JP2006093676A - Imaging device and imaging system provided with it - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device capable of performing precise readout of signal charge. <P>SOLUTION: The peripheral region of a photoelectric conversion region 400 in which a photoelectric conversion element is formed has common output line formation regions 401a and 401b in which common output lines for transmitting electric signals from the photoelectric conversion element are formed. In an in-layer lens formation region 402 including the photoelectric conversion region 400 and the peripheral region, a plurality of in-layer lenses are formed at constant pitches. The plurality of in-layer lenses located at the outer peripheral portion of the in-layer lens formation region 402 do not overlap the common output line. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、スキャナ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に用いられる撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging device used for a scanner, a video camera, a digital still camera, and the like.

近年、CMOSプロセスを利用したCMOSセンサと呼ばれる固体撮像装置が注目されている。CMOSセンサは、周辺回路の混載の容易性、低電圧駆動等の理由から、特に携帯情報機器への利用が期待されている。一方で、固体撮像装置に要求される性能も高度化しており、多画素化と小型化は開発における不可欠な課題とされている。   In recent years, a solid-state imaging device called a CMOS sensor using a CMOS process has attracted attention. The CMOS sensor is expected to be used particularly for a portable information device because of easy mounting of peripheral circuits and low voltage driving. On the other hand, the performance required for the solid-state imaging device is also advanced, and the increase in the number of pixels and the reduction in size are regarded as indispensable issues in development.

固体撮像装置において、多画素化を行う場合は、画素サイズの縮小を余儀なくされる。画素サイズを縮小すると、画素に入射する光量が減ることになり、結果として感度の低下を招く。感度が低下すると、SN比が悪化し、画質が劣化する。このため、画素サイズを縮小する場合は、いかに高い感度を維持するかが課題となる。高い感度を維持するための手法として、画素を構成する受光部(フォトダイオード)の上方(より具体的には最上部)に、オンチップマイクロレンズを形成する方法が知られている。   In a solid-state imaging device, when the number of pixels is increased, the pixel size must be reduced. When the pixel size is reduced, the amount of light incident on the pixel is reduced, resulting in a decrease in sensitivity. When the sensitivity is lowered, the SN ratio is deteriorated and the image quality is deteriorated. For this reason, when reducing the pixel size, how to maintain high sensitivity becomes a problem. As a technique for maintaining high sensitivity, a method of forming an on-chip microlens above (more specifically, the uppermost part) above a light receiving part (photodiode) that constitutes a pixel is known.

しかし、画素のさらなる微細化に伴い、感度をさらに向上させる必要が生じてきている。上述したようなオンチップマイクロレンズを最上部に形成するだけでは、十分な集光効率を得ることは困難になってきている。そこで、より集光効率を高めるために、積層構造の最上部だけでなく、その内部にもレンズを形成する層内レンズ構造が提案されている(特許文献1、2参照)。この層内レンズは、光電変換が行われる受光部の直上において、層間膜中に形成される。オンチップマイクロレンズと同様、入射する光は層内レンズの上面側または下面側の界面で屈折して受光部に導かれる。層内レンズとオンチップマイクロレンズを併用した場合は、オンチップレンズで集光した光をさらに層内レンズで集光することができ、固体撮像素子全体としての集光効率をより高めることができる。   However, with further miniaturization of pixels, it is necessary to further improve sensitivity. It is difficult to obtain sufficient light collection efficiency only by forming the above-described on-chip microlens on the top. Therefore, in order to further improve the light collection efficiency, an in-layer lens structure has been proposed in which a lens is formed not only at the uppermost part of the laminated structure but also inside (see Patent Documents 1 and 2). This intralayer lens is formed in the interlayer film immediately above the light receiving portion where photoelectric conversion is performed. Similar to the on-chip microlens, incident light is refracted at the interface on the upper surface side or lower surface side of the in-layer lens and guided to the light receiving section. When the in-layer lens and the on-chip microlens are used in combination, the light collected by the on-chip lens can be further collected by the in-layer lens, and the light collection efficiency of the entire solid-state imaging device can be further increased. .

図13に、上述した層内レンズを備える固体撮像素子が適用されるMOS型センサの概略構成を示す。このMOS型センサは以下の構成を含む。100は、複数の光電変換素子110が2次元状に配列されたセンサアレイである。120は光電変換素子110を行単位に選択する垂直シフトレジスタ回路である。130は垂直シフトレジスタ回路120で選択した光電変換素子110の信号成分(S)およびリセット(ノイズ)成分(N)をそれぞれ保持しておく信号成分保持容量Ctsおよびリセット成分保持容量Ctnを含むラインメモリ回路である。140はラインメモリ回路130に保持された1行分の信号データの中から同時に2つずつデータを選択する水平シフトレジスタ回路である。150a、150bは水平シフトレジスタ回路140で同時に選択したデータについて信号成分(S)とリセット成分(N)の差分(以下S−Nと言う)信号を増幅して出力するS−N読出し回路である。   FIG. 13 shows a schematic configuration of a MOS type sensor to which a solid-state imaging device including the above-described intralayer lens is applied. This MOS type sensor includes the following configuration. Reference numeral 100 denotes a sensor array in which a plurality of photoelectric conversion elements 110 are two-dimensionally arranged. Reference numeral 120 denotes a vertical shift register circuit that selects the photoelectric conversion elements 110 in units of rows. A line memory 130 includes a signal component holding capacitor Cts and a reset component holding capacitor Ctn for holding the signal component (S) and the reset (noise) component (N) of the photoelectric conversion element 110 selected by the vertical shift register circuit 120, respectively. Circuit. Reference numeral 140 denotes a horizontal shift register circuit that selects two pieces of data simultaneously from one row of signal data held in the line memory circuit 130. Reference numerals 150a and 150b denote S-N readout circuits that amplify and output a difference signal (hereinafter referred to as S-N) between the signal component (S) and the reset component (N) for the data simultaneously selected by the horizontal shift register circuit 140. .

S−N読出し回路150aは、一方の入力にS-共通出力線Ch1sが接続され、他方の入力にN-共通出力線Ch1nが接続されている。S−N読出し回路150bは、一方の入力にS-共通出力線Ch2sが接続され、他方の入力にN-共通出力線Ch2nが接続されている。これらN-共通出力線Ch1n、Ch2nおよびS-共通出力線Ch1s、Ch2sが共通出力線160である。   In the S-N read circuit 150a, the S-common output line Ch1s is connected to one input, and the N-common output line Ch1n is connected to the other input. The S-N readout circuit 150b has one input connected to the S-common output line Ch2s and the other input connected to the N-common output line Ch2n. The N-common output lines Ch1n and Ch2n and the S-common output lines Ch1s and Ch2s are common output lines 160.

S-共通出力線Ch1sには、奇数列の光電変換素子110の保持容量Ctsを含む線が共通に接続されている。N-共通出力線Ch1nには、奇数列の光電変換素子110の保持容量Ctnを含む線が共通に接続されている。S-共通出力線Ch2sには、偶数列の光電変換素子110の保持容量Ctsを含む線が共通に接続されている。N-共通出力線Ch2nには、偶数列の光電変換素子110の保持容量Ctnを含む線が共通に接続されている。   The S-common output line Ch1s is connected in common to a line including the storage capacitor Cts of the odd-numbered photoelectric conversion elements 110. A line including the storage capacitor Ctn of the photoelectric conversion elements 110 in the odd-numbered columns is commonly connected to the N-common output line Ch1n. The S-common output line Ch2s is commonly connected to a line including the storage capacitor Cts of the even number of photoelectric conversion elements 110. A line including the storage capacitor Ctn of the photoelectric conversion elements 110 in the even columns is connected in common to the N− common output line Ch2n.

ラインメモリ回路130から共通出力線160へのデータの読出しは、以下の容量の関係により決まる。一つが、ラインメモリ回路130に含まれる保持容量Ctと共通出力線160の主に接地点との間に生じる配線容量である。もう一つが、共通出力線160に接続されたMOSスイッチのソース−ゲート間およびソース−バックゲート間の容量である容量Chである。そしてこれらの容量分割比(Ct/(Ct+Ch))とで決まるゲインに従って読出しが行われる。各S−N読出し回路150a、150bでは、S-共通出力線に、容量分割比ゲインに従って信号電荷(S)が読み出される。同じく、N-共通出力線に、容量分割比ゲインに従ってリセット成分(N)が読み出され、これらの差分信号(A×(Cts/(Cts+Chs)Vs−Ctn/(Ctn+Chn)Vn))が出力される。ここで、Aは増幅器の増幅率を表す。このS−N読出しによれば、差分信号をとることで、信号電荷に含まれているノイズ成分(画素で発生する固定パターンノイズ)がキャンセルされる。
:US 5796154 :US 6030852
Reading of data from the line memory circuit 130 to the common output line 160 is determined by the following capacity relationship. One is a wiring capacitance generated between the holding capacitor Ct included in the line memory circuit 130 and the common output line 160 mainly to the ground point. The other is a capacitance Ch that is a capacitance between the source and gate and between the source and back gate of the MOS switch connected to the common output line 160. Then, reading is performed according to a gain determined by these capacity division ratios (Ct / (Ct + Ch)). In each of the S-N read circuits 150a and 150b, the signal charge (S) is read to the S-common output line according to the capacitance division ratio gain. Similarly, the reset component (N) is read out to the N-common output line according to the capacitance division ratio gain, and these differential signals (A × (Cts / (Cts + Chs) Vs−Ctn / (Ctn + Chn) Vn)) are output. The Here, A represents the amplification factor of the amplifier. According to this S-N reading, the noise component (fixed pattern noise generated in the pixel) included in the signal charge is canceled by taking the differential signal.
: US 5796154 : US 6030852

しかしながら、上述した従来の層内レンズを備える固体撮像装置においては、以下のような問題がある。   However, the solid-state imaging device having the above-described conventional intralayer lens has the following problems.

図14の(a)〜(c)に、層内レンズの形成手順を示す。層内レンズは、概ね次のような手順で形成される。まず、半導体基板200上に、素子分離領域201、フォトダイオード領域202、絶縁膜203および遮光膜204を所定の順序で形成し、表面(絶縁膜203の上面)を平坦化する。続いて、平坦化された面上に、SiN、SiON、またはSiO2よりなる層内レンズ材料膜205をCVD法(化学蒸着法)により形成し、さらにその上にエッチングマスク206をフォトリソ工程により形成する(図14(a)参照)。このエッチングマスク206は、層内レンズ材料膜205に層内レンズを形成するためのマスクであって、マスク部分が、各フォトダイオード領域202の直上に位置するように島状に配置されている。 14A to 14C show the procedure for forming the inner lens. The intralayer lens is generally formed by the following procedure. First, the element isolation region 201, the photodiode region 202, the insulating film 203, and the light shielding film 204 are formed in a predetermined order on the semiconductor substrate 200, and the surface (the upper surface of the insulating film 203) is planarized. Subsequently, an in-layer lens material film 205 made of SiN, SiON, or SiO 2 is formed on the planarized surface by a CVD method (chemical vapor deposition method), and an etching mask 206 is further formed thereon by a photolithography process. (See FIG. 14A). This etching mask 206 is a mask for forming an inner lens in the inner lens material film 205, and is arranged in an island shape so that the mask portion is located immediately above each photodiode region 202.

続いて、エッチングマスク206を加熱処理によりリフローさせて、マスク部分を目的の層内レンズの形状と実質的に同じ形状の凸レンズ形状206aにする(図14(b)参照)。そして、CF4、CHF3、O2、Ar、Heなどのエッチングガスを導入して、層内レンズ形成膜205全体にガスエッチングを施すことで、エッチングマスク206の凸レンズ形状206aを層内レンズ材料膜205に転写する(図14(c)参照)。こうして、層内レンズ207を得る。この後は、平坦化膜(絶縁膜)が形成され、その上にカラーフィルタ層やマイクロレンズが適宜形成される。 Subsequently, the etching mask 206 is reflowed by heat treatment so that the mask portion has a convex lens shape 206a having substantially the same shape as that of the target intralayer lens (see FIG. 14B). Then, an etching gas such as CF 4 , CHF 3 , O 2 , Ar, and He is introduced and gas etching is performed on the entire inner lens forming film 205, so that the convex lens shape 206 a of the etching mask 206 is formed into the inner lens material. It transfers to the film | membrane 205 (refer FIG.14 (c)). In this way, the in-layer lens 207 is obtained. Thereafter, a planarizing film (insulating film) is formed, and a color filter layer and a microlens are appropriately formed thereon.

上記の層内レンズの形成工程において、層内レンズは、センサアレイ100の各光電変換素子110上にそれぞれ形成されることから、層内レンズ形成膜205は、センサアレイ100の領域(光電変換領域)全体にわたって形成される。層内レンズ形成膜205の外周部付近(層内レンズが形成されない領域との境界近傍)では、ガスエッチング時の条件にばらつきがある。そのため、外周部付近に形成される層内レンズの大きさや誘電率が異なる場合がある。例えば、層内レンズ形成膜205の外周部付近では、エッチングガスの供給が不均一になって、凸レンズ形状の大きさにばらつきを生じる。また、層内レンズ形成膜205の外周部付近と中央部とでは、プラズマ密度が異なる。それによって、外周部付近と中央部とでプラズマダメージが異なることになり、誘電率にばらつきを生じる。このように層内レンズの大きさや誘電率にばらつきがあると、光電変換素子110(フォトダイオード領域202)への集光効率が場所によって異なることになり、光出力のばらつきや感度の低下を招く。   In the above-described intra-layer lens formation process, the intra-layer lens is formed on each photoelectric conversion element 110 of the sensor array 100. Therefore, the intra-layer lens formation film 205 is the region of the sensor array 100 (photoelectric conversion region). ) Formed throughout. In the vicinity of the outer periphery of the inner lens forming film 205 (near the boundary with the region where the inner lens is not formed), there are variations in the conditions during gas etching. Therefore, the size and dielectric constant of the intralayer lens formed in the vicinity of the outer periphery may be different. For example, in the vicinity of the outer peripheral portion of the in-layer lens forming film 205, the supply of the etching gas becomes non-uniform and the size of the convex lens shape varies. Further, the plasma density is different between the vicinity of the outer peripheral portion and the central portion of the inner lens forming film 205. As a result, the plasma damage differs between the vicinity of the outer peripheral portion and the central portion, and the dielectric constant varies. Thus, when there is variation in the size and dielectric constant of the in-layer lens, the light condensing efficiency to the photoelectric conversion element 110 (photodiode region 202) varies depending on the location, resulting in variation in light output and reduction in sensitivity. .

なお、上記の光出力のばらつきや感度の低下の問題は、レンズの大きさや誘電率にばらつきを生じることになる外周部付近の層内レンズが、光電変換領域から外れるように層内レンズ材料膜205の形成範囲を広げることで解決することができる。具体的には、層内レンズ材料膜205の形成範囲を光電変換領域から周辺部まで広げる。広げる幅は、1画素以上で、より望ましくは5〜10画素程度である。この構成によれば、光電変換領域の周辺部に形成される層内レンズは、集光を目的としない単なるダミーの層内レンズとして扱われるので、レンズの大きさや誘電率がばらついても何ら問題になることはない。また、光電変換領域において、レンズの大きさや誘電率がほぼ同じ層内レンズを形成することができ、目的の集光効率を達成することができる。しかし、この場合には、以下のような問題が生じる。   In addition, the problem of the above-mentioned variation in light output and reduction in sensitivity is that the in-layer lens material film is arranged so that the in-layer lens near the outer periphery that causes variations in the size and dielectric constant of the lens deviates from the photoelectric conversion region. This can be solved by widening the formation range of 205. Specifically, the formation range of the in-layer lens material film 205 is expanded from the photoelectric conversion region to the peripheral portion. The widening width is 1 pixel or more, more desirably about 5 to 10 pixels. According to this configuration, the intralayer lens formed in the periphery of the photoelectric conversion region is treated as a simple intralayer lens that is not intended to collect light, so there is no problem even if the lens size or the dielectric constant varies. Never become. Further, in the photoelectric conversion region, an intra-layer lens having substantially the same size and dielectric constant can be formed, and a desired light collection efficiency can be achieved. However, in this case, the following problems occur.

図13に示したMOSセンサにおいて、共通出力線160は、通常、光電変換領域の周辺部に設けられるため、ダミーの層内レンズが共通出力線の直上または直下に位置する場合がある。ここで、ダミーの層内レンズが共通出力線上に形成された場合を考える。図15に、ダミーの層内レンズが共通出力線上に形成された場合のCMOSエリアセンサの平面概念図、図16に、図15のA−A線における概略断面図を示す。   In the MOS sensor shown in FIG. 13, since the common output line 160 is usually provided in the periphery of the photoelectric conversion region, the dummy inner lens may be located immediately above or directly below the common output line. Here, consider a case where a dummy inner lens is formed on a common output line. FIG. 15 is a conceptual plan view of a CMOS area sensor when a dummy inner lens is formed on a common output line, and FIG. 16 is a schematic sectional view taken along line AA of FIG.

図15を参照すると、センサアレイ100の光電変換素子110が形成される光電変換領域300の両側に共通出力線形成領域301a、301bが配されている。共通出力線形成領域301a、301bには、S−N読出し回路150aの入力にそれぞれ接続されたS共通出力線Ch1sおよびN共通出力線Ch1nと、S−N読出し回路150bの両入力に接続されたS共通出力線Ch2sおよびN共通出力線Ch2nとがそれぞれ形成される。層内レンズおよびダミーの層内レンズが形成される層内レンズ形成領域302は、光電変換領域300の全領域およびその周辺領域を含む範囲にわたって形成されており、層内レンズ形成領域302の外周部分は共通出力線が形成される領域301a、310bと重なっている。   Referring to FIG. 15, common output line formation regions 301 a and 301 b are arranged on both sides of the photoelectric conversion region 300 where the photoelectric conversion elements 110 of the sensor array 100 are formed. The common output line formation regions 301a and 301b are connected to both inputs of the S-N read circuit 150b and the S-common output line Ch1s and the N-common output line Ch1n respectively connected to the input of the SN read circuit 150a. An S common output line Ch2s and an N common output line Ch2n are formed. The inner lens forming region 302 where the inner lens and the dummy inner lens are formed is formed over the entire region of the photoelectric conversion region 300 and its peripheral region, and the outer peripheral portion of the inner lens forming region 302. Overlaps regions 301a and 310b where common output lines are formed.

図16に示すように、光電変換領域300においては、フォトダイオード領域202の直上に層内レンズ207が形成されている。光電変換領域300以外の領域、すなわちダミー領域では、ダミーの層内レンズ207aが、層内レンズ207と同じピッチで形成されており、共通出力線形成領域301aに対応する領域に、共通出力線Ch1s、Ch1nにそれぞれ対応する配線層208a、208bが形成されている。配線層208a、208bの下方には、さらに、別の配線層209a、209bが形成されている。図16には示されていないが、ダミー領域の共通出力線形成領域301aに対応する領域には、共通出力線Ch2s、Ch2nに対応する配線も形成される。   As shown in FIG. 16, in the photoelectric conversion region 300, an intralayer lens 207 is formed immediately above the photodiode region 202. In an area other than the photoelectric conversion area 300, that is, in the dummy area, the dummy inner lens 207a is formed at the same pitch as the inner lens 207, and the common output line Ch1s is formed in an area corresponding to the common output line forming area 301a. , Ch1n respectively corresponding to wiring layers 208a and 208b are formed. Another wiring layers 209a and 209b are further formed below the wiring layers 208a and 208b. Although not shown in FIG. 16, wirings corresponding to the common output lines Ch2s and Ch2n are also formed in the region corresponding to the common output line formation region 301a of the dummy region.

上記の構成の場合、配線層208a、208bの間に、図17に示すような電気力線eが生じる。配線層208a、208bのピッチは、ダミーの層内レンズ207aのピッチとは無関係に設定される。そのため、ダミーの層内レンズ207aと配線層208aの重なり合う面積と、ダミーの層内レンズ207aと配線層208bの重なり合う面積とが異なる。このため、配線層208aと他の配線の間に生じる結合容量(電気力線eの密度)と、配線層208bと他の配線の間に生じる結合容量(電気力線eの密度)とが異なる。これは、誘電率の高いダミーの層内レンズによって電気力線が増幅されるが、ピッチが異なるために増幅される割合も異なってしまうためである。   In the case of the above configuration, electric lines of force e as shown in FIG. 17 are generated between the wiring layers 208a and 208b. The pitch of the wiring layers 208a and 208b is set regardless of the pitch of the dummy inner lens 207a. Therefore, the overlapping area of the dummy inner lens 207a and the wiring layer 208a is different from the overlapping area of the dummy inner lens 207a and the wiring layer 208b. For this reason, the coupling capacitance (density of electric lines of force e) generated between the wiring layer 208a and other wiring differs from the coupling capacity (density of electric lines of force e) generated between the wiring layer 208b and other wirings. . This is because the electric lines of force are amplified by the dummy intra-layer lens having a high dielectric constant, but the ratio of amplification is also different because the pitch is different.

信号成分(S)に対応したS-共通出力線である配線層208a(共通出力線Ch1s)とリセット成分(N)に対応したN-共通出力線である配線層208b(共通出力線Ch1n)とで、それぞれ他の配線層に対する結合容量が異なる場合がある。そうすると、S−N読出し回路150aの入力におけるノイズのレベルがS-共通出力線とN-共通出力線との間で異なってしまう。このため、S-共通出力線に現れたノイズとN-共通出力線に現れたノイズを完全にキャンセルすることができなくなる。このため、S−N読出し回路150aの出力にノイズが含まれることになる。同様のノイズの問題が、S−N読出し回路150bにおいても生じる。   A wiring layer 208a (common output line Ch1s) which is an S-common output line corresponding to the signal component (S), and a wiring layer 208b (common output line Ch1n) which is an N-common output line corresponding to the reset component (N); In some cases, the coupling capacities for the other wiring layers are different. Then, the level of noise at the input of the SN read circuit 150a differs between the S-common output line and the N-common output line. For this reason, it becomes impossible to completely cancel the noise appearing on the S-common output line and the noise appearing on the N-common output line. For this reason, noise is included in the output of the SN read circuit 150a. A similar noise problem occurs in the SN read circuit 150b.

上記結合容量は、S−N読出し回路以外の他の読出し回路においても問題となる。具体的には、各光電変換素子からの信号成分(S)が列単位に供給される複数の共通出力線を備え、各共通出力線に供給された信号成分(S)を増幅するように構成された読出し回路を有する場合である。この場合において、上記結合容量が生じると、各共通出力線を通じて出力される信号レベルにばらつきを生じ、その結果、信号成分(S)を正確に読み出すことができなくなる。   The coupling capacitance is also a problem in other readout circuits other than the SN readout circuit. Specifically, the signal component (S) from each photoelectric conversion element is provided with a plurality of common output lines supplied in units of columns, and is configured to amplify the signal component (S) supplied to each common output line. In this case, the read circuit is provided. In this case, when the coupling capacitance occurs, the signal level output through each common output line varies, and as a result, the signal component (S) cannot be read out accurately.

また、上記結合容量は、読出し回路の出力の減衰を引き起こす。具体的には、共通出力配線と他の配線との間に結合容量が生じると、容量Chが増加し、その結果、容量分割比(Ct/(Ct+Ch))が減少して、S−N読出し回路の出力(信号成分(S))が減衰する。この出力の減衰が大きいと、信号成分(S)の正確な読出しが困難となり、また、高い感度を維持することができなくなる。   The coupling capacitance causes attenuation of the output of the readout circuit. Specifically, when a coupling capacitance is generated between the common output wiring and another wiring, the capacitance Ch increases, and as a result, the capacitance division ratio (Ct / (Ct + Ch)) decreases, and the SN reading is performed. The output of the circuit (signal component (S)) is attenuated. If the attenuation of the output is large, it is difficult to accurately read out the signal component (S), and high sensitivity cannot be maintained.

本発明の目的は、上記の問題を解決し、信号成分(S)の正確な読出しを行うことができる撮像装置およびそれを用いた撮像システムを提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide an imaging apparatus capable of accurately reading a signal component (S) and an imaging system using the imaging apparatus.

上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板に配された複数の画素を含む光電変換領域と、前記光電変換領域から信号を読み出すための周辺回路領域と、前記周辺回路領域に配され、前記複数の画素から信号を伝送するための共通出力線と、前記共通出力線を含む層上に、絶縁膜を介して配された層内レンズと、前記層内レンズ上に配されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に配されたマイクロレンズと、を有し、前記層内レンズは、前記共通出力線と重ならないように配置され、前記カラーフィルタは前記周辺回路領域上にも配置されていることを特徴としている。 To achieve the above object, the present invention is arranged in a photoelectric conversion region including a plurality of pixels arranged on a semiconductor substrate, a peripheral circuit region for reading a signal from the photoelectric conversion region, and the peripheral circuit region, a common output line for transmitting signals from said plurality of pixels, said common output line on the layer containing a layer lens disposed through an insulating film, a color filter disposed on said layer lens And the micro lens disposed on the color filter, the intra-layer lens is disposed so as not to overlap the common output line, and the color filter is disposed also on the peripheral circuit region. It is characterized by being.

本発明によれば、層内レンズを配設することで集光効率を向上するという既存の構造における効果を維持しつつ、各共通出力線の結合容量が異なるといった影響を与えないので、正確なS−N読出しを行うことができ、ノイズ除去率が向上する。   According to the present invention, since the effect of the existing structure of improving the light collection efficiency by arranging the intralayer lens is maintained, there is no influence that the coupling capacity of each common output line is different. SN reading can be performed, and the noise removal rate is improved.

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1は、本発明の第1の実施形態である固体撮像装置の平面概念図、図2は、図1のA−A線における概略断面図である。図3は、本実施形態の固体撮像装置の概略構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a conceptual plan view of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the solid-state imaging device of the present embodiment.

本実施形態の固体撮像装置は、ラインメモリ回路および読出し回路の部分が異なる以外は、基本的には、図13に示したものと同様のものである。図3中、図13に示したものと同じものには、同じ符号を付してある。   The solid-state imaging device of the present embodiment is basically the same as that shown in FIG. 13 except that the line memory circuit and the readout circuit are different. In FIG. 3, the same components as those shown in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals.

ラインメモリ回路132は、垂直シフトレジスタ回路120で選択した光電変換素子110の信号成分(S)およびリセット成分(N)をそれぞれ保持しておく保持容量Ctsおよび保持容量Ctnを含む。水平シフトレジスタ回路140は、ラインメモリ回路13に保持された1行分の信号データの中から1つずつデータを選択する。S−N読出し回路150は、水平シフトレジスタ回路140で選択したデータについて信号成分(S)とリセット成分(N)の差分(以下S−Nと言う)信号を増幅して出力する。   The line memory circuit 132 includes a holding capacitor Cts and a holding capacitor Ctn that hold the signal component (S) and the reset component (N) of the photoelectric conversion element 110 selected by the vertical shift register circuit 120, respectively. The horizontal shift register circuit 140 selects data one by one from the signal data for one row held in the line memory circuit 13. The SN read circuit 150 amplifies and outputs a difference signal (hereinafter referred to as SN) signal between the signal component (S) and the reset component (N) for the data selected by the horizontal shift register circuit 140.

S−N読出し回路150の一方の入力には、S-共通出力線Ch1sが接続され、他方の入力には、N-共通出力線Ch1nが接続されている。S-共通出力線Ch1sには、各列の光電変換素子110の保持容量Ctsを含む線が共通に接続されている。N-共通出力線Ch1nには、各列の光電変換素子110の保持容量Ctnを含む線が共通に接続されている。   An S-common output line Ch1s is connected to one input of the SN read circuit 150, and an N-common output line Ch1n is connected to the other input. A line including the storage capacitor Cts of the photoelectric conversion element 110 in each column is connected in common to the S-common output line Ch1s. A line including the storage capacitor Ctn of the photoelectric conversion element 110 in each column is commonly connected to the N-common output line Ch1n.

本実施形態の固体撮像装置では、レンズの大きさや誘電率にばらつきを生じることになる外周部付近の層内レンズは、ダミーの層内レンズとしてセンサアレイ100の光電変換領域の周辺部に形成されている。しかも、そのダミーの層内レンズは共通出力線160とは重ならないようになっている。その具体的な構造を、図1〜3を参照して以下に説明する。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the inner lens near the outer periphery that causes variations in the size and dielectric constant of the lens is formed as a dummy inner lens in the periphery of the photoelectric conversion region of the sensor array 100. ing. In addition, the dummy inner lens does not overlap the common output line 160. The specific structure will be described below with reference to FIGS.

図1に示すように、センサアレイ100の光電変換素子110が形成される光電変換領域400の両側に共通出力線形成領域401a、401bが配されている。各共通出力線形成領域401a、401bと光電変換領域400との間隔は、設計条件によって異なるが、概ね十〜数百μmのオーダーである。共通出力線形成領域401a、401bには、S−N読出し回路150の入力にそれぞれ接続されたS-共通出力線Ch1sおよびN-共通出力線Ch1nがそれぞれ形成される。   As shown in FIG. 1, common output line formation regions 401a and 401b are arranged on both sides of a photoelectric conversion region 400 where the photoelectric conversion elements 110 of the sensor array 100 are formed. The interval between each of the common output line formation regions 401a and 401b and the photoelectric conversion region 400 is approximately on the order of 10 to several hundred μm although it varies depending on the design conditions. In the common output line formation regions 401a and 401b, an S-common output line Ch1s and an N-common output line Ch1n respectively connected to the input of the SN read circuit 150 are formed.

層内レンズ形成領域402には、一定のピッチ(画素ピッチに同じ)で層内レンズが形成される。層内レンズの大きさは、通常、1〜10μmのオーダーである。層内レンズ形成領域402は、光電変換領域400の全領域およびその周辺領域を含む範囲にわたっている。しかし、共通出力線形成領域401a、410bとは重ならない。周辺領域上に形成された層内レンズが、ダミーの層内レンズである。   In the in-layer lens formation region 402, in-layer lenses are formed at a constant pitch (same as the pixel pitch). The size of the in-layer lens is usually on the order of 1 to 10 μm. The in-layer lens formation region 402 covers a range including the entire region of the photoelectric conversion region 400 and its peripheral region. However, it does not overlap with the common output line formation regions 401a and 410b. The intralayer lens formed on the peripheral region is a dummy intralayer lens.

図2に示すように、光電変換領域400においては、フォトダイオード領域202の直上に層内レンズ207が形成されている。光電変換領域400以外の領域、すなわちダミー領域では、ダミーの層内レンズ207aが、層内レンズ207と同じピッチで形成されている。そして、共通出力線形成領域401aに対応する領域に、共通出力線Ch1s、Ch1nにそれぞれ対応する配線層208a、208bが形成されている。配線層208a、208bの下方には、さらに、別の配線層209a、209bが形成されている。   As shown in FIG. 2, in the photoelectric conversion region 400, an intralayer lens 207 is formed immediately above the photodiode region 202. In an area other than the photoelectric conversion area 400, that is, in the dummy area, dummy inner lenses 207a are formed at the same pitch as the inner lenses 207. Wiring layers 208a and 208b corresponding to the common output lines Ch1s and Ch1n are formed in the area corresponding to the common output line formation area 401a. Another wiring layers 209a and 209b are further formed below the wiring layers 208a and 208b.

上記の構造によれば、ダミーの層内レンズ207aは配線層208a、208bと重ならないようになっているので、配線層208a、208bと他の配線の間において生じる結合容量のばらつきは生じない。このため、S−N読出し回路150の入力におけるノイズの差はS-共通出力線とN-共通出力線とで小さくなり、S-共通出力線に現れたノイズとN-共通出力線に現れたノイズを好適にキャンセルすることができる。よって、S−N読出し回路150の出力端子において、光電変換素子110で発生した信号とノイズ(リセット成分)のうち、信号を効率的に得る事ができ、正確なS−N読出しを行うことができる。なお、ここで“重ならない”とは、層内レンズと共通出力線とで、半導体基板から積層方向の上方にある層内レンズを、共通出力線が配される面と同一面に、該面に対して垂直方向から投影した場合に、層内レンズの投影図が共通出力線と重ならない状態をいう。図2で示すように、断面図で見た場合には、層内レンズ207aを共通出力線が配される面に対して垂直に移動させた場合に重ならない状態である。層内レンズと共通出力線の上下関係が逆であってもよい。以下の実施形態においても“重ならない”とはこのような状態を指す。   According to the above structure, since the dummy inner lens 207a does not overlap the wiring layers 208a and 208b, there is no variation in coupling capacitance that occurs between the wiring layers 208a and 208b and other wirings. For this reason, the difference in noise at the input of the SN read circuit 150 is small between the S-common output line and the N-common output line, and appears in the S-common output line and the N-common output line. Noise can be canceled appropriately. Therefore, at the output terminal of the SN reading circuit 150, a signal can be efficiently obtained out of the signal and noise (reset component) generated by the photoelectric conversion element 110, and accurate SN reading can be performed. it can. Here, “non-overlapping” means an intra-layer lens and a common output line. The intra-layer lens located above the semiconductor substrate in the stacking direction is arranged on the same plane as the plane on which the common output line is arranged. When projected from the vertical direction, the projection of the in-layer lens does not overlap the common output line. As shown in FIG. 2, when viewed in a cross-sectional view, the inner lens 207a does not overlap when moved in a direction perpendicular to the surface on which the common output line is arranged. The vertical relationship between the in-layer lens and the common output line may be reversed. In the following embodiments, “does not overlap” refers to such a state.

なお、共通出力配線と他の配線間にダミーの層内レンズ207aによって増幅された結合容量が生じると、容量Chが増加し、その結果、容量分割比(Ct/(Ct+Ch))が減少して、S−N読出し回路150の出力(信号電荷(S))が減衰する。本実施形態では、結合容量がダミーの層内レンズによって増幅されないことから、そのような信号電荷(S)の減衰も生じないので、高い感度を維持することができる。   When a coupling capacitance amplified by the dummy inner lens 207a is generated between the common output wiring and the other wiring, the capacitance Ch increases, and as a result, the capacitance division ratio (Ct / (Ct + Ch)) decreases. , The output (signal charge (S)) of the SN read circuit 150 is attenuated. In the present embodiment, since the coupling capacitance is not amplified by the dummy intra-layer lens, such signal charge (S) is not attenuated, so that high sensitivity can be maintained.

(実施形態2)
本発明の第2の実施形態である固体撮像装置は、図2に示した構造において、配線層208a、208bに代えて、配線層209a、209bをそれぞれ共通出力線Ch1s、Ch1nとする。そして、層内レンズ207およびダミーの層内レンズ207aが形成される層を、配線層208a、208bを含む層(第1配線層)と配線層209a、209bを含む層(第2配線層)との間に位置するように形成する。これによってダミーの層内レンズ207aが配線層209a、209bとは重ならないように形成したことを特徴する。この場合、第1配線層は、光電変換領域以外では、遮光膜として使用するようにしてもよい。この構造においても、上述した正確なS−N読出しおよび高感度の維持といった同様の効果を奏する。
(Embodiment 2)
The solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention uses the wiring layers 209a and 209b as common output lines Ch1s and Ch1n, respectively, instead of the wiring layers 208a and 208b in the structure shown in FIG. The layers in which the inner lens 207 and the dummy inner lens 207a are formed are divided into a layer including the wiring layers 208a and 208b (first wiring layer) and a layer including the wiring layers 209a and 209b (second wiring layer). It forms so that it may be located between. Thus, the dummy inner lens 207a is formed so as not to overlap the wiring layers 209a and 209b. In this case, the first wiring layer may be used as a light shielding film outside the photoelectric conversion region. This structure also has the same effects as the above-described accurate SN reading and maintaining high sensitivity.

本実施形態の固体撮像装置の効果をよりわかり易くするため、比較例として、図4に、第2配線層を共通出力線とし、ダミーの層内レンズを共通出力線上に配した場合における、共通出力線と他の配線の間に生じる結合容量を模式的に示す。図4において、第2配線層である配線層209a、209bは、図2に示したものと同じものである。比較例では、これら配線層209a、209bに重なるように、ダミーの層内レンズ207bが形成されており、さらにそのダミーの層内レンズ207bの上層には、第1配線層としての配線層208が存在する。また、第1配線層、ダミーの層内レンズ207b、第2配線層のそれぞれの間には絶縁層が存在する。   In order to make the effects of the solid-state imaging device of this embodiment easier to understand, as a comparative example, FIG. 4 shows a common output when the second wiring layer is a common output line and a dummy inner lens is arranged on the common output line. A coupling capacitance generated between a line and another wiring is schematically shown. In FIG. 4, wiring layers 209a and 209b, which are the second wiring layers, are the same as those shown in FIG. In the comparative example, a dummy inner lens 207b is formed so as to overlap with the wiring layers 209a and 209b, and a wiring layer 208 as a first wiring layer is formed above the dummy inner lens 207b. Exists. In addition, an insulating layer exists between each of the first wiring layer, the dummy inner lens 207b, and the second wiring layer.

図4に示した構造では、配線層209a、209bのピッチは、ダミーの層内レンズ207bのピッチとは無関係に設定される。そのため、ダミーの層内レンズ207bと配線層209aの重なり合う面積と、ダミーの層内レンズ207bと配線層209bの重なり合う面積とが異なる。このため、配線層209aと他の配線の間に生じる結合容量(電気力線eの密度)と、配線層209bと他の配線の間に生じる結合容量(電気力線eの密度)とが異なることになる。この結果、S−N読出し回路の入力におけるノイズのレベルがS-共通出力線(配線層209a)とN-共通出力線(配線層209b)との間で異なってしまい、ノイズが残ってしまう場合がある。   In the structure shown in FIG. 4, the pitch of the wiring layers 209a and 209b is set regardless of the pitch of the dummy inner lens 207b. Therefore, the overlapping area of the dummy inner lens 207b and the wiring layer 209a is different from the overlapping area of the dummy inner lens 207b and the wiring layer 209b. For this reason, the coupling capacitance (density of electric lines of force e) generated between the wiring layer 209a and other wirings is different from the coupling capacity (density of electric lines of force e) generated between the wiring layer 209b and other wirings. It will be. As a result, the noise level at the input of the S-N readout circuit differs between the S-common output line (wiring layer 209a) and the N-common output line (wiring layer 209b), and noise remains. There is.

これに対して、本実施形態の固体撮像装置では、ダミーの層内レンズは、配線層209a、209bとは重ならないようになっているので、S-共通出力線およびN-共通出力線において、ダミーの層内レンズによって結合容量が影響を受けることがない。よって、正確なS−N読出しを行う事が可能である。   On the other hand, in the solid-state imaging device of the present embodiment, the dummy inner lens does not overlap with the wiring layers 209a and 209b. Therefore, in the S-common output line and the N-common output line, The coupling capacitance is not affected by the dummy inner lens. Therefore, accurate SN reading can be performed.

(実施形態3)
図5は、本発明の第3の実施形態である固体撮像装置の、共通出力線の近傍の断面図である。この固体撮像装置は、図2に示した構造において、第1配線層である配線層208a、208bに代えて、第2配線層である配線層209a、209bをそれぞれ共通出力線Ch1s、Ch1nとし、配線層209a、209bと、その上方に位置する配線層208a、208bとが重ならないような構造(第1配線層が配線層209a、209bの直上において開口した構造)とされている。この構造においても、正確なS−N読出しおよび高感度の維持といった同様の効果を奏する。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a cross-sectional view in the vicinity of the common output line of the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. In the solid-state imaging device, in the structure shown in FIG. 2, instead of the wiring layers 208a and 208b that are the first wiring layers, the wiring layers 209a and 209b that are the second wiring layers are used as the common output lines Ch1s and Ch1n, respectively. The wiring layers 209a and 209b and the wiring layers 208a and 208b located above the wiring layers 209a and 209b are structured so as not to overlap (a structure in which the first wiring layer is opened immediately above the wiring layers 209a and 209b). This structure also has the same effect of accurate SN reading and maintaining high sensitivity.

本実施形態の固体撮像装置の効果をよりわかり易くするため、比較例として、図6に、第2配線層を共通出力線とし、ダミーの層内レンズを共通出力線上に配した場合における、共通出力線と他の配線の間に生じる電気力線を模式的に示す。図6において、第1配線層である配線層208a、208bおよび第2配線層である配線層209a、209bは、図5に示したものと同じものである。比較例では、配線層209a、209bに重なるように、第1配線層の上層にダミーの層内レンズ207bが形成されている。第1配線層、ダミーの層内レンズ207b、第2配線層のそれぞれの間には絶縁層が存在する。   In order to make the effects of the solid-state imaging device of the present embodiment easier to understand, as a comparative example, FIG. 6 shows a common output when the second wiring layer is a common output line and a dummy intra-layer lens is arranged on the common output line. The electric lines of force produced between a line and other wiring are shown typically. In FIG. 6, wiring layers 208a and 208b which are first wiring layers and wiring layers 209a and 209b which are second wiring layers are the same as those shown in FIG. In the comparative example, a dummy inner lens 207b is formed on the upper layer of the first wiring layer so as to overlap the wiring layers 209a and 209b. An insulating layer exists between each of the first wiring layer, the dummy inner lens 207b, and the second wiring layer.

図6に示した構造では、配線層209a、209bのピッチは、ダミーの層内レンズ207bのピッチとは無関係に設定されている。このため、ダミーの層内レンズ207bと配線層209aの重なり合う面積と、ダミーの層内レンズ207bと配線層209bの重なり合う面積とが異なる。このため、配線層209aと他の配線の間に生じる結合容量(電気力線eの密度)と、配線層209bと他の配線の間に生じる結合容量(電気力線eの密度)とが異なる。この結果、S−N読出し回路の入力におけるノイズのレベルがS-共通出力線(配線層209a)とN-共通出力線(配線層209b)との間で異なってしまい、そのノイズを完全にキャンセルすることができなくなってしまう。   In the structure shown in FIG. 6, the pitch of the wiring layers 209a and 209b is set regardless of the pitch of the dummy inner lens 207b. For this reason, the overlapping area of the dummy inner lens 207b and the wiring layer 209a is different from the overlapping area of the dummy inner lens 207b and the wiring layer 209b. For this reason, the coupling capacitance (density of electric lines of force e) generated between the wiring layer 209a and other wirings is different from the coupling capacity (density of electric lines of force e) generated between the wiring layer 209b and other wirings. . As a result, the noise level at the input of the S-N readout circuit differs between the S-common output line (wiring layer 209a) and the N-common output line (wiring layer 209b), and the noise is completely canceled. You will not be able to.

これに対して、本実施形態の固体撮像装置では、ダミーの層内レンズは、配線層209a、209bとは重ならないようになっているので、S-共通出力線およびN-共通出力線において、ダミーの層内レンズによって結合容量が影響を受けることがない。よって、正確なS−N読出しを行う事が可能である。   On the other hand, in the solid-state imaging device of the present embodiment, the dummy inner lens does not overlap with the wiring layers 209a and 209b. Therefore, in the S-common output line and the N-common output line, The coupling capacitance is not affected by the dummy inner lens. Therefore, accurate SN reading can be performed.

(実施形態4)
図7は、本発明の第4の実施形態である固体撮像装置の平面概念図、図8は、図7のA−A線における概略断面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a conceptual plan view of a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along line AA of FIG.

本実施形態の固体撮像装置は、図3に示した回路構成に適用されるものであって、レンズの大きさや誘電率にばらつきを生じることになる外周部付近の層内レンズは、ダミーの層内レンズとしてセンサアレイ100の光電変換領域の周辺部に形成されている。そして、そのダミーの層内レンズは共通出力線160と重なっている。その具体的な構造を、図3、図7及び図8を参照して以下に説明する。   The solid-state imaging device according to the present embodiment is applied to the circuit configuration shown in FIG. 3, and the intra-layer lens near the outer periphery that causes variations in the size and dielectric constant of the lens is a dummy layer. The inner lens is formed around the photoelectric conversion region of the sensor array 100. The dummy inner lens overlaps the common output line 160. The specific structure will be described below with reference to FIGS. 3, 7 and 8. FIG.

図7に示すように、センサアレイ100の光電変換素子110が形成される光電変換領域400の両側に共通出力線形成領域401a、401bが配されている。共通出力線形成領域401a、401bには、S−N読出し回路150の入力にそれぞれ接続されたS-共通出力線Ch1sおよびN-共通出力線Ch1nがそれぞれ形成される。   As shown in FIG. 7, common output line formation regions 401 a and 401 b are arranged on both sides of the photoelectric conversion region 400 where the photoelectric conversion elements 110 of the sensor array 100 are formed. In the common output line formation regions 401a and 401b, an S-common output line Ch1s and an N-common output line Ch1n respectively connected to the input of the SN read circuit 150 are formed.

層内レンズ形成領域403には、一定のピッチ(画素ピッチに同じ)で層内レンズが形成される。層内レンズの大きさは、通常、1〜10μmのオーダーである。層内レンズ形成領域403は、光電変換領域400の全領域およびその周辺領域を含む範囲にわたっており、共通出力線形成領域401a、410bと重なっている。周辺領域上に形成された層内レンズが、ダミーの層内レンズである。   In the in-layer lens formation region 403, in-layer lenses are formed at a constant pitch (same as the pixel pitch). The size of the in-layer lens is usually on the order of 1 to 10 μm. The in-layer lens formation region 403 extends over the entire region of the photoelectric conversion region 400 and its peripheral region, and overlaps the common output line formation regions 401a and 410b. The intralayer lens formed on the peripheral region is a dummy intralayer lens.

図8に示すように、光電変換領域400においては、フォトダイオード領域202の直上に層内レンズ207が一定のピッチa(フォトダイオード領域202のピッチに対応する)で形成されている。光電変換領域400の周辺部のダミー領域には、ダミーの層内レンズ207cが、層内レンズ207と同じピッチaで形成されている。共通出力線形成領域401aに対応する領域に、共通出力線Ch1s、Ch1nにそれぞれ対応する配線層208a、208bがダミーの層内レンズ207cと同じピッチaで形成されている。配線層208a、208bの下方には、さらに、別の配線層209a、209bが形成されている。   As shown in FIG. 8, in the photoelectric conversion region 400, the inner lens 207 is formed at a constant pitch a (corresponding to the pitch of the photodiode region 202) immediately above the photodiode region 202. In the dummy area around the photoelectric conversion area 400, dummy inner lenses 207c are formed at the same pitch a as the inner lenses 207. In the region corresponding to the common output line formation region 401a, wiring layers 208a and 208b corresponding to the common output lines Ch1s and Ch1n, respectively, are formed at the same pitch a as the dummy inner lens 207c. Another wiring layers 209a and 209b are further formed below the wiring layers 208a and 208b.

上記の構造によれば、ダミーの層内レンズ207cと配線層208a、208bとが重なるようになっている。ダミーの層内レンズ207cのピッチと配線層208a、208bのピッチは同じであるので、ダミーの層内レンズ207cと配線層208aの重なる面積は、ダミーの層内レンズ207cと配線層208aの重なる面積と同じになる。このため、S−N読出し回路150の入力におけるノイズのレベルはS-共通出力線とN-共通出力線とで同じになり、S共通出力線に現れたノイズとN共通出力線に現れたノイズを好適にキャンセルすることができる。よって、S−N読出し回路150の出力端子において、光電変換素子110で発生した信号とノイズのうち、信号を効率的に得る事ができ、正確なS−N読出しを行うことができる。   According to the above structure, the dummy inner lens 207c and the wiring layers 208a and 208b overlap each other. Since the pitch of the dummy inner lens 207c and the pitch of the wiring layers 208a and 208b are the same, the overlapping area of the dummy inner lens 207c and the wiring layer 208a is the overlapping area of the dummy inner lens 207c and the wiring layer 208a. Will be the same. For this reason, the noise level at the input of the S-N readout circuit 150 is the same between the S-common output line and the N-common output line, and the noise that appears on the S-common output line and the noise that appears on the N-common output line. Can be preferably canceled. Therefore, at the output terminal of the SN read circuit 150, a signal can be efficiently obtained out of the signal and noise generated in the photoelectric conversion element 110, and accurate SN read can be performed.

なお、課題で説明したように、層内レンズ形成領域403の外周部付近では、ガスエッチング時の条件のばらつきにより、層内レンズの大きさや誘電率に違いを生じる。このため、そのような大きさや誘電率に違いを生じる層内レンズ(ダミーの層内レンズ)が共通出力線上に形成されてしまうと、ダミーの層内レンズ207cと配線層208aの重なる面積が、ダミーの層内レンズ207cと配線層208aの重なる面積と異なってしまう。これによって、上述したような正確なS−N読出しを行うことができなくなる。これを低減すためには、大きさや誘電率に違いを生じる層内レンズが共通出力線形成領域401a、401bのさらに外側に位置するように、層内レンズ形成領域403を十分に広くとる必要がある。共通出力線形成領域401a、401bの両側部から層内レンズ形成領域403の縁までの間隔は、1画素以上で、より望ましくは5〜10画素程度である。   As described in the problem, in the vicinity of the outer peripheral portion of the intra-layer lens forming region 403, the size of the intra-layer lens and the dielectric constant vary due to variations in conditions during gas etching. For this reason, if an intra-layer lens (dummy intra-layer lens) that has a difference in size and dielectric constant is formed on the common output line, the overlapping area of the dummy intra-layer lens 207c and the wiring layer 208a is as follows. This is different from the overlapping area of the dummy inner lens 207c and the wiring layer 208a. This makes it impossible to perform accurate SN reading as described above. In order to reduce this, it is necessary to make the inner lens formation region 403 sufficiently wide so that the inner lens that causes a difference in size and dielectric constant is located further outside the common output line formation regions 401a and 401b. is there. The distance from the both sides of the common output line formation regions 401a and 401b to the edge of the inner lens formation region 403 is one pixel or more, more desirably about 5 to 10 pixels.

(実施形態5)
本発明の第5の実施形態である固体撮像装置は、図8に示した構造において、配線層208a、208bに代えて、配線層209a、209bをそれぞれ共通出力線Ch1s、Ch1nとし、さらに、層内レンズ207およびダミーの層内レンズ207cが形成される層を、配線層208a、208bを含む層(第1配線層)と配線層209a、209bを含む層(第2配線層)との間に位置するように形成したことを特徴する。この場合、第1配線層は、光電変換領域以外では、遮光膜として使用するようにしてもよい。この構造においても、第4の実施形態の場合と同様に、正確なS−N読出しを行うことができる。
(Embodiment 5)
In the solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention, in the structure shown in FIG. 8, instead of the wiring layers 208a and 208b, the wiring layers 209a and 209b are common output lines Ch1s and Ch1n, respectively. The layer in which the inner lens 207 and the dummy inner lens 207c are formed is between a layer including the wiring layers 208a and 208b (first wiring layer) and a layer including the wiring layers 209a and 209b (second wiring layer). It is formed so that it may be located. In this case, the first wiring layer may be used as a light shielding film outside the photoelectric conversion region. Even in this structure, as in the case of the fourth embodiment, accurate SN reading can be performed.

(実施形態6)
図9は、本発明の第6の実施形態である固体撮像装置の、共通出力線の近傍の断面図である。この固体撮像装置は、図8に示した構造において、第1配線層である配線層208a、208bに代えて、第2配線層である配線層209a、209bをそれぞれ共通出力線Ch1s、Ch1nとし、配線層209a、209bと、その上方に位置する配線層208a、208bとが重ならないような構造(第1配線層が配線層209a、209bの直上において開口した構造)とされている。この構造においても、第4の実施形態の場合と同様に、正確なS−N読出しを行うことができる。
(Embodiment 6)
FIG. 9 is a cross-sectional view of the vicinity of the common output line of the solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present invention. In the solid-state imaging device, in the structure shown in FIG. 8, instead of the wiring layers 208a and 208b that are the first wiring layers, the wiring layers 209a and 209b that are the second wiring layers are used as the common output lines Ch1s and Ch1n, respectively. The wiring layers 209a and 209b and the wiring layers 208a and 208b located above the wiring layers 209a and 209b are structured so as not to overlap (a structure in which the first wiring layer is opened immediately above the wiring layers 209a and 209b). Even in this structure, as in the case of the fourth embodiment, accurate SN reading can be performed.

(実施形態7)
図18は本発明の第7の実施形態の撮像装置の断面図である。本実施形態においては、層内レンズを含む層、カラーフィルタ層、マイクロレンズ層の配置に関して述べる。
(Embodiment 7)
FIG. 18 is a cross-sectional view of an imaging apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, the arrangement of the layer including the inner lens, the color filter layer, and the microlens layer will be described.

1800は光電変換部が配された半導体基板、1802は光電変換部である。たとえば光電変換部としては、P型半導体領域とN型半導体領域を含んで構成されるフォトダイオードがある。また画素ごと、複数画素ごとに増幅素子を有する増幅型の構成をとることができる。   1800 is a semiconductor substrate on which a photoelectric conversion unit is arranged, and 1802 is a photoelectric conversion unit. For example, as a photoelectric conversion unit, there is a photodiode configured to include a P-type semiconductor region and an N-type semiconductor region. In addition, an amplifying configuration in which an amplifying element is provided for each pixel and for each of a plurality of pixels can be employed.

1803は半導体基板と配線、もしくは配線どうしを絶縁するための層間膜である。1804は画素領域に配された配線である。   Reference numeral 1803 denotes an interlayer film for insulating the wiring from the semiconductor substrate or between the wirings. Reference numeral 1804 denotes a wiring arranged in the pixel region.

1807は層内レンズである。この層内レンズは画素領域において光電変換部に対応して設けられており、共通出力線を含む層上に絶縁層を介して配されている。   Reference numeral 1807 denotes an in-layer lens. This intra-layer lens is provided corresponding to the photoelectric conversion portion in the pixel region, and is disposed on the layer including the common output line via an insulating layer.

1808a、1808bは共通出力線である。一方が信号成分に対応した信号を伝送するS-共通出力線、他方がN-共通出力線として機能する。1809a,1809bは配線であり、例えば周辺回路領域に配されたMOSトランジスタを駆動するための配線として用いる。1810は平坦化膜、1811はカラーフィルタ、1812は平坦化膜、1813はマイクロレンズである。1814が画素領域、1815が画素領域から信号を読み出すための周辺回路領域を示している。   Reference numerals 1808a and 1808b are common output lines. One functions as an S-common output line for transmitting a signal corresponding to a signal component, and the other functions as an N-common output line. Reference numerals 1809a and 1809b denote wirings, for example, wirings for driving MOS transistors arranged in the peripheral circuit region. 1810 is a planarizing film, 1811 is a color filter, 1812 is a planarizing film, and 1813 is a microlens. Reference numeral 1814 denotes a pixel region, and reference numeral 1815 denotes a peripheral circuit region for reading a signal from the pixel region.

ここで層内レンズを形成するためのレンズ材料層は、周辺回路領域上も含めて配されており、画素領域において上述した形成方法により入射光に対して凸形状のレンズ形状を構成している。周辺回路領域においては、層内レンズを形成する際に上述したレジストをレンズ形状に加工した後のエッチングの工程によって、層内レンズの膜厚(レンズ高さ)よりも薄くなっている。この膜厚は、レンズ形状に加工する際のエッチングによって同時に薄膜化されるため、画素領域の層内レンズ周辺に配されるレンズ材料層と略等しい膜厚となっている。   Here, the lens material layer for forming the intra-layer lens is arranged including the peripheral circuit region, and forms a convex lens shape with respect to incident light in the pixel region by the formation method described above. . In the peripheral circuit region, the film thickness (lens height) of the in-layer lens is made thinner by the etching process after the resist described above is processed into a lens shape when forming the in-layer lens. Since this film thickness is reduced simultaneously by etching when processing into a lens shape, the film thickness is substantially equal to the lens material layer disposed around the inner lens in the pixel region.

カラーフィルタは画素領域において、各光電変換部に対応して各色が配されている。また、周辺回路領域においても、カラーフィルタがダミーのパターンとして配されている。図18ではダミーパターンが1色で構成されているが、複数色で構成することも可能である。カラーフィルタが周辺回路領域上にダミーパターンを有することによって、画素領域の周辺回路領域に近接する領域においてマイクロレンズのパターンのだれが低減され、画素領域の端でも中央付近と同様の光学特性を得ることが可能となる。また同様にマイクロレンズも周辺回路領域においてダミーパターンとして配されている。層内レンズにおいても、画素領域と同様にダミーパターンを配すること考えられるが、上述したように共通出力線どうし、もしくは共通出力線とその他の配線との容量のばらつきに影響を与えるため、周辺回路領域においては、略均一な膜厚を有するレンズ材料層は残すものの、レンズ形状に加工しない。また、このように略均一な膜厚のレンズ材料層を残すことによって、そのあとで形成される平坦化膜の膜厚を薄くすることも可能となり、カラーフィルタ、マイクロレンズのダミーパターンを好適に形成できる。 In the color filter, each color is arranged corresponding to each photoelectric conversion unit in the pixel region. Also in the peripheral circuit region, color filters are arranged as dummy patterns. In FIG. 18 , the dummy pattern is composed of one color, but it can be composed of a plurality of colors. Since the color filter has a dummy pattern on the peripheral circuit region, the sagging of the microlens pattern is reduced in the region close to the peripheral circuit region of the pixel region, and the same optical characteristics as in the vicinity of the center are obtained at the end of the pixel region. It becomes possible. Similarly, the microlens is also arranged as a dummy pattern in the peripheral circuit region. Even in the in-layer lens, it is conceivable to arrange a dummy pattern in the same manner as the pixel region. However, as described above, since it affects the capacitance variation between the common output lines or between the common output line and other wirings, In the peripheral circuit region, a lens material layer having a substantially uniform film thickness remains, but is not processed into a lens shape. In addition, by leaving the lens material layer having a substantially uniform film thickness in this way, it becomes possible to reduce the film thickness of the flattening film formed after that, and the dummy pattern of the color filter and the micro lens is preferably used. Can be formed.

なお、上述した第1乃至第7の実施形態は、いずれも、図3に示した回路構成に適用した場合を例に挙げて説明したが、他の回路構成に適用することもできる。例えば、図13に示したような、複数のS-共通出力線と複数のN-共通出力線とが存在するS−N読出し回路の構成にも各実施形態の構造を適用することができる。この場合は、共通出力線形成領域401a、401bにおいて、複数のS-共通出力線および複数のN-共通出力線のそれぞれに対応する配線層が形成される。第1乃至第3及び第7の実施形態の構造を適用した場合は、ダミーの層内レンズが、いずれの共通出力通線の配線層とも重ならないようにすることで、正確なS−N読出しおよび高感度の維持といった同様の効果を奏する。加えて、各共通出力線の間の出力におけるばらつき(チャネル間出力のばらつき)も低減される、といった効果を奏する。第4乃至第6の実施形態の構造を適用した場合は、ダミーの層内レンズのピッチと各共通出力通線の配線層のピッチとを同じにすることで、正確なS−N読出しの効果を奏するとともに、チャネル間出力のばらつきを低減できるという効果を奏する。   The first to seventh embodiments have been described by taking the case where they are applied to the circuit configuration shown in FIG. 3 as an example, but can be applied to other circuit configurations. For example, the structure of each embodiment can be applied to the configuration of an S-N readout circuit having a plurality of S-common output lines and a plurality of N-common output lines as shown in FIG. In this case, wiring layers corresponding to the plurality of S-common output lines and the plurality of N-common output lines are formed in the common output line formation regions 401a and 401b. When the structures of the first to third and seventh embodiments are applied, accurate SN reading is performed by preventing the dummy inner lens from overlapping the wiring layer of any common output line. In addition, similar effects such as maintaining high sensitivity can be achieved. In addition, there is an effect that variation in output between the common output lines (variation in output between channels) is also reduced. When the structures of the fourth to sixth embodiments are applied, the pitch of the dummy inner lens and the pitch of the wiring layer of each common output line are made the same, so that the effect of accurate SN reading is achieved. And the effect of reducing variations in output between channels.

さらに、第1乃至第7の実施形態は、図10に示すような、S−N読出し回路を持たない構成に適用することもできる。この回路は、MOS型センサであって、ラインメモリ回路および読出し回路の部分が異なる以外は、基本的には、図3に示したものと同様のものである。ラインメモリ回路133は、垂直シフトレジスタ回路120で選択した光電変換素子110の信号成分(S)を保持しておく保持容量Ctsを含む。水平シフトレジスタ回路140は、ラインメモリ回路133に保持された1行分の信号データの中から同時に2つずつデータを選択する。読出し回路は、水平シフトレジスタ回路140で同時に選択したデータ(信号成分(S))信号をそれぞれ増幅して出力するゲインアンプ152a、152bを備える。ゲインアンプ152aの入力には共通出力線Ch1sが接続されており、ゲインアンプ152bの入力には共通出力線Ch2sが接続されている。共通出力線Ch1sには、奇数列の光電変換素子110の保持容量Ctsを含む線が共通に接続されている。共通出力線Ch2sには、偶数列の光電変換素子110の保持容量Ctsを含む線が共通に接続されている。   Furthermore, the first to seventh embodiments can also be applied to a configuration having no SN read circuit as shown in FIG. This circuit is a MOS type sensor and is basically the same as that shown in FIG. 3 except that the line memory circuit and the readout circuit are different. The line memory circuit 133 includes a storage capacitor Cts that stores the signal component (S) of the photoelectric conversion element 110 selected by the vertical shift register circuit 120. The horizontal shift register circuit 140 selects two pieces of data simultaneously from one row of signal data held in the line memory circuit 133. The readout circuit includes gain amplifiers 152a and 152b that amplify and output data (signal component (S)) signals simultaneously selected by the horizontal shift register circuit 140, respectively. A common output line Ch1s is connected to the input of the gain amplifier 152a, and a common output line Ch2s is connected to the input of the gain amplifier 152b. The common output line Ch1s is commonly connected to a line including the storage capacitor Cts of the odd-numbered photoelectric conversion elements 110. The common output line Ch2s is commonly connected to a line including the storage capacitor Cts of the even number of photoelectric conversion elements 110.

図10に示した回路構成の場合は、共通出力線形成領域401a、401bにおいて、共通出力線Ch1s、Ch2sのそれぞれに対応する配線層が形成される。第1乃至第3及び第7の実施形態の構造を適用した場合は、ダミーの層内レンズが、いずれの共通出力通線の配線層とも重ならないようにすることで、信号成分(S)の正確な読出しを行うことができるとともに高感度を維持することができる。第4乃至第6の実施形態の構造を適用した場合も、ダミーの層内レンズのピッチと各共通出力通線の配線層のピッチとを同じにすることで、信号成分(S)の正確な読出しを行うことができる。   In the case of the circuit configuration shown in FIG. 10, wiring layers corresponding to the common output lines Ch1s and Ch2s are formed in the common output line formation regions 401a and 401b. When the structures of the first to third and seventh embodiments are applied, the signal component (S) of the signal component (S) can be obtained by preventing the dummy inner lens from overlapping the wiring layer of any common output line. Accurate readout can be performed and high sensitivity can be maintained. Even when the structures of the fourth to sixth embodiments are applied, the pitch of the dummy inner lens and the pitch of the wiring layer of each common output line are made the same so that the signal component (S) can be accurately detected. Reading can be performed.

なお、図10に示した回路構成においては、共通出力線と他の配線の間に結合容量が生じると、各ゲインアンプ152a、152b間出力にばらつきを生じるために、固体撮像装置の出力に基づいて画像を表示した場合に混色の問題が生じる。第1乃至第3の実施形態の構造を適用した場合は、結合容量が生じないので、混色の問題を防止することができる。第4乃至第6の実施形態の構造を適用した場合は、各共通出力線における結合容量を同じにすることができるので、この場合も混色の問題を防止することができる。   In the circuit configuration shown in FIG. 10, when a coupling capacitance is generated between the common output line and other wirings, the output between the gain amplifiers 152 a and 152 b varies, and therefore, based on the output of the solid-state imaging device. When displaying an image, a problem of color mixing occurs. When the structures of the first to third embodiments are applied, since no coupling capacitance is generated, the problem of color mixing can be prevented. When the structures of the fourth to sixth embodiments are applied, the coupling capacitance in each common output line can be made the same, and in this case as well, the problem of color mixing can be prevented.

また、第1乃至第3及び第7の実施形態は、図11に示すような回路構成にも適用することができる。この回路は、ラインメモリ回路および読出し回路の部分が異なる以外は、基本的には、図13に示したものと同様のものである。ラインメモリ回路131は、垂直シフトレジスタ回路120で選択した光電変換素子110の信号成分(S)を保持する。水平シフトレジスタ回路140は、ラインメモリ回路130に保持された1行分の信号データの中から1つずつデータを選択する。読出し回路は、水平シフトレジスタ回路140で選択したデータ信号(信号成分(S))を増幅して出力するゲインアンプ151を備えている。光電変換素子110の出力が、ゲインアンプ151の入力に接続された共通出力線161に、列単位で接続されている。   The first to third and seventh embodiments can also be applied to a circuit configuration as shown in FIG. This circuit is basically the same as that shown in FIG. 13 except for the line memory circuit and the readout circuit. The line memory circuit 131 holds the signal component (S) of the photoelectric conversion element 110 selected by the vertical shift register circuit 120. The horizontal shift register circuit 140 selects data one by one from the signal data for one row held in the line memory circuit 130. The readout circuit includes a gain amplifier 151 that amplifies and outputs the data signal (signal component (S)) selected by the horizontal shift register circuit 140. The output of the photoelectric conversion element 110 is connected in column units to a common output line 161 connected to the input of the gain amplifier 151.

図11に示した回路構成の場合は、共通出力線形成領域401a、401bにおいて、共通出力線161に対応する配線層が形成される。ダミーの層内レンズが、共通出力通線の配線層とも重ならないようにすることで、信号成分(S)の正確な読出しを行うことができるとともに高感度を維持することができる。   In the case of the circuit configuration shown in FIG. 11, a wiring layer corresponding to the common output line 161 is formed in the common output line formation regions 401a and 401b. By preventing the dummy inner lens from overlapping the wiring layer of the common output line, the signal component (S) can be read accurately and high sensitivity can be maintained.

以上、第1乃至第7の実施形態で述べた本発明の固体撮像装置は、スキャナ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の固体撮像システムに適用することができる。以下、本発明の固体撮像装置を備える固体撮像システムについて、その構成および動作を詳細に説明する。   As described above, the solid-state imaging device of the present invention described in the first to seventh embodiments can be applied to a solid-state imaging system such as a scanner, a video camera, and a digital still camera. Hereinafter, the configuration and operation of a solid-state imaging system including the solid-state imaging device of the present invention will be described in detail.

図12は、本発明の固体撮像装置を備える固体撮像システムの概略構成を示すブロック図である。この固体撮像システムは、バリア1、レンズ2、絞り3、固体撮像素子4、撮像信号処理回路5、A/D変換器6、信号処理部7、タイミング発生部8、全体制御・演算部9、メモリ部10、記録媒体制御インターフェース部11、記録媒体12および外部インターフェース(I/F)部13からなる。   FIG. 12 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging system including the solid-state imaging device of the present invention. This solid-state imaging system includes a barrier 1, a lens 2, an aperture 3, a solid-state imaging device 4, an imaging signal processing circuit 5, an A / D converter 6, a signal processing unit 7, a timing generation unit 8, an overall control / calculation unit 9, The memory unit 10 includes a recording medium control interface unit 11, a recording medium 12, and an external interface (I / F) unit 13.

バリア1は、レンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねる。レンズ2は、被写体の光学像を固体撮像素子4に結像させる。絞り3は、レンズ2を通った光量を可変するためのものである。固体撮像素子4は、レンズ2で結像された被写体を画像信号として取り込むためのものであって、第1乃至第6の実施形態のいずれかの固体撮像装置の構造を備える。   The barrier 1 doubles as a lens switch and a main switch. The lens 2 forms an optical image of the subject on the solid-state imaging device 4. The diaphragm 3 is for changing the amount of light passing through the lens 2. The solid-state imaging device 4 is for capturing the subject imaged by the lens 2 as an image signal, and includes the structure of the solid-state imaging device according to any one of the first to sixth embodiments.

撮像信号処理回路5は、固体撮像素子4から出力される画像信号に各種の補正、クランプ等の処理を行う。A/D変換器6は、固体撮像素子4より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行う。信号処理部7は、A/D変換器6より出力された画像データに各種の補正を行ったり、データを圧縮したりする。タイミング発生部8は、固体撮像素子4、撮像信号処理回路5、A/D変換器6および信号処理部7に各種タイミング信号をそれぞれ供給する。これら撮像信号処理回路5、A/D変換器6、信号処理部7およびタイミング発生部8は、固体撮像素子4と同一チップ上に形成しても良い。   The imaging signal processing circuit 5 performs various correction, clamping, and other processes on the image signal output from the solid-state imaging device 4. The A / D converter 6 performs analog-digital conversion of the image signal output from the solid-state imaging device 4. The signal processing unit 7 performs various corrections on the image data output from the A / D converter 6 and compresses the data. The timing generation unit 8 supplies various timing signals to the solid-state imaging device 4, the imaging signal processing circuit 5, the A / D converter 6, and the signal processing unit 7. The imaging signal processing circuit 5, A / D converter 6, signal processing unit 7, and timing generation unit 8 may be formed on the same chip as the solid-state imaging device 4.

全体制御・演算部9は、各種演算とシステム全体を制御する。メモリ部10は、画像データを一時的に記憶するためのものである。記録媒体制御インターフェース部11は、記録媒体12に対して記録又は読み出しを行う。記録媒体12は、半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。外部I/F部13は、外部コンピュータ等と通信する。   The overall control / calculation unit 9 controls various computations and the entire system. The memory unit 10 is for temporarily storing image data. The recording medium control interface unit 11 performs recording or reading on the recording medium 12. The recording medium 12 is a detachable recording medium such as a semiconductor memory. The external I / F unit 13 communicates with an external computer or the like.

次に、本固体撮像システムの動作について説明する。バリア1がオープンされると、メイン電源、コントロール系の電源、A/D変換器6などの撮像系回路の電源が順次オンされる。電源がオンされると、露光量を制御するために、全体制御・演算部9が、絞り3を開放にする。固体撮像素子4から出力された信号は、撮像信号処理回路5を介してA/D変換器6へ供給され、そこでA/D変換される。A/D変換された信号は、信号処理部7に供給される。信号処理部7は、全体制御・演算部9を通じて、その供給された信号を基に露出の演算を行う。この動作により測光が行われ、その結果により、明るさが判断される。そして、その判断結果に応じて、全体制御・演算部9が絞りを制御する。   Next, the operation of the present solid-state imaging system will be described. When the barrier 1 is opened, the main power supply, the power supply for the control system, and the power supply for the imaging system circuits such as the A / D converter 6 are sequentially turned on. When the power is turned on, the overall control / calculation unit 9 opens the diaphragm 3 in order to control the exposure amount. The signal output from the solid-state imaging device 4 is supplied to the A / D converter 6 via the imaging signal processing circuit 5, where it is A / D converted. The A / D converted signal is supplied to the signal processing unit 7. The signal processing unit 7 calculates the exposure based on the supplied signal through the overall control / calculation unit 9. Photometry is performed by this operation, and the brightness is determined based on the result. Then, the overall control / calculation unit 9 controls the diaphragm according to the determination result.

次に、全体制御・演算部9は、固体撮像素子4から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し、被写体までの距離の演算を行う。その後、全体制御・演算部9は、レンズ2を駆動して合焦か否かを判断する。合焦していないと判断したときは、全体制御・演算部9は、再びレンズ2を駆動し測距を行う。   Next, the overall control / calculation unit 9 extracts a high-frequency component based on the signal output from the solid-state imaging device 4 and calculates the distance to the subject. Thereafter, the overall control / calculation unit 9 drives the lens 2 to determine whether or not it is in focus. When it is determined that the subject is not in focus, the overall control / calculation unit 9 drives the lens 2 again to perform distance measurement.

合焦が確認された後に、本露光が始まる。本露光が終了すると、固体撮像素子4から出力された画像信号は、撮像信号処理回路5において補正等がなされた後、A/D変換器6でA/D変換される。A/D変換された画像信号は、信号処理部7を経て、全体制御・演算9によりメモリ部10に蓄積される。その後、メモリ部10に蓄積されたデータは、全体制御・演算部9の制御によって、記録媒体制御I/F部11を通じて半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体12に記録される。また、外部I/F部13を通じて、直接、外部のコンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。   After the in-focus state is confirmed, the main exposure starts. When the main exposure is completed, the image signal output from the solid-state imaging device 4 is corrected and the like in the imaging signal processing circuit 5 and then A / D converted by the A / D converter 6. The A / D converted image signal is stored in the memory unit 10 by the overall control / calculation 9 via the signal processing unit 7. Thereafter, the data stored in the memory unit 10 is recorded on a removable recording medium 12 such as a semiconductor memory through the recording medium control I / F unit 11 under the control of the overall control / calculation unit 9. Further, the image processing may be performed by directly inputting to an external computer or the like through the external I / F unit 13.

本発明の第1の実施形態である固体撮像装置の平面概念図である。1 is a schematic plan view of a solid-state imaging device that is a first embodiment of the present invention. 図1のA−A線における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in the AA of FIG. 本発明の第1の実施形態である固体撮像装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態である固体撮像装置の比較例における結合容量を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the coupling capacitance in the comparative example of the solid-state imaging device which is the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態である固体撮像装置の、共通出力線の近傍の断面図である。It is sectional drawing of the vicinity of a common output line of the solid-state imaging device which is the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態である固体撮像装置の比較例における結合容量を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the coupling capacitance in the comparative example of the solid-state imaging device which is the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態である固体撮像装置の平面概念図である。It is a plane conceptual diagram of the solid-state imaging device which is the 4th Embodiment of this invention. 図7のA−A線における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in the AA of FIG. 本発明の第6の実施形態である固体撮像装置の、共通出力線の近傍の断面図である。It is sectional drawing of the vicinity of a common output line of the solid-state imaging device which is the 6th Embodiment of this invention. 本発明の固体撮像装置の構造を適用可能な回路構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the circuit structure which can apply the structure of the solid-state imaging device of this invention. 本発明の固体撮像装置の構造を適用可能な回路構成の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the circuit structure which can apply the structure of the solid-state imaging device of this invention. 本発明の固体撮像装置を備える固体撮像システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a solid-state imaging system provided with the solid-state imaging device of this invention. 層内レンズを備える固体撮像素子が適用されるMOS型センサの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the MOS type sensor to which a solid-state image sensor provided with an in-layer lens is applied. (a)〜(c)は、層内レンズの形成手順を説明するための工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing for demonstrating the formation procedure of the lens in a layer. ダミーの層内レンズが共通出力線上に形成された従来のCMOSエリアセンサの平面概念図である。It is a plane conceptual diagram of the conventional CMOS area sensor in which the dummy inner lens was formed on the common output line. 図15のA−A線における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in the AA of FIG. 層内レンズを備える従来の固体撮像素子における結合容量を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the coupling capacity | capacitance in the conventional solid-state image sensor provided with an in-layer lens. 本発明の第7の実施形態である固体撮像装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the solid-state imaging device which is the 7th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 センサアレイ
110 光電変換素子
120 垂直シフトレジスタ回路
130 ラインメモリ回路
140 水平シフトレジスタ回路
150 S−N読出し回路
160 共通出力線
400 光電変換領域
401a、401b 共通出力線形成領域
402 層内レンズ形成領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Sensor array 110 Photoelectric conversion element 120 Vertical shift register circuit 130 Line memory circuit 140 Horizontal shift register circuit 150 SN reading circuit 160 Common output line 400 Photoelectric conversion area 401a, 401b Common output line formation area 402 Intra-layer lens formation area

Claims (6)

半導体基板に配された複数の画素を含む光電変換領域と、
前記光電変換領域から信号を読み出すための周辺回路領域と、
前記周辺回路領域に配され、前記複数の画素から信号を伝送するための共通出力線と、
前記共通出力線を含む層上に、絶縁膜を介して配された層内レンズと、
前記層内レンズ上に配されたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタ上に配されたマイクロレンズと、を有し、
前記層内レンズは、前記共通出力線と重ならないように配置され、前記カラーフィルタは前記周辺回路領域上にも配置されていることを特徴とする撮像装置。
A photoelectric conversion region including a plurality of pixels disposed on a semiconductor substrate;
A peripheral circuit region for reading a signal from the photoelectric conversion region;
A common output line disposed in the peripheral circuit region for transmitting signals from the plurality of pixels;
An intra-layer lens disposed on the layer including the common output line via an insulating film;
A color filter disposed on the in-layer lens;
A microlens disposed on the color filter,
The image pickup apparatus, wherein the inner lens is disposed so as not to overlap the common output line, and the color filter is also disposed on the peripheral circuit region.
前記信号は、画像信号に対応する第1の信号成分と、ノイズ信号に対応する第2の信号成分とを含んでおり、前記共通出力線は、前記第1の信号成分が伝送される第1の共通出力線と、前記第2の信号成分が伝送される第2の共通出力線とを含む、請求項1に記載の撮像装置。   The signal includes a first signal component corresponding to an image signal and a second signal component corresponding to a noise signal, and the common output line transmits a first signal component to which the first signal component is transmitted. The imaging apparatus according to claim 1, further comprising: a common output line and a second common output line through which the second signal component is transmitted. 前記層内レンズが入射光に対して凸形状を有している、請求項2に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 2, wherein the intralayer lens has a convex shape with respect to incident light. 前記周辺回路領域上に、前記層内レンズを形成するレンズ材料層が、略均一な膜厚で配されている、請求項3に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 3, wherein a lens material layer that forms the intra-layer lens is disposed on the peripheral circuit region with a substantially uniform film thickness. 前記画素領域の前記層内レンズの周囲に略均一な膜厚を有するレンズ材料層を有しており、前記画素領域に配されたレンズ材料層は、前記周辺回路領域上に配されたレンズ材料層と略同一な膜厚を有している、請求項4に記載の撮像装置。   A lens material layer having a substantially uniform film thickness is provided around the inner lens in the pixel region, and the lens material layer disposed in the pixel region is a lens material disposed on the peripheral circuit region. The imaging device according to claim 4, wherein the imaging device has substantially the same film thickness as the layer. 請求項1に記載の撮像装置と、
被写体の光学像を前記固体撮像装置の受光面に結像させるレンズと、
前記固体撮像装置の出力から前記被写体の画像信号を得る信号処理手段とを有する撮像システム。
An imaging device according to claim 1;
A lens that forms an optical image of a subject on the light receiving surface of the solid-state imaging device;
An image pickup system comprising: a signal processing unit that obtains an image signal of the subject from an output of the solid-state image pickup device.
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