JP4867160B2 - Photoelectric conversion element and photoelectric conversion device - Google Patents

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本発明は、例えば、電荷転送型固体撮像素子に好適な光電変換素子及び光電変換装置に関するものである。   The present invention relates to a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion apparatus suitable for, for example, a charge transfer type solid-state imaging element.

図7に示す従来の電荷転送型(CCD:Charge Coupled Device)固体撮像素子62においては、光センサ部56における光の感度を向上させる手段(集光手段)として、各画素部66上にオンチップレンズ51を形成している(後述の特許文献1を参照)。   In the conventional charge transfer device (CCD) solid-state imaging device 62 shown in FIG. 7, on-chip is provided on each pixel unit 66 as a means (light collecting means) for improving the sensitivity of light in the photosensor unit 56. A lens 51 is formed (see Patent Document 1 described later).

半導体基板70のイメージエリアには複数の画素部66がアレイ状に形成されているが、ここでは、代表して1つの画素部66付近の構造を説明する。   A plurality of pixel portions 66 are formed in an array in the image area of the semiconductor substrate 70, but here, the structure near one pixel portion 66 will be described as a representative.

この画素部66では、SiからなるN-型の半導体基板70に、N+型の導電領域である電荷転送路領域72と光センサ部56とが形成されており、この光センサ部56ではN+型電荷蓄積部58とP+型領域63とのpn接合によって電荷発生部60(フォトダイオード)が形成されている。光センサ部56の上に形成されたゲート絶縁膜71上には光センサ部56に隣接して電荷転送電極55が形成され、電荷転送路領域72との組によって垂直レジスタ部(VCCD:Vertical Charge Coupled Devise:以下、同様とする。)55が垂直転送ゲートとして構成されている。なお、チャネルストッパなどの図示は省略する。 In the pixel portion 66, a charge transfer path region 72, which is an N + -type conductive region, and a photosensor portion 56 are formed on an N -type semiconductor substrate 70 made of Si. A charge generation unit 60 (photodiode) is formed by a pn junction between the + type charge storage unit 58 and the P + type region 63. On the gate insulating film 71 formed on the photosensor unit 56, a charge transfer electrode 55 is formed adjacent to the photosensor unit 56, and in combination with the charge transfer path region 72, a vertical register unit (VCCD: Vertical Charge) is formed. Coupled Devise: The same applies hereinafter.) 55 is configured as a vertical transfer gate. Note that illustration of a channel stopper and the like is omitted.

また、垂直レジスタ部55上には、電荷転送路領域72へ光を入射させないための遮光膜54が絶縁膜64を介して設けられ、更にその上に、平坦化絶縁膜である透明絶縁層73、保護膜59、例えばグリーン(G)のカラーフィルタ部とこれに隣接したレッド(R)及びブルー(B)のカラーフィルタ部からなるカラーフィルタ52、及び入射光の集光率向上のための凸レンズ部61からなるオンチップレンズ51が形成されている。   Further, on the vertical register portion 55, a light shielding film 54 for preventing light from entering the charge transfer path region 72 is provided via an insulating film 64, and further, a transparent insulating layer 73 which is a planarizing insulating film is provided thereon. , A protective film 59, for example, a color filter 52 composed of a green (G) color filter portion and red (R) and blue (B) color filter portions adjacent thereto, and a convex lens for improving the condensing rate of incident light An on-chip lens 51 composed of a portion 61 is formed.

このカラーフィルタ52は、例えば、顔料分散型フォトレジストを各色毎にスピンコートし、露光、現像処理をすることによって形成する。   The color filter 52 is formed, for example, by spin-coating a pigment-dispersed photoresist for each color, and performing exposure and development processing.

こうした構造において、外部から電荷転送型固体撮像素子62内に入射する入射光65は、図中で矢印で示すように、オンチップレンズ51の凸レンズ部61によって集光されて光センサ部56に到達し、ここで光電変換される。   In such a structure, incident light 65 incident on the charge transfer type solid-state imaging device 62 from the outside is condensed by the convex lens portion 61 of the on-chip lens 51 and reaches the optical sensor portion 56 as indicated by an arrow in the figure. Here, photoelectric conversion is performed.

図7に示した電荷転送型固体撮像素子62はインターライン型に構成されているが、入射光65が高輝度である場合、その光照射によりフォトダイオード60で発生して光センサ部56の電荷蓄積部58に蓄積されるべき光電子が電荷転送路72へ直接混入し、画像情報に変換した際に、筋状のノイズとなって現れるスミアという現象が生じることがある。   Although the charge transfer type solid-state imaging device 62 shown in FIG. 7 is configured as an interline type, when the incident light 65 has high luminance, the charge of the photosensor unit 56 is generated by the photodiode 60 due to the light irradiation. When photoelectrons to be accumulated in the accumulation unit 58 are directly mixed into the charge transfer path 72 and converted into image information, a phenomenon called smear that appears as streak noise may occur.

このようなスミアは、固体撮像素子の構造に大きく依存するものであって、光入力の垂直方向の大きさに比例すること、飽和照度以下でも発生し、入射する光の強さに比例すること、入射する光の波長が長いほど大きく現れること、といった特徴を有する。   Such smear is highly dependent on the structure of the solid-state imaging device, and is proportional to the vertical size of the light input, and is generated even below the saturation illuminance and proportional to the intensity of the incident light. , The longer the wavelength of the incident light, the larger it appears.

また、スミアは、例えば、強い光が入射した領域の基板深部で多量の電荷が発生し、その一部が拡散によって垂直レジスタ部に達することによって発生するが、垂直レジスタ部に侵入した光が電荷に変換されて電荷転送時に他の画素からの信号電荷に混入して生じることもある。   Smear is generated, for example, when a large amount of charge is generated in the deep part of the substrate in a region where strong light is incident, and a part of it reaches the vertical register part by diffusion, but light that has entered the vertical register part is charged. May be mixed with signal charges from other pixels during charge transfer.

他方、高輝度の光照射により、フォトダイオード(光センサ部)から溢れた電子が電荷転送路領域へ漏れ、画像情報に変換した際に、高輝度光源の周辺も白く明るく見えるブルーミングというノイズが発生することもある。   On the other hand, due to irradiation of high-intensity light, electrons overflowing from the photodiode (photosensor unit) leak into the charge transfer path region, and when converted to image information, noise occurs in blooming that makes the periphery of the high-intensity light source appear white and bright. Sometimes.

このようなスミアやブルーミングを発生させないためには、例えば1〜2Luxの安定照度で光照射することが必要であるが、特に200〜300Lux以上と高輝度の光照射では、その発生を防止することができない。   In order to prevent such smearing and blooming from occurring, it is necessary to irradiate light with a stable illuminance of, for example, 1 to 2 Lux. In particular, light irradiation with high luminance of 200 to 300 Lux or higher should be prevented. I can't.

そこで、スミアを抑制するには、図8に示すように、遮光膜54の開口端と電荷転送路領域72との距離d1を拡げることや、遮光膜54とSi基板70との間のゲート絶縁膜71の厚さd2を薄くし、可能な限りフォトダイオードの表面(pn接合)と遮光膜54との距離を近づけることといった方策が取られてきている。   Therefore, in order to suppress smear, as shown in FIG. 8, the distance d1 between the opening end of the light shielding film 54 and the charge transfer path region 72 is increased, or the gate insulation between the light shielding film 54 and the Si substrate 70 is performed. Measures have been taken to reduce the thickness d2 of the film 71 and to reduce the distance between the surface of the photodiode (pn junction) and the light shielding film 54 as much as possible.

このように、遮光膜54の開口端と電荷転送路領域72との距離d1を拡げる構造としては、例えば、半導体領域(基板)内に光センサ部を構成する不純物拡散領域を形成する際に、この不純物拡散領域の幅を、通常の幅よりも大に形成した構造がある(後述の特許文献2を参照)。   As described above, as a structure that increases the distance d1 between the opening end of the light shielding film 54 and the charge transfer path region 72, for example, when forming an impurity diffusion region that constitutes a photosensor portion in a semiconductor region (substrate). There is a structure in which the width of this impurity diffusion region is formed larger than a normal width (see Patent Document 2 described later).

また、ブルーミングを抑制するには、図8に示すように、フォトダイオードと電荷転送路領域72との距離d3を離すことや、余剰電荷を掃き捨てるためのオーバーフロードレイン(図示せず)へ電荷が流れ易くすることが行われている。   In order to suppress blooming, as shown in FIG. 8, the distance d3 between the photodiode and the charge transfer path region 72 is increased, or an overflow drain (not shown) for sweeping away excess charge is charged. It has been made easier to flow.

このように、余剰電荷を掃き捨てるためのオーバーフロードレインを設けた構造としては、例えば、メカニカルシャッタを用いて露光時間を制御するデジタルスチルカメラにおいて、光センサ部から垂直レジスタ部に信号電荷を読み出すのに先立って、光センサ部から垂直レジスタ部に読み出された信号電荷を転送するときの転送スピードよりも高速に、垂直レジスタ部中の電荷を水平レジスタ部に転送して隣接したオーバーフロードレインから掃き出すことによって、第1フィールド側の掃き出し転送期間を第2フィールド側の掃き出し転送期間よりも長くすることが知られている(後述の特許文献3を参照)。   As described above, for example, in a digital still camera that controls the exposure time using a mechanical shutter, the signal charge is read from the optical sensor unit to the vertical register unit as a structure provided with an overflow drain for sweeping away surplus charges. Prior to the transfer, the charges in the vertical register unit are transferred to the horizontal register unit and swept out from the adjacent overflow drain at a speed higher than the transfer speed for transferring the signal charge read from the optical sensor unit to the vertical register unit. Thus, it is known that the sweep transfer period on the first field side is longer than the sweep transfer period on the second field side (see Patent Document 3 described later).

こうしたオーバーフロードレインを設けずに、光センサ部に入射する光量自体を抑制して最適化する構造も提案されている(後述の特許文献4を参照)。   There has also been proposed a structure that suppresses and optimizes the amount of light incident on the optical sensor without providing such an overflow drain (see Patent Document 4 described later).

この構造では、光センサ部上に集光レンズとなる液晶レンズを設けたオンチップレンズ構造とし、各液晶レンズに印加する電圧値を決定し、その電圧を各液晶レンズに印加して屈折率を可変し、入射光量を抑制したものである。   In this structure, an on-chip lens structure in which a liquid crystal lens serving as a condensing lens is provided on the optical sensor unit, a voltage value to be applied to each liquid crystal lens is determined, and the refractive index is determined by applying the voltage to each liquid crystal lens. It is variable and the amount of incident light is suppressed.

特開2003−332546号公報(第1欄45行目〜第2欄35行目、図7、図8)JP 2003-332546 A (first column 45th line to second column 35th line, FIGS. 7 and 8) 特開平10−209423号公報(第4欄16〜28行目、図2、図3)Japanese Patent Laid-Open No. 10-209423 (column 4, lines 16 to 28, FIGS. 2 and 3) 特開2001−148809号公報(第6欄29行目〜第8欄24行目、図1)JP 2001-148809 A (6th column 29th line to 8th column 24th line, FIG. 1) 特開平5−326903号公報(第2欄50行目〜第3欄25行目、図1)JP-A-5-326903 (second column, line 50 to third column, line 25, FIG. 1)

しかしながら、電荷転送型固体撮像素子の小型化及び多画素化に伴い、1画素当りのサイズが縮小してきたために、上記した特許文献2、3に示された構造では、それを実現するための充分なマージンがなく、逆にスミア及びブルーミングを減らす効果が悪化している状況にある。   However, since the size per pixel has been reduced along with the reduction in size and the number of pixels of the charge transfer type solid-state imaging device, the structures shown in Patent Documents 2 and 3 described above are sufficient to realize this. There is no margin, and conversely, the effect of reducing smear and blooming is getting worse.

また、上記の特許文献4に示すオンチップレンズ構造では、液晶レンズに入射する光量の変化(特に高輝度領域)に対応して印加電圧を変化させる必要があるので、実際上、入射光量が予め判別している時にのみ適用可能である。しかも、液晶レンズ中において光の減衰や乱反射が発生し易くなり、また、液晶レンズを基板上に設ける必要があって、その組み込みが難しい。   Further, in the on-chip lens structure shown in Patent Document 4 above, it is necessary to change the applied voltage in response to a change in the amount of light incident on the liquid crystal lens (particularly in a high luminance region). Applicable only when discriminating. In addition, light attenuation and irregular reflection are likely to occur in the liquid crystal lens, and it is necessary to provide the liquid crystal lens on the substrate, which is difficult to incorporate.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、スミアやブルーミング等のノイズの発生を効果的に抑制すると共に、その抑制手段を簡易に組み込むことができる、光電変換素子及び光電変換装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to effectively suppress the generation of noise such as smear and blooming, and to easily incorporate the suppression means. And providing a photoelectric conversion device.

即ち、本発明は、光感知部への入射光を光電変換する光電変換素子において、前記光感知部の光入射側に、光照射パワーに対して光透過率が非線形に変化する特性を有する逆可飽和吸収体が配置されていることを特徴とする光電変換素子に係わるものである。   That is, the present invention relates to a photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident light to a light sensing unit, and has a characteristic that light transmittance changes nonlinearly with respect to light irradiation power on the light incident side of the light sensing unit. The present invention relates to a photoelectric conversion element in which a saturable absorber is disposed.

本発明は又、光感知部への入射光を光電変換する光電変換素子の複数個が配列されている光電変換装置において、前記光感知部の光入射側に、光照射パワーに対して光透過率が非線形に変化する特性を有する逆可飽和吸収体が配置されていることを特徴とする光電変換装置に係わるものである。   The present invention also provides a photoelectric conversion device in which a plurality of photoelectric conversion elements that photoelectrically convert incident light to the light sensing unit are arranged, and transmits light with respect to light irradiation power on the light incident side of the light sensing unit. The present invention relates to a photoelectric conversion device characterized in that an inverse saturable absorber having a characteristic in which the rate changes nonlinearly is disposed.

本発明の光電変換素子及び光電変換装置によれば、前記光感知部の光入射側に、光照射パワーに対して光透過率が非線形に変化する特性を有する逆可飽和吸収体が配置されているので、この逆可飽和吸収体が、光照射パワーが高いときには光透過率が低くなるように光透過率を非線形に抑制することができる。この結果、光照射パワーの高い光が光感知部へ必要以上に透過するのを抑制することができるので、常に適切な量で光キャリアを発生させることができ、光電変換特性を良好に維持できることによって、スミアやブルーミングの発生を抑制することができる。しかも、これを前記逆可飽和吸収体を配置するだけで容易かつ簡易に実現することができる。   According to the photoelectric conversion element and the photoelectric conversion device of the present invention, the reverse saturable absorber having the characteristic that the light transmittance changes nonlinearly with respect to the light irradiation power is disposed on the light incident side of the light sensing unit. Therefore, this reverse saturable absorber can suppress the light transmittance nonlinearly so that the light transmittance is low when the light irradiation power is high. As a result, it is possible to suppress light with high light irradiation power from being transmitted to the light sensing unit more than necessary, so that it is possible to always generate an optical carrier in an appropriate amount and maintain good photoelectric conversion characteristics. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of smear and blooming. Moreover, this can be realized easily and simply by disposing the reverse saturable absorber.

本発明においては、本発明の目的を実現する上で、前記逆可飽和吸収体が、光照射パワーが高いときには光透過率が低くなるように光透過パワーを非線形に抑制すると同時に、光照射パワーが低いときには光照射パワーに対して光透過率が線形に変化するのが望ましい。   In the present invention, in order to realize the object of the present invention, the reverse saturable absorber suppresses the light transmission power nonlinearly so that the light transmittance is low when the light irradiation power is high. When is low, it is desirable that the light transmittance changes linearly with respect to the light irradiation power.

また、構造の簡易化のためには、前記逆可飽和吸収体の単独層が前記光感知部の光入射側に配置されているのがよい。   Further, in order to simplify the structure, it is preferable that the single layer of the reverse saturable absorber is disposed on the light incident side of the light sensing unit.

或いは、前記逆可飽和吸収体が、前記光感知部の光入射側に配置された光フィルタに含有されていてもよいし、前記光感知部への入射光の集光レンズに含有されていてもよい。   Alternatively, the reverse saturable absorber may be contained in an optical filter disposed on the light incident side of the light sensing unit, or may be contained in a condensing lens for incident light on the light sensing unit. Also good.

本発明に使用可能な前記逆可飽和吸収体は、フラーレン及びフェニルアセチレン等からなる群より選ばれた少なくとも一種の化合物からなるのが望ましく、この化合物が重合体を形成しているのが望ましい。   The reverse saturable absorber usable in the present invention is preferably composed of at least one compound selected from the group consisting of fullerene and phenylacetylene, and it is desirable that this compound forms a polymer.

また、前記光感知部が、半導体基板に形成されたpn接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなり、またこの場合に、前記光感知部に隣接して電荷転送路が形成されているのが望ましく、前記光感知部が画素となる電荷転送型(CCD)固体撮像素子を構成するのがよい。   In addition, the light sensing unit includes a charge generation unit and a charge storage unit formed of a pn junction formed on a semiconductor substrate, and in this case, a charge transfer path is formed adjacent to the light sensing unit. It is desirable to construct a charge transfer type (CCD) solid-state imaging device in which the light sensing unit is a pixel.

また、前記光感知部の複数個がアレイ状に配列され、このアレイに隣接して電荷転送路が形成されているのがよい。   Further, it is preferable that a plurality of the light sensing units are arranged in an array, and a charge transfer path is formed adjacent to the array.

なお、本発明においては、光電変換素子の集合体が光電変換装置を構成するものであるが、特に撮像用の光電変換装置については電荷転送型固体撮像素子と称することがある。   In the present invention, an aggregate of photoelectric conversion elements constitutes a photoelectric conversion device. In particular, a photoelectric conversion device for imaging may be referred to as a charge transfer type solid-state imaging device.

次に、本発明の好ましい実施の形態を、図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。   Next, a preferred embodiment of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.

第1の実施の形態
図1〜図3は、本発明の第1の実施の形態を示すものである。
First Embodiment FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of the present invention.

図1(A)は、本実施の形態による電荷転送型固体撮像素子12a(光電変換素子)の構造を示すが、光センサ部6(光感知部)における光の感度を向上させるために、各画素部16上にオンチップレンズ1(集光レンズ)が形成されている。   FIG. 1A shows the structure of the charge transfer type solid-state imaging device 12a (photoelectric conversion device) according to the present embodiment. In order to improve the sensitivity of light in the photosensor unit 6 (photodetection unit), FIG. On-chip lens 1 (condensing lens) is formed on pixel portion 16.

ここで、半導体基板20上には、イメージエリアを構成する複数個の画素部16がアレイ状に配列されているが、図1(A)においては、代表して1つの画素部16(光電変換素子)の付近の構造を説明する。   Here, a plurality of pixel portions 16 constituting an image area are arranged in an array on the semiconductor substrate 20, but one pixel portion 16 (photoelectric conversion) is representatively shown in FIG. The structure near the device will be described.

この画素部16においては、SiからなるN-型の半導体基板20に、N+型の導電領域である電荷転送路領域22と光センサ部6とが形成されており、この光センサ部6においてpn接合からなる電荷発生部10がN+型電荷蓄積部8とP+型領域13とによって形成されている。光センサ部6の上にゲート絶縁膜21が形成され、この光センサ部6に隣接して垂直レジスタ部(VCCD)5の電荷転送領域22と転送ゲート電極5とが形成されている。 In the pixel portion 16, a charge transfer path region 22, which is an N + type conductive region, and an optical sensor unit 6 are formed on an N type semiconductor substrate 20 made of Si. A charge generation unit 10 formed of a pn junction is formed by the N + type charge storage unit 8 and the P + type region 13. A gate insulating film 21 is formed on the photosensor unit 6, and a charge transfer region 22 and a transfer gate electrode 5 of the vertical register unit (VCCD) 5 are formed adjacent to the photosensor unit 6.

また、垂直レジスタ部5上には、電荷転送路領域22(電荷転送路)へ光を入射させないための遮光膜4が絶縁膜14を介して設けられ、更にその上に、平坦化絶縁膜である透明絶縁層23、プラズマCVD(化学的気相成長)によるSiN保護膜9、グリーン(G)のフィルタ部とレッド(R)及びブルー(B)のフィルタ部とからなるカラーフィルタ2(光フィルタ)、及び凸レンズ部11の集合体であって入射光の集光率を向上させるためのオンチップレンズ1が形成されている。   Further, a light shielding film 4 for preventing light from entering the charge transfer path region 22 (charge transfer path) is provided on the vertical register portion 5 via an insulating film 14, and further, a planarizing insulating film is provided thereon. A color filter 2 (optical filter) comprising a transparent insulating layer 23, a SiN protective film 9 formed by plasma CVD (chemical vapor deposition), a green (G) filter portion, and red (R) and blue (B) filter portions. ), And an on-chip lens 1 for improving the condensing rate of incident light.

なお、チャンネルストッパ等は図示省略するが、光センサ部6と電荷転送路領域22との間の表面域には不純物をドープしてP型化しておくこと(図示せず)により、非転送時に光センサ部6から電荷転送路領域22へ電荷が移動するのを防止している。   Although a channel stopper or the like is not shown in the figure, the surface region between the optical sensor unit 6 and the charge transfer path region 22 is doped with an impurity to form a P-type (not shown), so that it is not transferred. Electric charges are prevented from moving from the photosensor unit 6 to the charge transfer path region 22.

カラーフィルタ2は、例えば、顔料分散型フォトレジストを各色毎にスピンコートした後、露光、現像処理を行うことによって形成する。   The color filter 2 is formed, for example, by spin-coating a pigment-dispersed photoresist for each color and then performing exposure and development processing.

また、図中に一点鎖線で示すように、凸部及び凹部の組み合わせからなる層内レンズ3を透明絶縁層23内に形成すれば、入射光の集光特性を更に向上することができる。   Further, as shown by the alternate long and short dash line in the figure, if the inner lens 3 composed of a combination of a convex portion and a concave portion is formed in the transparent insulating layer 23, the condensing characteristic of incident light can be further improved.

このように、光センサ部6(フォトダイオード)、電荷転送路領域22、垂直レジスタ部5(電荷転送電極)、遮光膜4及び透明絶縁膜23(平坦化絶縁膜)等は、図7に示した従来の電荷転送型(CCD)固体撮像素子と同様の構成からなる。   As described above, the optical sensor unit 6 (photodiode), the charge transfer path region 22, the vertical register unit 5 (charge transfer electrode), the light shielding film 4, the transparent insulating film 23 (flattened insulating film), and the like are shown in FIG. The conventional charge transfer type (CCD) solid-state imaging device has the same configuration.

本実施の形態において、注目すべきことは、電荷転送型固体撮像素子12aの平坦化透明絶縁膜23上の保護膜9上に、カラーフィルタ2との間に、例えば、スピン塗布等により平坦層を兼ねる逆可飽和吸収体の単独層7が形成されていることである。   In this embodiment, it should be noted that a flat layer is formed between the color filter 2 and the protective film 9 on the flattening transparent insulating film 23 of the charge transfer type solid-state imaging device 12a, for example, by spin coating or the like. That is, the single layer 7 of the reverse saturable absorber that also serves as the above is formed.

この逆可飽和吸収体層7の材質としては、例えば、フラーレン(C60)及びフェニルアセチレン等からなる群より選ばれた少なくとも一種の化合物又はその重合体、例えばフラーレン重合体、ポリフェニルアセチレンを用いることができる。また、その結晶の微粉体をポリイミドやPMMA(ポリメチルメタクリレート)のような有機樹脂に分散させて使用することも可能である。 As a material of the reverse saturable absorber layer 7, for example, at least one compound selected from the group consisting of fullerene (C 60 ) and phenylacetylene, or a polymer thereof, for example, fullerene polymer, polyphenylacetylene is used. be able to. It is also possible to use the fine powder of crystals dispersed in an organic resin such as polyimide or PMMA (polymethyl methacrylate).

この逆可飽和吸収体層7を形成した後に、カラーフィルタ2、オンチップマイクロレンズ1を公知の露光技術等により形成することができる。   After forming the reverse saturable absorber layer 7, the color filter 2 and the on-chip microlens 1 can be formed by a known exposure technique or the like.

また、この逆可飽和吸収体層7は、図1(B)に示すように、カラーフィルタ2の上層に挿入することも可能である。或いは、遮光膜4上の平坦化透明絶縁層23の下層として設けることもできる。   Further, the reverse saturable absorber layer 7 can be inserted into the upper layer of the color filter 2 as shown in FIG. Alternatively, it can be provided as a lower layer of the planarized transparent insulating layer 23 on the light shielding film 4.

こうした逆可飽和吸収体層7は、光照射パワーPA(光照射強度)と光透過パワーPB(光透過率)との間に図2に示す如き相関特性を有している。 Such a reverse saturable absorber layer 7 has a correlation characteristic as shown in FIG. 2 between the light irradiation power P A (light irradiation intensity) and the light transmission power P B (light transmittance).

即ち、光照射パワーPAが低いときには、光照射パワーPAと光透過率PBとの間に線形性をもち、光照射パワーPAがある値PA1を超えて高くなると、光透過率が非線形に低下する、という特徴を持つ。 That is, when the light irradiation power P A is low, have a linearity between the light irradiation power P A and the light transmittance P B, becomes higher than the value P A1 there is light irradiation power P A, the light transmittance The characteristic is that it decreases nonlinearly.

具体的には、逆可飽和吸収体層7を形成しない時には、図中の直線Aから破線Bに連続した直線で示すように、光照射パワーPAが増加するのに伴って光透過パワーPBも線形的に増加するので、光照射パワーPAがある値PA1を超えて高くなると、光センサ部6へ透過する光透過パワーPBが過度になり、過度な入射光量によって上述したスミアやブルーミングを抑制することができない。 Specifically, when the reverse saturable absorber layer 7 is not formed, the light transmission power P A increases as the light irradiation power PA increases as shown by the straight line continuous from the straight line A to the broken line B in the figure. Since B also increases linearly, when the light irradiation power P A becomes higher than a certain value P A1 , the light transmission power P B transmitted to the optical sensor unit 6 becomes excessive, and the above smear is caused by an excessive incident light amount. And blooming cannot be suppressed.

しかし、本実施の形態において逆可飽和吸収体層7を設けていることによって、図中の曲線Cに示すように、光照射パワーPAがPA1(例えば100lux)を超えると、その後は光透過パワーPBが非線形的に徐々に低下するようになり、光透過パワーPBとしてスミア等を発生しないPB1(例えば50lux)以下に保持される。これによって、照射パワーPAが高くなっても、光感知部への透過光の光透過パワーPBを抑え、スミアやブルーミングが生じない適度な入射光量に抑制でき、適切な光電変換特性を維持することができる。従って、この固体撮像素子の動作中に、入射光量(又は強度)が変動しても、常に良好な光電変換特性を得ることができる。 However, by providing the reverse saturable absorber layer 7 in the present embodiment, when the light irradiation power P A exceeds P A1 (for example, 100 lux) as shown by the curve C in the figure, the light is thereafter emitted. The transmission power P B gradually decreases nonlinearly, and the light transmission power P B is maintained at P B1 (for example, 50 lux) or less that does not generate smear or the like. Thereby, even when a high irradiation power P A, suppressing the light transmission power P B of the transmitted light to the light sensing portion, can be suppressed to an appropriate amount of incident light smear or blooming does not occur, maintaining the proper photoelectric conversion characteristic can do. Therefore, even when the amount of incident light (or intensity) fluctuates during the operation of the solid-state imaging device, it is possible to always obtain good photoelectric conversion characteristics.

また、こうした効果は、逆可飽和吸収体層7を挿入するのみで実現できるので、スミアなどの抑制手段を構造簡略にして容易に組み込むことができる。   In addition, since such an effect can be realized only by inserting the reverse saturable absorber layer 7, it is possible to easily incorporate a suppressing means such as smear with a simplified structure.

しかも、この構造によって、光センサ部6をはじめとする素子構成部分を高集積化、小型化することもできる。   In addition, with this structure, it is possible to highly integrate and downsize the element components including the optical sensor unit 6.

図3は、固体撮像素子12a又は12bを組み込んだ電荷転送型固体撮像装置26(光電変換装置)の構造と、その電荷転送過程を示す。   FIG. 3 shows the structure of a charge transfer type solid-state imaging device 26 (photoelectric conversion device) incorporating the solid-state imaging element 12a or 12b and the charge transfer process.

即ち、電荷転送型固体撮像装置26のイメージエリア中心部17a及びイメージエリア周辺部17b等を成すようにアレイ状に配列された光センサ部6(画素部16)に入射した入射光によって、光センサ部6内に電荷が生じ、この電荷が光センサ部6から垂直レジスタ部(VCCD)5へと転送され、更にこの電荷は垂直レジスタ部5から水平レジスタ部(HCCD:Horizontal Charge Coupled Device:以下、同様とする。)18へと転送される。   That is, the photosensor is detected by the incident light incident on the photosensor unit 6 (pixel unit 16) arranged in an array so as to form the image area central portion 17a and the image area peripheral portion 17b of the charge transfer type solid-state imaging device 26. A charge is generated in the unit 6, and this charge is transferred from the photosensor unit 6 to the vertical register unit (VCCD) 5, and this charge is further transferred from the vertical register unit 5 to the horizontal register unit (HCCD: Horizontal Charge Coupled Device: The same shall apply.)

次に、この水平レジスタ部18によって電荷が増幅器出力端子15及び補正回路19に向かって転送され、出力される。この補正回路19によって、逆可飽和吸収体層7によって高輝度の入射光の光量が非線形に低下するが、この低下量相当分の電荷を補うことができる。   Next, the charges are transferred to the amplifier output terminal 15 and the correction circuit 19 by the horizontal register unit 18 and output. The correction circuit 19 nonlinearly reduces the amount of incident light with high brightness by the reverse saturable absorber layer 7. However, the charge corresponding to the amount of decrease can be compensated.

このように本実施の形態によれば、光センサ部6の光入射側に、光照射強度が高いときには光透過率が低くなるように光透過強度を非線形に抑制することができる特性を有する逆可飽和吸収体層7が配置されているために、光照射強度の高い光が光センサ部6へ透過する光量を簡易な構造によって効果的に抑制することができ、適切な光電変換特性を維持してスミアやブルーミングの発生を抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, on the light incident side of the optical sensor unit 6, the light transmission intensity is nonlinearly suppressed so that the light transmittance is low when the light irradiation intensity is high. Since the saturable absorber layer 7 is disposed, the amount of light transmitted through the light sensor unit 6 with high light irradiation intensity can be effectively suppressed by a simple structure, and appropriate photoelectric conversion characteristics can be maintained. Thus, the occurrence of smear and blooming can be suppressed.

この場合、高輝度の光源又は入射光が照射されている画素部16に対してのみスミア及びブルーミングの抑制が可能である。   In this case, smearing and blooming can be suppressed only for the pixel portion 16 irradiated with a high-intensity light source or incident light.

また、光照射強度の高い高輝度での入射光が制限されることにより、高輝度側の線形性は保たれないが、光照射パワーPAの上限を拡大してそのダイナミックレンジを改善することができる。この場合に、外部の調整回路(例えば、補正回路19)により、非線形部分によって低下した電圧を逆可飽和吸収体層7の特性に合わせて補正することが可能となる。 Further, since the incident light with a high light irradiation intensity high intensity is limited, but not the linearity of the high luminance side is maintained, to improve the dynamic range by expanding the upper limit of the light irradiation power P A Can do. In this case, an external adjustment circuit (for example, the correction circuit 19) can correct the voltage reduced by the non-linear portion according to the characteristics of the reverse saturable absorber layer 7.

また、逆可飽和吸収体層7も含めて、通常の半導体製造技術を用いて作製可能であると共に、材料費のみが付加されるだけであって安価に作製することができる。   In addition, the reverse saturable absorber layer 7 can be manufactured using a normal semiconductor manufacturing technique, and can be manufactured at a low cost with only the material cost added.

第2の実施の形態
図4は、本発明の第2の実施の形態を示すものである。
Second Embodiment FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.

本実施の形態によれば、上述した逆可飽和吸収体層7を設ける代わりに、この層7に用いた逆可飽和吸収体を混入したカラーフィルタ2aを設けた電荷転送型固体撮像素子12cとしたこと以外は、上述の第1の実施の形態と同様である。   According to the present embodiment, instead of providing the reverse saturable absorber layer 7 described above, the charge transfer type solid-state imaging device 12c provided with the color filter 2a mixed with the reverse saturable absorber used in the layer 7; Except for this, it is the same as the above-described first embodiment.

即ち、カラーフィルタは、通常、染料又は顔料、感光剤及びベース材料等の混合物で形成されるが、逆可飽和吸収体7Aをカラーフィルタ特性を保持できる粒度や量(例えば20質量%)でベース材料に分散させることにより、通常の半導体露光プロセスを用いて、逆可飽和吸収体7Aを混入したカラーフィルタ2aを保護膜9上に形成している。逆可飽和吸収体7Aの混入量は10〜40質量%の範囲とするのがよく、また結晶微粉体を分散する場合、その粒径は〜0.1μmとするのがよい。   That is, the color filter is usually formed of a mixture of a dye or pigment, a photosensitizer and a base material, but the reverse saturable absorber 7A is based on a particle size or amount (for example, 20% by mass) that can maintain the color filter characteristics. By dispersing in the material, the color filter 2a mixed with the reverse saturable absorber 7A is formed on the protective film 9 using a normal semiconductor exposure process. The mixing amount of the reverse saturable absorber 7A is preferably in the range of 10 to 40% by mass, and when the fine crystal powder is dispersed, the particle size is preferably 0.1 μm.

このように、逆可飽和吸収体7Aをカラーフィルタ2aに混入することによって、図2に示したと同様の入射光特性が得られるので、上述した第1の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。   In this way, by mixing the reverse saturable absorber 7A into the color filter 2a, the same incident light characteristics as shown in FIG. 2 can be obtained, so that the same operations and effects as those of the first embodiment described above can be obtained. Obtainable.

第3の実施の形態
図5は、本発明の第3の実施の形態を示すものである。
Third Embodiment FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.

本実施の形態によれば、上述した逆可飽和吸収体層7を設ける代りに、この層7に用いた逆可飽和吸収体7Aを混入したオンチップマイクロレンズ1aを設けた電荷転送型固体撮像素子12dとしたこと以外は、上述の第1の実施の形態と同様である。   According to the present embodiment, instead of providing the reverse saturable absorber layer 7 described above, a charge transfer type solid-state imaging provided with an on-chip microlens 1a mixed with the reverse saturable absorber 7A used for the layer 7 is provided. Except for the element 12d, the second embodiment is the same as the first embodiment.

即ち、カラーフィルタ2の形成後に、逆可飽和吸収体7Aをマイクロレンズ1aの特性を保持できる粒度や量(例えば50質量%)で混入したレンズ材料をスピン塗布等でコーティングした後、露光技術やエッチング技術を用いてオンチップマイクロレンズ1aを形成する。逆可飽和吸収体7Aの混入量は10〜60質量%とするのがよく、また結晶微粉体を分散する場合、その粒径は〜0.1μmとするのがよい。   That is, after the color filter 2 is formed, the reverse saturable absorber 7A is coated with a lens material mixed with a particle size or amount (for example, 50% by mass) that can maintain the characteristics of the microlens 1a by spin coating or the like. An on-chip microlens 1a is formed using an etching technique. The mixing amount of the reverse saturable absorber 7A is preferably 10 to 60% by mass. When the fine crystal powder is dispersed, the particle size is preferably 0.1 μm.

このように、逆可飽和吸収体7Aをマイクロレンズ1aに混入することによって、図2に示したと同様の入射光特性が得られるので、上述した第1の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。   In this way, by mixing the reverse saturable absorber 7A into the microlens 1a, the same incident light characteristics as shown in FIG. 2 can be obtained. Therefore, the same functions and effects as those of the first embodiment described above can be obtained. Obtainable.

第4の実施の形態
図6は、本発明の第4の実施の形態を示すものである。
Fourth Embodiment FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention.

本実施の形態は、上述した実施の形態のようにCCD構造で転送部を構成せずに、光センサ部41(フォトダイオード)で発生した電荷をトランジスタ動作によって出力するイメージセンサ24としたことが、上述の第1の実施の形態と異なっている。   In the present embodiment, the image sensor 24 is configured to output the charge generated in the optical sensor unit 41 (photodiode) by the transistor operation without forming the transfer unit with the CCD structure as in the above-described embodiment. This is different from the above-described first embodiment.

即ち、光センサ部41においては、N型シリコン基板36の表面部に形成されたN型シリコン層37と、その下部のP-型化したシリコン層34との界面でのpn接合により、光センサ部(フォトダイオード)41が形成されている。以下、素子分離構造31で囲まれた部分を受光領域30と呼び、その内、pn接合が形成されている部分を光センサ部41の開口部40と呼んで両者を区別することにする。 That is, in the optical sensor unit 41, an optical sensor is formed by a pn junction at the interface between the N-type silicon layer 37 formed on the surface portion of the N-type silicon substrate 36 and the P -type silicon layer 34 below it. A portion (photodiode) 41 is formed. Hereinafter, a portion surrounded by the element isolation structure 31 is referred to as a light receiving region 30, and a portion where a pn junction is formed is referred to as an opening 40 of the optical sensor portion 41 to distinguish between the two.

そして、開口部40に入射した光は、pn接合部に達すると、そこで正孔と電子に変換され、入射光の光量に応じた信号電荷(電子)がN型シリコン層37、更にはP-型シリコン層34に蓄積される。なお、最表面のP+型シリコン層38は、表面からの電荷の漏洩を防止するためのものである。 Then, when the light incident on the opening 40 reaches the pn junction, it is converted into holes and electrons, and signal charges (electrons) corresponding to the amount of incident light are converted into the N-type silicon layer 37 and further P −. Accumulated in the mold silicon layer 34. The P + type silicon layer 38 at the outermost surface is for preventing leakage of electric charges from the surface.

N型シリコン層37等からなる信号電荷蓄積領域は、素子分離構造31の下部とその周囲に形成されたP型表面側ウェル32、基板の深い位置に形成されたP型ディープウェル35、及びP型表面側ウェル32とP型ディープウェル35とを電気的に接続するように素子分離構造31の下方に上下方向に長く形成されたP型プラグ(Plug)ウェル33によって、側面と底面とから取り囲まれている。これによって、信号電荷蓄積領域は基板内においても周辺素子から電気的に分離され、信号電荷が漏洩することがない。   The signal charge storage region composed of the N-type silicon layer 37 and the like includes a P-type surface side well 32 formed in the lower part of the element isolation structure 31 and the periphery thereof, a P-type deep well 35 formed in a deep position of the substrate, and P The side surface and the bottom surface are surrounded by a P-type plug (Plug) well 33 formed vertically long below the element isolation structure 31 so as to electrically connect the mold surface side well 32 and the P type deep well 35. It is. As a result, the signal charge storage region is electrically isolated from the peripheral elements even in the substrate, and the signal charge does not leak.

更に、素子分離構造31上に、平坦化絶縁膜である透明絶縁層23、保護膜9、レッド(R)、グリーン(G)及びブルー(B)からなるカラーフィルタ2(光フィルタ)、及び凸レンズ部11の集合体であって入射光の集光率向上のためのオンチップレンズ1が積層されている。但し、この積層構造は適宜変更してよい。   Further, on the element isolation structure 31, a transparent insulating layer 23 that is a planarizing insulating film, a protective film 9, a color filter 2 (optical filter) made of red (R), green (G), and blue (B), and a convex lens An on-chip lens 1 that is an aggregate of the portions 11 and is used to improve the collection rate of incident light is laminated. However, this laminated structure may be changed as appropriate.

本実施の形態においては、逆可飽和吸収体層7を設けたイメージセンサ24としているが、この逆可飽和吸収体層7によって上述した第1の実施の形態と同様の作用及び効果を得ることができる。   In the present embodiment, the image sensor 24 is provided with the reverse saturable absorber layer 7, but the reverse saturable absorber layer 7 obtains the same operations and effects as those of the first embodiment described above. Can do.

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these examples at all, and can be suitably changed in the range which does not deviate from the main point of invention.

例えば、逆可飽和吸収体7の形成方法、形成位置及び材質等や、オンチップレンズ等に逆可飽和吸収体7Aを含有させる場合の混合率及び形成方法等は、変更することができる。この場合、上述した第1〜第3の実施の形態を組み合わせて、逆可飽和吸収体の配置を複数箇所としてもよい(これは、上述した第4の実施の形態でも同様)。   For example, the forming method, forming position, material, and the like of the reverse saturable absorber 7 and the mixing ratio and forming method when the reverse saturable absorber 7A is included in the on-chip lens can be changed. In this case, the first to third embodiments described above may be combined to provide a plurality of reverse saturable absorbers (this is also the case with the fourth embodiment described above).

また、遮光膜4を、遮光性に加えて光吸収性を有するものとしてよいし、光吸収性のみを有するものとしてもよい。また、過剰な電荷の処理のためにオーバーフロードレインを設けてもよい。   Further, the light shielding film 4 may have a light absorption property in addition to the light shielding property, or may have only a light absorption property. Further, an overflow drain may be provided for the treatment of excessive charges.

また、カラーフィルタに替えてNDフィルタを形成した光電変換素子としてもよいし、オンチップレンズやカラーフィルタ自体を形成しなくてもよい。   Moreover, it is good also as a photoelectric conversion element which replaced with a color filter and formed the ND filter, and it is not necessary to form an on-chip lens and the color filter itself.

また、電荷転送型固体撮像素子の構造やレイアウトは上述したものに限定されることはなく、種々に変更してよい。   Further, the structure and layout of the charge transfer type solid-state imaging device are not limited to those described above, and various changes may be made.

なお、本発明は、上述した例以外の光電変換素子にも適用可能である。   In addition, this invention is applicable also to photoelectric conversion elements other than the example mentioned above.

本発明の光電変換素子及び光電変換装置は、とりわけスミアやブルーミングが抑制された固体撮像素子及び固体撮像装置に適用可能である。   The photoelectric conversion element and the photoelectric conversion device of the present invention can be applied to a solid-state imaging element and a solid-state imaging device in which smear and blooming are suppressed.

本発明の第1の実施の形態による光電変換素子の断面図(A)及び別の光電変換素子の断面図(B)である。It is sectional drawing (A) of the photoelectric conversion element by the 1st Embodiment of this invention, and sectional drawing (B) of another photoelectric conversion element. 同、逆可飽和吸収体の光照射パワーと光透過パワーとの相関特性を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation characteristic of the light irradiation power and light transmission power of a reverse saturable absorber similarly. 同、光電変換装置の部分平面図である。2 is a partial plan view of the photoelectric conversion device. FIG. 本発明の第2の実施の形態による光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態による光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態による光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element by the 4th Embodiment of this invention. 従来例による光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element by a prior art example. 同、各部の配置関係を示す光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element which shows the arrangement | positioning relationship of each part similarly.

符号の説明Explanation of symbols

1、1a…オンチップ(マイクロ)レンズ、2、2a…カラーフィルタ、
3…層内レンズ、4…遮光膜、5…電荷転送電極(垂直レジスタ部)、6…光センサ部、
7…逆可飽和吸収体層、7A…逆可飽和吸収体、8…電荷蓄積部、9…保護膜、
10…電荷発生部、11…凸レンズ部、
12a、12b、12c、12d…電荷転送型固体撮像素子、13…水平レジスタ部、
16…画素部、20…基板、21…ゲート絶縁膜、22…電荷転送路領域、
23…透明絶縁層、24…イメージセンサ、26…電荷転送型固体撮像装置、
30…受光領域、31…素子分離構造、32…P型表面側ウェル、
33…P型プラグウェル、34…P-型シリコン層、35…P型ディープウェル、
36…N型シリコン基板、37…N型シリコン層、38…P+型シリコン層、
40…開口部、41…光センサ部
1, 1a: On-chip (micro) lens, 2, 2a: Color filter,
3 ... inner lens, 4 ... light shielding film, 5 ... charge transfer electrode (vertical register part), 6 ... optical sensor part,
7 ... Reverse saturable absorber layer, 7A ... Reverse saturable absorber, 8 ... Charge storage unit, 9 ... Protective film,
10: Charge generation unit, 11: Convex lens unit,
12a, 12b, 12c, 12d ... charge transfer type solid-state imaging device, 13 ... horizontal register section,
16 ... pixel portion, 20 ... substrate, 21 ... gate insulating film, 22 ... charge transfer path region,
23 ... Transparent insulating layer, 24 ... Image sensor, 26 ... Charge transfer type solid-state imaging device,
30: Light receiving region, 31: Element isolation structure, 32: P-type surface side well,
33 ... P-type plug well, 34 ... P - type silicon layer, 35 ... P-type deep well,
36 ... N-type silicon substrate, 37 ... N-type silicon layer, 38 ... P + type silicon layer,
40 ... opening, 41 ... optical sensor part

Claims (16)

光感知部に隣接して電荷転送路が形成されており、集光レンズと光フィルタとを介した前記光感知部への入射光を光電変換する光電変換素子において、前記光感知部の光入射側に、光照射パワーに対して光透過率が非線形に変化する特性を有する逆可飽和吸収体が配置され、この逆可飽和吸収体が、(1)前記光感知部の光入射側に配置された前記光フィルタに前記逆可飽和吸収体を含有させること、(2)前記光感知部への入射光の前記集光レンズに前記逆可飽和吸収体を含有させること、(3)前記集光レンズと前記光感知部との間に前記逆可飽和吸収体を有機樹脂に分散させた層を配置すること、の少なくとも一つによって配置されており、前記逆可飽和吸収体によって、光照射パワーが高いときには光透過率が低くなるように光透過率が非線形に抑制され、光照射パワーが低いときには光照射パワーに対して光透過率が線形に変化する、光電変換素子。 A charge transfer path is formed adjacent to the light sensing unit, and in the photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident light to the light sensing unit through a condenser lens and an optical filter , light incident on the light sensing unit The reverse saturable absorber having the characteristic that the light transmittance changes nonlinearly with respect to the light irradiation power is disposed on the side, and the reverse saturable absorber is disposed on the light incident side of the light sensing unit (1). Including the reverse saturable absorber in the optical filter, (2) including the reverse saturable absorber in the condensing lens of the incident light to the light sensing unit, and (3) the collection. Arranged by at least one of a layer in which the reverse saturable absorber is dispersed in an organic resin between a light lens and the light sensing unit, and light irradiation by the reverse saturable absorber. Light transmission so that light transmission is low when power is high There is suppressed in a non-linear, optical transmittance changes linearly with respect to the light irradiation power when irradiation power is low, the photoelectric conversion element. pn接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなる前記光感知部と、前記電荷転送路とが半導体基板に形成され、前記光感知部及び前記電荷転送路の上にゲート絶縁膜が形成され、このゲート絶縁膜上に転送ゲート電極が形成され、遮光膜が絶縁膜を介して前記転送ゲート電極に設けられ、前記遮光膜上と、前記光感知部上に露出する前記ゲート絶縁膜上とに透明な平坦化絶縁層が形成され、この平坦化絶縁層上に保護膜が形成され、前記光感知部の上方に前記光フィルタと前記レンズとがこの順に形成され、前記光感知部が画素となる電荷転送型固体撮像素子が構成され、前記逆可飽和吸収体を有機樹脂に分散させた層が前記保護膜と前記光フィルタとの間に形成された、請求項1に記載の光電変換素子。The photo-sensing unit composed of a charge generation unit made of a pn junction and a charge storage unit, and the charge transfer path are formed on a semiconductor substrate, and a gate insulating film is formed on the photo-sensing unit and the charge transfer path. A transfer gate electrode is formed on the gate insulating film, a light shielding film is provided on the transfer gate electrode via an insulating film, and the light shielding film is exposed on the light sensing portion. A transparent planarization insulating layer is formed on the planarization insulation layer, a protective film is formed on the planarization insulation layer, the optical filter and the lens are formed in this order above the light sensing unit, and the light sensing unit is a pixel. 2. The photoelectric conversion according to claim 1, wherein a charge transfer solid-state imaging device is formed, and a layer in which the reverse saturable absorber is dispersed in an organic resin is formed between the protective film and the optical filter. element. pn接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなる前記光感知部と、前記電荷転送路とが半導体基板に形成され、前記光感知部及び前記電荷転送路の上にゲート絶縁膜が形成され、このゲート絶縁膜上に転送ゲート電極が形成され、遮光膜が絶縁膜を介して前記転送ゲート電極に設けられ、前記遮光膜上と、前記光感知部上に露出する前記ゲート絶縁膜上とに透明な平坦化絶縁層が形成され、この平坦化絶縁層上に保護膜が形成され、前記光感知部の上方に前記光フィルタと前記レンズとがこの順に形成され、前記光感知部が画素となる電荷転送型固体撮像素子が構成され、前記逆可飽和吸収体を有機樹脂に分散させた層が前記遮光膜上の前記平坦化絶縁層の下層として設けられた、請求項1に記載の光電変換素子。The photo-sensing unit composed of a charge generation unit made of a pn junction and a charge storage unit, and the charge transfer path are formed on a semiconductor substrate, and a gate insulating film is formed on the photo-sensing unit and the charge transfer path. A transfer gate electrode is formed on the gate insulating film, a light shielding film is provided on the transfer gate electrode via an insulating film, and the light shielding film is exposed on the light sensing portion. A transparent planarization insulating layer is formed on the planarization insulation layer, a protective film is formed on the planarization insulation layer, the optical filter and the lens are formed in this order above the light sensing unit, and the light sensing unit is a pixel. 2. The charge transfer type solid-state imaging device is configured, and a layer in which the reverse saturable absorber is dispersed in an organic resin is provided as a lower layer of the planarization insulating layer on the light shielding film. Photoelectric conversion element. pn接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなる前記光感知部と、前記電荷転送路とが半導体基板に形成され、前記光感知部及び前記電荷転送路の上にゲート絶縁膜が形成され、このゲート絶縁膜上に転送ゲート電極が形成され、遮光膜が絶縁膜を介して前記転送ゲート電極に設けられ、前記遮光膜上と、前記光感知部上に露出する前記ゲート絶縁膜上とに透明な平坦化絶縁層が形成され、この平坦化絶縁層上に保護膜が形成され、前記光感知部の上方に前記光フィルタと前記レンズとがこの順に形成され、前記光感知部が画素となる電荷転送型固体撮像素子が構成され、前記逆可飽和吸収体を有機樹脂に分散させた層が前記光フィルタと前記レンズとの間に形成された、請求項1に記載の光電変換素子。The photo-sensing unit composed of a charge generation unit made of a pn junction and a charge storage unit, and the charge transfer path are formed on a semiconductor substrate, and a gate insulating film is formed on the photo-sensing unit and the charge transfer path. A transfer gate electrode is formed on the gate insulating film, a light shielding film is provided on the transfer gate electrode via an insulating film, and the light shielding film is exposed on the light sensing portion. A transparent planarization insulating layer is formed on the planarization insulation layer, a protective film is formed on the planarization insulation layer, the optical filter and the lens are formed in this order above the light sensing unit, and the light sensing unit is a pixel. 2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a charge transfer type solid-state imaging device is configured, and a layer in which the reverse saturable absorber is dispersed in an organic resin is formed between the optical filter and the lens. . 前記逆可飽和吸収体が、フラーレン及びフェニルアセチレンからなる群より選ばれた少なくとも一種の化合物からなる、請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the reverse saturable absorber is composed of at least one compound selected from the group consisting of fullerene and phenylacetylene. 前記化合物が重合体を形成している、請求項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 5 , wherein the compound forms a polymer. 前記光感知部が、半導体基板に形成されたpn接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなる、請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the light sensing unit includes a charge generation unit and a charge storage unit formed of a pn junction formed on a semiconductor substrate. 前記光感知部が画素となる電荷転送型固体撮像素子を構成する、請求項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 7 , which constitutes a charge transfer solid-state imaging element in which the light sensing unit is a pixel. 光感知部の複数個がアレイ状に配列され、このアレイに隣接して電荷転送路が形成されており、集光レンズと光フィルタとを介した前記光感知部への入射光を光電変換する光電変換素子の複数個が配列されている光電変換装置において、前記光感知部の光入射側に、光照射パワーに対して光透過率が非線形に変化する特性を有する逆可飽和吸収体が配置され、この逆可飽和吸収体が、(1)前記光感知部の光入射側に配置された前記光フィルタに前記逆可飽和吸収体を含有させること、(2)前記光感知部への入射光の前記集光レンズに前記逆可飽和吸収体を含有させること、(3)前記集光レンズと前記光感知部との間に前記逆可飽和吸収体を有機樹脂に分散させた層を配置すること、の少なくとも一つによって配置されおり、前記逆可飽和吸収体によって、光照射パワーが高いときに光透過率が低くなるように光透過パワーが非線形に抑制され、光照射パワーが低いときは光照射パワーに対して光透過率が線形に変化する、光電変換装置。 A plurality of light sensing units are arranged in an array, and a charge transfer path is formed adjacent to the array, and photoelectrically converts incident light to the light sensing unit through a condenser lens and an optical filter. In the photoelectric conversion device in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged, an inverse saturable absorber having a characteristic that the light transmittance changes nonlinearly with respect to the light irradiation power is disposed on the light incident side of the light sensing unit. The reverse saturable absorber includes: (1) causing the optical filter disposed on the light incident side of the light sensing unit to contain the reverse saturable absorber, and (2) incident on the light sensing unit. Including the reverse saturable absorber in the condensing lens of light; and (3) arranging a layer in which the reverse saturable absorber is dispersed in an organic resin between the condensing lens and the light sensing unit. Arranged by at least one of said reverse saturable The absorber, light transmission power so that the light transmittance becomes lower when light irradiation power is high is suppressed to a non-linear, optical transmittance changes linearly with respect to the light irradiation power when irradiation power is low, Photoelectric conversion device. pn接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなる前記光感知部と、前記電荷転送路とが半導体基板に形成され、前記光感知部及び前記電荷転送路の上にゲート絶縁膜が形成され、このゲート絶縁膜上に転送ゲート電極が形成され、遮光膜が絶縁膜を介して前記転送ゲート電極に設けられ、前記遮光膜上と、前記光感知部上に露出する前記ゲート絶縁膜上とに透明な平坦化絶縁層が形成され、この平坦化絶縁層上に保護膜が形成され、前記光感知部の上方に前記光フィルタと前記レンズとがこの順に形成され、前記光感知部が画素となる電荷転送型固体撮像素子が構成され、前記逆可飽和吸収体を有機樹脂に分散させた層が前記保護膜と前記光フィルタとの間に形成された、請求項9に記載の光電変換装置。The photo-sensing unit composed of a charge generation unit made of a pn junction and a charge storage unit, and the charge transfer path are formed on a semiconductor substrate, and a gate insulating film is formed on the photo-sensing unit and the charge transfer path. A transfer gate electrode is formed on the gate insulating film, a light shielding film is provided on the transfer gate electrode via an insulating film, and the light shielding film is exposed on the light sensing portion. A transparent planarization insulating layer is formed on the planarization insulation layer, a protective film is formed on the planarization insulation layer, the optical filter and the lens are formed in this order above the light sensing unit, and the light sensing unit is a pixel. The photoelectric conversion according to claim 9, wherein a charge transfer solid-state imaging device is configured, and a layer in which the reverse saturable absorber is dispersed in an organic resin is formed between the protective film and the optical filter. apparatus. pn接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなる前記光感知部と、前記電荷転送路とが半導体基板に形成され、前記光感知部及び前記電荷転送路の上にゲート絶縁膜が形成され、このゲート絶縁膜上に転送ゲート電極が形成され、遮光膜が絶縁膜を介して前記転送ゲート電極に設けられ、前記遮光膜上と、前記光感知部上に露出する前記ゲート絶縁膜上とに透明な平坦化絶縁層が形成され、この平坦化絶縁層上に保護膜が形成され、前記光感知部の上方に前記光フィルタと前記レンズとがこの順に形成され、前記光感知部が画素となる電荷転送型固体撮像素子が構成され、前記逆可飽和吸収体を有機樹脂に分散させた層が前記遮光膜上の前記平坦化絶縁層の下層として設けられた、請求項9に記載の光電変換装置。The photo-sensing unit composed of a charge generation unit made of a pn junction and a charge storage unit, and the charge transfer path are formed on a semiconductor substrate, and a gate insulating film is formed on the photo-sensing unit and the charge transfer path. A transfer gate electrode is formed on the gate insulating film, a light shielding film is provided on the transfer gate electrode via an insulating film, and the light shielding film is exposed on the light sensing portion. A transparent planarization insulating layer is formed on the planarization insulation layer, a protective film is formed on the planarization insulation layer, the optical filter and the lens are formed in this order above the light sensing unit, and the light sensing unit is a pixel. The charge transfer type solid-state imaging device is configured, and a layer in which the reverse saturable absorber is dispersed in an organic resin is provided as a lower layer of the planarization insulating layer on the light shielding film. Photoelectric conversion device. pn接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなる前記光感知部と、前記電荷転送路とが半導体基板に形成され、前記光感知部及び前記電荷転送路の上にゲート絶縁膜が形成され、このゲート絶縁膜上に転送ゲート電極が形成され、遮光膜が絶縁膜を介して前記転送ゲート電極に設けられ、前記遮光膜上と、前記光感知部上に露出する前記ゲート絶縁膜上とに透明な平坦化絶縁層が形成され、この平坦化絶縁層上に保護膜が形成され、前記光感知部の上方に前記光フィルタと前記レンズとがこの順に形成され、前記光感知部が画素となる電荷転送型固体撮像素子が構成され、前記逆可飽和吸収体を有機樹脂に分散させた層が前記光フィルタと前記レンズとの間に形成された、請求項9に記載の光電変換装置。The photo-sensing unit composed of a charge generation unit made of a pn junction and a charge storage unit, and the charge transfer path are formed on a semiconductor substrate, and a gate insulating film is formed on the photo-sensing unit and the charge transfer path. A transfer gate electrode is formed on the gate insulating film, a light shielding film is provided on the transfer gate electrode via an insulating film, and the light shielding film is exposed on the light sensing portion. A transparent planarization insulating layer is formed on the planarization insulation layer, a protective film is formed on the planarization insulation layer, the optical filter and the lens are formed in this order above the light sensing unit, and the light sensing unit is a pixel. 10. The photoelectric conversion device according to claim 9, wherein a charge transfer type solid-state imaging device is configured, and a layer in which the reverse saturable absorber is dispersed in an organic resin is formed between the optical filter and the lens. . 前記逆可飽和吸収体が、フラーレン及びフェニルアセチレンからなる群より選ばれた少なくとも一種の化合物からなる、請求項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 9 , wherein the reverse saturable absorber is made of at least one compound selected from the group consisting of fullerene and phenylacetylene. 前記化合物が重合体を形成している、請求項13に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 13 , wherein the compound forms a polymer. 前記光感知部が、半導体基板に形成されたpn接合からなる電荷発生部と電荷蓄積部とからなる、請求項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 9 , wherein the light sensing unit includes a charge generation unit and a charge storage unit formed of a pn junction formed on a semiconductor substrate. 前記光感知部が画素となる電荷転送型固体撮像素子を構成する、請求項15に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 15 , which constitutes a charge transfer solid-state imaging device in which the light sensing unit is a pixel.
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