JP2008251985A - Solid-state imaging device - Google Patents

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JP2008251985A JP2007094028A JP2007094028A JP2008251985A JP 2008251985 A JP2008251985 A JP 2008251985A JP 2007094028 A JP2007094028 A JP 2007094028A JP 2007094028 A JP2007094028 A JP 2007094028A JP 2008251985 A JP2008251985 A JP 2008251985A
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静波 李
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently collect light to a light receiving element, without interfering an incident light by a light shielding film. <P>SOLUTION: CCD 10 includes: a semiconductor substrate 15 on which a photo diode 11 and a charge transfer part 14 are formed; an insulating film 16; a transfer electrode 17 constituting a vertical transfer path 13 together with a charge transfer part 14; a light shielding film 18 positioned in the upper part of the transfer electrode 17 and the semiconductor substrate 15; a color filter 24; and a micro lens 25. An opening part 20 adjusted to the photo diode 11 is formed on the light shielding film 18. The opening part 20 is formed in a tapered shape of gradually decreasing an area toward the photo diode 11 from the micro lens 25, and the lights incident from the micro lens 25 is collected to the photo diode 11 without being interrupted. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device.

近年、CCDなどの固体撮像装置を用いて撮像した撮影画像をデジタルの画像データに変換し、内蔵メモリやメモリカードなどの記録媒体に記録するデジタルカメラが普及してきている。このデジタルカメラに設けられているような固体撮像装置では、例えば、特許文献1、2に記載されているように、マトリクス状に配列された受光素子(フォトダイオード)が形成された半導体基板の上面に、各受光素子の位置に合わせた開口を有する遮光膜を形成し、さらに受光素子の上方に位置するマイクロレンズを形成しており、このマイクロレンズで撮影レンズ光学系からの入射光が集光され、開口を通過して各受光素子に受光される。   In recent years, digital cameras that convert a captured image captured using a solid-state imaging device such as a CCD into digital image data and record it on a recording medium such as a built-in memory or a memory card have become widespread. In a solid-state imaging device as provided in this digital camera, for example, as described in Patent Documents 1 and 2, the upper surface of a semiconductor substrate on which light receiving elements (photodiodes) arranged in a matrix are formed. In addition, a light-shielding film having an opening corresponding to the position of each light-receiving element is formed, and a microlens positioned above the light-receiving element is formed, and incident light from the photographing lens optical system is condensed by this microlens. Then, the light is received by each light receiving element through the opening.

また、特許文献1に記載されている固体撮像装置では、受光素子と、マイクロレンズとの間に、2層以上の遮光層(遮光膜)を有しており、この遮光層が、基板側からマイクロレンズ側へ順に面積が狭くなるように段差を形成して斜め入射光や内部反射光によるフレア光をなくし、偽信号の発生を防止する。さらにまた、特許文献2においては、さらに遮光層の開口内部から遮光層の上層の平坦化層まで透明膜(導波路)を形成し、この導波路によって受光素子へ光を導くようにしている。
特開平6−45569号公報 特開2003−46074号公報
Moreover, in the solid-state imaging device described in Patent Document 1, two or more light shielding layers (light shielding films) are provided between the light receiving element and the microlens, and the light shielding layers are formed from the substrate side. A step is formed so that the area gradually decreases toward the microlens side to eliminate flare light caused by obliquely incident light and internally reflected light, thereby preventing generation of false signals. Furthermore, in Patent Document 2, a transparent film (waveguide) is further formed from the inside of the opening of the light shielding layer to the flattening layer above the light shielding layer, and light is guided to the light receiving element through this waveguide.
JP-A-6-45569 JP 2003-46074 A

一方、最近では、固体撮像装置の小型化、高画素化が益々進んできており、これに伴なって受光素子に合わせて形成される遮光膜の開口面積も小さくする必要があるため、マイクロレンズを通過した入射光のうち、光軸とほぼ平行な入射光については開口を通って受光素子へと到達するが、斜めの入射光は、遮光膜の開口周縁によって遮られてしまうため、受光素子への集光効率が不十分となってきている。   On the other hand, recently, solid-state imaging devices have been increasingly reduced in size and increased in pixel count, and as a result, it is necessary to reduce the opening area of the light-shielding film formed in accordance with the light receiving element. Of the incident light that has passed through, the incident light that is substantially parallel to the optical axis reaches the light receiving element through the opening, but the oblique incident light is blocked by the periphery of the opening of the light shielding film. The light collection efficiency is becoming insufficient.

さらに、上記特許文献1に記載されている構成では、フレア光や偽信号の防止については考慮されているものの、受光素子への集光効率の向上については考慮されていない。また、上記特許文献2の構成では、マイクロレンズから導波路に入射した光については受光素子へ導かれるようになっているが、導波路の周囲から入射した光については集光効率を向上させることが考慮されていない。さらにまた、特許文献1及び2では、遮光膜が多数層ある場合に限定され、遮光膜が1層だけの構成には、適用することができない。   Furthermore, in the configuration described in Patent Document 1, although prevention of flare light and false signals is considered, improvement of light collection efficiency to the light receiving element is not considered. Further, in the configuration of Patent Document 2, light incident on the waveguide from the microlens is guided to the light receiving element, but light collection efficiency is improved for light incident from the periphery of the waveguide. Is not taken into account. Furthermore, Patent Documents 1 and 2 are limited to a case where there are a large number of light shielding films, and cannot be applied to a configuration having only one light shielding film.

本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、遮光膜によって入射光を妨げることなく、受光素子へと光を効率良く集光し、受光面へ導波することによって感度を向上させることが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and improves the sensitivity by efficiently collecting light to the light receiving element and guiding it to the light receiving surface without hindering the incident light by the light shielding film. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of satisfying the requirements.

本発明の固体撮像装置は、複数の受光部が形成された半導体基板と、前記受光部の上方に位置する集光レンズと、前記半導体基板の少なくとも一部を覆って遮光し、且つ前記受光部の位置に合わせて形成された開口部の形状が、前記集光レンズの外形寸法をD、前記開口部の集光レンズに近接する位置の開口間隔をW1、前記開口部の受光部に近接する位置の開口間隔をW2とすると、0.5≦(W1−W2)/(D−W2)≦0.9の関係となる遮光膜とを備えたことを特徴とする。なお、前記遮光膜の開口部は、前記集光レンズ側から前記受光部側へ向かって徐々に狭くなるテーパー状に形成されていることが好ましい。   The solid-state imaging device according to the present invention includes a semiconductor substrate on which a plurality of light receiving units are formed, a condensing lens positioned above the light receiving unit, and covers and shields at least part of the semiconductor substrate, and the light receiving unit The shape of the opening formed in accordance with the position of D is the outer dimension of the condensing lens is D, the opening interval of the opening close to the condensing lens is W1, and the opening is close to the light receiving portion. A light-shielding film having a relationship of 0.5 ≦ (W1−W2) / (D−W2) ≦ 0.9 is provided, where W2 is a position opening interval. The opening of the light shielding film is preferably formed in a tapered shape that gradually narrows from the condenser lens side toward the light receiving unit side.

前記集光レンズは、前記受光部の上方に位置するマイクロレンズであること、あるいは、前記受光部の上方に位置するマイクロレンズを備えており、前記集光レンズは、前記マイクロレンズと前記半導体基板との間に形成されたインナーレンズであることが効果的である。また、前記遮光膜の開口部は、その表面に反射膜が形成されていることが好ましい。   The condensing lens is a microlens positioned above the light receiving unit, or includes a microlens positioned above the light receiving unit, and the condensing lens includes the microlens and the semiconductor substrate. It is effective to be an inner lens formed between the two. The opening of the light shielding film preferably has a reflective film formed on the surface thereof.

本発明の固体撮像装置では、開口部の形状が、前記集光レンズの外形寸法をD、前記開口部の集光レンズに近接する位置の開口間隔をW1、前記開口部の受光部に近接する位置の開口間隔をW2とすると、0.5≦(W1−W2)/(D−W2)≦0.9の関係となる遮光膜を備えているので、遮光膜によって入射光を妨げることなく、受光素子へと光を効率良く集光し、受光面へ導波することができるから、感度を向上させることが可能となる。   In the solid-state imaging device of the present invention, the shape of the opening is D, the outer dimension of the condensing lens is W, the opening interval of the opening close to the condensing lens is W1, and the opening is close to the light receiving unit. Assuming that the opening interval of the position is W2, a light shielding film having a relationship of 0.5 ≦ (W1−W2) / (D−W2) ≦ 0.9 is provided. Since the light can be efficiently collected to the light receiving element and guided to the light receiving surface, the sensitivity can be improved.

さらに、遮光膜の開口部を集光レンズ側から前記受光部側へ向かって徐々に狭くなるテーパー状に形成していることで、さらに、入射光を妨げることが無くなり、受光素子へ光を集光させることができる。   Furthermore, since the opening of the light shielding film is formed in a tapered shape that gradually narrows from the condenser lens side toward the light receiving portion side, the incident light is not obstructed and the light is collected to the light receiving element. Can be lighted.

以下、本発明を適用した固体撮像装置の一例であるCCDの構造について図面を参照して説明する。なお、本発明は、CCDのみに限定されるものではなく、CMOSなど他のイメージセンサにも適用することができる。図1は、平面図、図2は、図1のX−X線(水平転送方向Hと平行)における断面図である。なお、図1においては、遮光膜など一部の上面構造を省略している。CCD10は、撮影領域において、2次元マトリクス状に配列された複数のフォトダイオード(受光部)11を有し、このフォトダイオード11の各列、すなわち垂直転送方向Vに沿って垂直転送路13が設けられて構成されている。   A structure of a CCD, which is an example of a solid-state imaging device to which the present invention is applied, will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the CCD, but can be applied to other image sensors such as a CMOS. 1 is a plan view, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX (parallel to the horizontal transfer direction H) in FIG. In FIG. 1, a part of the upper surface structure such as a light shielding film is omitted. The CCD 10 has a plurality of photodiodes (light receiving portions) 11 arranged in a two-dimensional matrix in the imaging region, and a vertical transfer path 13 is provided along each column of the photodiodes 11, that is, along the vertical transfer direction V. Configured.

このCCD10の断面構造は、図2に示すように、フォトダイオード(受光部)11と、このフォトダイオード11を除く部分に垂直転送路13を構成する電荷転送部14が形成された半導体基板15を備えており、電荷転送部14の上には、絶縁膜16を介して転送電極17が形成される。これら電荷転送部14及び転送電極17が垂直転送路13を構成し、フォトダイオード11に蓄積された電荷を垂直転送する。なお、転送電極17はドライエッチング法などによって例えば第1ポリシリコンから形成されている。さらに転送電極17及び半導体基板15の上方には、遮光膜18が形成されている。この遮光膜18は、転送電極17を覆って遮光する。また、遮光膜18には、フォトダイオード11の位置にあわせた開口部20が形成されている。なお、この遮光膜18及び開口部20の形状の詳細については後述する。また、絶縁膜16は、例えば熱酸化法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法などによってSiOから形成される。 As shown in FIG. 2, the cross-sectional structure of the CCD 10 includes a photodiode (light receiving portion) 11 and a semiconductor substrate 15 in which a charge transfer portion 14 constituting a vertical transfer path 13 is formed in a portion excluding the photodiode 11. A transfer electrode 17 is formed on the charge transfer portion 14 via an insulating film 16. The charge transfer unit 14 and the transfer electrode 17 constitute a vertical transfer path 13 and vertically transfer the charges accumulated in the photodiode 11. Note that the transfer electrode 17 is made of, for example, first polysilicon by a dry etching method or the like. Further, a light shielding film 18 is formed above the transfer electrode 17 and the semiconductor substrate 15. The light shielding film 18 covers the transfer electrode 17 and shields it from light. Further, an opening 20 is formed in the light shielding film 18 in accordance with the position of the photodiode 11. The details of the shape of the light shielding film 18 and the opening 20 will be described later. The insulating film 16 is formed of SiO 2 by, for example, a thermal oxidation method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

さらに、フォトダイオード11の上方、且つ開口部20の内部には導波路22が形成されており、この導波路22の周りを囲むように平坦化層(中間層)23が形成されている。平坦化層23は、その上面が平坦化されるように形成されており、さらのその上面にはカラーフイルタ24、マイクロレンズ25が形成されている。平坦化層23は、例えばBPSG(ホウ素リンシリケートガラス;屈折率n1=1.4〜1.5)などからなり、導波路22は、例えば、SiN(窒化シリコン;屈折率n2=1.9〜2.0)などからなる。また、カラーフイルタ24は、3色(R,G,B)又は4色(R,G,B+中間色)の色に対応する色素がそれぞれ含まれたレジスト材などからなる。なお、導波路22及び平坦化層23の材料は、これらに限るものではない。   Further, a waveguide 22 is formed above the photodiode 11 and inside the opening 20, and a planarization layer (intermediate layer) 23 is formed so as to surround the waveguide 22. The planarization layer 23 is formed so that the upper surface thereof is planarized, and a color filter 24 and a microlens 25 are formed on the upper surface. The planarizing layer 23 is made of, for example, BPSG (boron phosphorus silicate glass; refractive index n1 = 1.4 to 1.5), and the waveguide 22 is made of, for example, SiN (silicon nitride; refractive index n2 = 1.9). 2.0). The color filter 24 is made of a resist material or the like containing pigments corresponding to three colors (R, G, B) or four colors (R, G, B + intermediate colors). Note that the materials of the waveguide 22 and the planarization layer 23 are not limited to these.

導波路22は、半導体基板15と平行に切断した切断面が開口部20よりも一回り小さい長方形状あるいは略円形状に形成され、マイクロレンズ25に近接する位置からフォトダイオード11に近接する位置まで半導体基板15と垂直な方向に沿って真っ直ぐに延びる四角柱形状又は略円柱形状に形成されている。また、導波路22は、開口部20の内壁面に対して一定の間隔を置いて形成されている。   The waveguide 22 is formed in a rectangular shape or a substantially circular shape whose cut surface cut in parallel with the semiconductor substrate 15 is slightly smaller than the opening 20, from a position close to the microlens 25 to a position close to the photodiode 11. It is formed in a quadrangular prism shape or a substantially cylindrical shape extending straight along a direction perpendicular to the semiconductor substrate 15. In addition, the waveguide 22 is formed at a constant interval with respect to the inner wall surface of the opening 20.

遮光膜18及び開口部20の形状については、詳しくは図3に示す。なお、本実施形態では、半導体基板15の上面から、マイクロレンズ25の下面までの高さHm=1μm、半導体基板15から遮光膜18の上面までの高さHf=0.6〜0.8μmとなるように形成されており、遮光膜18を形成するスペースは非常に限られている。この遮光膜18の開口部20は、マイクロレンズ25に近接する側の間隔が大きく、フォトダイオード11に近接する側の間隔が小さくなっており、マイクロレンズ25側からフォトダイオード11側に向かって徐々に面積が減少するテーパー形状に形成されている。なお、このように、遮光膜18の開口部20をテーパー形状に製造する方法としては、本実施形態では、遮光膜18の下層の転送電極17の周縁部17aを周知のドライエッチング技術によって半導体基板15に対して傾斜する傾斜面となるように形成し、この転送電極17の上面に遮光膜18をフォトエッチング法などにより形成することで、転送電極17の周縁部17aに沿った傾斜面となり、開口部20をテーパー形状に形成することができる。なお、このような電極の周縁部に形成される傾斜面は、例えば特開2003―332555公報及び特開2005−340287号公報などに記載されている周知の方法で形成する。また、開口部20を形成する製造方法はこれに限らず、例えば、遮光膜18を形成する際にフォトエッチングを複数層重ねて形成し、隣接する層毎に微小な段差を付けることでテーパーを形成することができる。また、遮光膜18としては、高融点金属であるタングステン(W)から形成されることが好ましいが、これに限らず、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)などを使用してもよい。   The shape of the light shielding film 18 and the opening 20 is shown in detail in FIG. In this embodiment, the height Hm from the upper surface of the semiconductor substrate 15 to the lower surface of the microlens 25 is 1 μm, and the height Hf from the semiconductor substrate 15 to the upper surface of the light shielding film 18 is 0.6 to 0.8 μm. The space for forming the light shielding film 18 is very limited. The opening 20 of the light shielding film 18 has a large interval on the side close to the micro lens 25 and a small interval on the side close to the photodiode 11, and gradually from the micro lens 25 side toward the photodiode 11 side. It is formed in a taper shape whose area decreases. As described above, as a method of manufacturing the opening 20 of the light shielding film 18 in a tapered shape, in this embodiment, the peripheral portion 17a of the transfer electrode 17 under the light shielding film 18 is formed on the semiconductor substrate by a known dry etching technique. 15 by forming a light shielding film 18 on the upper surface of the transfer electrode 17 by a photoetching method or the like, thereby forming an inclined surface along the peripheral edge portion 17a of the transfer electrode 17, The opening 20 can be formed in a tapered shape. In addition, the inclined surface formed in the peripheral part of such an electrode is formed by the well-known method described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-332555, Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-340287, etc., for example. In addition, the manufacturing method for forming the opening 20 is not limited to this. For example, when the light shielding film 18 is formed, a plurality of layers of photoetching are formed, and a taper is provided by adding a minute step to each adjacent layer. Can be formed. Further, the light shielding film 18 is preferably formed from tungsten (W), which is a refractory metal, but is not limited thereto, and aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu). Etc. may be used.

本実施形態においては、開口部20のフォトダイオード11側の間隔に対してしてマイクロレンズ25側の間隔が広がっていることでフォトダイオード11への集光効率を向上させることが可能となっている。そこで、この広がり寸法の比率が最適になる値を以下に説明する。まず、マイクロレンズ25の外形寸法(本実施形態では、マイクロレンズ25の外形寸法が配列ピッチに等しいため、以下ピッチという。)をDに、開口部20のマイクロレンズ25側の間隔(以下、入口側間隔という。)をW、開口部20側のフォトダイオード11側の間隔(以下、出口側間隔という。)をWとすると、開口部20の広がり寸法(入口側と出口側の間隔の差)はW−Wである。また、仮に開口部20の入口側間隔WがピッチDとほぼ等しいとき、開口部20は、最も広がった状態となる。そこで、この最も広がった状態に対する実際の広がりの割合を広がり比率ηとすると、この広がり比率は、η=(W−W)/(D−W)となる。 In the present embodiment, since the distance on the microlens 25 side is wider than the distance on the photodiode 11 side of the opening 20, it is possible to improve the light collection efficiency on the photodiode 11. Yes. Therefore, the value at which the ratio of the spread dimension is optimized will be described below. First, the outer dimension of the microlens 25 (in this embodiment, since the outer dimension of the microlens 25 is equal to the arrangement pitch, hereinafter referred to as pitch) is D, and the distance between the openings 20 on the microlens 25 side (hereinafter referred to as inlet). that side spacing.) the W 1, photodiode 11 side of the spacing of the opening 20 side (hereinafter, when referred to.) outlet spacing and W 2, spread size of the opening 20 (the inlet side and the outlet side of the gap Difference) is W 1 −W 2 . Further, if when the inlet-side distance W 1 of the opening 20 is substantially equal to the pitch D, opening 20 is most extended state. Therefore, when the ratio of the actual spread with respect to the most spread state is defined as a spread ratio η, the spread ratio is η = (W 1 −W 2 ) / (D−W 2 ).

さらに広がりの比率ηの最適な値を求めると、以下のようになる。先ずマイクロレンズ25の光軸付近の光は、当然フォトダイオード11に入射するので、マイクロレンズ25の外形付近から入射する光が開口部20の内部へ入射する条件を考える。そして、このマイクロレンズ25の外形付近から入射する光のうち、マイクロレンズ25のレンズ面に対して垂直入射する光と、斜め入射する光を考える。ここで、図3に示すように、マイクロレンズ25のレンズ面に対して垂直入射する光Lとマイクロレンズ25の法線の角度をθ、斜め入射する光Lと垂直入射する光Lとの角度(いわゆる入射角度)をθとする。また、マイクロレンズ25から導波路22までの有効屈折率をn、開口数をNA=nsinθ、焦点距離をf、マイクロレンズ25に入射した光Lの屈折角をθs1、マイクロレンズ25に入射した光L2の屈折角をθs2とする。そして、CCD10のピッチDから入口側間隔Wを除いた距離をX=D−Wとすると、以下の式が成り立つ Further, the optimum value of the spread ratio η is obtained as follows. First, since the light near the optical axis of the microlens 25 naturally enters the photodiode 11, a condition in which light incident from near the outer shape of the microlens 25 enters the inside of the opening 20 is considered. Of light incident from the vicinity of the outer shape of the microlens 25, light incident perpendicularly to the lens surface of the microlens 25 and light incident obliquely are considered. Here, as shown in FIG. 3, the light L 1 perpendicularly incident on the lens surface of the microlens 25 and the normal line angle of the microlens 25 are θ 1 , and the light L perpendicularly incident on the obliquely incident light L 2. An angle with 1 (so-called incident angle) is θ 2 . Further, the effective refractive index from the microlens 25 to the waveguide 22 is n, the numerical aperture is NA = n sin θ, the focal length is f, the refraction angle of the light L 1 incident on the microlens 25 is θ s1 , and the microlens 25 is incident. The refraction angle of the light L2 thus obtained is defined as θ s2 . Then, if the distance obtained by removing the entrance-side interval W 1 from the pitch D of the CCD 10 is X = D−W 1 , the following equation is established.

Figure 2008251985
Figure 2008251985

そして、これらの式よりXを求めると   And when X is calculated from these equations,

Figure 2008251985
Figure 2008251985

また、sinθを求めると、 Also, when sin θ 3 is obtained,

Figure 2008251985
Figure 2008251985

また、sinθを求めると Further, when sin θ 1 is obtained,

Figure 2008251985
Figure 2008251985

以上の式1〜式4から広がりの比率ηは、以下のようになる。   From the above formulas 1 to 4, the spread ratio η is as follows.

Figure 2008251985
Figure 2008251985

そして、実際に集光効率を高めるためには、入射角度θ=15°の斜め入射光においても導波路22へ導かれることが好ましく、さらに、有効屈折率をn=1.4〜1.9、開口数NA=0.3〜0.4、ピッチDに対する出口側間隔Wの割合α(=(W/D))=0.25〜0.5を上記の式5にあてはめると、広がりの比率ηは、以下の表1のようになる。 In order to actually improve the light collection efficiency, it is preferable that obliquely incident light with an incident angle θ 2 = 15 ° is also guided to the waveguide 22, and the effective refractive index is set to n = 1.4 to 1. 9. When the numerical aperture NA = 0.3 to 0.4 and the ratio α (= (W 2 /D))=0.25 to 0.5 of the outlet side interval W 2 with respect to the pitch D is applied to the above equation 5. The spread ratio η is as shown in Table 1 below.

Figure 2008251985
Figure 2008251985

上記の表1より、広がりの比率ηは、0.5以上、0.9以下であることが好ましく、0.75以上、0.9以下であることがさらに好ましい。   From Table 1 above, the spreading ratio η is preferably 0.5 or more and 0.9 or less, and more preferably 0.75 or more and 0.9 or less.

また、導波路22は、半導体基板15と平行に切断した切断面が開口部20よりも一回り小さい長方形状あるいは略円形状に形成され、マイクロレンズ25側からフォトダイオード11側まで半導体基板15と垂直な方向に沿って真っ直ぐに延びる四角柱形状又は略円柱形状に形成されている。これにより、マイクロレンズ25を通過して導波路22の内部に入射した光をフォトダイオード11へと導く。   Further, the waveguide 22 is formed in a rectangular shape or a substantially circular shape whose cut surface cut in parallel with the semiconductor substrate 15 is slightly smaller than the opening 20, and from the microlens 25 side to the photodiode 11 side. It is formed in a quadrangular prism shape or a substantially cylindrical shape extending straight along a vertical direction. As a result, light that has passed through the microlens 25 and entered the waveguide 22 is guided to the photodiode 11.

以下、上記構成の作用について説明する。上述したように、本実施形態のCCD10では、遮光膜18の開口部20は、上記の式(4)の関係を満たし、さらにマイクロレンズ25側からフォトダイオード11側へ向かって徐々に面積が減少するテーパー形状に形成されているので、マイクロレンズ25の光軸L付近からの入射光だけでなく、マイクロレンズ25の周縁付近からの入射光や、入射角度θの斜め入射光も遮光膜18によって妨げられることが無く、開口部20の内部へ入射するようになる。なお、本実施形態では上述したように、入射角度θ=15°までの斜め入射光であれば遮光膜18によって妨げられることなく入射する。これによりフォトダイオード11への集光効率が上昇し、CCD10の感度が向上する。これに対して従来の固体撮像装置の構成では、遮光膜の開口部は、フォトダイオード側からマイクロレンズ側まで垂直に延びるように形成されており、開口部の上端付近が入射光を妨げて集光効率を低下させていたが、本実施形態ではそのようなことがない。 The operation of the above configuration will be described below. As described above, in the CCD 10 of this embodiment, the opening 20 of the light shielding film 18 satisfies the relationship of the above formula (4), and the area gradually decreases from the microlens 25 side toward the photodiode 11 side. Therefore, not only the incident light from the vicinity of the optical axis L of the microlens 25 but also the incident light from the vicinity of the peripheral edge of the microlens 25 and the oblique incident light having the incident angle θ 2 are shielded. Without being obstructed by the light, the light enters the inside of the opening 20. In the present embodiment, as described above, the oblique incident light up to the incident angle θ 2 = 15 ° enters without being blocked by the light shielding film 18. Thereby, the light collection efficiency to the photodiode 11 is increased, and the sensitivity of the CCD 10 is improved. On the other hand, in the configuration of the conventional solid-state imaging device, the opening of the light shielding film is formed to extend vertically from the photodiode side to the microlens side, and the vicinity of the upper end of the opening blocks the incident light and collects it. Although the light efficiency has been reduced, this is not the case in this embodiment.

なお、上記実施形態では、遮光膜18の開口部20の形状として、マイクロレンズ25側からフォトダイオード11側へ徐々に面積が狭くなるテーパー形状に形成されている場合を例に上げて説明しているが開口部20の形状はこれに限るものではなく、以下で説明する図4〜図7に示す形状に形成してもよい。   In the above-described embodiment, the shape of the opening 20 of the light shielding film 18 will be described by taking as an example the case where the opening is formed in a tapered shape whose area gradually decreases from the microlens 25 side to the photodiode 11 side. However, the shape of the opening 20 is not limited to this, and it may be formed in the shape shown in FIGS. 4 to 7 described below.

図4においては、遮光膜18の上面(マイクロレンズ25に近接する側の面)から内周面へと丸みを帯びた曲面形状の開口部30が形成されており、この形状の場合もマイクロレンズ25側の間隔が広く、フォトダイオード11側の間隔が狭く形成されているので、マイクロレンズ25から入射した光が妨げられることなくフォトダイオード11へ集光され、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。   In FIG. 4, a rounded curved opening 30 is formed from the upper surface of the light shielding film 18 (the surface on the side close to the microlens 25) to the inner peripheral surface. Since the interval on the 25 side is wide and the interval on the photodiode 11 side is narrow, the light incident from the microlens 25 is condensed to the photodiode 11 without being obstructed, and the same effect as in the above embodiment is obtained. be able to.

図5においては、遮光膜28の上面から内周面へと丸みを帯びた曲面36と、この曲面36の下端部から連続し、内側に突出する曲面37とからなる開口部35が形成されており、この形状の場合もマイクロレンズ25側の間隔が広く、フォトダイオード11側の間隔が狭く形成されているので、マイクロレンズ25から入射した光が妨げられることなくフォトダイオード11へ集光される。   In FIG. 5, an opening 35 is formed which includes a curved surface 36 that is rounded from the upper surface to the inner peripheral surface of the light shielding film 28, and a curved surface 37 that continues from the lower end portion of the curved surface 36 and protrudes inward. Also in this shape, since the interval on the microlens 25 side is wide and the interval on the photodiode 11 side is narrow, the light incident from the microlens 25 is collected on the photodiode 11 without being obstructed. .

図6においては、マイクロレンズ25に近接する側からフォトダイオード11側へ向かって徐々に面積が狭くなるテーパー形状41と、このテーパー形状41の下端からフォトダイオード11側へ真っ直ぐに延びる略柱状42とからなる開口部40が形成されている。   In FIG. 6, a tapered shape 41 whose area gradually decreases from the side close to the microlens 25 toward the photodiode 11 side, and a substantially columnar shape 42 extending straight from the lower end of the tapered shape 41 to the photodiode 11 side. The opening part 40 which consists of is formed.

図7においては、上記実施形態と同様の形状に形成された遮光膜18の上面及び開口部20の内面に高い反射率を有する金属で形成された反射膜50を形成する。なお、反射膜50は、可能な限りカラーフィルタ24に近接する位置に形成する。これによって、転送電極17へ光が進入することを防ぐとともに、光が開口部20の外側へ漏れることを防ぐことができるので、集光効率が向上し、且つスミアの発生を防止することができる。   In FIG. 7, a reflective film 50 made of a metal having a high reflectance is formed on the upper surface of the light shielding film 18 and the inner surface of the opening 20 formed in the same shape as the above embodiment. The reflective film 50 is formed at a position as close to the color filter 24 as possible. As a result, it is possible to prevent light from entering the transfer electrode 17 and to prevent light from leaking to the outside of the opening 20, thereby improving light collection efficiency and preventing smear. .

なお、上記実施形態では、開口部20の内部に導波路22を形成しているが、導波路22を設けず、開口部20の内部まで平坦化層23が連続する構成としてもよい。   In the above embodiment, the waveguide 22 is formed inside the opening 20, but the planarization layer 23 may be continuous to the inside of the opening 20 without providing the waveguide 22.

また、上記実施形態ではフォトダイオード11へ光を集める集光レンズとしては、最上層のマイクロレンズ25のみを形成した構成としてるがこれに限らず、図8に示すように、マイクロレンズ25とフォトダイオード11との間にインナーレンズ55を形成する構成としてもよい。なお、この図8においては、インナーレンズ55と導波路22を一体に形成した例を示しているが、インナーレンズの構成としてはこれに限るものではない。このインナーレンズ55を備えた場合、開口部60は、上記実施形態と同様の製造方法で、図に示すようにインナーレンズ55に近接する位置の間隔を広く、フォトダイオードに近接する位置の間隔を狭く形成する。なお、開口部60の形状も図に示すテーパー形状だけでなく、曲面などにしてもよい。   In the above-described embodiment, the condensing lens that collects light to the photodiode 11 has a configuration in which only the uppermost microlens 25 is formed, but is not limited thereto, and as shown in FIG. An inner lens 55 may be formed between the diode 11 and the diode 11. Although FIG. 8 shows an example in which the inner lens 55 and the waveguide 22 are integrally formed, the configuration of the inner lens is not limited to this. In the case where the inner lens 55 is provided, the opening 60 is manufactured by the same manufacturing method as in the above-described embodiment. Form narrow. The shape of the opening 60 may be not only a tapered shape shown in the drawing but also a curved surface.

また、上記実施形態においては、レンズ面が上方に凸となるマイクロレンズを例に上げて説明しているが、本発明はこれに限らず、レンズ面が下方に凸となるマイクロレンズでもよく、あるいは、上下両面が凸となるマイクロレンズを形成するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the microlens whose lens surface is convex upward is described as an example, but the present invention is not limited to this, and a microlens whose lens surface is convex downward may be used. Alternatively, a microlens whose upper and lower surfaces are convex may be formed.

本発明の固体撮像装置は、デジタルカメラや携帯電話用のカメラ部等の各種撮像装置に適用される他、電子内視鏡等の医療機器にも適用される。   The solid-state imaging device of the present invention is applied not only to various imaging devices such as a digital camera and a camera unit for a mobile phone, but also to medical equipment such as an electronic endoscope.

第1実施形態を実施した固体撮像装置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the solid-state imaging device which implemented 1st Embodiment. 図1のX−X線における要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the XX of FIG. 遮光膜の開口部付近を拡大した要部断面図である。It is principal part sectional drawing to which the opening part vicinity of the light shielding film was expanded. 第1実施形態の第1変形例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the 1st modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2変形例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the 2nd modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の第3変形例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the 3rd modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の第4変形例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the 4th modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の第5変形例を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the 5th modification of 1st Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 CCD(固体撮像装置)
11 フォトダイオード(受光部)
15 半導体基板
17 転送電極
18 遮光膜
20,30,35,40 開口部
25 マイクロレンズ
10 CCD (solid-state imaging device)
11 Photodiode (light receiving part)
15 Semiconductor substrate 17 Transfer electrode 18 Light shielding film 20, 30, 35, 40 Opening 25 Micro lens

Claims (5)

複数の受光部が形成された半導体基板と、前記受光部の上方に位置する集光レンズと、前記半導体基板の少なくとも一部を覆って遮光し、且つ前記受光部の位置に合わせて形成された開口部の形状が、前記集光レンズの外形寸法をD、前記開口部の集光レンズに近接する位置の開口間隔をW1、前記開口部の受光部に近接する位置の開口間隔をW2とすると、0.5≦(W1−W2)/(D−W2)≦0.9の関係となる遮光膜とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。   A semiconductor substrate on which a plurality of light receiving parts are formed, a condenser lens located above the light receiving part, and at least part of the semiconductor substrate is shielded from light and formed in accordance with the position of the light receiving part When the shape of the opening is D, the outer dimension of the condensing lens is D, the opening interval of the opening close to the condensing lens is W1, and the opening interval of the opening close to the light receiving portion is W2. , 0.5 ≦ (W1−W2) / (D−W2) ≦ 0.9, a solid-state imaging device. 前記遮光膜の開口部は、前記集光レンズ側から前記受光部側へ向かって徐々に狭くなるテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the opening of the light shielding film is formed in a tapered shape that gradually becomes narrower from the condenser lens side toward the light receiving unit side. 前記集光レンズは、前記受光部の上方に位置するマイクロレンズであることを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the condenser lens is a microlens located above the light receiving unit. 前記受光部の上方に位置するマイクロレンズを備えており、前記集光レンズは、前記マイクロレンズと前記半導体基板との間に形成されたインナーレンズであることを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。   The microlens located above the light receiving part is provided, and the condenser lens is an inner lens formed between the microlens and the semiconductor substrate. Solid-state imaging device. 前記遮光膜の開口部は、その表面に反射膜が形成されていることを特徴とする請求項1ないし4いずれか記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a reflection film is formed on a surface of the opening of the light shielding film.
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