JP2011091253A

JP2011091253A - Imaging device

Info

Publication number: JP2011091253A
Application number: JP2009244437A
Authority: JP
Inventors: Shiro Tsunai; 史郎綱井; Daisuke Satani; 大助佐谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-05-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device increasing the accuracy in position of a light receiving element and a lens and reducing the manufacturing cost. <P>SOLUTION: The device includes the plurality of two-dimensionally arranged light receiving elements 3, a light transmissive layer 4 formed on the plurality of light receiving elements 3, and a plurality of condensing optical systems 5 provided integrally with the light transmissive layer 4. The condensing optical systems 5 are arranged for every region S defined by sectioning a surface of the light transmissive layer 4 conforming to a group of light receiving elements 3 corresponding to one pixel in the plurality of light receiving elements 3. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、撮像素子の改良に関する。 The present invention relates to an improvement of an image sensor.

撮影後に任意の像面における画像を得ることができる撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。 An imaging apparatus that can obtain an image on an arbitrary image plane after shooting has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

この撮像装置に用いられる撮像素子は、半導体基板上に二次元状に配列された複数のフォトダイオードと、複数のフォトダイオードの一部のフォトダイオード群に対して１つのマイクロレンズを対応づけて配置されたマイクロレンズアレイとを備えている。 An imaging device used in this imaging apparatus is arranged by associating a plurality of photodiodes arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate and one microlens corresponding to a part of the plurality of photodiodes. Microlens array.

このマイクロレンズは、曲率半径が比較的長く、大きなレンズが要求されるため、一般的な撮像素子のオンチップマイクロレンズに比べて容易に作製することができないという問題があった。 Since this microlens has a relatively long radius of curvature and a large lens is required, there is a problem that it cannot be easily manufactured as compared with an on-chip microlens of a general imaging device.

特開２００７−４４７１号公報JP 2007-4471 A

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、曲率の大きなマイクロレンズアレイを有する撮像素子を容易に提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and an object thereof is to easily provide an imaging device having a microlens array having a large curvature.

上記目的を達成するために、本発明に係る撮像素子は、二次元状に配列された複数の受光素子と、複数の受光素子上に設けられた光透過層と、光透過層と一体的に設けられた複数の集光光学系とを備え、集光光学系が、複数の受光素子のうち１画素分に相当する一群の受光素子に対応して光透過層の面上を区画した領域毎に配置されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an imaging device according to the present invention includes a plurality of light receiving elements arranged in a two-dimensional shape, a light transmission layer provided on the plurality of light reception elements, and a light transmission layer. A plurality of condensing optical systems provided, each of the condensing optical systems partitioning the surface of the light transmission layer corresponding to a group of light receiving elements corresponding to one pixel among the plurality of light receiving elements It is characterized by being arranged in.

以上のように、本発明に係る撮像素子では、曲率の大きい集光光学系を有する撮像素子を容易に作製することが可能である。 As described above, with the imaging device according to the present invention, it is possible to easily produce an imaging device having a condensing optical system with a large curvature.

第１の実施形態として示す撮像素子の平面図である。It is a top view of the image sensor shown as a 1st embodiment. 図２中に示す撮像素子の要部を拡大して示す平面図である。FIG. 3 is an enlarged plan view showing a main part of the image sensor shown in FIG. 2. 図３に示す撮像素子の断面図である。It is sectional drawing of the image pick-up element shown in FIG. 段差部の形成方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the formation method of a level | step-difference part. レンズの形成方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the formation method of a lens. 第２の実施形態として示す撮像素子の平面図である。It is a top view of the image sensor shown as a 2nd embodiment. 図６中に示す撮像素子の断面図である。It is sectional drawing of the image pick-up element shown in FIG. 本発明を適用した別の集光光学系を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating another condensing optical system to which this invention is applied. 集光光学系として回折レンズを形成した場合を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the case where a diffraction lens is formed as a condensing optical system.

以下、本発明を適用した撮像素子について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, an image sensor to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態として図１、図２及び図３に示す撮像素子１について説明する。
この撮像素子１は、半導体基板２上に二次元状に配列された複数の受光素子３と、複数の受光素子３上に設けられた光透過層４と、光透過層４と一体的に設けられた複数の集光光学系５とを備えている。 (First embodiment)
First, an image sensor 1 shown in FIGS. 1, 2, and 3 will be described as a first embodiment.
The imaging device 1 is provided integrally with a plurality of light receiving elements 3 arranged in a two-dimensional manner on a semiconductor substrate 2, a light transmitting layer 4 provided on the plurality of light receiving elements 3, and the light transmitting layer 4. A plurality of condensing optical systems 5.

複数の受光素子３は、ＣＣＤやＣＭＯＳを構成するフォトダイオードであり、半導体基板２上にマトリックス状に形成されてなる。また、各受光素子３は、受光した光を光電変換して電気信号として出力する。 The plurality of light receiving elements 3 are photodiodes constituting a CCD or a CMOS, and are formed on the semiconductor substrate 2 in a matrix. Each light receiving element 3 photoelectrically converts the received light and outputs it as an electrical signal.

光透過層４は、受光素子３と集光光学系５との間の距離を調整するためのものであり、光透過性を有する有機系樹脂やシリコン酸化膜などからなる。 The light transmission layer 4 is for adjusting the distance between the light receiving element 3 and the condensing optical system 5, and is made of an organic resin having a light transmission property, a silicon oxide film, or the like.

集光光学系５は、複数の受光素子３のうち１画素分に相当する一群の受光素子３に対応して光透過層４の面上を区画した領域Ｓ毎に配置されたレンズの集合体（オンチップレンズ）からなる。 The condensing optical system 5 is a group of lenses arranged for each region S defined on the surface of the light transmission layer 4 corresponding to a group of light receiving elements 3 corresponding to one pixel among the plurality of light receiving elements 3. (On-chip lens).

具体的に、この集光光学系５は、各領域Ｓの中央に配置された第１レンズ６と、第１のレンズ６の周囲に配置された第２レンズ７ａ，７ｂとを有して構成されている。このうち、第１レンズ６は、第１の曲率を有する半球状のレンズ体からなる。一方、第２レンズ７ａ，７ｂは、第１レンズ６の周囲を囲む輪帯状のレンズ体からなり、第１の曲率よりも大きい第２の曲率を有すると共に、第１のレンズ６の周囲に同心円状に並んで配置されている。 Specifically, the condensing optical system 5 includes a first lens 6 disposed in the center of each region S and second lenses 7 a and 7 b disposed around the first lens 6. Has been. Among these, the 1st lens 6 consists of a hemispherical lens body which has a 1st curvature. On the other hand, the second lenses 7 a and 7 b are formed of a ring-shaped lens body surrounding the first lens 6, have a second curvature larger than the first curvature, and are concentric around the first lens 6. Are arranged side by side.

また、第２レンズ７ａ，７ｂには、レンズ体を部分的に遮光する遮光膜８が設けられている。この遮光膜８は、黒色の顔料等を含む有機膜や、アルミ等の金属膜などからなり、第２レンズ７ａ，７ｂを構成する各レンズ体の下面のうち第１レンズ６側の半分を遮光するように設けられている。 The second lenses 7a and 7b are provided with a light shielding film 8 that partially shields the lens body. The light shielding film 8 is made of an organic film containing a black pigment or the like, a metal film such as aluminum, and the like, and shields half of the lower surface of each lens body constituting the second lenses 7a and 7b on the first lens 6 side. It is provided to do.

ここで、第１及び第２レンズ６，７ａ，７ｂは、光透過層４上においてオンチップレンズを形成する方法により光透過層４と一体的に形成されるため、その材質と形成方法との関係から、サイズ（直径）の大きいものを形成することが困難であり、その大きさは、画素サイズ（５〜２０μｍ）の概ね２倍よりも小さいサイズとなる。この場合、大きいレンズで曲率を大きくする（焦点距離を短くする）ことは困難である。 Here, since the first and second lenses 6, 7 a, 7 b are formed integrally with the light transmission layer 4 by a method of forming an on-chip lens on the light transmission layer 4, the material and the formation method thereof are the same. From the relationship, it is difficult to form a large size (diameter), and the size is smaller than about twice the pixel size (5 to 20 μm). In this case, it is difficult to increase the curvature (shorten the focal length) with a large lens.

そこで、この集光光学系５では、光透過層４上にレンズ６，７ａの形成面の高さを異ならせる段差部９ａ，９ｂを設けて、等価的に従来のマイクロレンズアレイに相当する大きなサイズのレンズに近い光学特性を得ている。 Therefore, in this condensing optical system 5, step portions 9a and 9b that make the heights of the formation surfaces of the lenses 6 and 7a different from each other are provided on the light transmission layer 4, and are equivalently equivalent to a conventional microlens array. It has optical characteristics similar to those of a size lens.

具体的に、これらの段差部９ａ，９ｂは、各領域Ｓの中央部から周辺部に向かって高さが順に低くなるように設けられている。このうち、最も高い段差部９ａ上に第１レンズ６、それよりも低い段差部９ｂ上に第２レンズ７ａが設けられ、それよりも低い光透過層４上に第２レンズ７ｂが設けられている。これにより、第１及び第２レンズ６，７ａ，７ｂは、その曲率に合わせて受光素子３までの距離が調整されている。 Specifically, these stepped portions 9a and 9b are provided such that the heights are gradually reduced from the central portion of each region S toward the peripheral portion. Among these, the first lens 6 is provided on the highest step 9a, the second lens 7a is provided on the lower step 9b, and the second lens 7b is provided on the light transmission layer 4 lower than the first lens 6. Yes. Thereby, the distance to the light receiving element 3 is adjusted according to the curvature of the first and second lenses 6, 7 a and 7 b.

なお、第１及び第２レンズ６，７ａ，７ｂは、その曲率半径を若干調整することにより、段差部９ａ，９ｂを設けただけでは解消できない微小な光学的な焦点位置の調整を行うことが可能である。 The first and second lenses 6, 7 a, 7 b can be adjusted by slightly adjusting the radius of curvature to adjust the minute optical focal position that cannot be eliminated simply by providing the step portions 9 a, 9 b. Is possible.

段差部９ａ，９ｂの形成方法としては、例えば図４に示す方法を挙げることができる。具体的には、先ず、図４（ａ）に示すように、光透過層４上にシリコン酸化膜１０を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、このシリコン酸化膜１０上に段差部９ｂに対応した形状にパターニングされたレジスト層１１を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、パターニングされたマスク層１１を用いてシリコン酸化膜１０を厚み方向の中途部までエッチングする。次に、図４（ｄ）に示すように、レジスト層１１を除去した後、このレジスト層１１を除去した面上に段差部９ａに対応した形状にパターニングされたレジスト層１２を形成する。次に、図４（ｅ）に示すように、パターニングされたレジスト層１２を用いてシリコン酸化膜１０を光透過層４が表出するまでエッチングする。次に、図４（ｆ）に示すように、レジスト層１２を除去を除去する。これにより、高さの異なる段差部９ａ，９ｂを形成することができる。 As a method for forming the stepped portions 9a and 9b, for example, the method shown in FIG. Specifically, first, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 10 is formed on the light transmission layer 4. Next, as shown in FIG. 4B, a resist layer 11 patterned in a shape corresponding to the stepped portion 9b is formed on the silicon oxide film 10. Next, as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 4C, the silicon oxide film 10 is etched to the middle in the thickness direction using the patterned mask layer 11. Next, as shown in FIG. 4D, after removing the resist layer 11, a resist layer 12 patterned into a shape corresponding to the stepped portion 9a is formed on the surface from which the resist layer 11 has been removed. Next, as shown in FIG. 4E, the silicon oxide film 10 is etched using the patterned resist layer 12 until the light transmission layer 4 is exposed. Next, as shown in FIG. 4F, the removal of the resist layer 12 is removed. Thereby, the step parts 9a and 9b having different heights can be formed.

なお、上述したシリコン酸化膜１０を厚み方向の中途部までエッチングする際に、エッチングを所定の位置で停止させる方法としては、通常の半導体プロセスと同様に、シリコン酸化膜１０の間にストッパーとなる別の膜を配置する方法や、エッチング時間を制御する方法などがある。また、上述した２段構成の段差部９ａ，９ｂに限らず、段差部の数については上記工程を繰り返すことによって調整可能である。また、段差部９ａ，９ｂは、上述したシリコン酸化膜以外にも、有機膜や窒化シリコン膜などの透明材料を用いることができ、これらの材料をデポジション、蒸着、塗布などの方法を用いて光透過層４上に形成することができる。 As a method for stopping the etching at a predetermined position when etching the silicon oxide film 10 to the middle in the thickness direction, a stopper is provided between the silicon oxide films 10 as in a normal semiconductor process. There are a method of arranging another film, a method of controlling the etching time, and the like. The number of stepped portions is not limited to the stepped portions 9a and 9b having the two-stage configuration described above, and the number of stepped portions can be adjusted by repeating the above steps. In addition to the above-described silicon oxide film, the stepped portions 9a and 9b can be made of a transparent material such as an organic film or a silicon nitride film, and these materials are deposited using a method such as deposition, vapor deposition, or coating. It can be formed on the light transmission layer 4.

第１及び第２レンズ６，７ａ，７ｂの形成方法としては、例えば図５に示す方法を挙げることができる。具体的には、図５（ａ）に示すように、光透過層４（又は段差部９ａ，９ｂ）上に、第１及び第２レンズ６，７ａ，７ｂ用の有機レジスト材２０，２１をパターン形成した後、加熱処理より有機レジスト材２０，２１を溶融させてレンズ形状とする。これにより、図５（ｂ）に示すように、曲率半径の異なるレンズ２０ａ，２１ａを形成することができる。なお、レンズ２０ａ，２１ａの曲率半径は、溶融した有機レジスト材２０，２１の表面張力（温度と時間）により制御することができる。すなわち、レンズ２０ａ，２１ｂの曲率半径は、レンズ材料と形成面との間の粘着性や、溶融したレンズ材料の表面張力、レンズサイズなどによって決まるが、一般的に大きいレンズ２０ａでは曲率半径が大きく、小さいレンズ２１ａでは曲率半径が小さくなる。この特性を用いてパターンの大きさとレンズ材料を適切に選択することによって、レンズ２０ａ，２１ｂの曲率半径を制御することが可能である。 As a method for forming the first and second lenses 6, 7a, 7b, for example, the method shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 5A, organic resist materials 20 and 21 for the first and second lenses 6, 7a and 7b are formed on the light transmission layer 4 (or the step portions 9a and 9b). After pattern formation, the organic resist materials 20 and 21 are melted by heat treatment to form a lens shape. Thereby, as shown in FIG.5 (b), the lenses 20a and 21a from which a curvature radius differs can be formed. The curvature radii of the lenses 20a and 21a can be controlled by the surface tension (temperature and time) of the molten organic resist materials 20 and 21. That is, the radius of curvature of the lenses 20a and 21b is determined by the adhesiveness between the lens material and the forming surface, the surface tension of the molten lens material, the lens size, and the like. In the small lens 21a, the radius of curvature is small. By appropriately selecting the size of the pattern and the lens material using this characteristic, it is possible to control the curvature radii of the lenses 20a and 21b.

以上のような構造を有する撮像素子１では、被写体からの光を複数の集光光学系５によって集光させながら、各集光光学系５によって集光された光が段差部９ａ，９ｂを含む光透過層４を介して画素毎に一群の受光素子３に受光されると、各受光素子３がその光による明暗を電荷の量に光電変換し、それを順次読み出して電気信号に変換する。そして、これにより得られた電気信号から被写体の像に対応したデジタル画像データを生成することが可能である。また、この撮像素子１は、撮影後にフォーカスの合う位置や深さを変更し、任意の距離でピントの合った画像を生成する任意焦点システムにも適用可能である。 In the image pickup device 1 having the above-described structure, the light collected by each condensing optical system 5 includes stepped portions 9a and 9b while condensing light from the subject by the plurality of condensing optical systems 5. When light is received by a group of light receiving elements 3 for each pixel via the light transmission layer 4, each light receiving element 3 photoelectrically converts light and darkness of the light into an amount of electric charge, and sequentially reads and converts it into an electric signal. Then, it is possible to generate digital image data corresponding to the image of the subject from the electric signal thus obtained. The imaging device 1 can also be applied to an arbitrary focus system that changes an in-focus position and depth after shooting and generates an in-focus image at an arbitrary distance.

以上のように、本発明を適用した撮像素子１では、従来において半導体基板１００上に直接形成することが困難であったマイクロレンズアレイ１０５を、半導体基板１００との位置を合わせて半導体基板１００に貼り付けるといったことを行わずに、上述したオンチップレンズを形成する方法によって、上記集光光学系５を構成する各レンズ６，７ａ，７ｂの曲率半径を変えながら、また、レンズ６，７ａの下に段差部９ａ，９ｂを設けることによって、実現することが可能である。 As described above, in the imaging device 1 to which the present invention is applied, the microlens array 105 that has been difficult to form directly on the semiconductor substrate 100 in the past is placed on the semiconductor substrate 100 in alignment with the semiconductor substrate 100. Without changing the curvature radius of each lens 6, 7 a, 7 b constituting the condensing optical system 5 by the above-described method of forming the on-chip lens without attaching the lens 6, 7 a This can be realized by providing step portions 9a and 9b below.

したがって、本発明によれば、１画素分に相当する一群の受光素子３に対応して光透過層４の面上を区画した領域Ｓ毎に集光光学系５を配置した場合に、各集光光学系５と受光素子３との位置精度の向上を図ることが可能であり、また、製造コストの削減を図ることが可能である。また、この撮像素子１を任意焦点システムに適用した場合には、画質の向上を図ることが可能である。 Therefore, according to the present invention, when the condensing optical system 5 is arranged for each region S defined on the surface of the light transmission layer 4 corresponding to the group of light receiving elements 3 corresponding to one pixel, The positional accuracy of the optical optical system 5 and the light receiving element 3 can be improved, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, when this image sensor 1 is applied to an arbitrary focus system, it is possible to improve the image quality.

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として図６及び図７に示す撮像素子５０について説明する。
なお、以下の説明では、上記撮像素子１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。 (Second Embodiment)
Next, an image sensor 50 shown in FIGS. 6 and 7 will be described as a second embodiment.
In the following description, parts equivalent to those of the image sensor 1 are not described and are denoted by the same reference numerals in the drawings.

この撮像素子５０は、上記撮像素子１が備える集光光学系５の代わりに、図６及び図７に示す集光光学系５１を備えたものであり、それ以外は上記撮像素子１とほぼ同様の構成を有している。 This image sensor 50 includes a condensing optical system 51 shown in FIGS. 6 and 7 instead of the condensing optical system 5 included in the image sensor 1, and is otherwise substantially the same as the image sensor 1. It has the composition of.

具体的に、この集光光学系５１は、各領域Ｓの中央に配置された第１レンズ５２と、第１のレンズ６の周囲に配置された第２レンズ５３ａ，５３ｂとを有して構成されている。このうち、第１レンズ５２は、第１の曲率を有する半球状のレンズ体からなる。一方、第２レンズ５３ａ，５３ｂは、第１レンズ５２の周囲を囲む複数のレンズの集合体からなり、第１の曲率よりも大きい第２の曲率を有すると共に、第１のレンズ６の周囲に同心円状に並んで配置されている。 Specifically, the condensing optical system 51 includes a first lens 52 disposed in the center of each region S and second lenses 53 a and 53 b disposed around the first lens 6. Has been. Among these, the 1st lens 52 consists of a hemispherical lens body which has a 1st curvature. On the other hand, the second lenses 53 a and 53 b are made up of an assembly of a plurality of lenses surrounding the first lens 52, have a second curvature larger than the first curvature, and surround the first lens 6. They are arranged concentrically.

また、第２レンズ５３ａ，５３ｂには、レンズ体を部分的に遮光する遮光膜５４が設けられている。この遮光膜５４は、上記遮光膜８と同じ材料からなり、第２レンズ５３ａ，５３ｂを構成する各レンズ体の下面のうち第１レンズ６側の半分を遮光するように設けられている。 The second lenses 53a and 53b are provided with a light shielding film 54 that partially shields the lens body. The light shielding film 54 is made of the same material as the light shielding film 8, and is provided so as to shield half of the lower surface of each lens body constituting the second lenses 53a and 53b on the first lens 6 side.

また、光透過層４上には、レンズ５２，５３ａの形成面の高さを異ならせる段差部５５ａ，５５ｂが設けられている。このうち、最も高い段差部５５ａ上に第１レンズ５２、それよりも低い段差部５５ｂ上に第２レンズ５３ａが設けられ、それよりも低い光透過層４上に第２レンズ５５ｂが設けられている。これにより、第１及び第２レンズ５２，５３ａ，５３ｂは、その曲率に合わせて受光素子３までの距離が調整されている。 Further, on the light transmission layer 4, step portions 55 a and 55 b are provided that make the formation surfaces of the lenses 52 and 53 a different in height. Among these, the first lens 52 is provided on the highest step portion 55a, the second lens 53a is provided on the lower step portion 55b, and the second lens 55b is provided on the light transmission layer 4 lower than the first lens 52. Yes. Thereby, the distance to the light receiving element 3 is adjusted according to the curvature of the first and second lenses 52, 53a, 53b.

以上のような構造を有する撮像素子５０では、上記撮像素子１と同様に、従来において半導体基板１００上に直接形成することが困難であったマイクロレンズアレイ１０５を、半導体基板１００との位置を合わせて半導体基板１００に貼り付けるといったこと行わずに、上述したオンチップレンズを形成する方法によって、上記集光光学系５１を構成する各レンズ５２，５３ａ，５３ｂの曲率半径を変えながら、また、レンズ５２，５３ａの下に段差部５５ａ，５５ｂを設けることによって、実現することが可能である。 In the imaging device 50 having the above-described structure, the microlens array 105, which has conventionally been difficult to form directly on the semiconductor substrate 100, is aligned with the semiconductor substrate 100 in the same manner as the imaging device 1 described above. Without changing the curvature radius of each of the lenses 52, 53a, 53b constituting the condensing optical system 51 by the above-described method of forming the on-chip lens without being attached to the semiconductor substrate 100, the lens This can be realized by providing step portions 55a and 55b under 52 and 53a.

したがって、本発明によれば、１画素分に相当する一群の受光素子３に対応して光透過層４の面上を区画した領域Ｓ毎に集光光学系５１を配置した場合に、各集光光学系５１と受光素子３との位置精度の向上を図ることが可能であり、また、製造コストの削減を図ることが可能である。また、この撮像素子５０を任意焦点システムに適用した場合には、画質の向上を図ることが可能である。 Therefore, according to the present invention, when the condensing optical system 51 is arranged for each region S defined on the surface of the light transmission layer 4 corresponding to the group of light receiving elements 3 corresponding to one pixel, It is possible to improve the positional accuracy between the optical optical system 51 and the light receiving element 3, and to reduce the manufacturing cost. In addition, when this image sensor 50 is applied to an arbitrary focus system, it is possible to improve image quality.

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図８に示す集光光学系６０のように、光透過層６１の表面に形成された凹部６２に光学部材６３を埋め込むことによってレンズ６４を形成することも可能である。 In addition, this invention is not necessarily limited to the thing of the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, as in the condensing optical system 60 shown in FIG. 8, the lens 64 can be formed by embedding the optical member 63 in the concave portion 62 formed on the surface of the light transmission layer 61.

このようなレンズ６４の形成方法としては、先ず、図８（ａ）に示すように、光透過層４上にシリコン酸化膜（光透過層）６１を形成する。次に、図８（ｂ）に示すように、このシリコン酸化膜６１上に所定の形状にパターニングされたレジスト層６５を形成する。次に、図８（ｃ）に示すように、このパターニングされたレジスト層６５を用いてシリコン酸化膜６４を厚み方向の中途部まで等方エッチングし、凹部６２を形成する。次に、図８（ｄ）に示すように、レジスト層６５を除去した後に、光透過層４の表面に形成された凹部６２にシリコン窒化膜（光学部材）６３を埋め込み形成する。これにより、レンズ６４を形成することができる。 As a method for forming such a lens 64, first, as shown in FIG. 8A, a silicon oxide film (light transmission layer) 61 is formed on the light transmission layer 4. Next, as shown in FIG. 8B, a resist layer 65 patterned in a predetermined shape is formed on the silicon oxide film 61. Next, as shown in FIG. 8C, the silicon oxide film 64 is isotropically etched to the middle in the thickness direction using the patterned resist layer 65 to form a recess 62. Next, as shown in FIG. 8D, after removing the resist layer 65, a silicon nitride film (optical member) 63 is embedded in the recess 62 formed on the surface of the light transmission layer 4. Thereby, the lens 64 can be formed.

また、図９に示す集光光学系７０のように、光透過層４の表面に同心円状に並ぶ複数の溝部７１によって形成された回折レンズ７２であってもよい。さらに、集光光学系としてフレネルレンズ（図示せず。）を形成することも可能である。 9 may be a diffractive lens 72 formed by a plurality of grooves 71 arranged concentrically on the surface of the light transmission layer 4 as in the condensing optical system 70 shown in FIG. Furthermore, it is also possible to form a Fresnel lens (not shown) as the condensing optical system.

１…撮像素子（第１の実施形態）２…半導体基板３…受光素子４…光透過層５…集光光学系６…第１レンズ７ａ，７ｂ…第２レンズ８…遮光膜９ａ，９ｂ…段差部５０…撮像素子（第２の実施形態）５１…集光光学系５２…第１レンズ５３ａ，５３ｂ…第２レンズ５４…遮光膜５５ａ，５５ｂ…段差部６０，７０…集光光学系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Imaging device (1st Embodiment) 2 ... Semiconductor substrate 3 ... Light receiving element 4 ... Light transmission layer 5 ... Condensing optical system 6 ... 1st lens 7a, 7b ... 2nd lens 8 ... Light shielding film 9a, 9b ... Stepped portion 50 ... Imaging device (second embodiment) 51 ... Condensing optical system 52 ... First lens 53a, 53b ... Second lens 54 ... Light shielding film 55a, 55b ... Stepped portion 60, 70 ... Condensing optical system

Claims

A plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally;
A light transmission layer provided on the plurality of light receiving elements;
A plurality of condensing optical systems provided integrally with the light transmission layer,
The condensing optical system is arranged for each region partitioned on the surface of the light transmission layer corresponding to a group of light receiving elements corresponding to one pixel among the plurality of light receiving elements. Image sensor.

The condensing optical system includes a first lens having a first curvature and disposed in the center of each region, and a second lens having a second curvature larger than the first curvature. The imaging device according to claim 1, further comprising: a second lens disposed around the lens.

The imaging device according to claim 2, wherein the second lens includes a ring-shaped lens body surrounding the first lens.

The imaging device according to claim 2, wherein the second lens includes an assembly of lenses surrounding the first lens.

5. The image sensor according to claim 3, wherein a plurality of the second lenses are concentrically arranged around the first lens. 6.

The imaging device according to claim 3, wherein the second lens is provided with a light-shielding film that partially shields light from the first lens side.

6. The image sensor according to claim 2, wherein a step portion that changes the height of at least a part of the lens forming surface is provided on the light transmission layer.

The image pickup device according to claim 7, wherein the stepped portion is provided such that a height thereof decreases in order from a central portion to a peripheral portion of each region.

9. The imaging according to claim 1, wherein the condensing optical system includes a lens formed by embedding an optical member in a concave portion formed on a surface of the light transmission layer. element.

The imaging device according to claim 1, wherein the condensing optical system includes a diffractive lens in which a plurality of concentric grooves are formed on a surface of the light transmission layer.