JP2014022649A - Solid-state image sensor, imaging device, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子、撮像装置、及び電子機器に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, an imaging apparatus, and an electronic apparatus.
CCD型、CMOS型等の固体撮像素子は、カメラ等の撮像装置、形状や位置を測定する測定装置等の電子機器に用いられている(例えば、下記の特許文献1参照)。固体撮像素子は、複数の画素のそれぞれに配置されたフォトダイオードと、各画素のフォトダイオードに光を集光するマイクロレンズ等を備える。
Solid-state imaging devices such as a CCD type and a CMOS type are used in electronic devices such as an imaging device such as a camera and a measuring device that measures a shape and a position (for example, see
上述のような固体撮像素子において、マイクロレンズにより集光された光の一部は、例えば配線等でケラレが生じて、この画素のフォトダイオードに入射しないことがありえる。また、マイクロレンズにより集光された光の一部は、隣の画素のフォトダイオードに入射してしまうことがありえる。特に、明るい画像を得るためにマイクロレンズとして明るいレンズを用いると、マイクロレンズから出射した光の広がり角が大きくなるので、所望のフォトダイオードに入射させることが難しくなる。結果として、撮像性能が低下するおそれがある。本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、撮像性能を向上させることを目的の1つとする。 In the solid-state imaging device as described above, a part of the light collected by the microlens may not be incident on the photodiode of the pixel due to, for example, vignetting caused by wiring or the like. In addition, part of the light collected by the microlens may enter the photodiode of the adjacent pixel. In particular, when a bright lens is used as a microlens in order to obtain a bright image, the spread angle of light emitted from the microlens is increased, making it difficult to enter a desired photodiode. As a result, there is a possibility that the imaging performance is degraded. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve imaging performance.
本発明の第1の態様の固体撮像素子は、光を電力に変換する光電変換部を含む受光層と、前記光電変換部に光を集光するレンズ要素を含むレンズ層と、前記レンズ層と前記受光層との間に配置され、前記光電変換部から電荷を読み出すための回路と電気的に接続された配線を含む配線層と、前記配線層と前記レンズ層との間に配置された中間層と、を備え、前記中間層は、前記受光層の厚み方向から見て前記光電変換部の中心と重なる画素中央部と、前記受光層の厚み方向から見て前記画素中央部の周囲の少なくとも一部に配置され、前記画素中央部よりも屈折率が高い画素周縁部と、を含む。 The solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention includes a light receiving layer including a photoelectric conversion unit that converts light into electric power, a lens layer including a lens element that collects light on the photoelectric conversion unit, and the lens layer. A wiring layer disposed between the light receiving layer and including a wiring electrically connected to a circuit for reading out charges from the photoelectric conversion unit, and an intermediate disposed between the wiring layer and the lens layer A middle portion of the pixel that overlaps the center of the photoelectric conversion unit when viewed from the thickness direction of the light receiving layer, and at least a periphery of the central portion of the pixel when viewed from the thickness direction of the light receiving layer. A pixel peripheral portion that is disposed in part and has a higher refractive index than the pixel central portion.
本発明の第2の態様の固体撮像素子は、裏面照射型の固体撮像素子であって、光を電力に変換する光電変換部を含む受光層と、前記光電変換部に光を集光するレンズ要素を含むレンズ層と、前記受光層と前記レンズ層との間に配置された中間層と、を備え、前記中間層は、前記受光層の厚み方向から見て前記光電変換部の中心と重なる画素中央部と、前記受光層の厚み方向から見て前記画素中央部の周囲の少なくとも一部に配置され、前記画素中央部よりも屈折率が高い画素周縁部と、を含む。 The solid-state imaging device according to the second aspect of the present invention is a back-illuminated solid-state imaging device, and includes a light receiving layer including a photoelectric conversion unit that converts light into electric power, and a lens that collects light on the photoelectric conversion unit. A lens layer including an element, and an intermediate layer disposed between the light receiving layer and the lens layer, and the intermediate layer overlaps a center of the photoelectric conversion unit when viewed from a thickness direction of the light receiving layer. A pixel central portion, and a pixel peripheral portion that is disposed at least at a part of the periphery of the pixel central portion as viewed in the thickness direction of the light receiving layer and has a higher refractive index than the pixel central portion.
本発明の3の態様の撮像装置は、第1の態様または第2の態様の固体撮像素子を備えている。 The imaging device according to the third aspect of the present invention includes the solid-state imaging device according to the first aspect or the second aspect.
本発明の4の態様の電子機器は、第1の態様または第2の態様の固体撮像素子を備えている。 The electronic device according to the fourth aspect of the present invention includes the solid-state imaging device according to the first aspect or the second aspect.
本発明によれば、撮像性能を向上させることができる。 According to the present invention, imaging performance can be improved.
次に、図面を参照しながら実施形態について説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.
[第1実施形態]
図1は、本実施形態による固体撮像素子を示す概略構成図である。固体撮像素子1は、いわゆるCMOS型の固体撮像素子であるが、他の増幅型、CCD型などの他の固体撮像素子であってもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating the solid-state imaging device according to the present embodiment. The solid-state
固体撮像素子1は、画素領域2に二次元的に配列された複数の画素3と、画素3から電荷(電気信号)を読み出すための周辺回路4とを備える。固体撮像素子1の周辺回路4は、一般的なCMOS型の固体撮像素子と同様に、垂直走査回路5、水平走査回路6、周知のCDS回路等を含む読み出し回路7、及び出力アンプ8を備える。
The solid-
固体撮像素子1において、複数の画素3のそれぞれは、入射した光の光量に応じた電気信号を出力する。垂直走査回路5は、画素3(図2に示すフォトダイオード15)からの電気信号を行単位で読み出し回路7に取り出す。水平走査回路6は、読み出し回路7に取り出された電気信号を列単位で出力アンプ8に供給する。出力アンプ8は、読み出し回路7からの電気信号を画像信号として、出力端子9を介して出力する。
In the solid-
上述のような周辺回路4は、例えば、画素領域2の周辺の周辺領域10に配置される。周辺領域10は、画素領域2の隣り合う2つの辺の側(例えば、上側と左側)のみに配置してもよいし、画素領域2を中心にしてその上下左右に配置してもよい。なお、図1に示した周辺回路4の構成は、一例であり、適宜変更できる。
The peripheral circuit 4 as described above is disposed, for example, in the
図2は、固体撮像素子1の画素3の回路構成を示す図である。図2に示すように、画素3は、選択トランジスタ11と、ソースフォロアの増幅トランジスタ12と、リセットトランジスタ13と、転送トランジスタ14と、光電変換部としてのフォトダイオード15とから構成されている。なお、図2の符号Vccは、電源を示す。
FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of the
図1及び図2に示すように、画素3の選択トランジスタ11のゲートは、行ごとに選択線20に共通に接続されている。画素3のリセットトランジスタ13のゲートは、行ごとにリセット線21に共通に接続されている。画素3の転送トランジスタ14のゲートは、行ごとに転送線22に共通に接続されている。画素3の選択トランジスタ11のソースは、列ごとに垂直信号線23に共通に接続されている。選択線20、リセット線21及び転送線22は、垂直走査回路5に接続されている。垂直信号線23は、読み出し回路7に接続されている。なお、図2に示した画素3の回路構成は、一例であり、適宜変更できる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the gate of the selection transistor 11 of the
図3は、本実施形態による固体撮像素子1の画素3の構造を示す側断面図である。本実施形態の固体撮像素子1は、いわゆる表面照射型の固体撮像素子である。固体撮像素子1は、基板31の表層に形成された受光層32上に、光学層33、配線層34、中間層35、及びレンズ層36がこの順に積層された構造である。
FIG. 3 is a side sectional view showing the structure of the
本実施形態において、固体撮像素子1の外部からレンズ層36に入射した入射光の少なくとも一部は、レンズ層36、中間層35、配線層34、及び光学層33を通って、受光層32に入射する。以下の説明において、受光層32に対して光が入射してくる側を、適宜、上方あるいは上という。
In the present embodiment, at least a part of incident light that has entered the
受光層32は、基板31の表層に形成されたフォトダイオード15(光変換部)を含む。基板31は、基板31は、例えばシリコン基板等の半導体基板である。フォトダイオード15は、複数の画素3のそれぞれに設けられている。フォトダイオード15は、入射光の光量に応じた電荷(電力)を発生する。
The
光学層33は、フォトダイオード15の光入射側を覆うように設けられた反射防止膜40と、受光層32の厚み方向から見てフォトダイオード15の周囲に配置された導波路形成部41と、反射防止膜40及び導波路形成部41を覆うように設けられた層間絶縁膜42とを備える。本実施形態において、受光層32(固体撮像素子1)の厚み方向を、単に厚み方向ということがある。
The
反射防止膜40は、入射光の波長に応じて、膜構成(層数、各層の材料、各層の厚さ等)が設定される。例えば、反射防止膜40は、基板31側から順に積層されたSiO2層、SiN層(シリコン窒化層)及びSiO2層からなる3層膜で構成することができる。あるいは、例えば、反射防止膜40は、基板31側から順に積層されたSiO2層、SiN層、SiO2層、SiN層及びSiO2層からなる5層膜で構成することができる。
The
導波路形成部41は、厚み方向から見てフォトダイオード15の周囲に向う光が導波路形成部41で反射することで、配線層34を通った光をフォトダイオード15に導くように設けられている。導波路形成部41は、例えば、厚み方向から見てフォトダイオード15を環状に囲むように形成されている。環状は、枠状であってもよいし、円環状であってもよい。導波路形成部41は、例えば層間絶縁膜42よりも屈折率が高い材料で形成される。層間絶縁膜42は、例えばSiO2層等で構成される
The
配線層34は、光学層33上に積層されている。配線層34は、いわゆる多層配線構造であり、配線43〜45及び層間絶縁膜46〜48を備える。配線43は、光学層33の層間絶縁膜42上に形成されている。層間絶縁膜46は、配線43を覆うように形成されている。配線44は、層間絶縁膜46上に形成されている。層間絶縁膜47は、配線44を覆うように形成されている。配線45は、層間絶縁膜47上に形成されている。層間絶縁膜48は、配線45を覆うように形成されている。
The
配線43〜45は、図1に示した周辺回路4と図2に示した各画素のトランジスタとを電気的に接続している。配線43〜45は、図2に示した選択線20、リセット線21、転送線22、及び垂直信号線23の少なくとも1つを含む。例えば、配線層34において、選択線20と転送線22と垂直信号線23は、互いに異なる層に形成され、リセット線21は、選択線20又は転送線22と同じ層に形成される。
The
配線層34に設けられた配線43〜45のうち最上層に配置された配線45は、配線45よりも下層に対して遮光膜となるように、設けられている。例えば、配線45は、アルミニウム等の光反射性を有する導電材料で形成されることで、遮光膜として機能する。図2に示した各種のトランジスタは、厚み方向(光入射側)から見て配線45に覆われるように、配置されている。このように、図2に示した各種のトランジスタは、光による誤動作の発生が抑制されている。
The
なお、配線層34に設けられた配線43〜45のうち配線45以外の配線が、上述のような遮光膜として形成されていてもよい。また、配線層34に設けられた配線43〜45のうち2以上の配線が、上述のような遮光膜として形成されていてもよい。また、上述のような遮光膜は、配線43〜45と別に設けられていてもよく、その形成材料は、導電材料でも絶縁材料でもよい。
In addition, wirings other than the
レンズ層36は、中間層35上に積層されている。レンズ層36は、複数の画素3のそれぞれに設けられたマイクロレンズ49を含む。すなわち、マイクロレンズ49は、フォトダイオード15と1対1の対応で設けられている。マイクロレンズ49は、固体撮像素子1の外部からマイクロレンズ49へ入射した光を、フォトダイオード15に集光する。
The
ところで、一般的な固体撮像素子において、マイクロレンズによって集光された光の一部(広角成分)は、配線層の配線でケラレが発生することによってフォトダイオードに届かないことがある。結果として、明るい画像を撮像することが難しくなる場合がある。また、このような広角成分の光は、隣の画素のフォトダイオードに入射することもありえる。結果として、明るさ、色の再現性が低下(ムラが発生)する場合がある。このような撮像性能の低下は、マイクロレンズとして開口数(NA)が高いレンズを用いるほど、顕著になる可能性がある。 By the way, in a general solid-state imaging device, a part of light (wide-angle component) collected by the microlens may not reach the photodiode due to vignetting in the wiring of the wiring layer. As a result, it may be difficult to capture a bright image. In addition, such wide-angle component light may enter a photodiode of an adjacent pixel. As a result, brightness and color reproducibility may deteriorate (unevenness occurs). Such a decrease in imaging performance may become more prominent as a lens having a higher numerical aperture (NA) is used as a microlens.
本実施形態において、中間層35は、マイクロレンズ49を通った光の配線層34におけるケラレの発生を抑制する。中間層35は、厚み方向から見て画素3の中心を含む画素中央部50と、厚み方向から見て画素中央部50の周囲の少なくとも一部に配置された画素周縁部51とを備える。
In the present embodiment, the
本実施形態において、固体撮像素子1の外部からマイクロレンズ49に入射した光は、画素中央部50を通って、フォトダイオード15に入射する。また、マイクロレンズ49によって集光する光の少なくとも一部(例えば広角成分)は、画素周縁部51の界面で反射して、画素中央部50を通るように導光される。そのため、固体撮像素子1は、ケラレによる光量のロスを低減することができ、明るい画像を撮像できる。また、固体撮像素子1は、ある画素3のマイクロレンズ49を通った光の一部が隣の画素3のフォトダイオード15に入射することを抑制できるので、ムラの発生を抑制できる。
In the present embodiment, light incident on the
次に、中間層35の構成について詳しく説明する。画素中央部50は、その下層側から上層側に向かって、光学膜52、パッシベーション膜(保護膜)53、光学膜54、平坦化膜55、カラーフィルタ56、及び平坦化膜57がこの順に積層された構造である。
Next, the configuration of the
光学膜52の屈折率は、例えば、パッシベーション膜53の屈折率よりも低く、かつ、層間絶縁膜42の屈折率よりも高く設定される。層間絶縁膜35は、例えば、屈折率が1.46のSiO2膜で構成される。パッシベーション膜53は、例えば、屈折率が2.0のSiN膜(シリコン窒化膜)で構成される。光学膜54の屈折率は、例えば、パッシベーション膜53の屈折率よりも低く、かつ、平坦化膜55の屈折率よりも高く設定される。平坦化膜55及び平坦化膜57は、例えば、有機材料で形成され、屈折率が1.55の樹脂膜で構成される。カラーフィルタ56は、例えば、ベイヤー配列に従って画素3ごとに配置された赤色部、緑色部、及び青色部を含む。
For example, the refractive index of the
このように、本実施形態において画素中央部50は、複数の膜及びカラーフィルタが積層された多層構造であるが、その少なくとも1つの層が省略されていてもよく、単層構造でもよい。例えば、光学膜52と光学膜54の一方または双方は、省略されていてもよく、平坦化膜55及び平坦化膜57の一方または双方は、省略されていてもよい。また、画素中央部50の各層の形成材料は、適宜変更できる。例えば、パッシベーション膜53は、SiO2膜で構成されていてもよいし、SiON膜で構成されていてもよい。
As described above, in the present embodiment, the pixel
画素周縁部51は、例えば、厚み方向から見て画素中央部50を枠状(環状)に囲むように、配置される。画素周縁部51は、厚み方向から見て、隣り合う1対のマイクロレンズ49のギャップの中心位置58と重なるように、設けられている。本実施形態において、画素周縁部51は、中心位置58(図3の紙面と垂直に延びる面)に関して、対称的に設けられている。画素周縁部51は、例えば、厚み方向から見て配線43〜45の形成領域に収まるように設けられる。
For example, the pixel
画素周縁部51は、中間層35の厚み方向の少なくとも一部に設けられる。例えば、画素周縁部51は、画素中央部50を構成する少なくとも1つの層と同じ階層に設けられる。本実施形態において、画素周縁部51は、画素中央部50のすべての層にわたって設けられている。画素周縁部51は、例えば、画素中央部50に形成されたトレンチの内側に配置される。
The pixel
画素周縁部51は、画素中央部50のうち画素周縁部51と同じ階層に配置される少なくとも1つの層よりも屈折率が高く設定される。例えば、画素周縁部51は、カラーフィルタ56よりも屈折率が高く設定される。この場合に、第1の画素3において、カラーフィルタ56を通って隣の第2の画素3に向う光は、画素周縁部51の界面で反射することによって、第1の画素3の画素中央部50側に戻される。これにより、配線層34でケラレが発生することが抑制される。
The pixel
また、画素周縁部51は、平坦化膜(平坦化膜55と平坦化膜57の一方または双方)よりも屈折率が高くてもよい。この場合に、平坦化膜を通って隣の画素3に向う光は、画素中央部50に戻されるので、配線層34でケラレが発生することが抑制される。また、画素周縁部51は、光学膜52と光学膜54の一方または双方よりも屈折率が高くてもよいし、パッシベーション膜53よりも屈折率が高くてもよい。
The pixel
画素周縁部51の屈折率は、例えば、画素中央部50の平均的な屈折率よりも高く設定される。ここで、画素中央部50を構成する各膜の屈折率を各膜の厚みで重み付けした屈折率(平均的な屈折率)は、例えば1.5であるとする。この場合に、画素周縁部51の屈折率は、例えば、画素中央部50の平均的な屈折率(1.5)の1.2倍よりも大きく、すなわち1.8よりも大きく設定される。また、画素周縁部51の屈折率は、例えば、画素中央部50の平均的な屈折率(1.5)よりも0.3以上大きく、すなわち1.8よりも大きく設定される。
The refractive index of the pixel
画素周縁部51は、同じ階層の画素中央部50よりも屈折率が高く設定されているほど、画素周縁部51側に向う光を画素中央部50側に戻すことができ、その屈折率が2.0よりも大きく設定されていてもよい。また、画素周縁部51は、消衰係数kを0以下(k≦0)に設定することで、画素周縁部51での光の損失を減らすことができる。
The pixel
ところで、画素中央部50のうち厚みが相対的に厚い層は、画素中央部50のうち厚みが相対的に薄い層と比較して、厚み方向の側方へ向かう光の光量が多くなりやすい。そのため、固体撮像素子1は、相対的に厚い層を通って画素周縁部51側に向う光を画素中央部50側に戻すように、画素周縁部51が構成されていると、撮像性能を向上させる効果が高い。画素中央部50のうち厚みが相対的に厚い層としては、例えば、カラーフィルタ56、平坦化膜55、平坦化膜57等が挙げられる。画素中央部50のうち厚みが相対的に厚い層は、例えば、有機材料で形成される層である。画素周縁部51は、画素中央部50のうち厚みが相対的に厚い層の少なくとも1つと同じ階層に設けられていてもよい。
By the way, the layer having a relatively thick thickness in the pixel
また、画素中央部50のうち厚みが相対的に薄い層としては、例えばパッシベーション膜53が挙げられる。画素中央部50のうち厚みが相対的に薄い層は、例えば、無機材料で形成される層である。画素周縁部51は、画素中央部50のうち厚みが相対的に薄い層の少なくとも1つよりも屈折率が低くてもよい。また、画素周縁部51は、画素中央部50のうち厚みが相対的に薄い層の少なくとも1つと同じ階層に設けられていなくてもよい。
Further, as a relatively thin layer in the pixel
画素周縁部51は、上述のような屈折率となるように、その形成材料が適宜選択される。例えば、画素周縁部51は、SiN等の無機材料で形成されていてもよいし、樹脂材料で形成されていてもよい。画素周縁部51の屈折率は、例えば、その形成材料(例えば樹脂材料)に微粒子(フィラー)を加えること等で、調整可能である。
The formation material of the pixel
以上のような本実施形態の固体撮像素子1において、レンズ層36と配線層34との間に配置された中間層35は、厚み方向から見て画素中央部50の周囲に配置された画素周縁部51を含み、画素周縁部51の屈折率が画素中央部50よりも高い。そのため、固体撮像素子1は、厚み方向から見て画素3の外側に向う光を画素中央部50に集めることができる。結果として、固体撮像素子1は、配線45におけるケラレの発生が抑制され、明るい画像を撮像可能となる。また、固体撮像素子1は、ある画素3のマイクロレンズ49を通った光が隣の画素3のフォトダイオード15に入射することが抑制され、クロストーク等によるムラの発生が抑制される。このように、本実施形態によれば、撮像性能を向上することができる。
In the solid-
また、本実施形態において、画素周縁部51は、隣り合う1対のマイクロレンズ49の間の中心位置58に関して、対称的に設けられている。そのため、固体撮像素子1は、マイクロレンズ49を通った光の光量と出力との関係性が複数の画素3で揃うようになり、ムラの発生を抑制できる。また、本実施形態において、画素周縁部51は、厚み方向から見て配線45の形成領域に収まるように設けられているので、画素周縁部51での光の損失を減らすことができる。
In the present embodiment, the pixel
また、本実施形態において、固体撮像素子1は、中間層35を通った光をフォトダイオード15に導く導波路形成部41を有する。そのため、固体撮像素子1は、中間層35とフォトダイオード15との間における光の損失が低減され、明るい画像を撮像できる。
In the present embodiment, the solid-
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
図4は、本実施形態による固体撮像素子1を示す概略構成図である。画素周縁部51は、厚み方向から見てフォトダイオード15の中心を枠状に囲むように、設けられている。本実施形態において、画素周縁部51に囲まれる領域(画素中央部50)の外寸(外形)を、画素周縁部51の内寸(内径)という。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating the solid-
本実施形態において、画素周縁部51は、厚み方向から見て、受光層32に近づく側(下方)の内径R1がレンズ層36に近づく側(上方)の内径R2よりも小さい。画素周縁部51は、受光層32に近づく側からレンズ層36に近づく側に向うにつれて内径が小さくなるテーパー形状を含む。このテーパー形状において、画素周縁部51の底面51aと側面51bとの間の角度(テーパー角α)は、例えば、70°以上に設定される。ここでは、画素周縁部51の底面51aは、配線層34の配線45よりもフォトダイオード15(画素3)の中心側に張り出している。なお、図4に示す例において、画素周縁部51は、レンズ層36側の端部が尖った形状であるが、この端部が丸みを帯びた形状でもよい。
In the present embodiment, when viewed from the thickness direction, the pixel
本実施形態において、固体撮像素子1の外部からマイクロレンズ49に入射した入射光は、画素周縁部51の側面51bで反射して、画素中央部50側に折り返される。画素周縁部51のテーパー形状のテーパー角αが70°以上であれば、例えば固体撮像素子1の外部に向って反射する光が少なくなり、光の損失が低減される。この入射光は、スポット径が絞られながら、画素周縁部51の底面51aの開口を通って配線層34に入射する。底面51aが配線45よりも画素3の中心側に張り出しているので、底面51aの開口を通った入射光が配線45でけられることが抑制される。
In the present embodiment, incident light incident on the
以上のように、本実施形態の固体撮像素子1は、厚み方向から見て画素3の外側に向う光を画素中央部50に集めることができ、明るい画像を撮像すること、ムラの発生を抑制すること等ができる。
As described above, the solid-
本実施形態の画素周縁部51は、例えば、配線層34上に膜を形成した後、この膜に画素中央部50を配置する孔部を形成することで得られる。このような方法で画素周縁部51を形成する場合に、側面51bが底面51aに対して傾斜しているので、画素周縁部51を形成しやすい。例えば、側面51bが底面51aに対して垂直である構成と比較して、画素周縁部51の厚みが増した場合に、画素中央部50を配置する孔部を形成することが容易である。そのため、例えば、画素中央部50のうち厚みが相対的に厚い層に対応させて画素周縁部51を形成することが容易になる。
The pixel
なお、本実施形態において、固体撮像素子1は、導波路形成部41を備えていない。このように、固体撮像素子1は、導波路形成部41が省略されていてもよいし、反射防止膜40が省略されていてもよい。
In the present embodiment, the solid-
[第3実施形態]
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. In the present embodiment, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
図5は、本実施形態による固体撮像素子1を示す概略構成図である。本実施形態において、画素周縁部51は、配線層34上に形成された下層部60と、下層部60よりもレンズ層36側に設けられた上層部61とを有する。下層部60と上層部61は、厚み方向からみた形状がそれぞれ格子状であり、画素中央部50を枠状に囲むように設けられている。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating the solid-
画素周縁部51は、厚み方向から見て、受光層32に近づく側(下層部60)の内径R1がレンズ層36に近づく側(上層部61)の内径R2よりも小さい。画素周縁部51は、下層部60の内周面と上層部61の内周面の間に段差を有している。すなわち、上層部61の内径R2は、下層部60の内径R1からステップ的に変化しており、下層部60の内径R1と不連続である。
In the pixel
図5に示す例において、下層部60は、光学膜52、パッシベーション膜53、及び光学膜54と同じ階層に設けられている。また、上層部61は、平坦化膜55及びカラーフィルタ56と同じ階層に設けられている。平坦化膜57は、カラーフィルタ56上と、画素周縁部51の上層部61上とを平坦化するように、設けられている。
In the example shown in FIG. 5, the
上層部61と下層部60の一方または双方は、同じ階層に配置される画素中央部50の層の少なくとも1つよりも屈折率が高く設定される。本実施形態において、上層部61は、画素中央部50のうち上層部61と同じ階層に配置される層の少なくとも1つよりも屈折率が高く設定される。本実施形態において、下層部60は、画素中央部50のうち下層部60と同じ階層に配置される層の少なくとも1つよりも屈折率が高く設定される。上層部61の屈折率は、下層部60の屈折率と同じでもよいし、異なっていてもよい。また、上層部61の形成材料は、下層部60の形成材料と同じでもよいし、異なっていてもよい。
One or both of the
本実施形態の固体撮像素子1は、上述の実施形態で説明したように、厚み方向から見て画素3の外側に向う光を画素中央部50に集めることができ、明るい画像を撮像すること、ムラの発生を抑制すること等ができる。また、本実施形態の固体撮像素子1は、上層部61と下層部60とを分けて形成できるので、形成プロセスの自由度や材料選択の自由度が高い。
As described in the above embodiment, the solid-
[第4実施形態]
次に、第4実施形態について説明する。本実施形態において、上述した実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. In the present embodiment, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
図6は、本実施形態による固体撮像素子1を示す概略構成図である。本実施形態において、固体撮像素子1は、いわゆる裏面照射型の固体撮像素子である。図6に示す固体撮像素子1は、上述の実施形態で説明したような受光層32、レンズ層36、及び中間層35を備える。本実施形態において、配線層34は、受光層32に対してレンズ層36と反対に設けられている。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating the solid-
本実施形態において、中間層35の画素中央部50は、光学層33上に積層されたカラーフィルタ56と、カラーフィルタ56上に積層された平坦化膜57とを備える。中間層35の画素周縁部51は、カラーフィルタ56と同じ階層及び平坦化膜57と同じ階層にわたって、形成されている。
In the present embodiment, the
本実施形態の固体撮像素子1は、上述の実施形態で説明したように、厚み方向から見て画素3の外側に向う光を画素中央部50に集めることができ、明るい画像を撮像すること、ムラの発生を抑制すること等ができる。
As described in the above embodiment, the solid-
上述のような各実施形態の固体撮像素子1は、例えば、カメラ等の撮像装置に用いることができる。撮像装置は、例えば、固体撮像素子1及び撮影レンズを備える。この撮像装置は、固体撮像素子1の撮像性能が高いので、高品質な画像を撮像できる。また、固体撮像素子1は、撮影機能付きの携帯端末等の電子機器にも利用できる。
The solid-
また、固体撮像素子1は、光学的に計測を行う計測装置等の電子機器、あるいは、このような計測装置を備える電子機器において、光を検出する光検出部として利用できる。光学的に計測を行う計測装置としては、例えば、形状を測定する形状計測装置、レーザー干渉計、合焦装置等の距離を計測する距離計測装置、エンコーダー等の位置計測装置等が挙げられる。このような計測装置を備える電子機器としては、例えば、露光装置等が挙げられる。
The solid-
次に、上述の実施形態に係る固体撮像素子1の製造方法の例について説明する。図7は、固体撮像素子の製造方法の一例を示す断面工程図である。図7においては、配線層34よりも下層の構造の図示を省略している。
Next, an example of a method for manufacturing the solid-
本例において、固体撮像素子1を製造するには、図3等に示した基板31上に受光層32を形成し、受光層32上に光学層33を形成した後に、光学層33上に配線層34を形成する。次いで、図7(A)に示すように、中間層35の画素中央部50を構成する各膜を積層し、後に画素中央部50となる積層体を形成する。次いで、図7(B)に示すように、この積層体をパターニングすることによって、この積層体のうち画素周縁部51が配置される領域にトレンチTを形成する。次いで、図7(C)に示すように、トレンチTの内側に画素周縁部51を形成する。次いで、例えば、平坦化膜57上と画素周縁部51上とにわたって図3に示したレンズ層36を形成すること等によって、固体撮像素子1が得られる。以上のような各部の形成は、公知の成膜技術、レジスト技術、フォトリソグラフィ法、及びエッチング技術を適宜用いて、行うことができる。
In this example, in order to manufacture the solid-
次に、図8を参照しつつ、固体撮像素子1の製造方法の他の例について説明する。図8は、固体撮像素子1の製造方法の他の例を示す断面工程図である。図8においては、配線層34よりも下層の構造の図示を省略している。
Next, another example of the method for manufacturing the solid-
本例においては、中間層35のうちカラーフィルタ56と同じ階層のみに画素周縁部51を形成する。本例において、固体撮像素子1を製造するには、図3等に示した基板31上に受光層32を形成し、受光層32上に光学層33を形成した後に、光学層33上に配線層34を形成する。次いで、図8(A)に示すように、配線層34上に光学膜52、パッシベーション膜53、光学膜54、平坦化膜55をこの順に積層する。次いで、図8(B)に示すように、後に画素中央部50となる膜51cを、平坦化膜55上に形成する。次いで、図8(C)に示すように、膜51cをパターニングすることによって、膜51cのうちカラーフィルタ56(画素中央部50)が配置される領域に孔部を形成する。このようにして、膜51cは、孔部を有する隔壁状の画素周縁部51になる。次いで、図8(D)に示すように、画素周縁部51の孔部の内側にカラーフィルタ56を形成する。次いで、例えば、カラーフィルタ56上と画素周縁部51上とにわたって図3に示した平坦化膜57を形成し、この平坦化膜57上にレンズ層36を形成すること等によって、固体撮像素子1が得られる。
In this example, the pixel
1・・・固体撮像素子、3・・・画素、32・・・受光層、34・・・配線層、35・・・中間層、36・・・レンズ層、40・・・反射防止膜、43〜45・・・配線、50・・・画素中央部、51・・・画素周縁部、58・・・中心位置、60・・・下層部、61・・・上層部、R1・・・内径、R2・・・内径、T・・・トレンチ
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記光電変換部に光を集光するレンズ要素を含むレンズ層と、
前記レンズ層と前記受光層との間に配置され、前記光電変換部から電荷を読み出すための回路と電気的に接続された配線を含む配線層と、
前記配線層と前記レンズ層との間に配置された中間層と、を備え、
前記中間層は、
前記受光層の厚み方向から見て前記光電変換部の中心と重なる画素中央部と、
前記受光層の厚み方向から見て前記画素中央部の周囲の少なくとも一部に配置され、前記画素中央部よりも屈折率が高い画素周縁部と、を含む固体撮像素子。 A light receiving layer including a photoelectric conversion unit disposed in each of the two-dimensionally arranged pixels;
A lens layer including a lens element for condensing light on the photoelectric conversion unit;
A wiring layer disposed between the lens layer and the light receiving layer and including a wiring electrically connected to a circuit for reading out electric charges from the photoelectric conversion unit;
An intermediate layer disposed between the wiring layer and the lens layer,
The intermediate layer is
A pixel central portion overlapping with the center of the photoelectric conversion portion as seen from the thickness direction of the light receiving layer;
A solid-state imaging device including a pixel peripheral portion disposed at least at a part of the periphery of the pixel central portion as viewed from the thickness direction of the light receiving layer and having a refractive index higher than that of the pixel central portion.
二次元的に配列された画素のそれぞれに配置された光電変換部を含む受光層と、
前記光電変換部に光を集光するレンズ要素を含むレンズ層と、
前記受光層と前記レンズ層との間に配置された中間層と、を備え、
前記中間層は、
前記受光層の厚み方向から見て前記光電変換部の中心と重なる画素中央部と、
前記受光層の厚み方向から見て前記画素中央部の周囲の少なくとも一部に配置され、前記画素中央部よりも屈折率が高い画素周縁部と、を含む固体撮像素子。 A back-illuminated solid-state imaging device,
A light receiving layer including a photoelectric conversion unit disposed in each of the two-dimensionally arranged pixels;
A lens layer including a lens element for condensing light on the photoelectric conversion unit;
An intermediate layer disposed between the light receiving layer and the lens layer,
The intermediate layer is
A pixel central portion overlapping with the center of the photoelectric conversion portion as seen from the thickness direction of the light receiving layer;
A solid-state imaging device including a pixel peripheral portion disposed at least at a part of the periphery of the pixel central portion as viewed from the thickness direction of the light receiving layer and having a refractive index higher than that of the pixel central portion.
請求項1または2記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a refractive index of a pixel peripheral portion of the intermediate layer is 1.2 times or more a refractive index of the pixel central portion.
請求項1〜3のいずれか一項記載の固体撮像素子。 4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a refractive index of a pixel peripheral portion of the intermediate layer is 0.3 or more larger than a refractive index of the pixel central portion.
請求項1〜4のいずれか一項記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a refractive index of a pixel peripheral portion of the intermediate layer is greater than 1.8.
請求項1〜5のいずれか一項記載の固体撮像素子。 6. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the pixel peripheral portion of the intermediate layer has a refractive index larger than 2.0 and an extinction coefficient of 0 or less.
前記中間層の画素周縁部は、隣り合う1対の前記レンズ要素の間の中心位置に対して対称的に設けられている
請求項1〜6のいずれか一項記載の固体撮像素子。 The lens element is arranged in a one-to-one correspondence with the photoelectric conversion unit,
7. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the pixel peripheral portion of the intermediate layer is provided symmetrically with respect to a center position between a pair of adjacent lens elements.
請求項1記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a pixel peripheral portion of the intermediate layer is provided so as to be accommodated in a formation region of the wiring as viewed from a thickness direction of the light receiving layer.
請求項1または8記載の固体撮像素子。 9. The solid according to claim 1, further comprising: a waveguide that is disposed between a wiring closest to the intermediate layer among the wirings of the wiring layer and the light receiving layer and guides light from the intermediate layer to the photoelectric conversion unit. Image sensor.
請求項1〜9のいずれか一項記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the intermediate layer includes a color filter.
請求項10記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 10, wherein the pixel peripheral portion is provided in at least the same layer as the color filter in the intermediate layer.
請求項1〜11のいずれか一項記載の固体撮像素子。 The pixel peripheral portion of the intermediate layer surrounds the photoelectric conversion portion in an annular shape when viewed from the thickness direction of the light receiving layer, and the inner diameter on the light receiving layer side is smaller than the inner diameter on the lens layer side. The solid-state image sensor as described in any one of Claims.
請求項12記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging according to claim 12, wherein a pixel peripheral edge portion of the intermediate layer includes a tapered shape having an inner diameter that decreases from the light receiving layer side toward the lens layer side, and a taper angle of the tapered shape is 70 ° or more. element.
下層部と、
前記下層部よりも前記レンズ層側に設けられ、前記下層部と内径が不連続な上層部と、を有する
請求項12記載の固体撮像素子。 The pixel periphery of the intermediate layer is
The lower layer,
The solid-state imaging device according to claim 12, further comprising: an upper layer portion that is provided closer to the lens layer than the lower layer portion and has a discontinuous inner diameter.
請求項1〜14のいずれか一項記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a pixel peripheral edge portion of the intermediate layer is disposed inside a trench formed in the intermediate layer.
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