JP2007080926A - Photoelectric conversion element, manufacturing method thereof, fixed imaging device, imaging apparatus, and image reading apparatus - Google Patents

Photoelectric conversion element, manufacturing method thereof, fixed imaging device, imaging apparatus, and image reading apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element or the like having excellent wavelength (color) separation accuracy and desirably capable of restraining a dark current from being generated. <P>SOLUTION: The photoelectric conversion element comprises a semiconductor substrate 1, a photodiode part 2, a concave lens 3, and a convex lens 4. The photodiode part 2 is formed in the semiconductor substrate 1. Moreover, the photodiode part 2 comprises a plurality of photodiodes which are constituted by alternately and successively laminating p-type semiconductor regions 2a, 2c and 2e, and n-type semiconductor regions 2b, 2d. The convex lens 4 focuses incident light to the photodiode part 2. Further, the concave lens 3 is disposed on an optical path extending between the photodiode part 2 and the convex lens 4. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、光電変換素子、固定撮像デバイス、撮像装置、画像読み取り装置、および光電変換素子の製造方法に係る発明であり、特に、半導体基板内において、縦方向に複数のフォトダイオードの接合面が形成されている、光電変換素子等に適用することができる。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, a fixed image pickup device, an image pickup apparatus, an image reading apparatus, and a method for manufacturing a photoelectric conversion element, and in particular, in a semiconductor substrate, a bonding surface of a plurality of photodiodes in a vertical direction is provided. It can be applied to a formed photoelectric conversion element or the like.

次のような構造の光電変換素子が、既に存在している(特許文献1,2)。   A photoelectric conversion element having the following structure already exists (Patent Documents 1 and 2).

当該特許文献1に係わる光電変換素子は、半導体基板の表面内にフォトダイオード部が形成されている。ここで、当該フォトダイオード部は、複数のフォトダイオードから成る。また、当該フォトダイオード部は、半導体基板内において、第一の導電型の第一の半導体領域と第二の導電型の第二の半導体領域とが、交互に順次積層することにより構成されている。   In the photoelectric conversion element according to Patent Document 1, a photodiode portion is formed in the surface of a semiconductor substrate. Here, the photodiode portion is composed of a plurality of photodiodes. In addition, the photodiode unit is configured by alternately stacking first semiconductor regions of the first conductivity type and second semiconductor regions of the second conductivity type in the semiconductor substrate. .

当該光電変換素子の構成により、半導体基板内には、深さ方向に進むに連れて、順次接合面が形成されている。そして、各接合面において、波長の異なる光が各々入射すると、夫々の接合面において光電変換が起こる。   With the configuration of the photoelectric conversion element, bonding surfaces are sequentially formed in the semiconductor substrate as it proceeds in the depth direction. When light having different wavelengths is incident on each joint surface, photoelectric conversion occurs at each joint surface.

ところで、各波長の光毎に、効率良く光電変換できる位置は、半導体基板内における当該光の透過距離に応じて異なる。   By the way, the position where photoelectric conversion can be efficiently performed for each light of each wavelength varies depending on the transmission distance of the light within the semiconductor substrate.

たとえば、第一の波長を有する光を光電変換する場合を考える。ここで、所定の波長の光を効率良く光電変換できる位置は、半導体基板内における当該光がXμm進んだ位置であるとする。したがって、当該所定の波長を有する光を光電変換するための接合面は、通常、半導体基板の水平な表面からの、垂直深さがXμmの位置に形成される。ここで、当該垂直深さXμmの位置に存する接合面は、半導体基板の表面と略並行である。   For example, consider the case of photoelectrically converting light having the first wavelength. Here, it is assumed that the position where the light having a predetermined wavelength can be efficiently photoelectrically converted is the position where the light in the semiconductor substrate has advanced by X μm. Therefore, the bonding surface for photoelectrically converting the light having the predetermined wavelength is usually formed at a position where the vertical depth is X μm from the horizontal surface of the semiconductor substrate. Here, the joint surface existing at the position of the vertical depth X μm is substantially parallel to the surface of the semiconductor substrate.

なお、波長の短い光を効率良く光電変換するためには、比較的浅い位置に、当該波長の短い光を光電変換する接合面を形成する必要がある。これに対して、波長の長い光を効率良く光電変換するためには、比較的深い位置に、当該波長の長い光を光電変換する接合面を形成する必要がある。   In order to efficiently photoelectrically convert light having a short wavelength, it is necessary to form a bonding surface for photoelectrically converting light having a short wavelength at a relatively shallow position. On the other hand, in order to efficiently photoelectrically convert light having a long wavelength, it is necessary to form a bonding surface for photoelectrically converting light having a long wavelength at a relatively deep position.

米国特許第5965875号公報US Pat. No. 5,965,875 特開2003−298102号公報JP 2003-298102 A

上記で説明した位置に、各接合面が形成されるので、従来技術に係わる発電変換素子は、以下に示す問題が生じていた。   Since each joint surface is formed at the position described above, the power generation conversion element according to the related art has the following problems.

つまり、半導体基板の表面に対して入射してくる光は、当該表面に対してあらゆる角度を有している。つまり、半導体基板の表面に対して垂直に入射する光(垂直光と称する)のみではなく、斜めに入射される光(斜光と称する)も含まれている。そして、垂直光と斜光とでは、半導体基板の表面から、所定の接合面に到達するまでの到達距離に差が発生する。   That is, the light incident on the surface of the semiconductor substrate has all angles with respect to the surface. That is, not only light that is incident perpendicular to the surface of the semiconductor substrate (referred to as vertical light) but also light that is incident obliquely (referred to as oblique light) is included. A difference occurs between the vertical light and the oblique light in the reach distance from the surface of the semiconductor substrate to the predetermined bonding surface.

ここで、上述の通り、各波長の光毎に、効率良く光電変換できる位置は、半導体基板内における当該光の進行距離に応じて異なる。したがって、上述の接合面の形成位置(つまり、半導体基板の表面と、所定の深さに存する各接合面とは、略平行であり、当該表面からの垂直深さに応じて、各接合面を適正な位置に形成する)を考慮すると、垂直光に対しては、所望の波長を有する光を各接合面において、各々効率良く光電変換できる。しかし、斜光に対しては、所望の波長を有する光を各接合面において、各々効率良く光電変換できない。   Here, as described above, the position where the photoelectric conversion can be efficiently performed for each wavelength of light varies depending on the traveling distance of the light within the semiconductor substrate. Therefore, the formation position of the above-described bonding surface (that is, the surface of the semiconductor substrate and each bonding surface existing at a predetermined depth are substantially parallel, and each bonding surface is set according to the vertical depth from the surface. When the vertical light is taken into consideration, light having a desired wavelength can be efficiently photoelectrically converted at each joint surface. However, for oblique light, light having a desired wavelength cannot be efficiently photoelectrically converted at each joint surface.

言い換えれば、斜光に対しては、当該所望の波長と多少異なる波長を有する光が、各接合面において各々効率良く光電変換されてしまう。そして、当該事項に起因して、白色光に対する波長(色)分離精度を低下する、という問題があった。   In other words, for oblique light, light having a wavelength slightly different from the desired wavelength is efficiently photoelectrically converted at each joint surface. Then, due to the matter, there is a problem that the wavelength (color) separation accuracy for white light is lowered.

そして、当該構成の光電変換素子を複数個配列して構成した固体撮像デバイスを構成した場合には、撮像画像の色彩強度が低下し、色再現性が悪くなる、という問題があった。   When a solid-state imaging device configured by arranging a plurality of photoelectric conversion elements having the above configuration is configured, there is a problem that the color intensity of the captured image is lowered and the color reproducibility is deteriorated.

さらに、従来の技術に係わる光電変換素子は、各接合面が半導体基板の表面に現れている。したがって、たとえば当該光電変換素子の製造過程において、当該表面付近の接合面が容易に汚染されいた。   Furthermore, in the photoelectric conversion element according to the conventional technique, each bonding surface appears on the surface of the semiconductor substrate. Therefore, for example, in the process of manufacturing the photoelectric conversion element, the joint surface near the surface is easily contaminated.

このように、接合面が汚染されてしまうと、暗電流が発生してしまう。当該暗電流は、ノイズである。よって、当該暗電流が多く発生する光電変換素子を用いて、固体撮像デバイスを構成した場合には、当該固体撮像デバイスの性能は低下する。   As described above, when the joint surface is contaminated, a dark current is generated. The dark current is noise. Therefore, when a solid-state imaging device is configured using photoelectric conversion elements that generate a large amount of dark current, the performance of the solid-state imaging device is degraded.

以上により、極力暗電流の発生を抑制することができる、光電変換素子が望まれている。   Thus, a photoelectric conversion element that can suppress the generation of dark current as much as possible is desired.

そこで、本発明は、波長(色)分離精度の良く、また望ましくは暗電流の発生を抑制することができる、光電変換素子を提供することを目的とする。さらに、当該光電変換素子の製造方法、当該光電変換素子を有する固体撮像デバイス、および当該固体撮像装置を備える撮像装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element that has good wavelength (color) separation accuracy and that can desirably suppress generation of dark current. Furthermore, it aims at providing the manufacturing method of the said photoelectric conversion element, the solid-state imaging device which has the said photoelectric conversion element, and an imaging device provided with the said solid-state imaging device.

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の光電変換素子は、半導体基板と、前記半導体基板内において、第一の導電型の第一の半導体領域と第二の導電型の第二の半導体領域とが、交互に順次積層することにより構成されている、複数のフォトダイオードから成るフォトダイオード部と、前記フォトダイオード部に入射光を集光させる凸レンズと、前記フォトダイオード部と前記凸レンズとの間の光路上に、配設される凹レンズとを、備えている。   In order to achieve the above object, a photoelectric conversion element according to claim 1 according to the present invention includes a semiconductor substrate, a first semiconductor region of the first conductivity type, and a second conductivity in the semiconductor substrate. A photodiode portion composed of a plurality of photodiodes, and a convex lens for condensing incident light on the photodiode portion, and the photodiodes. A concave lens disposed on the optical path between the portion and the convex lens.

また、請求項22に記載の固体撮像デバイスは、請求項1ないし請求項21のいずれかに記載の光電変換素子を、平面視において、複数配列することにより、構成されている。   A solid-state imaging device according to a twenty-second aspect is configured by arranging a plurality of photoelectric conversion elements according to the first to twenty-first aspects in a plan view.

また、請求項23に記載の撮像装置は、請求項22に記載の固体撮像デバイスを、備えている。   An image pickup apparatus according to a twenty-third aspect includes the solid-state image pickup device according to the twenty-second aspect.

また、請求項24に記載の画像読み取り装置は、請求項22に記載の固体撮像デバイスを、備えている。   An image reading apparatus according to a twenty-fourth aspect includes the solid-state imaging device according to the twenty-second aspect.

また、請求項25に記載の光電変換素子の製造方法は、(A)前記半導体基板内において、第一の導電型の第一の半導体領域と第二の導電型の第二の半導体領域とを、交互に順次積層することにより、前記半導体基板の表面内に、複数のフォトダイオードから成るフォトダイオード部を形成する工程と、(B)前記フォトダイオード部上に、樹脂を塗布する工程と、(C)前記樹脂に窪みを形成する工程と、(D)前記窪みを有する前記樹脂に対して、加熱溶融処理を施すことにより、凹レンズを形成する工程とを、備えている。   The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 25, wherein (A) a first semiconductor region of a first conductivity type and a second semiconductor region of a second conductivity type are provided in the semiconductor substrate. (1) forming a photodiode portion composed of a plurality of photodiodes in the surface of the semiconductor substrate by sequentially laminating; (B) applying a resin on the photodiode portion; C) forming a depression in the resin, and (D) forming a concave lens by subjecting the resin having the depression to a heat-melting treatment.

また、請求項27に記載の光電変換素子の製造方法は、(A)前記半導体基板内において、第一の導電型の第一の半導体領域と第二の導電型の第二の半導体領域とを、交互に順次積層することにより、前記半導体基板の表面内に、複数のフォトダイオードから成るフォトダイオード部を形成する工程と、(B)前記フォトダイオード部の所定の領域を望む開口部を有する、遮光膜を形成する工程と、(C)前記開口部の少なくとも側面に、ガラス層を形成する工程と、(D)前記開口部に所定量の樹脂を塗布し、前記樹脂と前記ガラス層との間で生じる表面張力を利用することにより、前記樹脂を凹形状にする工程とを、備えている。   In the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 27, (A) a first semiconductor region of a first conductivity type and a second semiconductor region of a second conductivity type in the semiconductor substrate. A step of forming a photodiode portion composed of a plurality of photodiodes in the surface of the semiconductor substrate by sequentially laminating, and (B) having an opening for a predetermined region of the photodiode portion; A step of forming a light shielding film, (C) a step of forming a glass layer on at least a side surface of the opening, and (D) applying a predetermined amount of resin to the opening, and the resin and the glass layer. A step of making the resin into a concave shape by utilizing surface tension generated therebetween.

本発明の請求項1に記載の光電変換素子は、半導体基板と、前記半導体基板内において、第一の導電型の第一の半導体領域と第二の導電型の第二の半導体領域とが、交互に順次積層することにより構成されている、複数のフォトダイオードから成るフォトダイオード部と、前記フォトダイオード部に入射光を集光させる凸レンズと、前記フォトダイオード部と前記凸レンズとの間の光路上に、配設される凹レンズとを、備えているので、凸レンズから出射した光は、凹レンズを経由して、フォトダイオード部に入射する。したがって、フォトダイオード部には、略平行な光を入射させることができる。よって、各接合面が半導体基板の表面と略並行に配設されている場合には、当該表面から当該接合面までの上記光の到達距離を略同一にすることができる。したがって、色分離精度が向上した光電変換素子を提供することができる。   The photoelectric conversion element according to claim 1 of the present invention includes a semiconductor substrate, and a first semiconductor region of a first conductivity type and a second semiconductor region of a second conductivity type in the semiconductor substrate, A photodiode unit composed of a plurality of photodiodes that are alternately stacked, a convex lens that collects incident light on the photodiode unit, and an optical path between the photodiode unit and the convex lens. In addition, since the concave lens is provided, the light emitted from the convex lens enters the photodiode portion via the concave lens. Therefore, substantially parallel light can be incident on the photodiode portion. Therefore, when each bonding surface is disposed substantially in parallel with the surface of the semiconductor substrate, the reaching distance of the light from the surface to the bonding surface can be made substantially the same. Therefore, a photoelectric conversion element with improved color separation accuracy can be provided.

また、請求項22ないし請求項24に記載の固体撮像デバイス、撮像装置、画像読み取り装置は、請求項1に記載の光電変換素子から構成されているので、色分離精度の高い装置等を提供できる。   In addition, since the solid-state imaging device, the imaging apparatus, and the image reading apparatus according to claims 22 to 24 are configured by the photoelectric conversion element according to claim 1, it is possible to provide an apparatus with high color separation accuracy. .

また、請求項25に記載の光電変換素子の製造方法は、(A)前記半導体基板内において、第一の導電型の第一の半導体領域と第二の導電型の第二の半導体領域とを、交互に順次積層することにより、前記半導体基板の表面内に、複数のフォトダイオードから成るフォトダイオード部を形成する工程と、(B)前記フォトダイオード部上に、樹脂を塗布する工程と、(C)前記樹脂に窪みを形成する工程と、(D)前記窪みを有する前記樹脂に対して、加熱溶融処理を施すことにより、凹レンズを形成する工程とを、備えているので、請求項1に記載の光電変換素子を容易に作成することができる。   The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 25, wherein (A) a first semiconductor region of a first conductivity type and a second semiconductor region of a second conductivity type are provided in the semiconductor substrate. (1) forming a photodiode portion composed of a plurality of photodiodes in the surface of the semiconductor substrate by sequentially laminating; (B) applying a resin on the photodiode portion; C) forming a depression in the resin, and (D) forming a concave lens by subjecting the resin having the depression to a heat melting treatment. The described photoelectric conversion element can be easily produced.

また、請求項27に記載の光電変換素子の製造方法は、(A)前記半導体基板内において、第一の導電型の第一の半導体領域と第二の導電型の第二の半導体領域とを、交互に順次積層することにより、前記半導体基板の表面内に、複数のフォトダイオードから成るフォトダイオード部を形成する工程と、(B)前記フォトダイオード部の所定の領域を望む開口部を有する、遮光膜を形成する工程と、(C)前記開口部の少なくとも側面に、ガラス層を形成する工程と、(D)前記開口部に所定量の樹脂を塗布し、前記樹脂と前記ガラス層との間で生じる表面張力を利用することにより、前記樹脂を凹形状にする工程とを、備えているので、たとえば、金属性の遮光膜を有する光電変換素子に対しても、請求項1に記載の光電変換素子を容易に作成することができる。   In the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 27, (A) a first semiconductor region of a first conductivity type and a second semiconductor region of a second conductivity type in the semiconductor substrate. A step of forming a photodiode portion composed of a plurality of photodiodes in the surface of the semiconductor substrate by sequentially laminating, and (B) having an opening for a predetermined region of the photodiode portion; A step of forming a light shielding film, (C) a step of forming a glass layer on at least a side surface of the opening, and (D) applying a predetermined amount of resin to the opening, and the resin and the glass layer. The step of making the resin into a concave shape by utilizing the surface tension generated between them, for example, also for a photoelectric conversion element having a metallic light-shielding film, according to claim 1. Easier photoelectric conversion element It can be formed.

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一部材には同一の符号を付している。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof. In each embodiment, the same member is denoted by the same reference numeral.

<実施の形態1>
図1は、本実施の形態1に係わる光電変換素子の構成を示す、断面図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element according to the first embodiment.

図1に示すように、本実施の形態に係わる光電変換素子は、半導体基板1、フォトダイオード部2、凹レンズ3、凸レンズ4等を備えている。図1に示すように、半導体基板1内に、フォトダイオード部2が形成されている、また、半導体基板1上には、パッシベーション膜5、遮光膜6、凹レンズ3、平坦化膜7、および凸レンズ4の順に積層して、各部材が形成されている。   As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element according to this embodiment includes a semiconductor substrate 1, a photodiode portion 2, a concave lens 3, a convex lens 4, and the like. As shown in FIG. 1, a photodiode portion 2 is formed in a semiconductor substrate 1, and a passivation film 5, a light shielding film 6, a concave lens 3, a planarizing film 7, and a convex lens are formed on the semiconductor substrate 1. Each member is formed by laminating in the order of 4.

半導体基板1内において、第一の導電型の第一の半導体領域と第二の導電型の第二の半導体領域とが、交互に順次積層することにより、複数のフォトダイオードが形成されており、当該複数のフォトダイオードによりフォトダイオード部2が形成されている。   In the semiconductor substrate 1, a plurality of photodiodes are formed by alternately laminating first semiconductor regions of the first conductivity type and second semiconductor regions of the second conductivity type alternately, A photodiode portion 2 is formed by the plurality of photodiodes.

図1では、半導体基板1内において、第一の半導体領域と第二の半導体領域とは、入れ子状に形成されている。したがって、第一の半導体領域と第二の半導体領域との接合面は、半導体基板1の上面に存する。   In FIG. 1, in the semiconductor substrate 1, the first semiconductor region and the second semiconductor region are formed in a nested manner. Therefore, the bonding surface between the first semiconductor region and the second semiconductor region exists on the upper surface of the semiconductor substrate 1.

図1に示すように、半導体基板1はn型である。当該n型の半導体基板1の上層部には、p型の半導体領域2aが形成されている。また、当該p型の半導体領域2aの上層部には、n型の半導体領域2bが形成されている。また、当該n型の半導体領域2bの上層部には、p型の半導体領域2cが形成されている。また、当該p型の半導体領域2cの上層部には、n型の半導体領域2dが形成されている。また、当該n型の半導体領域2dの上層部には、p型の半導体領域2eが形成されている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor substrate 1 is n-type. A p-type semiconductor region 2 a is formed in the upper layer portion of the n-type semiconductor substrate 1. In addition, an n-type semiconductor region 2b is formed in an upper layer portion of the p-type semiconductor region 2a. A p-type semiconductor region 2c is formed in the upper layer portion of the n-type semiconductor region 2b. In addition, an n-type semiconductor region 2d is formed in the upper layer portion of the p-type semiconductor region 2c. A p-type semiconductor region 2e is formed in the upper layer portion of the n-type semiconductor region 2d.

当該各半導体領域2a〜2eにより、半導体基板1内に、複数のフォトダイオードが形成されており、当該複数のフォトダイオードにより、フォトダイオード部2が構成されている。また、半導体基板1の表面から所定の深さ位置に存する、各フォトダイオードの接各合面は、当該表面と略並行である。   A plurality of photodiodes are formed in the semiconductor substrate 1 by the semiconductor regions 2a to 2e, and the photodiode unit 2 is configured by the plurality of photodiodes. In addition, each contact surface of each photodiode existing at a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate 1 is substantially parallel to the surface.

本実施の形態では、一例として、フォトダイオード部2は、pnpnpの5層の半導体領域2a〜2eにより構成されている。   In the present embodiment, as an example, the photodiode portion 2 is composed of five layers of semiconductor regions 2a to 2e of pnpnp.

ところで、各波長の光毎に、効率良く光電変換できる位置は、半導体基板1内における当該光の透過距離に応じて異なる。ここで、波長が長い光ほど半導体基板1の深くまで到達する。   By the way, for each light of each wavelength, the position where the photoelectric conversion can be efficiently performed differs depending on the transmission distance of the light in the semiconductor substrate 1. Here, the longer the wavelength, the deeper the semiconductor substrate 1 is reached.

たとえば、可視光線において波長が短い青成分の光は、半導体基板1の表面に近い領域で、効率良く光電変換される。また、可視光線において波長が長い赤成分の光は、半導体基板1の深い領域で、効率良く光電変換される。また、それらの波長の中間にある緑成分の光は、半導体基板1の中間領域で、効率良く光電変換される。   For example, blue component light having a short wavelength in visible light is efficiently photoelectrically converted in a region close to the surface of the semiconductor substrate 1. In addition, red component light having a long wavelength in visible light is efficiently photoelectrically converted in a deep region of the semiconductor substrate 1. Further, the green component light in the middle of these wavelengths is efficiently photoelectrically converted in the intermediate region of the semiconductor substrate 1.

したがって、所望の波長の光を光電変換したい場合には、当該光の波長と当該波長を有する光の透過距離とを考慮して、各半導体領域2a〜2eの各接続面の形成する位置を決定する必要がある。なお、各接合面は、通常、半導体基板の水平な表面からの垂直深さを基準にして、設定される。   Therefore, when it is desired to photoelectrically convert light having a desired wavelength, the positions of the connection surfaces of the semiconductor regions 2a to 2e are determined in consideration of the wavelength of the light and the transmission distance of the light having the wavelength. There is a need to. Each joint surface is usually set with reference to the vertical depth from the horizontal surface of the semiconductor substrate.

たとえば、第一の波長を有する光を効率良く光電変換する場合を考える。ここで、所定の波長の光を効率良く光電変換できる位置は、半導体基板1内における当該光がXμm進んだ位置であるとする。   For example, consider a case where light having the first wavelength is efficiently photoelectrically converted. Here, it is assumed that the position where the light of a predetermined wavelength can be efficiently photoelectrically converted is the position where the light in the semiconductor substrate 1 has advanced by X μm.

したがって、第一の波長を有する光を効率良く光電変換させたい場合には、通常、半導体基板1の水平な表面からの垂直深さXμmの位置に、当該光を光電変換させるフォトダイオードの接合面を設定する。   Therefore, when it is desired to efficiently photoelectrically convert light having the first wavelength, the junction surface of the photodiode that photoelectrically converts the light at a position of vertical depth X μm from the horizontal surface of the semiconductor substrate 1 is usually used. Set.

なお、各半導体領域2a〜2eの深さは、可視光線の波長と当該波長を有する光の半導体基板1内の透過距離との関係から、0.3μm〜8.0μmの間で設定する必要がある。   The depth of each of the semiconductor regions 2a to 2e needs to be set between 0.3 μm and 8.0 μm from the relationship between the wavelength of visible light and the transmission distance of light having the wavelength in the semiconductor substrate 1. is there.

また、図1に示すように、半導体基板1上には、フォトダイオード部2を覆うように、SiO2膜、SiON膜、SiN膜等(以下、パッシベーション膜5と称する)が形成されている。ここで、パッシベーション膜5を反射防止膜として機能させても良い。さらに、当該パッシベーション膜5は、光透過性を有している。当該パッシベーション膜5の形成方法として、たとえば分子堆積法を採用することができる。   As shown in FIG. 1, a SiO 2 film, a SiON film, a SiN film, etc. (hereinafter referred to as a passivation film 5) are formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the photodiode portion 2. Here, the passivation film 5 may function as an antireflection film. Further, the passivation film 5 is light transmissive. As a method for forming the passivation film 5, for example, a molecular deposition method can be employed.

また、図1に示すように、パッシベーション膜5上には、遮光膜6が形成されている。   Further, as shown in FIG. 1, a light shielding film 6 is formed on the passivation film 5.

ここで、遮光膜6には、フォトダイオード部2の所定の領域を望む、開口部が形成されている。当該遮光膜6は、たとえば、次のようにして形成される。まず、パッシベーション膜5上に、樹脂を塗布する。当該樹脂は、黒色素を含む顔料からなる。次に、当該樹脂に対して、写真製版工法を施す。これにより、開口部を有する遮光膜6を形成することができる。   Here, the light shielding film 6 is formed with an opening for a predetermined region of the photodiode portion 2. The light shielding film 6 is formed as follows, for example. First, a resin is applied on the passivation film 5. The resin is made of a pigment containing black pigment. Next, the photoengraving method is applied to the resin. Thereby, the light shielding film 6 having an opening can be formed.

次に、図1に示すように、当該遮光膜6の開口部内に、凹レンズ3を形成する。凹レンズは、図1から分かるように、フォトダイオード部2と後述する凸レンズ4との間の光路上に、配設されている。当該凹レンズ3は、たとえば次のようにして形成される。   Next, as shown in FIG. 1, the concave lens 3 is formed in the opening of the light shielding film 6. As can be seen from FIG. 1, the concave lens is disposed on the optical path between the photodiode portion 2 and a convex lens 4 described later. The concave lens 3 is formed as follows, for example.

まず、遮光膜6の開口部を埋めるように、パッシベーション膜5および遮光膜6上に、樹脂を塗布する。当該樹脂は、光透過性、感光性を有している。次に、当該樹脂に対して、写真製版工法を施す。これにより、上記開口部内の樹脂に窪みを形成する。その後、当該窪みを有する樹脂に対して、加熱溶融処理を施す。これにより、当該開口部内に、丸みを帯びた凹レンズ3を形成することができる。   First, a resin is applied on the passivation film 5 and the light shielding film 6 so as to fill the opening of the light shielding film 6. The resin has light permeability and photosensitivity. Next, the photoengraving method is applied to the resin. Thereby, a depression is formed in the resin in the opening. Thereafter, the resin having the depression is subjected to a heat melting treatment. Thereby, the rounded concave lens 3 can be formed in the opening.

当該方法により、形成された凹レンズ3は、感光性を有する樹脂から形成されている、ことが分かる。なお、本実施の形態では、凹レンズ3は、単数である。   It can be seen that the concave lens 3 formed by this method is formed of a resin having photosensitivity. In the present embodiment, the concave lens 3 is single.

次に、図1に示すように、凹レンズ3を覆うように、平坦化層7を形成する。ここで、図1から分かるように、平坦化層7は、凹レンズ3と後述する凸レンズ4との間に形成されている。   Next, as shown in FIG. 1, a planarization layer 7 is formed so as to cover the concave lens 3. Here, as can be seen from FIG. 1, the planarization layer 7 is formed between the concave lens 3 and a convex lens 4 described later.

また、当該平坦化層7の屈折率は、凹レンズ3の屈折率とは異なる。より好ましくは、平坦化層7の屈折率は、凹レンズ3および後述する凸レンズ4の屈折率と、異なる。本実施の形態では、凹レンズ3の屈折率と凸レンズ4の屈折率とは、略同一であり、かつ、平坦化層7の屈折率は、両レンズ3,4の屈折率よりも小さい、として話を進める。   Further, the refractive index of the planarizing layer 7 is different from the refractive index of the concave lens 3. More preferably, the refractive index of the planarizing layer 7 is different from the refractive indexes of the concave lens 3 and the convex lens 4 described later. In the present embodiment, the refractive index of the concave lens 3 and the refractive index of the convex lens 4 are substantially the same, and the refractive index of the planarizing layer 7 is smaller than the refractive indexes of both lenses 3 and 4. To proceed.

当該平坦化層7は、たとえば次のようにして形成される。   The planarizing layer 7 is formed as follows, for example.

まず、凹レンズ3上に、光透過性の樹脂を塗布する。その後、当該樹脂に対して、熱硬化(キュア)処理および平坦化処理を施す。これにより、平坦化層7を形成することができる。   First, a light transmissive resin is applied on the concave lens 3. Thereafter, the resin is subjected to thermosetting (curing) treatment and flattening treatment. Thereby, the planarization layer 7 can be formed.

また、図1に示すように、平坦化層7上には、凸レンズ4が形成されている。ここで、凸レンズ4は、フォトダイオード部2に入射光を集光させるレンズである。当該凸レンズ4は、たとえば以下のようにして形成される。   As shown in FIG. 1, a convex lens 4 is formed on the planarizing layer 7. Here, the convex lens 4 is a lens that condenses incident light on the photodiode unit 2. The convex lens 4 is formed as follows, for example.

まず、平坦化層7上に、樹脂を塗布する。当該樹脂は、光透過性、感光性を有している。次に、当該樹脂に対して、写真製版工法を施す。これにより、当該樹脂を略円筒形状等の突起部にする。その後、当該突起部である樹脂に対して、加熱溶融処理を施す。これにより、丸みを帯びた凸レンズ4を形成することができる。   First, a resin is applied on the planarizing layer 7. The resin has light permeability and photosensitivity. Next, the photoengraving method is applied to the resin. As a result, the resin is formed into a substantially cylindrical projection or the like. Thereafter, the resin that is the protrusion is subjected to a heat melting treatment. Thereby, the rounded convex lens 4 can be formed.

当該方法により、形成された凹レンズ4は、感光性を有する樹脂から形成されている、ことが分かる。   It can be seen that the concave lens 4 formed by this method is formed of a resin having photosensitivity.

以上のように、本実施の形態に係わる光電変換素子では、フォトダイオード部2と凸レンズ4との間に、凹レンズ3が配設されている。   As described above, in the photoelectric conversion element according to the present embodiment, the concave lens 3 is disposed between the photodiode portion 2 and the convex lens 4.

したがって、半導体基板1に入射してくる各光を、当該半導体基板1の水平な表面に対して、略垂直にすることができる。つまり、半導体基板1の水平な表面に対して、斜めに入ってくる光を極力なくすことができる。   Therefore, each light incident on the semiconductor substrate 1 can be made substantially perpendicular to the horizontal surface of the semiconductor substrate 1. That is, it is possible to minimize the light that enters obliquely with respect to the horizontal surface of the semiconductor substrate 1.

よって、フォトダイオード部2に入射されてくる各光において、半導体基板1の表面から、所定の接合面(半導体基板1の表面から所定の垂直深さに存する各接合面は、当該表面に略平行である)に到達するまでの到達距離に差が発生することを抑制できる。   Therefore, in each light incident on the photodiode portion 2, a predetermined bonding surface (each bonding surface existing at a predetermined vertical depth from the surface of the semiconductor substrate 1 is substantially parallel to the surface from the surface of the semiconductor substrate 1. It is possible to suppress the occurrence of a difference in the reach distance until reaching

したがって、所定の接合面では、当初予定していた波長の光のみを、効率良く光電変換することができる。つまり、本実施の形態に係わる光電変換素子では、白色光に対する波長(色)分離精度を向上させることができる(つまり、光電変換信号の混色を抑制することができる)。   Therefore, only the light of the wavelength initially planned can be efficiently photoelectrically converted at the predetermined bonding surface. That is, in the photoelectric conversion element according to this embodiment, the wavelength (color) separation accuracy with respect to white light can be improved (that is, color mixing of photoelectric conversion signals can be suppressed).

また、凹レンズ3および凸レンズ4は、感光性を有する樹脂から形成されている。したがって、写真製版工法により、容易に所望の形状のレンズ(具体的には、加熱溶融前のレンズ形状)を作製することができる。   The concave lens 3 and the convex lens 4 are made of a resin having photosensitivity. Therefore, a lens having a desired shape (specifically, a lens shape before heating and melting) can be easily produced by the photolithography method.

また、本実施の形態に係わる光電変換素子では、凹レンズ3と凸レンズ4との間に、平坦化層7が形成されている。そして、平坦化層7の屈折率は、凹レンズ3の屈折率と異なる。   Further, in the photoelectric conversion element according to the present embodiment, a planarizing layer 7 is formed between the concave lens 3 and the convex lens 4. The refractive index of the flattening layer 7 is different from the refractive index of the concave lens 3.

したがって、凸レンズ4を通ってきた光に対して、当該凹レンズ3が有する、当該光を光軸に対して略平行にする機能を、より有効に働かせることができる。   Therefore, the function of the concave lens 3 that makes the light substantially parallel to the optical axis can be more effectively applied to the light that has passed through the convex lens 4.

また、凹レンズ3の屈折率と凸レンズ4の屈折率とは、略同一であり、平坦化層7の屈折率は、凹レンズ3の屈折率および凸レンズ4の屈折率よりも、小さい。したがって、簡単な構成により、上記凹レンズ3が有する機能を、凸レンズ4を通ってきた光に対して、さらに有効に働かせることができる。   The refractive index of the concave lens 3 and the refractive index of the convex lens 4 are substantially the same, and the refractive index of the planarizing layer 7 is smaller than the refractive index of the concave lens 3 and the refractive index of the convex lens 4. Therefore, with a simple configuration, the function of the concave lens 3 can be more effectively applied to the light that has passed through the convex lens 4.

また、本実施の形態に係わる光電変換素子は、フォトダイオード部2を覆う、SiO2膜、SiON膜、SiN膜等のパッシベーション膜5を備えている。   In addition, the photoelectric conversion element according to the present embodiment includes a passivation film 5 such as a SiO 2 film, a SiON film, and a SiN film that covers the photodiode portion 2.

したがって、当該パッシベーション膜5により、フォトダイオード部2の保護を行うことができる。さらに、当該パッシベーション膜5上に凹レンズ3を形成させると、半導体基板1とパッシベーション膜5との密着性およびパッシベーション膜5と凹レンズ3との密着性が、向上する。したがって、結果的に、半導体基板1に対して、密着良く凹レンズ3を固定することができる。   Therefore, the photodiode film 2 can be protected by the passivation film 5. Furthermore, when the concave lens 3 is formed on the passivation film 5, the adhesion between the semiconductor substrate 1 and the passivation film 5 and the adhesion between the passivation film 5 and the concave lens 3 are improved. Therefore, as a result, the concave lens 3 can be fixed to the semiconductor substrate 1 with good adhesion.

また、本実施の形態に係わる光電変換素子は、上記開口部を有する遮光膜6が形成されている。したがって、必要以上にフォトダイオード部2内に光が入射することを防止する。つまり、当該不必要な光の光電変換により生じる電子を減少させることができる。よって、当該光電変換素子を用いて固体撮像デバイスを作製したとしても、当該固体撮像デバイスの誤作動を防止することができる。   In the photoelectric conversion element according to this embodiment, the light shielding film 6 having the opening is formed. Accordingly, it is possible to prevent light from entering the photodiode portion 2 more than necessary. That is, electrons generated by photoelectric conversion of the unnecessary light can be reduced. Therefore, even if a solid-state imaging device is manufactured using the photoelectric conversion element, malfunction of the solid-state imaging device can be prevented.

また、本実施の形態に係わる光電変換素子の製造方法では、樹脂に窪みを形成した後、当該樹脂に対して、加熱溶融処理を施すことにより、凹レンズ3を作製している。つまり、透過性の良く、また屈折率高いとされている樹脂を用いて、凹レンズ3の作製を行っている。よって、光学特性の良い凹レンズ3を提供することができる。   Moreover, in the manufacturing method of the photoelectric conversion element concerning this Embodiment, after forming a hollow in resin, the concave lens 3 is produced by heat-melting with respect to the said resin. In other words, the concave lens 3 is manufactured using a resin having good transparency and high refractive index. Therefore, the concave lens 3 with good optical characteristics can be provided.

また、当該樹脂は、感光性を有しており、写真製版工法により、当該樹脂に窪みを作製している。したがって、凹レンズ3の光学的形状の制御を容易に行うことができる。   Further, the resin has photosensitivity, and a depression is made in the resin by a photoengraving method. Therefore, the optical shape of the concave lens 3 can be easily controlled.

<実施の形態2>
図2は、本実施の形態2に係わる光電変換素子の構成を示す、断面図である。図2において、半導体基板1、フォトダイオード部2、パッシベーション膜5、平坦化層7および凸レンズ4の構成、形成方法等は、実施の形態1と同じである。したがって、これらについては、ここでの詳細な説明は省略する。
<Embodiment 2>
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element according to the second embodiment. In FIG. 2, the configuration, formation method, and the like of the semiconductor substrate 1, the photodiode portion 2, the passivation film 5, the planarization layer 7, and the convex lens 4 are the same as those in the first embodiment. Therefore, detailed description thereof will be omitted here.

さて、本実施の形態に係わる光電変換素子においても、図2に示すように、パッシベーション膜5上には、遮光膜11が形成されている。ここで、本実施の形態では、遮光膜11は、金属または金属シリサイド膜から構成されている。   Now, also in the photoelectric conversion element according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the light shielding film 11 is formed on the passivation film 5. Here, in the present embodiment, the light shielding film 11 is made of a metal or a metal silicide film.

たとえば、遮光膜11として、タングステンシリサイド(WSi)、モリブデンシリサイド(MoSi)、チタンシリサイド(TiSi)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)等を採用することができる。   For example, tungsten silicide (WSi), molybdenum silicide (MoSi), titanium silicide (TiSi), tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), aluminum (Al), or the like may be employed as the light shielding film 11. it can.

なお、当該遮光膜11は、たとえば、スパッタリング法やCVD法を用いて形成することができる。また、本実施の形態では、遮光膜11は、遮光膜として機能している以外に、配線としても機能している。また、本実施の形態においても、遮光膜11は、実施の形態1と同様に、開口部を有している。   The light shielding film 11 can be formed using, for example, a sputtering method or a CVD method. Further, in the present embodiment, the light shielding film 11 functions as a wiring in addition to functioning as a light shielding film. Also in the present embodiment, the light shielding film 11 has an opening as in the first embodiment.

次に、本実施の形態では、図2に示しているように、遮光膜11上と、遮光膜11が有する開口部の側面および底面とに、ガラス層12が形成されている(ガラス層12は、少なくとも前記開口部の側面部に形成されている)。   Next, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the glass layer 12 is formed on the light shielding film 11 and on the side surface and the bottom surface of the opening of the light shielding film 11 (glass layer 12 Is formed at least on the side surface of the opening).

ここで、図2から分かるように、ガラス層12は、遮光膜11と凹レンズ13との間に介在する部材である。ここで、ガラス層12として、ボロンリンシリサイドガラス(BPSG)を採用することが望ましい。また、当該ガラス層12は、たとえばCVD法を用いて形成することができる。   Here, as can be seen from FIG. 2, the glass layer 12 is a member interposed between the light shielding film 11 and the concave lens 13. Here, it is desirable to employ boron phosphorus silicide glass (BPSG) as the glass layer 12. Moreover, the said glass layer 12 can be formed, for example using CVD method.

次に、本実施の形態では、図2に示すように、ガラス層12上に凹レンズ13が形成されている。より具体的に、凹レンズ13は、遮光膜11の開口部内において、形成されている。なお、凹レンズ13は、当然に透過性を有している。ここで、凹レンズ13は、次のようにして形成できる。   Next, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, a concave lens 13 is formed on the glass layer 12. More specifically, the concave lens 13 is formed in the opening of the light shielding film 11. Of course, the concave lens 13 has transparency. Here, the concave lens 13 can be formed as follows.

遮光膜11の開口部において、ガラス層12に対して、所定量の樹脂を塗布する。ここで、当該樹脂は、光透過性を有している。ここで、ガラス層12の存在により、当該ガラス層12と当該樹脂との間に、表面張力が働く。   A predetermined amount of resin is applied to the glass layer 12 in the opening of the light shielding film 11. Here, the resin has optical transparency. Here, due to the presence of the glass layer 12, surface tension acts between the glass layer 12 and the resin.

したがって、樹脂の上記塗布量を調整することにより、当該表面張力を利用して、前記開口部に凹状の樹脂を形成することができる。なお、当該表面張力により、樹脂は、前記開口部の隅部に至って形成される。   Therefore, by adjusting the coating amount of the resin, a concave resin can be formed in the opening using the surface tension. The resin is formed to reach the corner of the opening due to the surface tension.

その後、当該樹脂に対して、熱硬化(キュア)処理を施す。以上により、前記開口部内に凹レンズ13を形成することができる。   Thereafter, the resin is subjected to thermosetting (curing) treatment. Thus, the concave lens 13 can be formed in the opening.

なお、上述したように、図2において、平坦化層7および凸レンズ4の構成および形成方法は、実施の形態1と同様である。   As described above, in FIG. 2, the configuration and forming method of the planarizing layer 7 and the convex lens 4 are the same as those in the first embodiment.

本実施の形態では、遮光膜11は、金属シリサイド膜または金属膜から構成されている。したがって、光をより確実に遮断するすることができる。   In the present embodiment, the light shielding film 11 is composed of a metal silicide film or a metal film. Therefore, it is possible to block light more reliably.

また、当該遮光膜11は、導電性を有しているので、配線として有効利用できる。また、このように、遮光膜11を配線として利用することにより、光電変換素子全体の体積をより小さくすることができる。   Moreover, since the light shielding film 11 has conductivity, it can be effectively used as a wiring. Further, by using the light shielding film 11 as a wiring in this way, the volume of the entire photoelectric conversion element can be further reduced.

なお、金属性を有する遮光膜11に直接、凹レンズ13を形成するための樹脂を塗布したとする。この場合、当該樹脂は、遮光膜11の有する開口部の隅部まで行き渡らない。しかし、本実施の形態では、ガラス層12を形成した上で、当該ガラス層12に対して、上記樹脂を塗布している。   It is assumed that a resin for forming the concave lens 13 is directly applied to the metallic light shielding film 11. In this case, the resin does not reach the corner of the opening of the light shielding film 11. However, in this embodiment, after the glass layer 12 is formed, the resin is applied to the glass layer 12.

したがって、上述したように、ガラス層12と当該樹脂との表面張力を利用して、遮光膜11が有する開口部の隅部にまで、当該樹脂を行き渡らせることができる。さらに、上述しように、凹レンズ13の形成に際して、樹脂の塗布量を調整している。したがって、ガラス層12と当該樹脂との表面張力を利用して、遮光膜11の開口部に、容易に凹形状の樹脂を形成することができる。   Therefore, as described above, the resin can be spread to the corners of the openings of the light shielding film 11 using the surface tension between the glass layer 12 and the resin. Further, as described above, when the concave lens 13 is formed, the amount of resin applied is adjusted. Therefore, the concave resin can be easily formed in the opening of the light shielding film 11 by utilizing the surface tension between the glass layer 12 and the resin.

特に、ガラス層12として、組成が密に構成されているBPSGを用いることにより、当該ガラス層12内での光の乱反射を抑制することができる。   In particular, by using BPSG having a dense composition as the glass layer 12, irregular reflection of light in the glass layer 12 can be suppressed.

また、その後に、当該凹形状の樹脂に対して、熱硬化(キュア)処理を施しているので、簡易な工程により、当該樹脂から、硬化した凹レンズ13を形成することができる。   Moreover, since the thermosetting (curing) process is performed with respect to the concave shaped resin thereafter, the hardened concave lens 13 can be formed from the resin by a simple process.

<実施の形態3>
図3は、本実施の形態3に係わる光電変換素子の構成を示す、断面図である。
<Embodiment 3>
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element according to the third embodiment.

本実施の形態に係わる光電変換素子は、図3に示すように、フォトダイオード部2と凸レンズ4との間に、複数(本実施の形態では2つ)の凹レンズ13a,13bが直列的に配設されている。なお、1段目の凹レンズ13aが配設される層には、金属配線22が配設されている。   In the photoelectric conversion element according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, a plurality (two in the present embodiment) of concave lenses 13a and 13b are arranged in series between the photodiode portion 2 and the convex lens 4. It is installed. In addition, the metal wiring 22 is arrange | positioned in the layer in which the 1st step | paragraph concave lens 13a is arrange | positioned.

図3において、半導体基板1、フォトダイオード部2、パッシベーション膜5の構成、形成方法等は、実施の形態1と同じである。したがって、これらについては、ここでの詳細な説明は省略する。   In FIG. 3, the configuration, formation method, and the like of the semiconductor substrate 1, the photodiode portion 2, and the passivation film 5 are the same as those in the first embodiment. Therefore, detailed description thereof will be omitted here.

さて、本実施の形態に係わる光電変換素子は、図3に示すように、パッシベーション膜5上には、金属配線22が配設されている。ここで、金属配線22は、図3の表裏方向に延設されている。また、当該金属配線22は、たとえば分子堆積法と写真製版工法との組み合わせににより、形成することができる。   Now, in the photoelectric conversion element according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, a metal wiring 22 is disposed on the passivation film 5. Here, the metal wiring 22 is extended in the front-back direction of FIG. The metal wiring 22 can be formed by a combination of a molecular deposition method and a photoengraving method, for example.

また、図3に示すように、当該金属配線22を覆うように、パッシベーション膜5上には、ガラス層21が形成されている。ここで、ガラス層21として、ボロンリンシリサイドガラス(BPSG)を採用することが望ましい。また、当該ガラス層21は、たとえばCVD法を用いて形成することができる。   Further, as shown in FIG. 3, a glass layer 21 is formed on the passivation film 5 so as to cover the metal wiring 22. Here, it is desirable to employ boron phosphorus silicide glass (BPSG) as the glass layer 21. Moreover, the said glass layer 21 can be formed, for example using CVD method.

次に、図3に示すように、ガラス層21上に凹レンズ13aが形成されている。より具体的に、凹レンズ13aは、フォトダイオード部2の上方に形成されている。また、凹レンズ13aは、平行して配設されている、2本の金属配線22の配線間に形成されている。なお、凹レンズ13aは、当然に透過性を有している。   Next, as shown in FIG. 3, a concave lens 13 a is formed on the glass layer 21. More specifically, the concave lens 13 a is formed above the photodiode portion 2. The concave lens 13a is formed between the two metal wirings 22 arranged in parallel. Of course, the concave lens 13a has transparency.

凹レンズ13aの形成方法は、実施の形態2と同様なので、ここでの説明は省略する。ここで、樹脂の塗布量を調整することにより、ガラス層21と樹脂との表面張力を利用して、前記金属配線間に凹状の樹脂を形成することができる。なお、当該表面張力により、樹脂は、金属配線22によって生じる段差の隅部に至って形成される。   Since the method of forming the concave lens 13a is the same as that of the second embodiment, the description thereof is omitted here. Here, by adjusting the coating amount of the resin, a concave resin can be formed between the metal wirings by utilizing the surface tension between the glass layer 21 and the resin. The resin is formed to reach the corner of the step formed by the metal wiring 22 due to the surface tension.

また、図3に示しているように、凹レンズ13a等を覆うように、平坦化層23が形成されている。当該平坦化層23の構成および形成方法等は、実施の形態1で説明した平坦化層7のそれらと同様である。したがって、ここでの詳細な説明は、省略する。   Further, as shown in FIG. 3, a planarization layer 23 is formed so as to cover the concave lens 13a and the like. The configuration, formation method, and the like of the planarization layer 23 are the same as those of the planarization layer 7 described in the first embodiment. Therefore, detailed description here is omitted.

また、図3に示しているように、平坦化層23上には、遮光膜11、ガラス層12、凹レンズ13b、平坦化層7および凸レンズ4等が形成されている。これらの構成および形成方法等は、実施の形態1,2で説明した内容と同様である。したがって、ここでの詳細な説明は、省略する。   As shown in FIG. 3, the light shielding film 11, the glass layer 12, the concave lens 13 b, the planarizing layer 7, the convex lens 4, and the like are formed on the planarizing layer 23. These structures, formation methods, and the like are the same as those described in the first and second embodiments. Therefore, detailed description here is omitted.

以上のように、本実施の形態では、凹レンズ13a,13bは、直列的に配設されている。したがって、本実施の形態に係わる光電変換素子は、たとえば、凹レンズのパワーが小さい場合に、より有効である。   As described above, in the present embodiment, the concave lenses 13a and 13b are arranged in series. Therefore, the photoelectric conversion element according to the present embodiment is more effective, for example, when the power of the concave lens is small.

つまり、当該凹レンズ13a,13bを直列的に配設することにより、当該パワーの弱い凹レンズが一つの場合よりも、より、凸レンズ4からの光を光軸に平行にすることができる。   That is, by arranging the concave lenses 13a and 13b in series, it is possible to make the light from the convex lens 4 parallel to the optical axis more than in the case where there is a single concave lens with low power.

<実施の形態4>
図4は、本実施の形態4に係わる光電変換素子の構成を示す、断面図である。
<Embodiment 4>
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element according to the fourth embodiment.

本実施の形態に係わる光電変換素子は、図4に示すように、フォトダイオード部2の上方において、凸レンズ4a,4bが複数(本実施の形態では2つ)直列的に配設されている。   In the photoelectric conversion element according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, a plurality of convex lenses 4 a and 4 b (two in the present embodiment) are arranged in series above the photodiode portion 2.

半導体基板1から平坦化層23までの構成、製造方法等は、実施の形態3と同様である。したがって、ここでの詳細な説明は省略する。なお、金属配線22は、遮光膜としても機能している。   The configuration from the semiconductor substrate 1 to the planarization layer 23, the manufacturing method, and the like are the same as in the third embodiment. Therefore, detailed description here is omitted. The metal wiring 22 also functions as a light shielding film.

本実施の形態に係わる光電変換素子では、図4に示すように、平坦化層23上に、凸レンズ4aが配設されている。さらに、平坦化層31を介して、凸レンズ4bが、当該凸レンズ4aの上方に配設されている。つまり、上述の通り、凸レンズ4a,4bは、平坦化層31を介して、直列的に配設されている。ここで、凸レンズ4a,4bは、フォトダイオード部2の上方に配設されている。   In the photoelectric conversion element according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, a convex lens 4 a is disposed on the planarizing layer 23. Further, the convex lens 4b is disposed above the convex lens 4a via the planarization layer 31. That is, as described above, the convex lenses 4 a and 4 b are arranged in series via the planarization layer 31. Here, the convex lenses 4 a and 4 b are disposed above the photodiode portion 2.

なお、平坦化層31および各凸レンズ4a,4bの構成や形成方法は、実施の形態1で説明した、平坦化層7および凸レンズ4のそれらと同じである。したがって、詳細な説明については省略する。   The configuration and the formation method of the flattening layer 31 and the convex lenses 4a and 4b are the same as those of the flattening layer 7 and the convex lens 4 described in the first embodiment. Therefore, detailed description is omitted.

以上のように、本実施の形態では、凸レンズ4a,4bは、直列的に配設されている。したがって、本実施の形態に係わる光電変換素子は、たとえば、凸レンズのパワーが小さい場合に、より有効である。   As described above, in the present embodiment, the convex lenses 4a and 4b are arranged in series. Therefore, the photoelectric conversion element according to the present embodiment is more effective, for example, when the power of the convex lens is small.

つまり、当該凸レンズ4a,4bを直列的に配設することにより、当該パワーの弱い凸レンズが一つの場合よりも、より、入射光を集光させることができる。   That is, by arranging the convex lenses 4a and 4b in series, incident light can be collected more than in the case where there is only one convex lens with low power.

<実施の形態5>
図5は、本実施の形態5に係わる光電変換素子の構成を示す、断面図である。
<Embodiment 5>
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element according to the fifth embodiment.

本実施の形態に係わる光電変換素子は、図5に示すように、フォトダイオード部2の上方において、赤外線カットフィルター35が形成されている。   In the photoelectric conversion element according to the present embodiment, an infrared cut filter 35 is formed above the photodiode portion 2 as shown in FIG.

図5に示すように、実施の形態2に係わる光電変換素子上(具体的には、平坦化層7上であり、フォトダイオード部2の上方)に、赤外線カットフィルター35が形成されている。当該赤外線カットフィルター35は、フォトダイオード部2に、赤外光が入射することを抑制(防止)するための部材である。赤外線カットフィルター35は、以下のようにして形成することができる。   As shown in FIG. 5, an infrared cut filter 35 is formed on the photoelectric conversion element according to the second embodiment (specifically, on the planarization layer 7 and above the photodiode portion 2). The infrared cut filter 35 is a member for suppressing (preventing) infrared light from entering the photodiode unit 2. The infrared cut filter 35 can be formed as follows.

図5において、平坦化層7上に、光透過性を有する樹脂を塗布する。ここで、当該樹脂には、顔料が混合されている。その後、当該樹脂を、写真製版工法により整形する。その後、当該整形された樹脂に対して熱硬化(キュア)処理を施す。以上により、赤外線カットフィルター35が形成される。   In FIG. 5, a light transmissive resin is applied on the planarizing layer 7. Here, a pigment is mixed in the resin. Thereafter, the resin is shaped by photolithography. Thereafter, the shaped resin is subjected to thermosetting (curing) treatment. Thus, the infrared cut filter 35 is formed.

また、赤外線カットフィルター35上には、平坦化層36が形成されており、当該平坦化層36上には、凸レンズ4が配設されている。ここで、平坦化層36および凸レンズ4の構成および形成方法は、実施の形態1で説明した平坦化層7および凸レンズ4のそれらと同じである。したがって、ここでの詳細な説明は、省略する。   Further, a planarizing layer 36 is formed on the infrared cut filter 35, and the convex lens 4 is disposed on the planarizing layer 36. Here, the configuration and forming method of the planarizing layer 36 and the convex lens 4 are the same as those of the planarizing layer 7 and the convex lens 4 described in the first embodiment. Therefore, detailed description here is omitted.

以上のように、フォトダイオード部2の上方には、赤外線カットフィルター35が配設されている。したがって、赤外光を半導体基板1内部に入射することを抑制(防止)することができる。よって、当該赤外光に起因した、フォトダイオード部2、その他の回路部の誤動作等および、半導体基板1の劣化等を防止することができる。さらに、赤の色分離特性の向上も図ることができる。   As described above, the infrared cut filter 35 is disposed above the photodiode portion 2. Therefore, it is possible to suppress (prevent) infrared light from entering the semiconductor substrate 1. Therefore, malfunction of the photodiode portion 2 and other circuit portions and deterioration of the semiconductor substrate 1 due to the infrared light can be prevented. Furthermore, the red color separation characteristics can be improved.

<実施の形態6>
図6は、本実施の形態6に係わる光電変換素子の構成を示す、断面図である。
<Embodiment 6>
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element according to the sixth embodiment.

本実施の形態に係わる光電変換素子は、図6に示すように、フォトダイオード部2において、各半導体領域2a〜2dが接合する接合面に、不純物濃度の高い高濃度不純物拡散層41が形成されている。   In the photoelectric conversion element according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, a high concentration impurity diffusion layer 41 having a high impurity concentration is formed on the junction surface where the semiconductor regions 2a to 2d are joined in the photodiode portion 2. ing.

ここで、高濃度不純物拡散層41は、特に、半導体基板1の上面に存する各接合面に形成されている(つまり、半導体基板1の上面から露出している各接合面を覆うよう、形成されている)。当該高濃度不純物拡散層41の導電型は、p型でもn型でも良い(本実施の形態では、p型である)。また、当該高濃度不純物拡散層41の不純物濃度は、接合面を形成している半導体領域2a〜2dの不純物濃度よりも高い。   Here, the high-concentration impurity diffusion layer 41 is formed particularly on each bonding surface existing on the upper surface of the semiconductor substrate 1 (that is, so as to cover each bonding surface exposed from the upper surface of the semiconductor substrate 1). ing). The conductivity type of the high-concentration impurity diffusion layer 41 may be p-type or n-type (in this embodiment, it is p-type). The impurity concentration of the high concentration impurity diffusion layer 41 is higher than the impurity concentration of the semiconductor regions 2a to 2d forming the junction surface.

図6に示すように、高濃度不純物拡散層41は、n型の半導体基板1とp型の半導体領域2aとの接合面、p型の半導体領域2aとn型の半導体領域2bとの接合面、n型の半導体領域2bとp型の半導体領域2cとの接合面、および、p型の半導体領域2cとn型の半導体領域2dとの接合面に、各々形成されている。   As shown in FIG. 6, the high-concentration impurity diffusion layer 41 includes a junction surface between the n-type semiconductor substrate 1 and the p-type semiconductor region 2a, and a junction surface between the p-type semiconductor region 2a and the n-type semiconductor region 2b. , N-type semiconductor region 2b and p-type semiconductor region 2c, and p-type semiconductor region 2c and n-type semiconductor region 2d, respectively.

ここで、各高濃度不純物拡散層41により、なるべく、フォトダイオード部2が形成されている部分の半導体基板1の表面内を、完全またはほぼ全面を覆うようにすることが、望ましい。   Here, it is desirable that each high-concentration impurity diffusion layer 41 covers the entire surface of the semiconductor substrate 1 where the photodiode portion 2 is formed as much as possible or almost entirely.

なお、極力、半導体基板1の表面から接合面が露出しないように、各接合面において、高濃度不純物拡散層41を形成することが望ましい。しかし、少なくとも一箇所の接合面に、当該高濃度不純物拡散層41を形成すれば、当該接合面に関しては、後に説明する効果を奏することができる。   Note that it is desirable to form the high concentration impurity diffusion layer 41 on each bonding surface so that the bonding surface is not exposed from the surface of the semiconductor substrate 1 as much as possible. However, if the high-concentration impurity diffusion layer 41 is formed on at least one joint surface, the joint surface can exhibit the effects described later.

また、図6に示すように、高濃度不純物拡散層41が形成されている、半導体基板1の上面には、パッシベーション膜5が形成されている。   Further, as shown in FIG. 6, a passivation film 5 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 1 where the high concentration impurity diffusion layer 41 is formed.

半導体基板1内に形成されるフォトダイオード部2の構成は、実施の形態1で説明したフォトダイオード部2のそれと同様である。したがって、ここでの詳細な説明は、省略する。ここで、図6では、パッシベーション膜5上方の構成は、省略されている。当該パッシベーション膜5上方には、たとえば、図1ないし図5に示したレンズ構成等が形成される。   The configuration of the photodiode portion 2 formed in the semiconductor substrate 1 is the same as that of the photodiode portion 2 described in the first embodiment. Therefore, detailed description here is omitted. Here, in FIG. 6, the configuration above the passivation film 5 is omitted. Above the passivation film 5, for example, the lens configuration shown in FIGS. 1 to 5 is formed.

以上のように、本実施の形態においては、半導体基板1の表面から露出している各接合面が、高濃度不純物拡散層41により、覆われている。つまり、比較的濃度の低い半導体領域2a〜2d同士の接合面を、半導体基板1の表面から露出させることを防止している。   As described above, in this embodiment, each bonding surface exposed from the surface of the semiconductor substrate 1 is covered with the high-concentration impurity diffusion layer 41. That is, the bonding surfaces of the semiconductor regions 2 a to 2 d having relatively low concentrations are prevented from being exposed from the surface of the semiconductor substrate 1.

ここで、不純物濃度が低い半導体領域2a〜2dの接合面は、たとえば製造工程中に発生するNイオン等の汚染物に対して、電気的特性が容易に変化する。つまり、当該汚染物に起因した、暗電流の発生が起こり易い。   Here, the electrical characteristics of the bonding surfaces of the semiconductor regions 2a to 2d having a low impurity concentration easily change with respect to contaminants such as N ions generated during the manufacturing process. That is, dark current is likely to occur due to the contaminant.

これに対して、不純物濃度が比較的高い高濃度不純物拡散層41、および当該高濃度不純物拡散層の他の半導体領域との接合部は、多少汚染物により汚染されたとしても、電気的特性が変化することはない。つまり、当該汚染物に起因した暗電流の発生を抑制することができる(暗電流の原因となる電子(もしくは、正孔)を、当該高濃度不純物拡散層41において、トラップすることができるとも把握できる)。   In contrast, the high concentration impurity diffusion layer 41 having a relatively high impurity concentration and the junction between the high concentration impurity diffusion layer and another semiconductor region have electrical characteristics even if they are slightly contaminated by contaminants. There is no change. That is, it can be understood that generation of dark current due to the contaminant can be suppressed (electrons (or holes) that cause dark current can be trapped in the high-concentration impurity diffusion layer 41. it can).

したがって、本実施の形態に係わる光電変換素子を採用することにより、暗電流の発生の少ない光電変換素子を提供することができる。   Therefore, by employing the photoelectric conversion element according to this embodiment, a photoelectric conversion element with less dark current can be provided.

なお、高濃度不純物拡散層41の不純物濃度が高ければ高いほど、暗電流の発生抑制効果は、より顕著となる。   Note that the higher the impurity concentration of the high-concentration impurity diffusion layer 41 is, the more remarkable the effect of suppressing the occurrence of dark current is.

<実施の形態7>
図7は、本実施の形態7に係わる光電変換素子の構成を示す、断面図である。ここで、図7に示す断面図は、上記各図の断面と異なる断面を示している。
<Embodiment 7>
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element according to the seventh embodiment. Here, the cross-sectional view shown in FIG.

なお、図7において、半導体基板1内に形成されるフォトダイオード部2、高濃度不純物拡散層41の構成等、および、半導体基板1上に形成されるパッシベーション膜5の構成等は、実施の形態1、6で説明したフォトダイオード部2等の構成等と同様である。また、異なる断面のため図7には図示されていないが、パッシベション膜5上方には、たとえば、図1ないし図5に示すレンズ構成等が形成される。   In FIG. 7, the configuration of the photodiode portion 2 and the high-concentration impurity diffusion layer 41 formed in the semiconductor substrate 1 and the configuration of the passivation film 5 formed on the semiconductor substrate 1 are described in the embodiment. This is the same as the configuration of the photodiode portion 2 and the like described in 1 and 6. Although not shown in FIG. 7 because of different cross sections, for example, the lens configuration shown in FIGS. 1 to 5 is formed above the passivation film 5.

本実施の形態に係わる光電変換素子は、図7に示すように、フォトダイオード部2を形成している各半導体領域2a〜2eと、各々接続している配線用金属45が形成されている(配線用金属45は、第一の半導体領域および/または第二の半導体領域と、接続されている)。当該配線用金属45は、パッシベーション膜5の所定の箇所を開口し、各半導体領域2a〜2eを露出させ、当該開口部に金属等の導電体を充填することにより、形成される。   In the photoelectric conversion element according to the present embodiment, as shown in FIG. 7, the semiconductor regions 2a to 2e forming the photodiode portion 2 and the wiring metal 45 connected thereto are formed ( The wiring metal 45 is connected to the first semiconductor region and / or the second semiconductor region). The wiring metal 45 is formed by opening predetermined portions of the passivation film 5, exposing the semiconductor regions 2a to 2e, and filling the openings with a conductor such as metal.

ここで、上記パッシベーション膜5の選択的開口処理は、たとえば、写真製版工法により行うことができる。また、開口部内の導電体の充填は、たとえば、分子堆積法と写真製版工法の組み合わせにより、成し得る。   Here, the selective opening process of the passivation film 5 can be performed by, for example, a photoengraving method. Further, the filling of the conductor in the opening can be performed by, for example, a combination of a molecular deposition method and a photoengraving method.

なお、パッシベーション膜5上において、各配線用金属45は、図7に示すように、各々分離して形成されている。   In addition, on the passivation film 5, each wiring metal 45 is formed separately as shown in FIG.

ここで、配線用金属45と各半導体領域2a〜2dとの接続部には、オーミックコンタクト領域46が形成されている。ここで、本実施の形態では、高濃度不純物拡散層41は、オーミックコンタクト領域を兼ねている。   Here, ohmic contact regions 46 are formed at the connection portions between the wiring metal 45 and the semiconductor regions 2a to 2d. Here, in the present embodiment, the high concentration impurity diffusion layer 41 also serves as an ohmic contact region.

具体的に、p型の半導体領域2aと配線用金属45との間には、オーミックコンタクト機能を有する高濃度不純物拡散層41が形成されている。当該高濃度不純物拡散層41の導電型は、半導体領域2aと同じ導電型である。また、当該高濃度不純物拡散層41の不純物濃度は、半導体領域2aの不純物濃度よりも高い。   Specifically, a high-concentration impurity diffusion layer 41 having an ohmic contact function is formed between the p-type semiconductor region 2a and the wiring metal 45. The conductivity type of the high-concentration impurity diffusion layer 41 is the same conductivity type as that of the semiconductor region 2a. The impurity concentration of the high concentration impurity diffusion layer 41 is higher than the impurity concentration of the semiconductor region 2a.

また、n型の半導体領域2bと配線用金属45との間には、オーミックコンタクト領域46が形成されている。当該オーミックコンタクト領域46の導電型は、半導体領域2bと同じ導電型である。また、当該オーミックコンタクト領域46の不純物濃度は、半導体領域2bの不純物濃度よりも高い。   An ohmic contact region 46 is formed between the n-type semiconductor region 2 b and the wiring metal 45. The ohmic contact region 46 has the same conductivity type as that of the semiconductor region 2b. Further, the impurity concentration of the ohmic contact region 46 is higher than the impurity concentration of the semiconductor region 2b.

p型の半導体領域2cと配線用金属45との間には、オーミックコンタクト機能を有する高濃度不純物拡散層41が形成されている。当該高濃度不純物拡散層41の導電型は、半導体領域2cと同じ導電型である。また、当該高濃度不純物拡散層41の不純物濃度は、半導体領域2cの不純物濃度よりも高い。   A high concentration impurity diffusion layer 41 having an ohmic contact function is formed between the p-type semiconductor region 2 c and the wiring metal 45. The conductivity type of the high-concentration impurity diffusion layer 41 is the same conductivity type as that of the semiconductor region 2c. The impurity concentration of the high concentration impurity diffusion layer 41 is higher than the impurity concentration of the semiconductor region 2c.

また、n型の半導体領域2dと配線用金属45との間には、オーミックコンタクト領域46が形成されている。当該オーミックコンタクト領域46の導電型は、半導体領域2dと同じ導電型である。また、当該オーミックコンタクト領域46の不純物濃度は、半導体領域2dの不純物濃度よりも高い。   An ohmic contact region 46 is formed between the n-type semiconductor region 2d and the wiring metal 45. The conductivity type of the ohmic contact region 46 is the same as that of the semiconductor region 2d. The impurity concentration of the ohmic contact region 46 is higher than the impurity concentration of the semiconductor region 2d.

また、p+型の半導体領域2eは、直接、配線用金属45と接続されている。   The p + -type semiconductor region 2 e is directly connected to the wiring metal 45.

以上のように、各半導体領域2a〜2eは、配線用金属45と各々接続されている。したがって、たとえば、フォトダイオード部2における光電変換の結果生じた電子を、当該配線用金属45を介して、取り出すことができる。   As described above, each of the semiconductor regions 2 a to 2 e is connected to the wiring metal 45. Therefore, for example, electrons generated as a result of photoelectric conversion in the photodiode portion 2 can be taken out via the wiring metal 45.

また、各半導体領域2a〜2dと各配線用金属45との間には、接続している半導体領域2a〜2dよりも不純物濃度の高い、オーミックコンタクト領域46(または、高濃度不純物拡散層41もオーミックコンタクト領域と把握できる)が形成されている。したがって、各半導体領域2a〜2dと各配線用金属45との間において、良好なオーミックコンタクトを実現することができる。   Also, between each of the semiconductor regions 2a to 2d and each of the wiring metals 45, an ohmic contact region 46 (or a high concentration impurity diffusion layer 41 having a higher impurity concentration than the connected semiconductor regions 2a to 2d) is also provided. Can be grasped as an ohmic contact region). Therefore, a good ohmic contact can be realized between each of the semiconductor regions 2a to 2d and each wiring metal 45.

また、所定の配線用金属45を、接地電位または固定電位に接続しても良い。当該構成を採用することにより、当該接地電位または固定電位と電気的に接続されている半導体領域2a〜2eで、光電変換により発生した電子を、消滅させることができる。つまり、所定の波長の光の光電変換が発生しなかったとみなすことができる。以上から分かるように、当該構成により、光学フィルター特性と等価の機能を持たせることができる。   Further, the predetermined wiring metal 45 may be connected to a ground potential or a fixed potential. By adopting this configuration, electrons generated by photoelectric conversion can be extinguished in the semiconductor regions 2a to 2e that are electrically connected to the ground potential or the fixed potential. That is, it can be considered that photoelectric conversion of light having a predetermined wavelength has not occurred. As can be seen from the above, this configuration can provide a function equivalent to the optical filter characteristic.

また、所定の配線用金属45を、電気信号を増幅させる増幅器に接続しても良い。当該構成を採用することにより、フォトダイオード部2の所定の半導体領域2a〜2eにおいて、光電変換により発生した電子を、所定の回路において電気的に映像信号として処理することができる程の電位にまで、増幅させることができる。   Further, the predetermined wiring metal 45 may be connected to an amplifier that amplifies an electric signal. By adopting this configuration, the electrons generated by the photoelectric conversion in the predetermined semiconductor regions 2a to 2e of the photodiode unit 2 have a potential that can be electrically processed as a video signal in a predetermined circuit. Can be amplified.

また、所定の配線用金属45を、導通先の変更を可能とさせるスイッチに接続しても良い。当該構成を採用することにより、所定の半導体領域において光電変換により発生した電子の導通先を、任意に変更することができる。たとえば、撮像装置の動作の際に、所定の色を強調させたり、所定の色同士の混同をしたり、所定の色を消去したりする等の変更処理を行う場合に、当該スイッチを含めた光電変換素子の構成が有益となる。   In addition, a predetermined wiring metal 45 may be connected to a switch that enables the change of the conduction destination. By adopting this configuration, the conduction destination of electrons generated by photoelectric conversion in a predetermined semiconductor region can be arbitrarily changed. For example, the switch is included when performing a change process such as emphasizing a predetermined color, mixing the predetermined colors, or erasing the predetermined color during the operation of the imaging apparatus. The configuration of the photoelectric conversion element is beneficial.

また、図7に示した構造において、配線用金属45を、半導体基板1上に形成されるMOSトランジスタ等の能動素子(図示せず)や、コンデンサまたは抵抗等の受動素子(図示せず)に接続しても良い。当該場合には、半導体基板1全体を、光電変換素子を含む半導体集積回路として機能させることができる。   In the structure shown in FIG. 7, the wiring metal 45 is used as an active element (not shown) such as a MOS transistor formed on the semiconductor substrate 1 or a passive element (not shown) such as a capacitor or a resistor. You may connect. In this case, the entire semiconductor substrate 1 can function as a semiconductor integrated circuit including a photoelectric conversion element.

上記各実施の形態において、半導体領域2a〜2eを以下のように構成しても良い。つまり、半導体領域2a〜2eに所定の電圧(完全空乏化電圧と把握できる)を印加することにより、(完全)空乏化状態となるように、当該各半導体領域2a〜2eを構成しても良い。当該半導体領域2a〜2eを構成する方法として、たとえば、不純物濃度の調整等がある。   In the above embodiments, the semiconductor regions 2a to 2e may be configured as follows. That is, the semiconductor regions 2a to 2e may be configured so as to be in a (complete) depleted state by applying a predetermined voltage (which can be grasped as a fully depleted voltage) to the semiconductor regions 2a to 2e. . As a method of configuring the semiconductor regions 2a to 2e, for example, there is adjustment of impurity concentration.

当該構成を採用することにより、上記所定の電圧の印加に基づいて半導体領域2a〜2eに所定の電荷を蓄えておき、光電変換が発生した際に蓄えられている電荷から、当該光電変換に起因した量の電荷を消滅させる方式の光電変換素子を提供することができる。   By adopting this configuration, a predetermined charge is stored in the semiconductor regions 2a to 2e based on the application of the predetermined voltage, and from the charge stored when the photoelectric conversion occurs, it is caused by the photoelectric conversion. It is possible to provide a photoelectric conversion element that eliminates the amount of charge.

当該方式の光電変換素子は、光電変換により発生した電荷を蓄えている方式の光電変換素子よりも、光電変換後に半導体領域2a〜2eに蓄えられている電荷の量が大きい。したがって、前者の方式の光電変換素子を用いて、たとえば固体撮像デバイスを構成することにより、撮像精度の高い固体撮像デバイスを提供することができる。   The photoelectric conversion element of this type has a larger amount of charge stored in the semiconductor regions 2a to 2e after photoelectric conversion than the photoelectric conversion element of the type that stores the charge generated by photoelectric conversion. Therefore, a solid-state imaging device with high imaging accuracy can be provided, for example, by configuring a solid-state imaging device using the former type of photoelectric conversion element.

また、半導体領域間の接合面の形状として、以下の形状を採用しても良い。つまり、当該接合面の一部において、略同心円状の形状を有していても良い。具体的に、図8に示された遮光膜6の端部の下方に注目すると、各接合面a〜dは、一部において、当該遮光膜6の端部を中心とした略同心円状の形状を有している。   Moreover, you may employ | adopt the following shapes as a shape of the junction surface between semiconductor regions. That is, a part of the joint surface may have a substantially concentric shape. Specifically, when attention is paid to the lower side of the end portion of the light shielding film 6 shown in FIG. 8, each of the bonding surfaces a to d has a substantially concentric shape centering on the end portion of the light shielding film 6. have.

接合面の形状として上記のものを採用することにより、遮光膜6の端部において光の屈折、回折が起こり、光の進行方向が変更したとしても、以下に示す効果がある。つまり、回折等により進行方向が変更した光の、半導体基板1の表面からの接合面(つまり、光電変換場所)までの距離と、半導体基板1に対して垂直な方向に進む光の、半導体基板1の表面からの接合面(つまり、光電変換場所)までの距離とを、略同一にすることができる(図9参照)。   By adopting the above as the shape of the joint surface, even if light refraction and diffraction occur at the end of the light shielding film 6 and the traveling direction of the light is changed, the following effects are obtained. That is, the semiconductor substrate of the light whose traveling direction is changed by diffraction or the like, the distance from the surface of the semiconductor substrate 1 to the bonding surface (that is, the photoelectric conversion place), and the light traveling in the direction perpendicular to the semiconductor substrate 1 The distance from the surface of 1 to the bonding surface (that is, the photoelectric conversion place) can be made substantially the same (see FIG. 9).

以上により、上記形状の接合面を採用することにより、たとえ遮光膜6の端部において、光の回折等が発生したとしても、光電変換素子の色分離特性が劣化することを防止できる。   As described above, by adopting the bonding surface having the above shape, it is possible to prevent the color separation characteristics of the photoelectric conversion element from deteriorating even if light diffraction or the like occurs at the end of the light shielding film 6.

なお、上記各実施の形態では、半導体領域2a〜2eは5層で、フォトダイオード部2を構成した例を示した。しかし、当該5層以外の複層(たとえば、2層から4層、または6層以上)の半導体領域から、フォトダイオード部2を構成しても良い。   In each of the above embodiments, the semiconductor regions 2a to 2e are five layers, and the photodiode portion 2 is configured. However, the photodiode portion 2 may be configured from a semiconductor region of multiple layers other than the five layers (for example, two to four layers, or six layers or more).

また、上記各実施の形態では、半導体基板1は、n型を用いた例を示した。しかし、半導体基板1にp型を用いても良い。この場合、各半導体領域2a〜2eの導電型は、上記で示したものと逆となる。   Moreover, in each said embodiment, the semiconductor substrate 1 showed the example using n type. However, the semiconductor substrate 1 may be p-type. In this case, the conductivity types of the semiconductor regions 2a to 2e are opposite to those shown above.

また、上記各実施の形態に係わる光電変換素子を、平面視において、半導体基板1上に配列することにより、固体撮像デバイスを構成することができる。当該固体撮像デバイスは、センサ部として機能する複数の光電変換素子と、当該光電変換素子と配線で接続された電子回路とから成る。   Moreover, a solid-state imaging device can be comprised by arrange | positioning the photoelectric conversion element concerning each said embodiment on the semiconductor substrate 1 in planar view. The solid-state imaging device includes a plurality of photoelectric conversion elements that function as sensor units, and an electronic circuit connected to the photoelectric conversion elements by wiring.

なお、当該固体撮像デバイスを用いて、デジタルカメラ等の撮像装置や、スキャナー等の画像読み取り装置などの構成が可能となる。ここで、固体撮像デバイスを用いて撮像装置を構成する場合には、光電変換素子は、通常2次元的に配列される。また、固体撮像デバイスを用いて画像読み取り装置を構成する場合には、光電変換素子は、通常1次元的に配列される。   Note that the solid-state imaging device can be used to configure an imaging apparatus such as a digital camera or an image reading apparatus such as a scanner. Here, when an imaging apparatus is configured using a solid-state imaging device, the photoelectric conversion elements are usually arranged two-dimensionally. When an image reading apparatus is configured using a solid-state imaging device, the photoelectric conversion elements are usually arranged one-dimensionally.

実施の形態1に係わる光電変換素子の概略構成を示す、断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a photoelectric conversion element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係わる光電変換素子の概略構成を示す、断面図である。6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a photoelectric conversion element according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係わる光電変換素子の概略構成を示す、断面図である。6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a photoelectric conversion element according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態4に係わる光電変換素子の概略構成を示す、断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a photoelectric conversion element according to Embodiment 4. FIG. 実施の形態5に係わる光電変換素子の概略構成を示す、断面図である。6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a photoelectric conversion element according to Embodiment 5. FIG. 実施の形態6に係わる光電変換素子の概略構成を示す、断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a photoelectric conversion element according to Embodiment 6. FIG. 実施の形態7に係わる光電変換素子の概略構成を示す、断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a photoelectric conversion element according to Embodiment 7. FIG. 接合面の一部が略同心円状であることを示す、断面図である。It is sectional drawing which shows that a part of joining surface is substantially concentric. 遮光膜により回折等された光が、一部に略同心円状の形状を有する接合面に到達する様子を示す、断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the light diffracted by the light shielding film reaches | attains the joint surface which has a substantially concentric shape in part.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板、2 フォトダイオード部、2a〜2e 半導体領域、3,13,13a,13b 凹レンズ、4,4a,4b 凸レンズ、5 パッシベーション膜、6,11 遮光膜、7 平坦化層、12 ガラス層、35 赤外線カットフィルター、41 高濃度不純物拡散層、45 配線用金属、46 オーミックコンタクト領域。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate, 2 Photodiode part, 2a-2e Semiconductor area | region, 3,13,13a, 13b Concave lens, 4,4a, 4b Convex lens, 5 Passivation film | membrane, 6,11 Light shielding film, 7 Planarization layer, 12 Glass layer, 35 Infrared cut filter, 41 high-concentration impurity diffusion layer, 45 wiring metal, 46 ohmic contact region.

Claims (28)

半導体基板と、
前記半導体基板内において、第一の導電型の第一の半導体領域と第二の導電型の第二の半導体領域とが、交互に順次積層することにより構成されている、複数のフォトダイオードから成るフォトダイオード部と、
前記フォトダイオード部に入射光を集光させる凸レンズと、
前記フォトダイオード部と前記凸レンズとの間の光路上に、配設される凹レンズとを、備えている、
ことを特徴とする光電変換素子。
A semiconductor substrate;
In the semiconductor substrate, the first semiconductor region of the first conductivity type and the second semiconductor region of the second conductivity type are composed of a plurality of photodiodes configured by alternately laminating one after another. A photodiode section;
A convex lens for condensing incident light on the photodiode part;
A concave lens disposed on the optical path between the photodiode portion and the convex lens,
The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
前記凹レンズは、少なくとも2以上であり、
前記フォトダイオード部と前記凸レンズとの間に、直列的に配設されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
The concave lens is at least 2 or more;
Between the photodiode part and the convex lens, it is arranged in series.
The photoelectric conversion element according to claim 1.
前記凹レンズは、
感光性を有する樹脂で形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
The concave lens is
Formed of a resin having photosensitivity,
The photoelectric conversion element according to claim 1.
前記凸レンズは、
感光性を有する樹脂で形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
The convex lens is
Formed of a resin having photosensitivity,
The photoelectric conversion element according to claim 1.
前記凹レンズと前記凸レンズとの間に形成される、平坦化層を、さらに備えており、
前記平坦化層の屈折率は、
前記凹レンズの屈折率とは、異なる、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
A flattening layer formed between the concave lens and the convex lens;
The refractive index of the planarizing layer is
Different from the refractive index of the concave lens,
The photoelectric conversion element according to claim 1.
前記凹レンズの屈折率は、
前記凸レンズの屈折率と、略同一であり、
前記平坦化層の屈折率は、
前記凹レンズの屈折率および前記凸レンズの屈折率よりも、小さい、
ことを特徴とする請求項5に記載の光電変換素子。
The refractive index of the concave lens is
The refractive index of the convex lens is substantially the same,
The refractive index of the planarizing layer is
Smaller than the refractive index of the concave lens and the refractive index of the convex lens,
The photoelectric conversion element according to claim 5.
前記フォトダイオード部を覆うように形成される、SiO2膜、SiON膜、またはSiN膜を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
A SiO2 film, a SiON film, or a SiN film formed to cover the photodiode portion;
The photoelectric conversion element according to claim 1.
前記フォトダイオード部の所定の領域を望む開口部を有する、遮光膜を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
A light-shielding film having an opening for a predetermined region of the photodiode portion;
The photoelectric conversion element according to claim 1.
前記遮光膜は、
金属または金属シリサイドで構成されている、
ことを特徴とする請求項8に記載の光電変換素子。
The light shielding film is
Composed of metal or metal silicide,
The photoelectric conversion element according to claim 8.
前記遮光膜は、
配線として機能している、
ことを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子。
The light shielding film is
Functioning as wiring,
The photoelectric conversion element according to claim 9.
前記遮光膜と前記凹レンズとの間に形成される、ガラス層を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子。
A glass layer is further formed between the light shielding film and the concave lens,
The photoelectric conversion element according to claim 9.
前記ガラス層は、
BPSGである、
ことを特徴とする請求項11に記載の光電変換素子。
The glass layer is
BPSG,
The photoelectric conversion element according to claim 11.
前記フォトダイオード部上に配設される、赤外線カットフィルターを、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
An infrared cut filter disposed on the photodiode portion is further provided,
The photoelectric conversion element according to claim 1.
前記第一の半導体領域と前記第二の半導体領域とは、入れ子状に形成されており、
前記半導体基板の上面に存する、前記第一の半導体領域と前記第二の半導体領域との接合面の、少なくとも一部を覆うように形成される、前記第一の半導体領域または前記第二の半導体領域の不純物濃度よりも、不純物濃度の高い高濃度不純物拡散層を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
The first semiconductor region and the second semiconductor region are formed in a nested manner,
The first semiconductor region or the second semiconductor, which is formed so as to cover at least a part of a joint surface between the first semiconductor region and the second semiconductor region existing on the upper surface of the semiconductor substrate. A high-concentration impurity diffusion layer having a higher impurity concentration than the impurity concentration of the region,
The photoelectric conversion element according to claim 1.
前記第一の半導体領域または前記第二の半導体領域と、接続している配線用金属を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
Further comprising a wiring metal connected to the first semiconductor region or the second semiconductor region,
The photoelectric conversion element according to claim 1.
前記第一の半導体領域または前記第二の半導体領域と、前記配線用金属との間には、接続している前記半導体領域よりも不純物濃度の高い、オーミックコンタクト領域が形成されている、
ことを特徴とする請求項15に記載の光電変換素子。
Between the first semiconductor region or the second semiconductor region and the wiring metal, an ohmic contact region having an impurity concentration higher than that of the connected semiconductor region is formed,
The photoelectric conversion element according to claim 15.
前記配線用金属は、複数であり、
少なくとも一の前記配線用金属は、
接地電位または固定電位に接続されている、
ことを特徴とする請求項15に記載の光電変換素子。
The wiring metal is plural,
At least one of the wiring metals is
Connected to ground potential or fixed potential,
The photoelectric conversion element according to claim 15.
前記配線用金属は、複数であり、
少なくとも一の前記配線用金属は、
電気信号を増幅させる増幅器に接続されている、
ことを特徴とする請求項15に記載の光電変換素子。
The wiring metal is plural,
At least one of the wiring metals is
Connected to an amplifier that amplifies the electrical signal,
The photoelectric conversion element according to claim 15.
前記配線用金属は、複数であり、
少なくとも一の前記配線用金属は、
導通先の変更を可能とさせるスイッチに接続されている、
ことを特徴とする請求項15に記載の光電変換素子。
The wiring metal is plural,
At least one of the wiring metals is
Connected to a switch that allows the change of the conduction destination,
The photoelectric conversion element according to claim 15.
前記第一の半導体領域および前記第二の半導体領域は、
当該各半導体領域に所定の電圧を印加することにより、空乏状態となる、
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
The first semiconductor region and the second semiconductor region are:
By applying a predetermined voltage to each of the semiconductor regions, it becomes a depletion state.
The photoelectric conversion element according to claim 1.
前記第一の半導体領域と前記第二の半導体領域とは、入れ子状に形成されており、
前記第一の半導体領域と前記第二の半導体領域との接合面は、
前記遮光膜の下方において、前記遮光膜の端部を中心とした略同心円状の形状を有している、
ことを特徴とする請求項8に記載の光電変換素子。
The first semiconductor region and the second semiconductor region are formed in a nested manner,
The bonding surface between the first semiconductor region and the second semiconductor region is
Below the light shielding film, it has a substantially concentric shape centered on the end of the light shielding film,
The photoelectric conversion element according to claim 8.
請求項1ないし請求項21のいずれかに記載の光電変換素子を、平面視において、複数配列することにより、構成される、
ことを特徴とする固体撮像デバイス。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 21 is configured by arranging a plurality of the photoelectric conversion elements in a plan view.
A solid-state imaging device.
請求項22に記載の固体撮像デバイスを、備えている、
ことを特徴とする撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 22 is provided.
An imaging apparatus characterized by that.
請求項22に記載の固体撮像デバイスを、備えている、
ことを特徴とする画像読み取り装置。
The solid-state imaging device according to claim 22 is provided.
An image reading apparatus.
(A)前記半導体基板内において、第一の導電型の第一の半導体領域と第二の導電型の第二の半導体領域とを、交互に順次積層することにより、前記半導体基板の表面内に、複数のフォトダイオードから成るフォトダイオード部を形成する工程と、
(B)前記フォトダイオード部上に、樹脂を塗布する工程と、
(C)前記樹脂に窪みを形成する工程と、
(D)前記窪みを有する前記樹脂に対して、加熱溶融処理を施すことにより、凹レンズを形成する工程とを、備えている、
ことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
(A) In the semiconductor substrate, a first semiconductor region of the first conductivity type and a second semiconductor region of the second conductivity type are stacked alternately and sequentially in the surface of the semiconductor substrate. Forming a photodiode portion composed of a plurality of photodiodes;
(B) applying a resin on the photodiode portion;
(C) forming a recess in the resin;
(D) A step of forming a concave lens by subjecting the resin having the depression to a heat melting treatment,
A method for producing a photoelectric conversion element.
前記樹脂は、感光性を有しており、
前記工程(C)は、
前記樹脂に対して、写真製版工法を施すことにより、前記樹脂に前記窪みを形成する工程である、
ことを特徴とする請求項25に記載の光電変換素子の製造方法。
The resin has photosensitivity,
The step (C)
It is a step of forming the depression in the resin by applying a photoengraving method to the resin.
The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 25.
(A)前記半導体基板内において、第一の導電型の第一の半導体領域と第二の導電型の第二の半導体領域とを、交互に順次積層することにより、前記半導体基板の表面内に、複数のフォトダイオードから成るフォトダイオード部を形成する工程と、
(B)前記フォトダイオード部の所定の領域を望む開口部を有する、遮光膜を形成する工程と、
(C)前記開口部の少なくとも側面に、ガラス層を形成する工程と、
(D)前記開口部に所定量の樹脂を塗布し、前記樹脂と前記ガラス層との間で生じる表面張力を利用することにより、前記樹脂を凹形状にする工程とを、備えている、
ことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
(A) In the semiconductor substrate, a first semiconductor region of the first conductivity type and a second semiconductor region of the second conductivity type are stacked alternately and sequentially in the surface of the semiconductor substrate. Forming a photodiode portion composed of a plurality of photodiodes;
(B) forming a light-shielding film having an opening in which a predetermined region of the photodiode portion is desired;
(C) forming a glass layer on at least the side surface of the opening;
(D) applying a predetermined amount of resin to the opening, and using the surface tension generated between the resin and the glass layer to make the resin concave.
A method for producing a photoelectric conversion element.
(H)前記工程(C)の後に、前記樹脂に対して、熱硬化処理を施すことにより、凹レンズを形成する工程を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項27に記載の光電変換素子の製造方法。
(H) The method further includes a step of forming a concave lens by performing a thermosetting process on the resin after the step (C).
The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 27.
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