口率を向上させることができ、感度を向上させることが
できる。
In this embodiment, the above-described on-chip lens 32 is provided, and the photosensitive section 28b is disposed below the lens gap section 33. As in the example, since light passing through the lens gap 33 can be received, the aperture ratio can be improved, and the sensitivity can be improved.

【0038】本発明の固体撮像素子は、上述の例に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
その他様々な構成が取り得る。
The solid-state image pickup device of the present invention is not limited to the above-described example, and may take various other configurations without departing from the gist of the present invention.

【0039】[0039]

【発明の効果】上述の本発明による固体撮像素子によれ
ば、レンズギャップ部への入射光も感光部に入るように
することにより、開口率を上げて、感度を向上させるこ
とができる。
According to the above-described solid-state imaging device of the present invention, by making the light incident on the lens gap also enter the photosensitive portion, the aperture ratio can be increased and the sensitivity can be improved.

【0040】また、オンチップレンズによる集光部と、
レンズギャップ部とに対応して感光部を形成するので、
強弱2種類の信号を別々に得ることができる。従って、
この感度の異なる両感光部の信号を加算するときは、小
光量から大光量までの広範囲にわたって階調がとれる高
ダイナミックレンジの固体撮像素子が得られる。
Further, a condensing part by an on-chip lens,
Since the photosensitive area is formed corresponding to the lens gap,
Two types of strong and weak signals can be obtained separately. Therefore,
When the signals of the two photosensitive units having different sensitivities are added, a solid-state imaging device having a high dynamic range capable of obtaining gradations over a wide range from a small light amount to a large light amount is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の固体撮像素子の実施例の概略構成図
(断面図)である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention.

【図2】図1の固体撮像素子の上面図である。FIG. 2 is a top view of the solid-state imaging device of FIG. 1;

【図3】図1の固体撮像素子の転送方式の構成図であ
る。
FIG. 3 is a configuration diagram of a transfer system of the solid-state imaging device of FIG. 1;

【図4】本発明の固体撮像素子の他の実施例の概略構成
図(断面図)である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of another embodiment of the solid-state imaging device of the present invention.

【図5】A 図4の固体撮像素子の一部を断面とする斜
視図である。B 図4の固体撮像素子の上面図である。
FIG. 5A is a perspective view showing a part of the solid-state imaging device of FIG. 4 in section; B is a top view of the solid-state imaging device of FIG.

【図6】図4の固体撮像素子の転送方式の構成図であ
る。
FIG. 6 is a configuration diagram of a transfer system of the solid-state imaging device of FIG. 4;

【図7】従来の固体撮像素子の概略構成図(断面図)で
ある。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a conventional solid-state imaging device.

【図8】図7の固体撮像素子の上面図である。FIG. 8 is a top view of the solid-state imaging device of FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固体撮像素子、2,22 半導体基板、3 第1の
半導体ウエル領域、4不純物拡散領域、5 正電荷蓄積
領域、6 第2の半導体ウエル領域、7 転送チャネル
領域、10,31 平坦化絶縁層、11,11a,11
b,28a,28b 感光部、12a,12b 垂直転
送レジスタ、13a,13b 読み出しゲート部、14
チャネルストップ領域、15 ゲート絶縁膜、16
転送電極、17 層間絶縁層、18 Al遮光膜、1
9,32 オンチップレンズ、20,33 レンズギャ
ップ部、21 増幅型固体撮像素子、23 半導体層
(オーバーフローバリア層)、24 半導体ウエル領
域、25 ソース領域、26 ドレイン領域、27 ゲ
ート絶縁膜、28 ゲート電極、29 ソースコンタク
ト部、30 垂直信号線、40 固体撮像素子、41
半導体基板、42 第1の半導体ウエル領域、43 不
純物拡散領域、44 正電荷蓄積領域、45 第2の半
導体ウエル領域、46 転送チャネル領域、50 平坦
化絶縁層、51 感光部、52 読み出しゲート部、5
3 垂直転送レジスタ、54 チャネルストップ領域、
55 ゲート絶縁膜、56 転送電極、57 層間絶縁
層、58 Al遮光膜、59 オンチップレンズ、60
レンズギャップ部、U 1画素(ユニットセル)
REFERENCE SIGNS LIST 1 solid-state imaging device, 2, 22 semiconductor substrate, 3 first semiconductor well region, 4 impurity diffusion region, 5 positive charge accumulation region, 6 second semiconductor well region, 7 transfer channel region, 10, 31 planarization insulating layer , 11, 11a, 11
b, 28a, 28b Photosensitive section, 12a, 12b Vertical transfer register, 13a, 13b Read gate section, 14
Channel stop region, 15 gate insulating film, 16
Transfer electrode, 17 interlayer insulating layer, 18 Al light shielding film, 1
9, 32 on-chip lens, 20, 33 lens gap portion, 21 amplifying solid-state imaging device, 23 semiconductor layer (overflow barrier layer), 24 semiconductor well region, 25 source region, 26 drain region, 27 gate insulating film, 28 gate Electrode, 29 source contact portion, 30 vertical signal line, 40 solid-state imaging device, 41
Semiconductor substrate, 42 first semiconductor well region, 43 impurity diffusion region, 44 positive charge accumulation region, 45 second semiconductor well region, 46 transfer channel region, 50 planarization insulating layer, 51 photosensitive portion, 52 readout gate portion, 5
3 vertical transfer register, 54 channel stop area,
55 gate insulating film, 56 transfer electrode, 57 interlayer insulating layer, 58 Al light shielding film, 59 on-chip lens, 60
Lens gap, U 1 pixel (unit cell)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 各画素に対応するオンチップレンズを有
し、 上記オンチップレンズの集光部と、隣り合う該オンチッ
プレンズ間のレンズギャップ部とに対応して、 それぞれ感光部が設けられて成ることを特徴とする固体
撮像素子。
An on-chip lens corresponding to each pixel is provided, and a photosensitive portion is provided corresponding to a condensing portion of the on-chip lens and a lens gap between adjacent on-chip lenses. A solid-state imaging device characterized by comprising:
【請求項2】 上記オンチップレンズの集光部に対応し
た感光部と、上記レンズギャップ部に対応した感光部と
により1画素を構成することを特徴とする請求項1に記
載の固体撮像素子。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein one pixel is constituted by a photosensitive portion corresponding to a condensing portion of the on-chip lens and a photosensitive portion corresponding to the lens gap portion. .
【請求項3】 上記オンチップレンズの集光部に対応し
た感光部と、上記レンズギャップ部に対応した感光部と
により1画素を構成し、 上記それぞれの感光部に対応して信号の読み出し部が設
けられて成ることを特徴とする請求項1に記載の固体撮
像素子。
3. A pixel is constituted by a photosensitive portion corresponding to a condensing portion of the on-chip lens and a photosensitive portion corresponding to the lens gap portion, and a signal readout portion corresponding to each of the photosensitive portions. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
【請求項4】 上記オンチップレンズの集光部に対応し
た感光部と、上記レンズギャップ部に対応した感光部と
の間に信号の読み出し部が設けられて成ることを特徴と
する請求項1に記載の固体撮像素子。
4. A signal reading section is provided between a photosensitive section corresponding to a condensing section of the on-chip lens and a photosensitive section corresponding to the lens gap section. 3. The solid-state imaging device according to item 1.
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