JP2018201061A - Solid state image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、固体撮像装置に関する。詳しくは、オンチップレンズを備える固体撮像装置に関する。 The present technology relates to a solid-state imaging device. Specifically, the present invention relates to a solid-state imaging device including an on-chip lens.
従来の固体撮像装置においては、シリコン基板内に有する光電変換部に入射光を集光させるために、層間絶縁膜を介してマイクロレンズをオンチップレンズとして設けている。そのような従来の固体撮像装置では、例えば、集光される光の一部が配線によって跳ねられてしまわないように、配線層と反対の面から光を取り込む裏面受光型の固体撮像装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 In a conventional solid-state imaging device, a microlens is provided as an on-chip lens through an interlayer insulating film in order to collect incident light on a photoelectric conversion unit included in a silicon substrate. In such a conventional solid-state imaging device, for example, a back-surface-receiving type solid-state imaging device that takes in light from a surface opposite to the wiring layer is proposed so that a part of the collected light is not bounced by the wiring. (For example, refer to Patent Document 1).
上述の従来技術では、画素に入射した光は、オンチップレンズの表面およびシリコン基板の表面で反射され、これらの反射光がパッケージ表面のシールガラスなどで反射し、固体撮像装置に再入射する。これらの再入射光が光電変換されることによって、ゴーストと称される偽信号が発生する。ここで、反射光の回折角は、光電変換部およびオンチップレンズの配置間隔によって規定される。デバイスに入射した光が反射する場合には、スポット上に反射光の強度が分布する。画素と同一サイズでオンチップレンズが配置されている場合には、オンチップレンズとシリコン基板からの反射光回折角が等しい角度となるため、これらの反射光が互いに強め合い、強度の高い反射光が固体撮像装置から反射する。これが、シールガラスなどにおいて反射し、デバイスに再入射することにより、強いゴーストが発生する。 In the above-described prior art, light incident on the pixels is reflected by the surface of the on-chip lens and the surface of the silicon substrate, and the reflected light is reflected by a seal glass or the like on the surface of the package and reenters the solid-state imaging device. When the re-incident light is photoelectrically converted, a false signal called a ghost is generated. Here, the diffraction angle of the reflected light is defined by the arrangement interval between the photoelectric conversion unit and the on-chip lens. When light incident on the device is reflected, the intensity of the reflected light is distributed on the spot. When an on-chip lens is arranged with the same size as the pixel, the reflected light diffraction angles from the on-chip lens and the silicon substrate are the same angle, so these reflected lights strengthen each other, and reflected light with high intensity Is reflected from the solid-state imaging device. A strong ghost is generated when this is reflected on the sealing glass or the like and re-enters the device.
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、オンチップレンズを備える固体撮像装置においてゴーストの発生を抑止することを目的とする。 The present technology has been created in view of such a situation, and an object thereof is to suppress the occurrence of a ghost in a solid-state imaging device including an on-chip lens.
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第1の側面は、二次元状に配列された複数の画素の上面に配置される複数の第1のレンズと、上記複数の第1のレンズとは大きさが異なり上記複数の第1のレンズの下方において上記複数の画素の各々に対して少なくとも2つずつの割合で配置される複数の第2のレンズと、上記複数の第2のレンズの下方において上記複数の画素の各々に対して配置される複数の光電変換部とを具備する固体撮像装置である。これにより、配置されるピッチの異なる第1および第2のレンズによって、固体撮像装置において生じる反射光を分散させるという作用をもたらす。 The present technology has been made to solve the above-described problems, and a first side surface of the present technology includes a plurality of first lenses arranged on top surfaces of a plurality of pixels arranged in a two-dimensional manner, A plurality of second lenses which are different in size from the plurality of first lenses and are arranged at a ratio of at least two for each of the plurality of pixels below the plurality of first lenses; A solid-state imaging device comprising: a plurality of photoelectric conversion units disposed for each of the plurality of pixels below the plurality of second lenses. Thereby, the effect | action that the reflected light which arises in a solid-state imaging device is disperse | distributed with the 1st and 2nd lens from which the pitch from which it arrange | positions differs is brought.
また、この第1の側面において、上記複数の第2のレンズは、上記複数の第1のレンズと並行な平面上において稠密に配置される。これにより、固体撮像装置において生じる反射光の回折角度を互いに異なるものとして、強め合うことを抑制するという作用をもたらす。 In the first aspect, the plurality of second lenses are densely arranged on a plane parallel to the plurality of first lenses. As a result, the diffraction angles of the reflected light generated in the solid-state imaging device are made different from each other, and an effect of suppressing intensification is brought about.
また、この第1の側面において、上記複数の第2のレンズは、上記複数の画素の各々の中心に上記複数の第2のレンズの何れかの中心が一致するように配置されてもよい。これにより、感度の入射角依存を小さくするという作用をもたらす。 In the first aspect, the plurality of second lenses may be arranged such that any one of the plurality of second lenses coincides with the center of each of the plurality of pixels. This brings about the effect of reducing the dependence of the sensitivity on the incident angle.
また、この第1の側面において、上記複数の光電変換部は、上部電極と下部電極との間に設けられた有機光電変換膜からなってもよい。 In the first aspect, the plurality of photoelectric conversion units may include an organic photoelectric conversion film provided between the upper electrode and the lower electrode.
また、この第1の側面において、上記複数の画素は、位相差信号を取得するための画素を含み、上記位相差信号を取得するための画素に対応する上記下部電極は、入射光の光軸に対して偏った方向に形成領域を有する第1の下部電極と、上記光軸に対して上記第1の下部電極とは反対側に偏った方向に形成領域を有する第2の下部電極とに分割されて形成されてもよい。これにより、入射角の変化に敏感な位相差信号を取得させるという作用をもたらす。なお、この場合において、上記位相差信号を取得するための画素に対応する上記下部電極は、その表面に上記入射光の焦点位置を有することが望ましい。 In the first aspect, the plurality of pixels include a pixel for acquiring a phase difference signal, and the lower electrode corresponding to the pixel for acquiring the phase difference signal is an optical axis of incident light. A first lower electrode having a formation region in a direction biased with respect to the optical axis, and a second lower electrode having a formation region in a direction biased to the side opposite to the first lower electrode with respect to the optical axis. It may be divided and formed. This brings about the effect | action of acquiring the phase difference signal sensitive to the change of an incident angle. In this case, it is desirable that the lower electrode corresponding to the pixel for obtaining the phase difference signal has the focal position of the incident light on the surface thereof.
また、この第1の側面において、上記複数の光電変換部の下方に設けられるシリコン基板と、上記シリコン基板内に設けられて上記複数の光電変換部とは異なる複数の他の光電変換部とをさらに具備してもよい。単一画素から複数波長域の信号出力を可能にする構造において、固体撮像装置に生じる反射光を分散させるという作用をもたらす。 Further, in the first aspect, a silicon substrate provided below the plurality of photoelectric conversion units, and a plurality of other photoelectric conversion units provided in the silicon substrate and different from the plurality of photoelectric conversion units. Furthermore, you may comprise. In a structure that enables signal output in a plurality of wavelength ranges from a single pixel, the reflected light generated in the solid-state imaging device is dispersed.
また、この第1の側面において、上記複数の第1のレンズは、上記複数の画素の各々に対して少なくとも2つずつの割合で配置されてもよい。これにより、第1のレンズの配置ピッチを調整して、固体撮像装置において生じる反射光を分散させるという作用をもたらす。 In the first aspect, the plurality of first lenses may be arranged in a ratio of at least two for each of the plurality of pixels. Thereby, the arrangement | positioning pitch of a 1st lens is adjusted and the effect | action of disperse | distributing the reflected light which arises in a solid-state imaging device is brought about.
本技術によれば、オンチップレンズを備える固体撮像装置においてゴーストの発生を抑止することができるという優れた効果を奏し得る。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。 According to the present technology, it is possible to achieve an excellent effect that ghosting can be suppressed in a solid-state imaging device including an on-chip lens. Note that the effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present disclosure.
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態と称する)について説明する。説明は以下の順序により行う。
1.第1の実施の形態(光電変換部の上に層内レンズを設けた例)
2.第2の実施の形態(有機光電変換膜の上に層内レンズを設けた例)
3.第3の実施の形態(画素の中心位置に層内レンズを配置した例)
4.第4の実施の形態(層内レンズの画素当りの個数を変更した例)
5.第5の実施の形態(位相差検出画素に層内レンズを設けた例)
6.第6の実施の形態(有機光電変換膜およびシリコン基板内の光電変換部を備える場合の例)
7.第7の実施の形態(オンチップレンズの画素当りの個数を変更した例)
Hereinafter, modes for carrying out the present technology (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The description will be made in the following order.
1. First embodiment (an example in which an in-layer lens is provided on a photoelectric conversion unit)
2. Second embodiment (example in which an intralayer lens is provided on an organic photoelectric conversion film)
3. Third Embodiment (Example in which an intralayer lens is arranged at the center position of a pixel)
4). Fourth embodiment (example in which the number of intra-layer lenses per pixel is changed)
5). Fifth embodiment (example in which an intralayer lens is provided in a phase difference detection pixel)
6). Sixth embodiment (an example in which an organic photoelectric conversion film and a photoelectric conversion unit in a silicon substrate are provided)
7). Seventh embodiment (example in which the number of on-chip lenses per pixel is changed)
<1.第1の実施の形態>
[固体撮像装置の構成]
図1は、本技術の第1の実施の形態における固体撮像装置の画素構造の一例を示す断面図である。この固体撮像装置は、二次元状に配列された複数の画素を有する。この第1の実施の形態における画素構造においては、シリコン基板111内に複数の光電変換部121を有する。これら複数の光電変換部121は、入射光を電気信号に変換するものであり、それぞれが各画素を形成する。なお、光電変換部121は、特許請求の範囲に記載の光電変換部の一例である。また、シリコン基板111は、特許請求の範囲に記載のシリコン基板の一例である。
<1. First Embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a pixel structure of a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present technology. This solid-state imaging device has a plurality of pixels arranged two-dimensionally. The pixel structure in the first embodiment has a plurality of
この固体撮像装置は、複数の画素の上面に配置される複数のオンチップレンズ161を備える。これら複数のオンチップレンズ161は、入射光を固体撮像装置の内部に入光させる。なお、オンチップレンズ161は、特許請求の範囲に記載の第1のレンズの一例である。
This solid-state imaging device includes a plurality of on-
また、この固体撮像装置は、内部に複数の層内レンズ141を備える。これら複数の層内レンズ141は、複数のオンチップレンズ161によって入光された入射光を複数の光電変換部121に入光させる。なお、層内レンズ141は、特許請求の範囲に記載の第2のレンズの一例である。
In addition, the solid-state imaging device includes a plurality of
この第1の実施の形態における画素構造においては、シリコン基板111上に第1の層間絶縁膜131を介して層内レンズ141が形成され、さらに第2の層間絶縁膜151を介してオンチップレンズ161が形成される。
In the pixel structure according to the first embodiment, an
層内レンズ141は、オンチップレンズ161とは大きさが異なる。複数の層内レンズ141は、複数のオンチップレンズ161と並行な平面上において、単一画素内に少なくとも2つずつの割合で稠密に(すなわち、隙間なく)配置される。
The in-
図2は、本技術の第1の実施の形態における複数の層内レンズ141の配置例を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view illustrating an arrangement example of the plurality of
この例においては、単一画素領域190に複数の層内レンズ141が縦2個×横2個の合計4個が配置される。一方、複数のオンチップレンズ161は、この例では、各画素に1つずつ配置される。すなわち、層内レンズ141およびオンチップレンズ161は、配置されるピッチが異なる。このように層内レンズ141を形成することにより、シリコン基板111の面からの反射光を分散させて、ゴースト強度を弱めることができる。
In this example, a plurality of
なお、この第1の実施の形態においては、層内レンズ141を単位画素当たり2×2個配置しているが、この配置個数をM×N個と表したとき、MまたはNの一方は2以上の整数であり、他方は1以上の整数としてもよい。
In the first embodiment, 2 × 2
[反射光の強度分布]
図3は、本技術の第1の実施の形態における反射光の強度分布例を示す模式図である。同図におけるaは、オンチップレンズ161からの反射光を示す。同図におけるbは、シリコン基板111からの反射光を示す。同図におけるcは、固体撮像装置の全体としての反射光を示す。
[Intensity distribution of reflected light]
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of an intensity distribution of reflected light according to the first embodiment of the present technology. In the figure, a indicates the reflected light from the on-
固体撮像装置に入射した光は、オンチップレンズ161の表面およびシリコン基板111の面のそれぞれで反射する。このとき、シリコン基板111からの反射光は、画素サイズよりも小さい層内レンズ141が配置されることにより、オンチップレンズ161からの反射光の反射回折角よりも大きな角度となる。
The light incident on the solid-state imaging device is reflected on each of the surface of the on-
ここで、回折角度θは、ホイヘンスの原理から次式により求めることができる。ここで、nは干渉次数(正の整数)、λは光の波長、dは繰り返しパターンのピッチを表す。
sinθ=nλ/d
Here, the diffraction angle θ can be obtained by the following equation from Huygens' principle. Here, n is the interference order (positive integer), λ is the wavelength of light, and d is the pitch of the repetitive pattern.
sin θ = nλ / d
すなわち、オンチップレンズ161の表面とシリコン基板111の面からの反射光の回折角度が異なるため、両反射光が互いに強め合うことがなくなり、反射光の強度を低下させることが可能になる。これにより、パッケージに用いられるシールガラス等からの反射光が固体撮像装置に再入射することを防ぎ、その再入射光が光電変換されることにより生じるゴーストの強度を弱めることができる。
That is, since the diffraction angles of the reflected light from the surface of the on-
このように、本技術の第1の実施の形態によれば、シリコン基板111内に複数の光電変換部121を有する場合に、層内レンズ141を用いて反射光を分散させることによって、ゴースト強度を弱めることができる。
As described above, according to the first embodiment of the present technology, when the plurality of
<2.第2の実施の形態>
[固体撮像装置の構成]
図4は、本技術の第2の実施の形態における固体撮像装置の画素構造の一例を示す断面図である。この固体撮像装置は、二次元状に配列された複数の画素を有する。この第2の実施の形態における画素構造においては、シリコン基板111上に、下部電極124と上部電極123に狭持された有機光電変換膜122が配置されている。また、上部電極123上には、層内レンズ141が配置されている。なお、有機光電変換膜122は、特許請求の範囲に記載の光電変換部および有機光電変換膜の一例である。
<2. Second Embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a pixel structure of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present technology. This solid-state imaging device has a plurality of pixels arranged two-dimensionally. In the pixel structure in the second embodiment, an organic
すなわち、この第2の実施の形態においては、光電変換部として有機光電変換膜122を用いている点が上述の第1の実施の形態とは異なっている。一方、複数の層内レンズ141および複数のオンチップレンズ161の配置については、上述の第1の実施の形態と同様である。例えば、単一画素領域190に複数の層内レンズ141が縦2個×横2個の合計4個が配置され、複数のオンチップレンズ161が各画素に1つずつ配置される。このように、オンチップレンズ161とは異なる配置ピッチにより層内レンズ141を形成することにより、上述の第1の実施の形態と同様に、シリコン基板111の面からの反射光を分散させて、ゴースト強度を弱めることができる。
That is, the second embodiment is different from the first embodiment described above in that the organic
この第2の実施の形態のように有機光電変換膜122を用いる場合には、固体撮像装置に入射した光の主な反射面は、オンチップレンズ161の表面、上部電極123の表面(層内レンズ141の裏面)、および、シリコン基板111の表面の3つの面である。そのため、第2の実施の形態における反射光の分散の態様は、以下に説明するように、上述の第1の実施の形態とは異なっている。
When the organic
[反射光の強度分布]
図5は、本技術の第2の実施の形態における反射光の強度分布例を示す模式図である。同図におけるaは、オンチップレンズ161からの反射光を示す。同図におけるbは、層内レンズ141からの反射光を示す。同図におけるcは、シリコン基板111からの反射光を示す。同図におけるdは、固体撮像装置の全体としての反射光を示す。
[Intensity distribution of reflected light]
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of an intensity distribution of reflected light according to the second embodiment of the present technology. In the figure, a indicates the reflected light from the on-
3つの面のうち、上部電極123の表面からの反射光の回折角は、層内レンズ141を配置することにより、オンチップレンズ161の表面およびシリコン基板111の表面からの反射光の回折角と異なるものにすることが可能である。これにより、固体撮像装置からの反射光の強度を分散させることが可能になる。
Of the three surfaces, the diffraction angle of the reflected light from the surface of the
また、層内レンズ141を配置することにより、シリコン基板111の表面からの反射光が層内レンズ141の下側から入射した場合に、その反射光は層内レンズ141の曲率によって屈折される。そのため、シリコン基板111の表面からの反射光を分散させることが可能になる。
In addition, by arranging the in-
このように、本技術の第2の実施の形態によれば、シリコン基板111上に有機光電変換膜122を配置した場合に、層内レンズ141を用いて反射光を分散させることによって、ゴースト強度を弱めることができる。
As described above, according to the second embodiment of the present technology, when the organic
<3.第3の実施の形態>
[固体撮像装置の構成]
図6は、本技術の第3の実施の形態における固体撮像装置の画素構造の一例を示す断面図である。この固体撮像装置は、二次元状に配列された複数の画素を有する。この第3の実施の形態における画素構造においては、上述の第2の実施の形態と比較して、層内レンズ141の配置が異なっている。一方、その他の構造については、上述の第2の実施の形態と同様である。
<3. Third Embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of a pixel structure of a solid-state imaging device according to the third embodiment of the present technology. This solid-state imaging device has a plurality of pixels arranged two-dimensionally. In the pixel structure in the third embodiment, the arrangement of the in-
図7は、本技術の第3の実施の形態における複数の層内レンズ141の配置例を示す平面図である。
FIG. 7 is a plan view illustrating an arrangement example of the plurality of
この例においては、層内レンズ141は単一画素に対して2×2個を配置した上で、層内レンズ141の位置を層内レンズ141の径の半分となる距離だけずらし、画素の中心位置に層内レンズ141を配置したものとなっている。すなわち、単一画素領域190に対する配置ピッチとしては、層内レンズ141を2×2個ずつ配置しているが、画素の中心に層内レンズ141が配置されるようにずらした配置となっている。
In this example, 2 × 2
この第3の実施の形態においては、稠密に配置した層内レンズ141の中に、画素の中央に位置する層内レンズ141が存在する。そのため、オンチップレンズ161により集光された光が、画素中央に配置された層内レンズ141を通過するようになる。これにより、感度の入射角依存を小さくすることができる。
In the third embodiment, the
このとき、オンチップレンズ161による集光スポットの径は、層内レンズ141の径よりも小さくなることが望ましい。そのため、オンチップレンズ161の曲率および高さは、この条件を満たすようにするべきである。
At this time, it is desirable that the diameter of the focused spot by the on-
なお、この例では、第2の実施の形態に対して層内レンズ141の配置をずらした構造を示したが、同様の配置を第1の実施の形態に対して適用してもよい。
In this example, the structure in which the arrangement of the in-
このように、本技術の第3の実施の形態によれば、画素の中央に層内レンズ141の中心を合わせるように配置することにより、反射光を分散させるだけでなく、感度の入射角依存を小さくすることができる。
As described above, according to the third embodiment of the present technology, by arranging the center of the
<4.第4の実施の形態>
[固体撮像装置の構成]
図8は、本技術の第4の実施の形態における固体撮像装置の画素構造の一例を示す断面図である。この固体撮像装置は、二次元状に配列された複数の画素を有する。この第4の実施の形態における画素構造は、上述の第2の実施の形態の画素構造に対して、層内レンズ141の配置個数を変更したものとなっている。一方、その他の構造については、上述の第2の実施の形態と同様である。
<4. Fourth Embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an example of a pixel structure of a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present technology. This solid-state imaging device has a plurality of pixels arranged two-dimensionally. The pixel structure in the fourth embodiment is obtained by changing the number of arranged
図9は、本技術の第4の実施の形態における複数の層内レンズ141の配置例を示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view illustrating an arrangement example of the plurality of
この例においては、層内レンズ141は、単一画素領域190に3×3個が配置され、単位画素当たり9個が配置される。この配置例では、画素と画素の境界領域に層内レンズ141を配置することなく、画素の中心に層内レンズ141が配置される。
In this example, 3 × 3
この第4の実施の形態においては、稠密に配置した層内レンズ141の中に、画素の中央に位置する層内レンズ141が存在する。そのため、感度の入射角依存を小さくできるとともに、画素と画素の境界領域に層内レンズ141が存在していないため、この領域に光が入射した場合でも隣接する画素間でのクロストークが発生しにくいという利点を有する。
In the fourth embodiment, the
このとき、オンチップレンズ161による集光スポットの径は、層内レンズ141の径よりも小さくなることが望ましい。そのため、オンチップレンズ161の曲率および高さは、この条件を満たすようにするべきである。
At this time, it is desirable that the diameter of the focused spot by the on-
層内レンズ141の配置個数については、個数を増加させるにつれ、反射光を分散させる効果を向上させることができるが、一方で、微小な層内レンズ141が多数存在する場合には、層内レンズ141を通過した光が散乱しやすくなる。そのため、オンチップレンズ161と層内レンズ141を合せた最適なレンズ設計を行うべきである。
As for the number of arranged
なお、この例では、第2の実施の形態に対して層内レンズ141の配置をずらした構造を示したが、同様の配置を第1の実施の形態に対して適用してもよい。
In this example, the structure in which the arrangement of the in-
このように、本技術の第4の実施の形態によれば、単一画素領域に配置される層内レンズ141の個数を調整することにより、画素の中心に層内レンズ141が配置されるようにすることができる。これにより、反射光を分散させるだけでなく、感度の入射角依存を小さくすることができる。また、さらに、隣接画素間のクロストークを抑制することができる。
As described above, according to the fourth embodiment of the present technology, the
<5.第5の実施の形態>
[固体撮像装置の構成]
図10は、本技術の第5の実施の形態における固体撮像装置の画素構造の一例を示す断面図である。この固体撮像装置は、二次元状に配列された複数の画素を有する。この第5の実施の形態における画素構造においては、有機光電変換膜122を用いた固体撮像装置において、位相差検出画素を有している。一方、複数の層内レンズ141の平面配置については、上述の第4の実施の形態と同様である。
<5. Fifth embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a pixel structure of a solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present technology. This solid-state imaging device has a plurality of pixels arranged two-dimensionally. In the pixel structure in the fifth embodiment, the solid-state imaging device using the organic
この第5の実施の形態においては、位相差検出画素における下部電極125が単一画素領域で二分割されており、二分割された下部電極125のうち、どちらか一方からの信号出力を出力させる。これとは別に、図示していない反対側の下部電極からの信号出力を行う別の位相差検出画素の信号出力を想定し、これらを一対として、入射角特性の異なる位相差検出画素の出力から位相差信号を得ることにより、自動焦点位置合わせを行うことが可能となる。
In the fifth embodiment, the
図11は、本技術の第5の実施の形態における固体撮像装置の理想的な集光状態の一例を示す断面図である。平行光入射時の入射光201は、オンチップレンズ161によって集光され、さらに層内レンズ141によって下部電極124の表面に焦点を結ぶようになされる。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an example of an ideal condensing state of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present technology.
この状態から、入射光角度が変化した場合には、位相差検出画素における焦点位置が図面の左右方向に移動し、左右分割した下部電極125の出力電圧が大きく変動し、入射角の変化に敏感な位相差信号の取得が可能になる。これにより、高精度な焦点位置合わせを行うことができる。
From this state, when the incident light angle changes, the focal position in the phase difference detection pixel moves in the horizontal direction of the drawing, the output voltage of the
なお、この例においては、オンチップレンズ161と層内レンズ141の高さや曲率を適正に形成し、層内レンズ141を透過した後の光の焦点位置を下部電極125の表面となるように設計する必要がある。
In this example, the height and curvature of the on-
このように、本技術の第5の実施の形態によれば、位相差検出画素における二分割された下部電極125を設けることにより、反射光を分散させるだけでなく、入射角の変化に敏感な位相差信号を取得して、高精度な焦点位置合わせを行うことができる。
As described above, according to the fifth embodiment of the present technology, by providing the divided
<6.第6の実施の形態>
[固体撮像装置の構成]
図12は、本技術の第6の実施の形態における固体撮像装置の画素構造の一例を示す断面図である。この固体撮像装置は、二次元状に配列された複数の画素を有する。この第6の実施の形態における画素構造においては、有機光電変換膜122を備えるとともに、シリコン基板111内にも光電変換部126および127が形成されている。一方、複数の層内レンズ141の平面配置については、上述の第4の実施の形態と同様である。
<6. Sixth Embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating an example of a pixel structure of a solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present technology. This solid-state imaging device has a plurality of pixels arranged two-dimensionally. In the pixel structure in the sixth embodiment, an organic
この第6の実施の形態においては、シリコン基板111内に、第1のシリコン基板内光電変換部126と第2のシリコン基板内光電変換部127とが積層して配置される。また、シリコン基板111上には、下部電極124と上部電極123に狭持された有機光電変換膜122が設けられる。上部電極123の上には、層内レンズ141が設けられる。層内レンズ141の上には、層間絶縁膜151を介してオンチップレンズ161が配置される。なお、光電変換部126および127は、特許請求の範囲に記載の他の光電変換部の一例である。
In the sixth embodiment, a first in-silicon substrate
この第6の実施の形態では、光電変換部126および127をシリコン基板111内に配置することにより、有機光電変換膜122で光電変換された波長領域の光を除く波長領域の光を、さらにシリコン基板111内において検波することができる。
In the sixth embodiment, by arranging the
なお、この例に示すように、シリコン基板111内に、光電変換部126および127が2層に配置されている場合には、有機光電変換膜122とあわせて3層の光電変換部が積層されたことになる。したがって、単一画素から異なる3波長領域の光電変換信号を出力することが可能となる。
As shown in this example, in the case where the
このように、本技術の第6の実施の形態では、有機光電変換膜122に加えて、シリコン基板111内にも光電変換部126および127を形成することにより、単一画素から複数波長域の信号出力を可能にする。このような、単一画素から複数波長域の信号出力を可能にする構造においても、層内レンズ141を用いて反射光を分散させることができる。
As described above, in the sixth embodiment of the present technology, in addition to the organic
<7.第7の実施の形態>
[固体撮像装置の構成]
図13は、本技術の第7の実施の形態における固体撮像装置の画素構造の一例を示す断面図である。この固体撮像装置は、二次元状に配列された複数の画素を有する。この第7の実施の形態における画素構造においては、シリコン基板111内に光電変換部121を備える。光電変換部121の上には、第1の層間絶縁膜131を介して層内レンズ142が形成される。また、層内レンズ142の上には第2の層間絶縁膜151を介してオンチップレンズ162が形成される。
<7. Seventh Embodiment>
[Configuration of solid-state imaging device]
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a pixel structure of a solid-state imaging device according to the seventh embodiment of the present technology. This solid-state imaging device has a plurality of pixels arranged two-dimensionally. In the pixel structure according to the seventh embodiment, a
オンチップレンズ162は、層内レンズ142とは大きさが異なる。複数のオンチップレンズ162は、複数の層内レンズ142と並行な平面上において、単一画素内に少なくとも2つずつの割合で稠密に配置される。なお、オンチップレンズ162は、特許請求の範囲に記載の第1のレンズの一例である。また、層内レンズ142は、特許請求の範囲に記載の第2のレンズの一例である。
The on-
図14は、本技術の第7の実施の形態における複数のオンチップレンズ162の配置例を示す平面図である。
FIG. 14 is a plan view illustrating an arrangement example of the plurality of on-
この例においては、単一画素領域190に複数のオンチップレンズ162が縦3個×横3個の合計9個が配置される。一方、複数の層内レンズ142は、この例では、各画素に1つずつ配置される。すなわち、層内レンズ142およびオンチップレンズ162は、配置されるピッチが異なる。
In this example, a plurality of on-
固体撮像装置に入射した光は、オンチップレンズ162の表面およびシリコン基板111の面のそれぞれで反射する。画素サイズよりも小さいオンチップレンズ162を配置することにより、オンチップレンズ162の表面からの反射光は、層内レンズ142からの反射光の反射回折角よりも大きな角度となる。すなわち、オンチップレンズ162の表面とシリコン基板111の面からの反射光の回折角度が異なるため、両反射光が互いに強め合うことが無くなり、反射光の強度を低下させることが可能になる。
The light that has entered the solid-state imaging device is reflected by each of the surface of the on-
この第7の実施の形態においては、オンチップレンズ162を単位画素当たり3×3個配置しているが、これに限定されるものではない。すなわち、この配置個数をK×L個と表したとき、KまたはLの一方は2以上の整数であり、他方は1以上の整数とすることが可能である。
In the seventh embodiment, 3 × 3 on-
なお、この第7の実施の形態ではシリコン基板111内に光電変換部121を設けた固体撮像装置に適用した例について説明したが、上述の第2乃至第6の実施の形態のように有機光電変換膜を設けた固体撮像装置に適用してもよい。
In the seventh embodiment, the example applied to the solid-state imaging device in which the
このように、本技術の第7の実施の形態によれば、画素サイズよりも小さいオンチップレンズ162を配置することにより、反射光の強度を低下させて、ゴースト強度を弱めることができる。
As described above, according to the seventh embodiment of the present technology, by arranging the on-
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。 The above-described embodiment shows an example for embodying the present technology, and the matters in the embodiment and the invention-specific matters in the claims have a corresponding relationship. Similarly, the invention specific matter in the claims and the matter in the embodiment of the present technology having the same name as this have a corresponding relationship. However, the present technology is not limited to the embodiment, and can be embodied by making various modifications to the embodiment without departing from the gist thereof.
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。 In addition, the effect described in this specification is an illustration to the last, Comprising: It does not limit and there may exist another effect.
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)二次元状に配列された複数の画素の上面に配置される複数の第1のレンズと、
前記複数の第1のレンズとは大きさが異なり前記複数の第1のレンズの下方において前記複数の画素の各々に対して少なくとも2つずつの割合で配置される複数の第2のレンズと、
前記複数の第2のレンズの下方において前記複数の画素の各々に対して配置される複数の光電変換部と
を具備する固体撮像装置。
(2)前記複数の第2のレンズは、前記複数の第1のレンズと並行な平面上において稠密に配置される
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)前記複数の第2のレンズは、前記複数の画素の各々の中心に前記複数の第2のレンズの何れかの中心が一致するように配置される
前記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
(4)前記複数の光電変換部は、上部電極と下部電極との間に設けられた有機光電変換膜からなる
前記(1)から(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(5)前記複数の画素は、位相差信号を取得するための画素を含み、
前記位相差信号を取得するための画素に対応する前記下部電極は、入射光の光軸に対して偏った方向に形成領域を有する第1の下部電極と、前記光軸に対して前記第1の下部電極とは反対側に偏った方向に形成領域を有する第2の下部電極とに分割されて形成される
前記(4)に記載の固体撮像装置。
(6)前記位相差信号を取得するための画素に対応する前記下部電極は、その表面に前記入射光の焦点位置を有する
前記(5)に記載の固体撮像装置。
(7)前記複数の光電変換部の下方に設けられるシリコン基板と、
前記シリコン基板内に設けられて前記複数の光電変換部とは異なる複数の他の光電変換部とを
さらに具備する前記(1)から(4)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(8)前記複数の第1のレンズは、前記複数の画素の各々に対して少なくとも2つずつの割合で配置される
前記(1)から(7)のいずれかに記載の固体撮像装置。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1) a plurality of first lenses disposed on the top surfaces of a plurality of pixels arranged two-dimensionally;
A plurality of second lenses that are different in size from the plurality of first lenses and are arranged at a ratio of at least two for each of the plurality of pixels below the plurality of first lenses;
A solid-state imaging device comprising: a plurality of photoelectric conversion units arranged for each of the plurality of pixels below the plurality of second lenses.
(2) The solid-state imaging device according to (1), wherein the plurality of second lenses are densely arranged on a plane parallel to the plurality of first lenses.
(3) In the (1) or (2), the plurality of second lenses are arranged so that the centers of any of the plurality of second lenses coincide with the centers of the plurality of pixels. The solid-state imaging device described.
(4) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (3), wherein the plurality of photoelectric conversion units include an organic photoelectric conversion film provided between an upper electrode and a lower electrode.
(5) The plurality of pixels include pixels for obtaining a phase difference signal,
The lower electrode corresponding to the pixel for acquiring the phase difference signal includes a first lower electrode having a formation region in a direction biased with respect to an optical axis of incident light, and the first electrode with respect to the optical axis. The solid-state imaging device according to (4), wherein the solid-state imaging device is formed by being divided into a second lower electrode having a formation region in a direction biased to the opposite side to the lower electrode.
(6) The solid-state imaging device according to (5), wherein the lower electrode corresponding to the pixel for acquiring the phase difference signal has a focal position of the incident light on a surface thereof.
(7) a silicon substrate provided below the plurality of photoelectric conversion units;
The solid-state imaging device according to any one of (1) to (4), further including a plurality of other photoelectric conversion units provided in the silicon substrate and different from the plurality of photoelectric conversion units.
(8) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (7), wherein the plurality of first lenses are arranged at a ratio of at least two for each of the plurality of pixels.
111 シリコン基板
121、126、127 光電変換部
122 有機光電変換膜
123 上部電極
124、125 下部電極
131、151 層間絶縁膜
141、142 層内レンズ
161、162 オンチップレンズ
190 単一画素領域
Claims (8)
前記複数の第1のレンズとは大きさが異なり前記複数の第1のレンズの下方において前記複数の画素の各々に対して少なくとも2つずつの割合で配置される複数の第2のレンズと、
前記複数の第2のレンズの下方において前記複数の画素の各々に対して配置される複数の光電変換部と
を具備する固体撮像装置。 A plurality of first lenses disposed on the top surfaces of a plurality of pixels arranged in a two-dimensional manner;
A plurality of second lenses that are different in size from the plurality of first lenses and are arranged at a ratio of at least two for each of the plurality of pixels below the plurality of first lenses;
A solid-state imaging device comprising: a plurality of photoelectric conversion units arranged for each of the plurality of pixels below the plurality of second lenses.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the plurality of second lenses are densely arranged on a plane parallel to the plurality of first lenses.
請求項1記載の固体撮像装置。 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the plurality of second lenses are arranged such that any one of the plurality of second lenses coincides with a center of each of the plurality of pixels.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the plurality of photoelectric conversion units include an organic photoelectric conversion film provided between an upper electrode and a lower electrode.
前記位相差信号を取得するための画素に対応する前記下部電極は、入射光の光軸に対して偏った方向に形成領域を有する第1の下部電極と、前記光軸に対して前記第1の下部電極とは反対側に偏った方向に形成領域を有する第2の下部電極とに分割されて形成される
請求項4記載の固体撮像装置。 The plurality of pixels include pixels for acquiring a phase difference signal,
The lower electrode corresponding to the pixel for acquiring the phase difference signal includes a first lower electrode having a formation region in a direction biased with respect to an optical axis of incident light, and the first electrode with respect to the optical axis. 5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the solid-state imaging device is divided and formed into a second lower electrode having a formation region in a direction biased to the opposite side of the lower electrode.
請求項5記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the lower electrode corresponding to the pixel for acquiring the phase difference signal has a focal position of the incident light on a surface thereof.
前記シリコン基板内に設けられて前記複数の光電変換部とは異なる複数の他の光電変換部とを
さらに具備する請求項1記載の固体撮像装置。 A silicon substrate provided below the plurality of photoelectric conversion units;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a plurality of other photoelectric conversion units provided in the silicon substrate and different from the plurality of photoelectric conversion units.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the plurality of first lenses are arranged in a ratio of at least two for each of the plurality of pixels.
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