JP2018133357A - Imaging device, imaging apparatus - Google Patents

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JP2018133357A JP2017024013A JP2017024013A JP2018133357A JP 2018133357 A JP2018133357 A JP 2018133357A JP 2017024013 A JP2017024013 A JP 2017024013A JP 2017024013 A JP2017024013 A JP 2017024013A JP 2018133357 A JP2018133357 A JP 2018133357A
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顯 佐々木
Akira Sasaki
顯 佐々木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve sensitivity.SOLUTION: A lower electrode E is composed of a metal having a light reflection function. A transparent upper electrode 203 is arranged oppositely to the lower electrode E on a light incident side (upper side). A photoelectric conversion film 204 is formed between the lower electrode E and the upper electrode 203. The lower electrode E has a plurality of protrusions P on the light incident side.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、光電変換膜を有する積層型の撮像素子、及び撮像装置に関する。   The present invention relates to a stacked imaging device having a photoelectric conversion film and an imaging device.

一般に、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置には、CCDまたはCMOS型の撮像素子が用いられる。この撮像素子は通常、画素毎に半導体基板上に形成されたフォトダイオード(以下、PD)に入射した光を光電変換して、画素毎の信号量を読み出す構成となっている。近年の撮像素子の高画素化に伴って、画素毎のPDの受光面積は低下傾向にあり、受光面積の低下は撮像素子の感度低下に直結するため好ましくない。そこで、画素毎の受光面積を拡げるために、積層型撮像素子が提案されている(例えば特許文献1)。この撮像素子では、半導体基板の上方に、下部電極、下部電極と対向する上部電極、カラーフィルタが積層され、下部電極と上部電極の間に有機光電変換膜が形成される。   In general, an imaging device such as a digital still camera or a digital video camera uses a CCD or CMOS type imaging device. This image sensor is usually configured to photoelectrically convert light incident on a photodiode (hereinafter referred to as PD) formed on a semiconductor substrate for each pixel and read a signal amount for each pixel. With the recent increase in the number of pixels in the image sensor, the light receiving area of the PD for each pixel tends to decrease, and the decrease in the light receiving area directly leads to a decrease in sensitivity of the image sensor, which is not preferable. Therefore, in order to expand the light receiving area for each pixel, a multilayer imaging device has been proposed (for example, Patent Document 1). In this imaging device, a lower electrode, an upper electrode facing the lower electrode, and a color filter are stacked above a semiconductor substrate, and an organic photoelectric conversion film is formed between the lower electrode and the upper electrode.

ところで、有機光電変換膜を備えた積層型撮像素子の感度を向上させるために、単純には、有機光電変換膜の層を厚くすることで、光の吸収率を上げる方法が知られている。しかし、有機光電変換膜の電子移動度が小さいために、有機光電変換膜の層を厚くすると応答性が低下する。応答性が低下すると、特に下部電極から離れた所で有機光電変換膜に発生した信号電荷の一部が読み出されずに、次のフレームの信号電荷と混ざって残像を発生させてしまうという問題がある。従って、応答性を維持するためには有機光電変換膜を厚くし過ぎないことが求められ、感度を向上させるためには有機光電変換膜の光の吸収率を高めることが求められている。   By the way, in order to improve the sensitivity of the multilayer imaging device provided with the organic photoelectric conversion film, a method of increasing the light absorption rate by simply increasing the thickness of the organic photoelectric conversion film is known. However, since the electron mobility of the organic photoelectric conversion film is small, the responsiveness decreases when the layer of the organic photoelectric conversion film is thickened. When the responsiveness is lowered, a part of the signal charge generated in the organic photoelectric conversion film is not read out particularly at a position away from the lower electrode, and there is a problem that an afterimage is generated by mixing with the signal charge of the next frame. . Therefore, in order to maintain responsiveness, it is required that the organic photoelectric conversion film is not too thick, and in order to improve sensitivity, it is required to increase the light absorption rate of the organic photoelectric conversion film.

特許文献2には、光反射機能を有する金属電極である下部電極と、透明電極である光入射側の上部電極と、下部電極と上部電極との間に形成された光電変換層とを有する撮像素子が開示されている。この撮像素子は、光電変換層を透過した光が、下部電極で反射して光電変換層に再入射し、反射前に吸収しきれなかった光を光電変換層でさらに吸収する。これにより光吸収率が上がり、撮像素子の感度が向上するとされる。   Patent Document 2 discloses an imaging having a lower electrode that is a metal electrode having a light reflecting function, an upper electrode on a light incident side that is a transparent electrode, and a photoelectric conversion layer formed between the lower electrode and the upper electrode. An element is disclosed. In this imaging element, light that has passed through the photoelectric conversion layer is reflected by the lower electrode and reenters the photoelectric conversion layer, and light that could not be absorbed before reflection is further absorbed by the photoelectric conversion layer. As a result, the light absorption rate is increased, and the sensitivity of the image sensor is improved.

特許第5087304号Patent No. 5087304 特開2007−273894号公報JP 2007-273894 A

しかしながら、特許文献2に記載の構成では、下部電極で反射して光電変換層に再入射した光は必ずしも光電変換層で吸収されず、上部電極を透過して撮像素子の外部に放出されてしまう光成分が少なからずある。従って、撮像素子の感度を向上させる上で改善の余地がある。   However, in the configuration described in Patent Document 2, light that is reflected by the lower electrode and re-entered the photoelectric conversion layer is not necessarily absorbed by the photoelectric conversion layer, but is transmitted through the upper electrode and emitted to the outside of the imaging device. There are not a few light components. Therefore, there is room for improvement in improving the sensitivity of the image sensor.

本発明は、感度を向上させることを目的とする。   The present invention aims to improve sensitivity.

上記目的を達成するために本発明は、光反射機能を有する金属で構成される第1電極と、前記第1電極に対して光入射側に対向配置された透明な第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に形成された光電変換膜と、を有する画素が、複数配置された撮像素子であって、前記第1電極は、光入射側に複数の突起を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a first electrode made of a metal having a light reflecting function, a transparent second electrode disposed opposite to the first electrode on the light incident side, and the first electrode. An image sensor in which a plurality of pixels each having a photoelectric conversion film formed between one electrode and the second electrode are arranged, and the first electrode includes a plurality of protrusions on a light incident side. It is characterized by that.

本発明によれば、感度を向上させることができる。   According to the present invention, sensitivity can be improved.

撮像素子の模式図である。It is a schematic diagram of an image sensor. 図1のA−A線に沿う画素部の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the pixel part which follows the AA line of FIG. 光が下部電極の突起で反射して拡散する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that light reflects and diffuses with the processus | protrusion of a lower electrode. 第1の変形例の突起を有する画素部の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the pixel part which has the processus | protrusion of the 1st modification. 第2の変形例の突起を有する画素部の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the pixel part which has the processus | protrusion of the 2nd modification. 撮像素子の画素部の模式的な断面図である。It is a typical sectional view of a pixel part of an image sensor. 撮像素子の画素部の模式的な断面図である。It is a typical sectional view of a pixel part of an image sensor. 撮像素子の画素部の模式的な断面図である。It is a typical sectional view of a pixel part of an image sensor. 撮像装置のシステムブロック図である。It is a system block diagram of an imaging device.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る撮像素子の模式図である。図1では、撮像素子901を光入射側から見ている。撮像素子901は、画素部101、垂直走査部102、読み出し部103、水平走査部104を備える。画素部101には、不図示の光学系により結像された光学像を受光する複数の画素105が行列状に配置されている。画素105は、光電変換膜204(図2)を備えている。図1では、説明のため画素105として9画素のみ示したが、実際にはさらに多くの画素105が配置されて画素部101が構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of an image sensor according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the image sensor 901 is viewed from the light incident side. The image sensor 901 includes a pixel unit 101, a vertical scanning unit 102, a reading unit 103, and a horizontal scanning unit 104. In the pixel unit 101, a plurality of pixels 105 that receive an optical image formed by an optical system (not shown) are arranged in a matrix. The pixel 105 includes a photoelectric conversion film 204 (FIG. 2). In FIG. 1, only nine pixels are illustrated as the pixels 105 for the sake of explanation.

垂直走査部102は、画素部101の複数の行を垂直方向に順次選択し、画素105の信号を行毎に、読み出し部103にサンプリングする。水平走査部104は、読み出し部103にサンプリングされた画素105の信号を、水平方向に順次選択することによって、後段のアナログフロントエンド(AFE)902(図9)などの回路へ出力する。   The vertical scanning unit 102 sequentially selects a plurality of rows of the pixel unit 101 in the vertical direction, and samples the signal of the pixel 105 to the reading unit 103 for each row. The horizontal scanning unit 104 outputs the signals of the pixels 105 sampled by the reading unit 103 to a circuit such as an analog front end (AFE) 902 (FIG. 9) in the subsequent stage by sequentially selecting in the horizontal direction.

図2は、図1のA−A線に沿う画素部101の断面を示す模式図である。以降、便宜上、撮像素子901の上方、下方については図2を基準に呼称する。ただし、撮像素子901が使用される際の姿勢は問わない。図2における上方から下方へ光が入射する。撮像素子901は積層型撮像素子である。なお、複数の画素105の構成は共通であるので、代表して主に1つの画素105の構成を説明する。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of the pixel portion 101 taken along line AA in FIG. Hereinafter, for convenience, the upper and lower portions of the image sensor 901 are referred to with reference to FIG. However, the posture when the image sensor 901 is used does not matter. Light enters from the upper side to the lower side in FIG. The image sensor 901 is a stacked image sensor. Since the configuration of the plurality of pixels 105 is common, the configuration of one pixel 105 will be mainly described as a representative.

画素部101は半導体基板208を備え、半導体基板208の上に、絶縁膜206、複数の下部電極E(第1電極)、光電変換膜204、上部電極203(第2電極)、複数のカラーフィルタ(CF)202、複数のマイクロレンズ201が積層される。下部電極E、CF202及びマイクロレンズ201は画素105ごとに構成され、半導体基板208の上方において、それぞれの平面上にマトリクス上に多数配置される。マイクロレンズ201は、不図示の光学系を通過して撮像素子901に結像された光を画素毎にさらに集光する。CF202は、対応する画素105に応じて、例えば赤系、青系、緑系の特定の波長の光のみを透過させる。複数のCF202は、例えばベイヤー配列に従って配置される。上部電極203は、下部電極Eに対して光入射側(上側)に対向配置される透明な電極である。光電変換膜204は、下部電極Eと上部電極203との間に形成される。   The pixel portion 101 includes a semiconductor substrate 208. On the semiconductor substrate 208, an insulating film 206, a plurality of lower electrodes E (first electrode), a photoelectric conversion film 204, an upper electrode 203 (second electrode), and a plurality of color filters. (CF) 202 and a plurality of microlenses 201 are stacked. The lower electrode E, the CF 202 and the microlens 201 are configured for each pixel 105, and a large number of the lower electrodes E, CF202 and microlenses 201 are arranged on the respective planes above the semiconductor substrate 208 on a matrix. The microlens 201 further collects the light that passes through an optical system (not shown) and is imaged on the image sensor 901 for each pixel. The CF 202 transmits only light of a specific wavelength such as red, blue, or green, for example, according to the corresponding pixel 105. The plurality of CFs 202 are arranged according to, for example, a Bayer array. The upper electrode 203 is a transparent electrode disposed to face the lower electrode E on the light incident side (upper side). The photoelectric conversion film 204 is formed between the lower electrode E and the upper electrode 203.

ここで、上部電極203は、光電変換膜204に光を入射させる必要があるため透明度が高いことが好ましい。透明な電極材料としては例えば、透明導電性酸化物が適当であり、ITO(酸化インジウムスズ)が候補に挙げられる。なお、上部電極203は、画素毎に分割されていてもよいし、2以上の画素または全画素で共通化されていてもよい。光電変換膜204は、光を吸収し、吸収した光に応じた電荷を発生させる光電変換材料で構成される。なお、その光電変換材料として、無機材料または有機材料を用いることができるが、分光特性や感度に優れる点から、本実施の形態では有機材料を用いている。光電変換膜204は、単層構造でも多層構造でも良い。   Here, the upper electrode 203 is preferably highly transparent because it is necessary to make light incident on the photoelectric conversion film 204. For example, a transparent conductive oxide is suitable as the transparent electrode material, and ITO (indium tin oxide) is a candidate. The upper electrode 203 may be divided for each pixel, or may be shared by two or more pixels or all pixels. The photoelectric conversion film 204 is composed of a photoelectric conversion material that absorbs light and generates a charge corresponding to the absorbed light. Note that an inorganic material or an organic material can be used as the photoelectric conversion material, but an organic material is used in this embodiment because of excellent spectral characteristics and sensitivity. The photoelectric conversion film 204 may have a single layer structure or a multilayer structure.

絶縁膜206は、複数の金属配線207の間、及び複数の下部電極Eの間に形成され、各々の間を電気的に絶縁する。半導体基板208には、複数の画素105に対応する不純物領域が形成され、光電変換膜204で生成された信号電荷を保持することが可能である。さらに、半導体基板208には、不図示の信号電荷を読み出すための回路が形成されている(図9で後述)。   The insulating film 206 is formed between the plurality of metal wirings 207 and between the plurality of lower electrodes E, and electrically insulates each other. Impurity regions corresponding to the plurality of pixels 105 are formed in the semiconductor substrate 208, and signal charges generated by the photoelectric conversion film 204 can be held. Further, a circuit for reading out signal charges (not shown) is formed on the semiconductor substrate 208 (described later in FIG. 9).

このように構成された画素105では、マイクロレンズ201によって集光されて、CF202を透過した特定の波長の光のみが光電変換膜204で光電変換されて信号電荷が発生する。そして画素部101は、上部電極203と下部電極Eの間にバイアス電圧を印加し、光電変換膜204中に電界をかけることで、下部電極Eに移動した信号電荷を外部に取り出すことが可能な構成となっている。   In the pixel 105 configured in this manner, only light of a specific wavelength that is condensed by the microlens 201 and transmitted through the CF 202 is photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 204 to generate a signal charge. The pixel unit 101 can extract a signal charge moved to the lower electrode E to the outside by applying a bias voltage between the upper electrode 203 and the lower electrode E and applying an electric field in the photoelectric conversion film 204. It has a configuration.

下部電極Eは、光反射機能を有する金属で構成される金属電極である。下部電極Eを構成する材料としては、例えばAl(アルミニウム)やTi(チタン)が挙げられるが、これらに限定されない。下部電極Eは、光入射側に複数の突起Pを備える。すなわち、下部電極Eは、板状のベース部Bを有し、ベース部Bから多数の突起Pが上部電極203の側に向かって突出している。突起Pはベース部Bと一体に形成されるが、別体で形成され固着されてもよい。突起Pは、ベース部Bと別体で構成される場合は、光反射機能を有する金属で構成される。突起Pは先端が凸曲面に形成される。画素105は、突起Pが複数配置されたことで、下部電極Eにおける反射光を様々な方向に拡散させる性質を有する。図2における、光路210、211、212、213、214は、画素105に入射する光の入射及び反射の経路の例を示している。   The lower electrode E is a metal electrode made of a metal having a light reflection function. Examples of the material constituting the lower electrode E include Al (aluminum) and Ti (titanium), but are not limited thereto. The lower electrode E includes a plurality of protrusions P on the light incident side. That is, the lower electrode E has a plate-like base portion B, and a large number of protrusions P project from the base portion B toward the upper electrode 203 side. The protrusion P is formed integrally with the base part B, but may be formed separately and fixed. When the protrusion P is formed separately from the base portion B, the protrusion P is formed of a metal having a light reflecting function. The tip of the projection P is formed in a convex curved surface. The pixel 105 has a property of diffusing reflected light from the lower electrode E in various directions by providing a plurality of protrusions P. In FIG. 2, optical paths 210, 211, 212, 213, and 214 indicate examples of light incident and reflection paths that enter the pixel 105.

図2では、突起Pは、1画素につき行方向に15個を図示したが、実際にはこのような突起Pが下部電極Eの上面に2次元状に多数形成される。また、突起Pの配置ピッチ(間隔)は、様々な方向からの入射光を均一に拡散することができるように小さいのが望ましい。   In FIG. 2, 15 protrusions P are illustrated in the row direction for each pixel, but in reality, a large number of such protrusions P are two-dimensionally formed on the upper surface of the lower electrode E. In addition, the arrangement pitch (interval) of the protrusions P is desirably small so that incident light from various directions can be uniformly diffused.

図3は、光路210の光が下部電極Eの突起Pで反射して拡散する様子を示す図である。図3では、説明の便宜のため、画素105に入射した光路210の光を、5つの入射光301、302、303、304、305に分けて実線で図示している。入射光301、302、303、304、305が突起Pで反射した光がそれぞれ、破線で示された反射光306、307、308、309、310に対応している。図3から分かるように、反射光306〜310は、突起Pの表面で1回以上反射して、様々な方向に拡散している。   FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which light in the optical path 210 is reflected and diffused by the protrusion P of the lower electrode E. FIG. In FIG. 3, for convenience of explanation, the light of the optical path 210 that has entered the pixel 105 is divided into five incident lights 301, 302, 303, 304, and 305, and is shown by a solid line. The lights reflected by the projections P of the incident lights 301, 302, 303, 304, and 305 correspond to the reflected lights 306, 307, 308, 309, and 310 indicated by broken lines, respectively. As can be seen from FIG. 3, the reflected lights 306 to 310 are reflected once or more on the surface of the protrusion P and diffused in various directions.

ところで、例えば特許文献2の従来技術のように、下部電極が単純な平板で構成される場合は、下部電極で反射した光は強いエネルギを持った鏡面反射光成分が支配的となる。この鏡面反射光成分は、スネルの法則に従って上部電極に向かって反射する成分であるため、光電変換膜中の光路長が短く、光電変換膜で吸収されずに外に出てしまう光成分が多いという問題があった。一方、本実施の形態の撮像素子901によれば、下部電極Eの突起Pで反射した光は拡散反射成分が支配的となる。この拡散反射光成分は、様々な方向に分散して反射する成分である。そのため、反射光が光電変換膜204中を進む距離(光路長)を長くすることができる。従来技術よりも光電変換膜中の光路長の長い光成分が増えることで、光は光電変換膜に吸収され易くなり、光吸収率(光電変換効率)の向上によって撮像素子901の感度が高まる。   By the way, when the lower electrode is formed of a simple flat plate as in the prior art of Patent Document 2, for example, the specular reflected light component having strong energy is dominant in the light reflected by the lower electrode. Since this specular reflection light component is a component that reflects toward the upper electrode according to Snell's law, the optical path length in the photoelectric conversion film is short, and there are many light components that go out without being absorbed by the photoelectric conversion film. There was a problem. On the other hand, according to the image sensor 901 of the present embodiment, the diffuse reflection component is dominant in the light reflected by the protrusion P of the lower electrode E. This diffuse reflected light component is a component that is dispersed and reflected in various directions. Therefore, the distance (optical path length) that the reflected light travels through the photoelectric conversion film 204 can be increased. As the light component having a longer optical path length in the photoelectric conversion film than in the prior art increases, the light is easily absorbed by the photoelectric conversion film, and the sensitivity of the image sensor 901 is increased by improving the light absorption rate (photoelectric conversion efficiency).

本実施の形態によれば、光反射機能を有する金属で構成される下部電極Eが、光入射側に複数の突起Pを備えたので、画素105の感度を向上させることができる。感度が向上することから、光電変換膜204の厚みを増す必要がなく、応答性の低下が回避される。   According to the present embodiment, since the lower electrode E made of a metal having a light reflecting function includes the plurality of protrusions P on the light incident side, the sensitivity of the pixel 105 can be improved. Since the sensitivity is improved, it is not necessary to increase the thickness of the photoelectric conversion film 204, and a decrease in responsiveness is avoided.

なお、本実施の形態では、突起Pとして先端が曲面のものを例示したが、突起Pの形状は例示に限定されず、拡散反射成分が支配的となって上記効果が発揮される範囲で自由に変形してもよい。図4、図5で、突起Pの形状の変形例を挙げる。   In the present embodiment, the protrusion P has a curved tip. However, the shape of the protrusion P is not limited to the illustrated example, and it is free as long as the diffuse reflection component is dominant and the above effect is exhibited. You may deform | transform into. 4 and 5, modifications of the shape of the protrusion P will be given.

図4、図5はそれぞれ、第1、第2の変形例の突起Pを有する画素部101の模式的な断面図である。第1、第2の変形例では、画素部101は、下部電極Eに代えて下部電極E2、E3を備え、下部電極E2、E3にはそれぞれ、突起Pに代えて突起P2、P3が設けられる。   4 and 5 are schematic cross-sectional views of the pixel portion 101 having the protrusions P of the first and second modified examples, respectively. In the first and second modifications, the pixel unit 101 includes lower electrodes E2 and E3 instead of the lower electrode E, and the lower electrodes E2 and E3 are provided with protrusions P2 and P3 instead of the protrusions P, respectively. .

第1の変形例(図4)では、下部電極E2のベース部Bから突起P2が上部電極203の側に向かって突出している。突起P2は柱体であり、より具体的には円柱や四角柱などである。なお、その柱体の断面形状は問わず、楕円や多角形であってもよい。この形状の突起P2は、公知の半導体製造プロセス技術によって容易に製造可能である。   In the first modification (FIG. 4), the protrusion P2 protrudes from the base portion B of the lower electrode E2 toward the upper electrode 203 side. The protrusion P2 is a column body, and more specifically, a cylinder, a square column, or the like. In addition, the cross-sectional shape of the column is not limited and may be an ellipse or a polygon. The protrusion P2 having this shape can be easily manufactured by a known semiconductor manufacturing process technique.

第2の変形例(図5)では、下部電極E3のベース部Bから突起P3が上部電極203の側に向かって突出している。突起P3は錐体であり、より具体的には円錐や四角錐などである。なお、その錐体の断面形状は問わず、楕円や多角形であってもよい。   In the second modification (FIG. 5), the protrusion P3 protrudes from the base portion B of the lower electrode E3 toward the upper electrode 203 side. The protrusion P3 is a cone, and more specifically, a cone or a quadrangular pyramid. The cross-sectional shape of the cone is not limited and may be an ellipse or a polygon.

なお、本実施の形態及び変形例において、下部電極に設ける突起の形態は、画素部101における全ての画素105間で共通でなくてもよい。互いに異なる突起(突起P、P2、P3)を有した画素105が混在してよい。例えば、画素105の配列面方向(2次元に配列される平面方向)における、画素部101の中央の画素105と周辺領域の画素105とで、備わる突起の形状を異ならせてもよい。あるいは画素105のCF202の色毎に、突起の形状や配置ピッチを変えてもよい。   Note that in this embodiment and the modification, the shape of the protrusion provided on the lower electrode may not be common among all the pixels 105 in the pixel portion 101. Pixels 105 having different projections (projections P, P2, and P3) may be mixed. For example, the shape of the protrusions provided in the central pixel 105 of the pixel portion 101 and the peripheral region pixel 105 in the array plane direction (two-dimensional plane direction) of the pixels 105 may be different. Alternatively, the shape of the protrusion and the arrangement pitch may be changed for each color of the CF 202 of the pixel 105.

なお、本実施の形態及び変形例において、画素105はCF202を含む構成として説明したが、CF202を含むことは必須でない。CF202を画素105に設けない場合でも、光電変換膜204を構成する材料を画素毎に変えることによって、画素毎に異なる分光感度特性が得られるように光電変換膜204を構成することが可能である。   Note that in the present embodiment and the modification, the pixel 105 has been described as including the CF 202; however, including the CF 202 is not essential. Even when the CF 202 is not provided in the pixel 105, the photoelectric conversion film 204 can be configured so that different spectral sensitivity characteristics can be obtained for each pixel by changing the material forming the photoelectric conversion film 204 for each pixel. .

(第2の実施の形態)
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る撮像素子901の画素部101の模式的な断面図である。第1の実施の形態に対して、本実施の形態における画素部101は、下部電極Eに代えて下部電極E4を備える。第1の実施の形態の撮像素子901と同じ構成要素についての詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the pixel unit 101 of the image sensor 901 according to the second embodiment of the present invention. In contrast to the first embodiment, the pixel unit 101 in the present embodiment includes a lower electrode E4 instead of the lower electrode E. Detailed description of the same components as those of the image sensor 901 of the first embodiment will be omitted.

下部電極E4の光入射側は不規則な凹凸を有する凹凸面E4aに形成されている。下部電極E4には、第1の実施の形態と同様に光を反射する機能を有する金属電極が用いられる。下部電極E4は、凹凸面E4aを有することで、反射光を様々な方向の光に拡散させて反射させる性質を持つ。凹凸面E4aは、様々な方向からの入射光を均一に拡散することができるように微細に形成されていることが望ましい。このような構成により、様々な方向に拡散した反射光が光電変換膜204中を進む距離(光路長)が長くなる。   The light incident side of the lower electrode E4 is formed on an uneven surface E4a having irregular unevenness. As the lower electrode E4, a metal electrode having a function of reflecting light is used as in the first embodiment. Since the lower electrode E4 has the uneven surface E4a, it has a property of diffusing reflected light into light in various directions and reflecting it. The uneven surface E4a is desirably formed finely so that incident light from various directions can be uniformly diffused. With such a configuration, the distance (optical path length) that the reflected light diffused in various directions travels through the photoelectric conversion film 204 is increased.

本実施の形態によれば、応答性の低下を回避しつつ画素105の感度を向上させることに関し、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。   According to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be achieved with respect to improving the sensitivity of the pixel 105 while avoiding a decrease in responsiveness.

(第3の実施の形態)
図7は、本発明の第3の実施の形態に係る撮像素子901の画素部101の模式的な断面図である。第1の実施の形態に対して、本実施の形態における画素部101は、下部電極Eに代えて下部電極E5を備える。第1の実施の形態の撮像素子901と同じ構成要素についての詳細な説明は省略する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the pixel unit 101 of the image sensor 901 according to the third embodiment of the present invention. In contrast to the first embodiment, the pixel unit 101 in the present embodiment includes a lower electrode E5 instead of the lower electrode E. Detailed description of the same components as those of the image sensor 901 of the first embodiment will be omitted.

下部電極E5は、第1の実施の形態と同様に複数の突起Pを有する。下部電極E5のベース部Bの外縁部Baからは、遮光用の壁部701が上部電極203の側(上方)に向かって突設されている。壁部701はベース部Bと一体に形成されるが、別体で形成され固着されてもよい。壁部701は複数の突起Pを周囲から囲むように設けられる。壁部701の先端高さは、突起Pよりも高い(先端位置が上部電極203に近い)。   The lower electrode E5 has a plurality of protrusions P as in the first embodiment. From the outer edge portion Ba of the base portion B of the lower electrode E5, a light shielding wall portion 701 is provided so as to project toward the upper electrode 203 side (upward). The wall portion 701 is formed integrally with the base portion B, but may be formed separately and fixed. The wall portion 701 is provided so as to surround the plurality of protrusions P from the periphery. The tip height of the wall 701 is higher than the protrusion P (the tip position is close to the upper electrode 203).

突起Pで反射した光は拡散するため、隣接する画素105の光電変換膜204に拡散光が侵入してしまうおそれがある。すなわち、拡散反射した光は画素105の配列面方向に対して斜めに反射する成分を多く含むため、ある画素105の下部電極E5で反射した光が、隣接する画素105に侵入して混色が生じることが懸念される。そこで、本実施の形態では、下部電極の外周側の端部(外縁部Ba)に遮光部として壁部701を設け、画素105間の反射光の漏れを抑制した。   Since the light reflected by the protrusions P diffuses, the diffused light may enter the photoelectric conversion film 204 of the adjacent pixel 105. That is, the diffusely reflected light contains many components that are reflected obliquely with respect to the arrangement surface direction of the pixels 105, and thus the light reflected by the lower electrode E5 of a certain pixel 105 enters the adjacent pixel 105 and color mixing occurs. There is concern. Therefore, in this embodiment, a wall portion 701 is provided as a light shielding portion at the outer peripheral end portion (outer edge portion Ba) of the lower electrode, and leakage of reflected light between the pixels 105 is suppressed.

本実施の形態によれば、応答性の低下を回避しつつ画素105の感度を向上させることに関し、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、複数の突起Pを周囲から囲むように、突起Pより高い壁部701を設けたので、混色の発生を抑制することができる。   According to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be achieved with respect to improving the sensitivity of the pixel 105 while avoiding a decrease in responsiveness. In addition, since the wall portion 701 higher than the protrusions P is provided so as to surround the plurality of protrusions P from the periphery, the occurrence of color mixing can be suppressed.

(第4の実施の形態)
図8は、本発明の第4の実施の形態に係る撮像素子901の画素部101の模式的な断面図である。第1の実施の形態に対して、本実施の形態における画素部101は、下部電極Eに代えて下部電極E6を備える。第1の実施の形態の撮像素子901と同じ構成要素についての詳細な説明は省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the pixel portion 101 of the image sensor 901 according to the fourth embodiment of the present invention. In contrast to the first embodiment, the pixel unit 101 in the present embodiment includes a lower electrode E6 instead of the lower electrode E. Detailed description of the same components as those of the image sensor 901 of the first embodiment will be omitted.

下部電極E6は、光入射側に複数の突起P4を備える。すなわち、ベース部Bから多数の突起P4が上部電極203の側に向かって突出している。突起P4の先端形状は第1の実施の形態における突起Pと同様である。第1の実施の形態では、各突起Pの先端の高さは共通であった。これに対し本実施の形態では、各突起P4のベース部Bからの突出高さは共通でなく、従って、上下方向における各突起P4の先端位置が共通でない。具体的には、各突起P4の先端の高さは、画素105の配列面方向における画素105の中心に位置する突起P4が最も低く、ベース部Bの外縁部Baに近い突起P4ほど高くなっている。突起P4の先端の高さは、下部電極E6の中心から外側(外縁部Baの側)に向かって徐々に高くなっており、下方に凹んだ仮想の凹曲面が各突起P4の先端に当接する。   The lower electrode E6 includes a plurality of protrusions P4 on the light incident side. That is, a large number of protrusions P4 protrude from the base portion B toward the upper electrode 203 side. The tip shape of the protrusion P4 is the same as that of the protrusion P in the first embodiment. In the first embodiment, the height of the tip of each protrusion P is common. On the other hand, in the present embodiment, the protrusion height of each protrusion P4 from the base portion B is not common, and therefore the tip position of each protrusion P4 in the vertical direction is not common. Specifically, the height of the tip of each protrusion P4 is the lowest at the protrusion P4 located at the center of the pixel 105 in the arrangement plane direction of the pixels 105, and is higher as the protrusion P4 near the outer edge part Ba of the base part B. Yes. The height of the tip of the protrusion P4 gradually increases from the center of the lower electrode E6 toward the outside (outer edge Ba side), and a virtual concave curved surface that is recessed downward contacts the tip of each protrusion P4. .

このような構成により、第1の実施の形態と同様に、突起P4で反射した光は拡散反射成分が支配的となり、反射光は様々な方向に分散する。さらに、外縁部Baに近い突起P4で反射した光は、下部電極E6の中心側(外縁部Baの内側)へ向く成分が多くなる。これにより、光の多くを画素105の中心側に向かって反射させることができることから、隣接する画素105に侵入する反射光成分を少なくすることができる。従って、混色の発生を抑制することができる。   With such a configuration, similarly to the first embodiment, the light reflected by the protrusion P4 has a dominant diffuse reflection component, and the reflected light is dispersed in various directions. Furthermore, the light reflected by the protrusion P4 close to the outer edge portion Ba has a larger component toward the center side of the lower electrode E6 (inside the outer edge portion Ba). Thereby, since most of the light can be reflected toward the center side of the pixel 105, the reflected light component entering the adjacent pixel 105 can be reduced. Therefore, the occurrence of color mixing can be suppressed.

本実施の形態によれば、応答性の低下を回避しつつ画素105の感度を向上させることに関し、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、各突起P4の先端の高さは外縁部Baに近い突起P4ほど高いので、混色の発生を抑制することができる。   According to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be achieved with respect to improving the sensitivity of the pixel 105 while avoiding a decrease in responsiveness. Moreover, since the height of the tip of each projection P4 is higher as the projection P4 is closer to the outer edge portion Ba, the occurrence of color mixing can be suppressed.

最後に、撮像素子901を備える撮像装置の概略構成について説明する。図9は、撮像装置のシステムブロック図である。本撮像装置は例えばデジタルスチルカメラとして構成される。   Finally, a schematic configuration of an imaging apparatus including the imaging element 901 will be described. FIG. 9 is a system block diagram of the imaging apparatus. The imaging apparatus is configured as a digital still camera, for example.

AFE902は撮像素子901に接続され、基準レベルの調整(クランプ処理)およびA/D変換回路によるアナログデジタル変換処理を行う。デジタルフロントエンド(DFE)903はAFE902に接続され、各画素のデジタル出力を受けて画像信号の補正や画素の並び替え等をデジタル処理する。デジタル信号処理部904はDFE903に接続され、DFE903からのデジタル出力に対して、現像処理や欠陥画素の補間処理を行う。メモリ部905は、デジタル信号処理部904の作業用メモリであり、連続撮影等においてはバッファメモリとしても使用される。制御部906はCPU(不図示)などを内蔵し、撮像装置全体を統括的に制御する。操作部907は、撮像装置に設けられた操作部材(不図示)へのユーザの操作を電気的に受け付ける。表示部908は、画像等を表示する。記録部909は、メモリカードやハードディスクなどの記録媒体である。タイミング発生回路(TG)910は、撮像素子901を駆動する各種タイミングを生成する。   The AFE 902 is connected to the image sensor 901, and performs reference level adjustment (clamp processing) and analog-digital conversion processing by an A / D conversion circuit. A digital front end (DFE) 903 is connected to the AFE 902 and receives the digital output of each pixel and digitally processes image signal correction, pixel rearrangement, and the like. The digital signal processing unit 904 is connected to the DFE 903, and performs development processing and defective pixel interpolation processing on the digital output from the DFE 903. A memory unit 905 is a working memory for the digital signal processing unit 904, and is also used as a buffer memory in continuous shooting or the like. The control unit 906 includes a CPU (not shown) and the like, and controls the entire imaging apparatus in an integrated manner. The operation unit 907 electrically receives a user operation on an operation member (not shown) provided in the imaging apparatus. The display unit 908 displays an image or the like. The recording unit 909 is a recording medium such as a memory card or a hard disk. A timing generation circuit (TG) 910 generates various timings for driving the image sensor 901.

このような構成の撮像装置により、前述の撮像素子901の駆動及び撮像素子901の読み出し駆動が実現される。但し、本発明に係る撮像装置の構成としては、例示したものに限定されない。例えば、撮像素子901は、列毎のA/D変換回路を含む構成としてもよく、その場合は、撮像素子901が、読み出した画素毎のデジタル信号をDFE903へ出力する。また、撮像素子901が、A/D変換回路とDFEブロックを内部に備える構成であってもよい。   By the imaging apparatus having such a configuration, the driving of the imaging element 901 and the reading driving of the imaging element 901 are realized. However, the configuration of the imaging apparatus according to the present invention is not limited to the exemplified one. For example, the image sensor 901 may include an A / D conversion circuit for each column. In that case, the image sensor 901 outputs the read digital signal for each pixel to the DFE 903. In addition, the image sensor 901 may include an A / D conversion circuit and a DFE block.

なお、第3の実施の形態(図7)における、遮光用の壁部701を設ける構成は、第1の実施の形態(図2)、第1、第2の変形例(図4、図5)及び第2、第4の実施の形態(図6、図8)にも適用可能である。第4の実施の形態に適用する場合、壁部701は、先端が凹凸面E4aの最高位置より高くなるように光入射側に向けて突設すればよい。また、第4の実施の形態(図8)における、各突起P4の先端の高さを外縁部Baに近い突起P4ほど高くする構成は、第1、第2の変形例(図4、図5)にも適用可能である。また、第2の実施の形態(図6)に第4の実施の形態(図8)を応用し、下部電極E4の凹凸面E4aの概略形状を、下方に凹んだ凹曲面としてもよく、つまり、凹曲面上に不規則で微細な凹凸を形成する構成としてもよい。   In the third embodiment (FIG. 7), the light shielding wall 701 is provided in the first embodiment (FIG. 2), the first and second modifications (FIGS. 4 and 5). ) And the second and fourth embodiments (FIGS. 6 and 8). When applied to the fourth embodiment, the wall portion 701 may be provided so as to protrude toward the light incident side so that the tip is higher than the highest position of the uneven surface E4a. Further, in the fourth embodiment (FIG. 8), the configuration in which the height of the protrusion P4 closer to the outer edge Ba is made higher in the height of the tip of each protrusion P4 is the first and second modifications (FIGS. 4 and 5 ) Is also applicable. Further, by applying the fourth embodiment (FIG. 8) to the second embodiment (FIG. 6), the rough shape of the uneven surface E4a of the lower electrode E4 may be a concave curved surface recessed downward, Alternatively, a configuration may be employed in which irregular and fine irregularities are formed on the concave curved surface.

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。   Although the present invention has been described in detail based on preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms within the scope of the present invention are also included in the present invention. included. A part of the above-described embodiments may be appropriately combined.

E、E2、E3、E4 下部電極
P、P2、P3、P4 突起
105 画素
203 上部電極
204 光電変換膜
901 撮像素子
E, E2, E3, E4 Lower electrode P, P2, P3, P4 Projection 105 Pixel 203 Upper electrode 204 Photoelectric conversion film 901 Imaging element

Claims (8)

光反射機能を有する金属で構成される第1電極と、
前記第1電極に対して光入射側に対向配置された透明な第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に形成された光電変換膜と、を有する画素が、複数配置された撮像素子であって、
前記第1電極は、光入射側に複数の突起を備えたことを特徴とする撮像素子。
A first electrode made of a metal having a light reflection function;
A transparent second electrode disposed opposite the light incident side with respect to the first electrode;
An image sensor in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion film formed between the first electrode and the second electrode are arranged,
The image pickup device, wherein the first electrode includes a plurality of protrusions on a light incident side.
前記突起は、柱体であることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。   The image sensor according to claim 1, wherein the protrusion is a column. 前記突起は、錐体であることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。   The image sensor according to claim 1, wherein the protrusion is a cone. 前記複数の突起の各々の先端の高さは、前記第1電極の外縁部に近い突起ほど高いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像素子。   4. The image pickup device according to claim 1, wherein a height of a tip of each of the plurality of protrusions is higher as a protrusion is closer to an outer edge portion of the first electrode. 5. 光反射機能を有する金属で構成される第1電極と、
前記第1電極に対して光入射側に対向配置された透明な第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に形成された光電変換膜と、を有する画素が、複数配置された撮像素子であって、
前記第1電極の光入射側は不規則な凹凸面に形成されることを特徴とする撮像素子。
A first electrode made of a metal having a light reflection function;
A transparent second electrode disposed opposite the light incident side with respect to the first electrode;
An image sensor in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion film formed between the first electrode and the second electrode are arranged,
The image sensor according to claim 1, wherein the light incident side of the first electrode is formed on an irregular uneven surface.
前記第1電極の外縁部には、先端高さが前記突起よりも高い遮光用の壁部が設けられたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, wherein a light-shielding wall portion having a tip height higher than that of the protrusion is provided on an outer edge portion of the first electrode. 前記第1電極の外縁部には、遮光用の壁部が光入射側に突設されたことを特徴とする請求項5に記載の撮像素子。   The image pickup device according to claim 5, wherein a light-shielding wall portion projects from the outer edge portion of the first electrode on the light incident side. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。



An imaging apparatus comprising the imaging device according to claim 1.



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