JP4997794B2 - Solid-state image sensor - Google Patents

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Description

本発明は、可視光だけでなく、赤外光も受光検出することが可能な固体撮像素子に係わる。   The present invention relates to a solid-state imaging device capable of receiving and detecting not only visible light but also infrared light.

固体撮像素子において、多画素化に伴い、画素サイズが縮小されて、1画素当たりのフォトダイオード(PD)の面積が減少していく。
フォトダイオードの面積が減少することにより、フォトダイオードの光電変換部に到達する光量も減少するため、感度が低下することになる。
In a solid-state imaging device, as the number of pixels increases, the pixel size is reduced, and the area of the photodiode (PD) per pixel decreases.
When the area of the photodiode is reduced, the amount of light reaching the photoelectric conversion unit of the photodiode is also reduced, so that sensitivity is lowered.

このように感度が低下することから、ノイズ対策を行わないと、S/Nの低下を招くことになる。   Since the sensitivity is reduced in this way, S / N is reduced unless noise countermeasures are taken.

このS/Nの改善のために、従来から利用している可視光線だけでなく、赤外光をも利用して画像を作製する方法が提案されている。   In order to improve this S / N, there has been proposed a method for producing an image using not only visible light that has been used conventionally but also infrared light.

一つの構成として、半導体の深さ方向における吸収係数の入射光の波長帯による違いを利用する構成が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、他の構成として、入力光学系に波長分離用のミラーやプリズム等の波長分解光学系を使用して、可視光と赤外光とをそれぞれ個別の撮像素子で受光する多板式の構成が提案されている(例えば、特許文献2〜特許文献4参照)。
また、他の構成として、入力光学系に回転式の波長分解光学系を使用して、可視光と赤外光とを同一の撮像素子で受光する構成が提案されている(例えば、特許文献5参照)。具体的には、例えば、回転機構を利用して赤外光カットフィルタの挿入及び抜き出しを行うことにより、赤外光カットフィルタを挿入している場合には近赤外光及び赤外光の影響のない可視光カラー画像を得て、赤外光カットフィルタを抜き出している場合には可視光及び近赤外光の光強度を加算した画像を得ることができる。
また、他の構成として、入力光学系に波長分解機能を有する絞り光学系を使用することにより、可視光と赤外光とを同一の撮像素子で受光する構成が提案されている(例えば、特許文献6参照)。
As one configuration, a configuration has been proposed that uses the difference in absorption coefficient in the depth direction of a semiconductor depending on the wavelength band of incident light (see, for example, Patent Document 1).
As another configuration, a wavelength separation optical system such as a wavelength separation mirror or prism is used as an input optical system, and a multi-plate type configuration in which visible light and infrared light are received by individual imaging elements, respectively. It has been proposed (see, for example, Patent Documents 2 to 4).
As another configuration, there has been proposed a configuration in which a visible wavelength light and an infrared light are received by the same image sensor using a rotary wavelength resolving optical system as an input optical system (for example, Patent Document 5). reference). Specifically, for example, when an infrared light cut filter is inserted by inserting and extracting an infrared light cut filter using a rotation mechanism, the effects of near infrared light and infrared light are inserted. When an infrared light color image without an infrared light is obtained and an infrared light cut filter is extracted, an image obtained by adding the light intensities of visible light and near infrared light can be obtained.
As another configuration, a configuration has been proposed in which visible light and infrared light are received by the same imaging device by using a diaphragm optical system having a wavelength resolving function in the input optical system (for example, a patent) Reference 6).

しかしながら、上記特許文献1に記載された構成では、青色光を検知する層では赤色光や緑色光が通過するときにある程度吸収を受けるために、それらの光が青色光として検知されてしまう。このため、青の信号が本来ない場合でも緑や赤の信号が入ることで青の画素で偽信号が生じてしまうことになる。この偽信号のために、充分な色再現性が得られなくなる。
また、色再現性を実現するためには、偽信号の分を信号処理で補正する必要があり、この信号処理の計算を行うための回路を必要とすることから、回路構成が複雑・大規模になる。
さらに、赤外光のみを、或いは可視光と赤外光とを、信号として受け取って撮像するためには、通常の固体撮像素子で使用されている赤外線カットフィルタを外したり、赤外線カットフィルタのカット率を低くしたりする必要がある。しかし、このようにすると、赤外光が可視光に混じってセンサ部に入射することになって、可視光の像の色合いが本来のものとは異なることになる。
However, in the configuration described in Patent Document 1, the layer that detects blue light is absorbed to some extent when red light or green light passes through, so that the light is detected as blue light. For this reason, even if there is no blue signal, a false signal is generated at a blue pixel when a green or red signal is input. Due to this false signal, sufficient color reproducibility cannot be obtained.
Also, in order to achieve color reproducibility, it is necessary to correct the false signal by signal processing, and a circuit for performing this signal processing calculation is required, so the circuit configuration is complicated and large-scale. become.
Furthermore, in order to receive only infrared light, or visible light and infrared light as signals and take an image, an infrared cut filter used in a normal solid-state image sensor is removed, or an infrared cut filter is cut. It is necessary to lower the rate. However, if it does in this way, infrared light will mix with visible light and will inject into a sensor part, and the hue of the image of visible light will differ from the original thing.

また、上記特許文献2〜特許文献4に記載された構成は、波長分離用のミラーやプリズム等の波長分解光学系を使用するため、入力光学系が大がかりとなってしまう。そのため、固体撮像素子を供えた撮像装置が複雑化したり大型化したりする。
同様に、上記特許文献5に記載された構成は、赤外光カットフィルタの挿入/抜き出し機構が必要となるため、撮像装置が大型化する。
さらに、赤外光カットフィルタの挿入/抜き出しの操作は、自動的に行うことができない。
In addition, the configurations described in Patent Documents 2 to 4 use a wavelength resolving optical system such as a wavelength separation mirror or prism, and therefore the input optical system becomes large. For this reason, an imaging apparatus provided with a solid-state imaging device becomes complicated or large.
Similarly, the configuration described in Patent Document 5 requires an infrared light cut filter insertion / extraction mechanism, which increases the size of the imaging device.
Furthermore, the operation of inserting / extracting the infrared light cut filter cannot be performed automatically.

また、上記特許文献6に記載された構成は、波長分解機能を持つ絞り光学系を使用するため、撮像装置が大型化する。
さらに、赤外線画像と可視光線画像の両方を同時に得ることができるが、出力される画像はこれら可視光線画像及び赤外線画像を合成した画像となってしまい、可視光線画像のみを、或いは、赤外線画像のみを、個別に出力することができない。
Further, the configuration described in Patent Document 6 uses a diaphragm optical system having a wavelength resolving function, so that the size of the image pickup apparatus is increased.
Furthermore, although both an infrared image and a visible light image can be obtained simultaneously, the output image is a composite image of the visible light image and the infrared image, and only the visible light image or only the infrared image is obtained. Cannot be output individually.

そこで、上述した問題に対して、さらに他の構成として、可視光及び赤外光に感度を有する撮像素子の各画素に、それぞれ異なるフィルタ特性を有する4種類の色フィルタを規則的に配置して、4種類の色フィルタを設けた各画素の出力をマトリクス演算することにより、可視光カラー画像及び近赤外光画像を、それぞれ独立に求める構成が提案されている(例えば、特許文献7参照)。   Therefore, as another configuration for the above-described problem, four types of color filters having different filter characteristics are regularly arranged in each pixel of the image sensor having sensitivity to visible light and infrared light. A configuration has been proposed in which a visible light color image and a near-infrared light image are independently obtained by performing matrix calculation on the output of each pixel provided with four types of color filters (see, for example, Patent Document 7). .

このような構成とすることにより、4種類の色フィルタを配設することで波長分離を行うので、入力光学系が大がかりとなる問題を生じない。
また、別個のフィルタ特性を有する4種類の色フィルタを配設した各画素の出力をマトリクス演算することによって、可視光カラー画像及び近赤外光画像をそれぞれ独立に求めるため、可視光線画像と赤外線画像とを個別かつ同時に出力することができる。
With such a configuration, wavelength separation is performed by arranging four types of color filters, so that the problem that the input optical system becomes large does not occur.
Further, a visible light color image and a near-infrared light image are obtained independently by performing a matrix operation on the output of each pixel provided with four types of color filters having different filter characteristics. Images can be output individually and simultaneously.

特開2004−103964号公報JP 2004-103964 A 特開平10−210486号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-210486 特開2002−369049号公報JP 2002-369049 A 特開平6−121325号公報JP-A-6-121325 特開平9−166493号公報JP-A-9-166493 特開平9−130678号公報JP-A-9-130678 特開2002−142228号公報JP 2002-142228 A

しかしながら、上記特許文献7に記載された構成では、可視光線画像を得る際にも、赤外光成分との間での演算処理が必要になることから、全体としての演算処理が複雑になる。   However, in the configuration described in Patent Document 7, calculation processing with the infrared light component is required even when a visible light image is obtained, so that the calculation processing as a whole is complicated.

上述した問題の解決のために、本発明においては、大がかりな光学系や複雑な演算処理を使用しなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能な固体撮像素子を提供するものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a solid-state imaging device capable of receiving and detecting both visible light and infrared light without using a large-scale optical system or complicated arithmetic processing. It is to provide.

本発明の固体撮像素子は、光電変換がなされるセンサ部の上方に、各画素のセンサ部に対応して、カラーフィルターと、入射光を集光するオンチップレンズとが、それぞれ形成され、画素領域のうち、一部の画素においては、カラーフィルターが形成されていると共に、さらに可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成され、この一部の画素が、4画素中2画素で市松状に配置され、この赤外光カット膜が、画素の角部において、隣接する画素で連続したパターンに形成されているものである。 In the solid-state imaging device of the present invention, a color filter and an on-chip lens that collects incident light are respectively formed above the sensor unit to which photoelectric conversion is performed, corresponding to the sensor unit of each pixel. in the region, in some pixels, the color filter is formed, further but transmits visible light is formed infrared cut film that does not transmit infrared light, this part of the pixel, 4 Two of the pixels are arranged in a checkered pattern, and this infrared light cut film is formed in a continuous pattern in adjacent pixels at the corners of the pixels.

上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、画素領域のうち、一部の画素においては、カラーフィルターが形成されていると共に、さらにオンチップレンズの上方に、可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成されていることにより、この画素では可視光だけを受光検出することができる。これにより、この赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができる。
一方、画素領域のうち、残りの画素においては、赤外光カット膜が形成されていないことにより、この残りの画素においては、可視光と赤外光とを受光検出することができる。
また、赤外光カット膜が形成されていない画素から得られた画像信号と、赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。
さらに、一部の画素が、4画素中2画素で市松状に配置され、赤外光カット膜が、画素の角部において、隣接する画素で連続したパターンに形成されていることにより、赤外光カット膜の密着性を向上して、赤外光カット膜のパターンのパターン飛びやパターン剥がれを防止することができる。
According to the configuration of the solid-state imaging device of the present invention described above, a color filter is formed in some of the pixels in the pixel area, and visible light is transmitted above the on-chip lens but is red. Since the infrared light cut film that does not transmit external light is formed, only visible light can be received and detected in this pixel. Thereby, a visible light image can be obtained by using an image signal obtained from the pixel on which the infrared light cut film is formed.
On the other hand, since the infrared light cut film is not formed in the remaining pixels in the pixel region, visible light and infrared light can be received and detected in the remaining pixels.
In addition, by calculating an image signal obtained from a pixel on which no infrared light cut film is formed and an image signal obtained from a pixel on which an infrared light cut film is formed, an infrared light image is obtained. Obtainable.
Furthermore, some of the pixels are arranged in a checkered pattern with 2 pixels out of 4 pixels, and the infrared light cut film is formed in a continuous pattern with adjacent pixels at the corners of the pixels, so that infrared The adhesion of the light cut film can be improved, and pattern skipping and pattern peeling of the infrared light cut film can be prevented.

上述した各構成の本発明の固体撮像素子によれば、赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができることにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
これにより、複雑な演算処理を行うための演算回路を必要としないため、回路構成が複雑にならないですむ。
また、カラーフィルター及び赤外光カット膜の有無により、赤外光を受光する画素と、赤外光が入射しない(赤外光を受光しない)画素とを振り分けることができるため、大がかりな光学系を設けなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能になる。
According to the solid-state imaging device of the present invention having the above-described configurations, a visible light image can be obtained by using an image signal obtained from a pixel on which an infrared light cut film is formed, so that a complicated calculation is performed. Even if it does not perform, the image of visible light can be obtained by the same arithmetic processing as the solid-state image sensor which receives and detects only normal visible light.
As a result, an arithmetic circuit for performing complicated arithmetic processing is not required, so that the circuit configuration is not complicated.
In addition, depending on the presence or absence of a color filter and an infrared light cut film, a pixel that receives infrared light and a pixel that does not receive infrared light (does not receive infrared light) can be distributed. Even without providing, it becomes possible to detect and detect both visible light and infrared light.

本発明の一実施の形態の固体撮像素子の概略構成図(断面図)を、図1に示す。
本実施の形態は、本発明をCMOS型固体撮像素子に適用した場合である。
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
In this embodiment, the present invention is applied to a CMOS solid-state imaging device.

この固体撮像素子は、シリコン基板11の表面側に、光電変換が行われるセンサ部12が形成されている。
センサ部12は、図示しないが第1導電型、例えばn型の半導体領域から成り、シリコン基板11に形成された第2導電型、例えばp型の半導体領域とによってフォトダイオードPDが構成される。
各画素のセンサ部12の間には、図示しないが、例えば第2導電型(p型)の素子分離領域が形成されていることにより、隣接する画素が分離されている。
In this solid-state imaging device, a sensor unit 12 that performs photoelectric conversion is formed on the surface side of the silicon substrate 11.
Although not shown, the sensor unit 12 is formed of a first conductivity type, for example, an n-type semiconductor region, and a photodiode PD is configured by a second conductivity type, for example, a p-type semiconductor region formed on the silicon substrate 11.
Although not shown, between the sensor portions 12 of each pixel, for example, a second conductivity type (p-type) element isolation region is formed, so that adjacent pixels are separated.

シリコン基板11の上方には、絶縁層14を介して配線層13が設けられている。図1では、3層の配線層13が形成されている。
配線層13の上方には、絶縁層14上に平坦化膜15が形成され、この平坦化膜15上にカラーフィルター16が形成されている。
A wiring layer 13 is provided above the silicon substrate 11 via an insulating layer 14. In FIG. 1, three wiring layers 13 are formed.
A planarizing film 15 is formed on the insulating layer 14 above the wiring layer 13, and a color filter 16 is formed on the planarizing film 15.

カラーフィルター16は、図1に示す4つの画素のうち、1つ置きの2つの画素にそれぞれ設けられている。
図中左側のカラーフィルター16は赤色Rのカラーフィルターであり、図中右側のカラーフィルター16は青色Bのカラーフィルターである。
The color filter 16 is provided in every other two pixels among the four pixels shown in FIG.
The left color filter 16 in the figure is a red R color filter, and the right color filter 16 in the figure is a blue B color filter.

カラーフィルター16は、絶縁層17で覆われていて、この絶縁層17上にさらにオンチップレンズ18が形成されている。
オンチップレンズ18は、各画素に対応して、表面が上側に凸な曲面となっている。これにより、オンチップレンズ18に入射した光を集光して、センサ部12に導くことができる。
The color filter 16 is covered with an insulating layer 17, and an on-chip lens 18 is further formed on the insulating layer 17.
The on-chip lens 18 has a curved surface whose surface is convex upward corresponding to each pixel. Thereby, the light incident on the on-chip lens 18 can be condensed and guided to the sensor unit 12.

本実施の形態においては、特に、カラーフィルター16が形成されている画素に、赤外光カット膜21が形成されている。
この赤外光カット膜21は、可視光を透過し、赤外光をカットする特性を有し、赤外光を全く透過させない、或いは、ほとんど透過させない。これにより、赤外光カット膜21の下方のセンサ部12に、赤外光が入射することを抑制することができる。
そして、この赤外光カット膜21は、多数の画素のうち、カラーフィルター16が設けられている画素に形成され、カラーフィルター16が設けられていない画素には形成されていない。
本実施の形態では、赤外光カット膜21を、カラーフィルター16と配線層13との間の、絶縁層14内に形成している。
In the present embodiment, in particular, the infrared light cut film 21 is formed in the pixel in which the color filter 16 is formed.
This infrared light cut film 21 has a characteristic of transmitting visible light and cutting infrared light, and does not transmit infrared light at all or hardly transmits it. Thereby, it can suppress that infrared light injects into the sensor part 12 below the infrared light cut film 21.
The infrared light cut film 21 is formed in a pixel provided with the color filter 16 among many pixels, and is not formed in a pixel not provided with the color filter 16.
In the present embodiment, the infrared light cut film 21 is formed in the insulating layer 14 between the color filter 16 and the wiring layer 13.

カラーフィルター16の各画素への配置を図2の平面図に示す。
図2に示すように、カラーフィルター16は、縦2画素×横4画素の8画素を繰り返し単位として、周期的に配置されている。上から1行目と3行目(奇数行目)の画素では、左から1画素置きに、赤色Rのカラーフィルター16、青色Bのカラーフィルター16が配置されている。即ち、図1に示した断面図は、この奇数行目の断面図を示している。上から2行目と4行目(偶数行目)の画素では、左から1画素置きに緑色Gのカラーフィルター16が配置されている。そして、各行及び各列の画素において、カラーフィルター16が1画素置きに配置されている。また、各行及び各列の画素において、1画素置きに、カラーフィルター16が形成されていない画素がある。
The arrangement of the color filter 16 in each pixel is shown in the plan view of FIG.
As shown in FIG. 2, the color filter 16 is periodically arranged with a repetition unit of 8 pixels of 2 vertical pixels × 4 horizontal pixels. In the pixels in the first row and the third row (odd row) from the top, the red R color filter 16 and the blue B color filter 16 are arranged every other pixel from the left. That is, the cross-sectional view shown in FIG. 1 shows a cross-sectional view of this odd-numbered row. In the pixels in the second and fourth rows (even-numbered rows) from the top, the green G color filter 16 is arranged every other pixel from the left. In each row and column of pixels, the color filters 16 are arranged every other pixel. Further, in the pixels of each row and each column, there is a pixel in which the color filter 16 is not formed every other pixel.

また、本実施の形態においては、図3の平面図に示すように、赤外光カット膜21を、斜めに隣接する画素で連続するように形成する。
図3にドットを付して示すように、赤外光カット膜21は、各行及び各列の画素において1画素置きに配置されており、即ち、カラーフィルター16が配置されていた画素に配置されている。一方、カラーフィルター16が形成されていなかった画素には、赤外光カット膜21が設けられていない。
そして、赤外光カット膜21が、斜めに隣接する画素で連続するように、画素の角部にブリッジパターン21Bを有している。
In the present embodiment, as shown in the plan view of FIG. 3, the infrared light cut film 21 is formed so as to be continuous with diagonally adjacent pixels.
As shown with dots in FIG. 3, the infrared light cut films 21 are arranged every other pixel in the pixels of each row and each column. ing. On the other hand, the infrared light cut film 21 is not provided in the pixel in which the color filter 16 is not formed.
Then, the bridge pattern 21 </ b> B is provided at the corner of the pixel so that the infrared light cut film 21 is continuous with the diagonally adjacent pixels.

ブリッジパターン21Bの幅WBは、例えば、0.1〜2.0μm程度の範囲内で、画素のサイズに対応して設定する。
例えば、画素が一辺2.5μmの正方形である場合に、i線の露光装置を使用して赤外光カット膜21のパターン形成を行う場合には、ブリッジパターン21Bの幅WBは0.4μm程度が最適と考えられる。
The width WB of the bridge pattern 21B is set in accordance with the pixel size within a range of about 0.1 to 2.0 μm, for example.
For example, when the pixel is a square having a side of 2.5 μm and the pattern of the infrared light cut film 21 is formed using an i-line exposure apparatus, the width WB of the bridge pattern 21B is about 0.4 μm. Is considered optimal.

ところで、近年、固体撮像素子の小型化や高解像度化に対応して、画素サイズの微細化が進んでおり、これに伴い、赤外光カット膜21のパターンも微細化されることになる。
ここで、比較構成として、図2に示したカラーフィルター16と同じパターンで赤外光カット膜21を形成した構成を、図9の平面図に示す。
図9に示す構成では、赤外光カット膜21のパターンを、図2に示したカラーフィルター16と同じパターンで形成しているので、画素の角部(図中破線で囲んだ部分)で微小パターンが発生する。この微小パターンの発生により、赤外光カット膜21のめくれや剥離による、パターン飛びやパターン剥がれを発生して、赤外光カット膜21の欠陥不良となることがある。
Incidentally, in recent years, the pixel size has been miniaturized corresponding to the miniaturization and high resolution of the solid-state imaging device, and accordingly, the pattern of the infrared light cut film 21 is also miniaturized.
Here, as a comparative configuration, a plan view of FIG. 9 shows a configuration in which the infrared light cut film 21 is formed in the same pattern as the color filter 16 shown in FIG.
In the configuration shown in FIG. 9, the pattern of the infrared light cut film 21 is formed in the same pattern as the color filter 16 shown in FIG. 2, so that it is minute at the corners of the pixels (portions surrounded by broken lines in the figure). A pattern is generated. Due to the generation of this minute pattern, pattern skipping or pattern peeling due to turning or peeling of the infrared light cut film 21 may occur, resulting in a defect defect of the infrared light cut film 21.

これに対して、本実施の形態のように、赤外光カット膜21が、斜めに隣接する画素で連続するように、画素の角部にブリッジパターン21Bを有していれば、赤外光カット膜21の密着性を向上させることができるため、パターン飛びやパターン剥がれを防止することができる。   On the other hand, as in the present embodiment, if the infrared light cut film 21 has a bridge pattern 21B at the corners of the pixels so as to be continuous with diagonally adjacent pixels, the infrared light Since the adhesion of the cut film 21 can be improved, pattern skipping and pattern peeling can be prevented.

さらに、本実施の形態においては、赤外光カット膜21を、屈折率の異なる複数の膜を積層した多層膜から構成する。
これにより、多層膜の各層における反射光を干渉させて、赤外光を下方に透過させずに上方に反射させることができる。
なお、赤外光カット膜21の多層膜を構成する各層の材料及び膜厚は、赤外光をカットできる限り、任意に設定することが可能である。
Furthermore, in the present embodiment, the infrared light cut film 21 is formed of a multilayer film in which a plurality of films having different refractive indexes are stacked.
Thereby, the reflected light in each layer of the multilayer film can be interfered and reflected upward without transmitting infrared light downward.
The material and film thickness of each layer constituting the multilayer film of the infrared light cut film 21 can be arbitrarily set as long as infrared light can be cut.

赤外光カット膜21の多層膜に使用する材料としては、例えば、SiO(SiO等のシリコン酸化物),SiN(Si等のシリコン窒化物),Si,NbO,TiO,TaO,NbO等や、誘電体多層膜から成る光学膜に一般的に用いられているその他の誘電体材料を使用することができる。これらの材料に限定されるものではなく、可視光を透過する材料であれば、その他の材料も使用することが可能である。
そして、これら各種の材料から、屈折率が異なる複数の材料を選定して、それぞれの材料の膜を積層して多層膜を形成する。好ましくは、それぞれの膜の屈折率差が大きくなるように材料を組み合わせる。
屈折率差の異なる2つの材料の組み合わせとしては、例えば、SiO/SiN,Si/NbO,Si/TiO,Si/TaO,SiO/NbO,SiO/TiO,SiO/TaO等が挙げられる。
Examples of materials used for the multilayer film of the infrared light cut film 21 include SiO (silicon oxide such as SiO 2 ), SiN (silicon nitride such as Si 3 N 4 ), Si, NbO, TiO, TaO, NbO and other dielectric materials generally used for optical films made of a dielectric multilayer film can be used. It is not limited to these materials, and other materials can be used as long as they are materials that transmit visible light.
A plurality of materials having different refractive indexes are selected from these various materials, and a multilayer film is formed by laminating films of the respective materials. Preferably, the materials are combined so that the refractive index difference between the respective films becomes large.
Examples of combinations of two materials having different refractive index differences include SiO / SiN, Si / NbO, Si / TiO, Si / TaO, SiO / NbO, SiO / TiO, and SiO / TaO.

また、それぞれの膜の膜厚を固定して、規則的に2回以上繰り返し周期的に積層することも可能である。   In addition, it is possible to periodically and periodically laminate the films by fixing the thicknesses of the respective films.

赤外光カット膜21の多層膜について、膜構成の一形態の断面図を図4に示す。
図4に示す膜構成は、屈折率の異なる第1の膜1と第2の膜2とを、交互に4回繰り返し合計8層積層した多層膜によって、赤外光カット膜21が構成されている。
それぞれの第1の膜1の膜厚は同一であり、それぞれの第2の膜2の膜厚は同一である。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of one embodiment of the film configuration of the multilayer film of the infrared light cut film 21.
In the film configuration shown in FIG. 4, an infrared light cut film 21 is configured by a multilayer film in which a first film 1 and a second film 2 having different refractive indexes are alternately stacked four times in total for a total of eight layers. Yes.
The thickness of each first film 1 is the same, and the thickness of each second film 2 is the same.

好ましくは、カットしたい赤外光の中心波長をλ0、膜の屈折率をnとしたとき、膜厚t=x・λ0/4n(x=0.9〜1.1)を満たすように、第1の膜1の膜厚と第2の膜2の膜厚とを設定する。
上述の条件を満たすように膜厚を設定することにより、多層膜の赤外光に対する反射率を有効に高くすることができる。
Preferably, when the center wavelength of the infrared light to be cut is λ0 and the refractive index of the film is n, the thickness t = x · λ0 / 4n (x = 0.9 to 1.1) is satisfied. The film thickness of the first film 1 and the film thickness of the second film 2 are set.
By setting the film thickness so as to satisfy the above conditions, the reflectance of the multilayer film with respect to infrared light can be effectively increased.

例えば、SiO膜(シリコン酸化膜)/SiN膜(シリコン窒化膜)の積層では、SiO膜を膜厚131nmとして、SiN膜を膜厚95nmとする。   For example, in the lamination of SiO film (silicon oxide film) / SiN film (silicon nitride film), the SiO film has a thickness of 131 nm and the SiN film has a thickness of 95 nm.

なお、第1の膜1に、赤外光カット膜21に下層や上層で接する層(絶縁層等)の材料と、同じ材料、又は、屈折率がほぼ等しい材料を使用する場合には、他の形態として、図5の断面図に示すように、第1の膜1を最上層及び最下層に配置して、最上層及び最下層は、規則的な部分の第1の膜1よりも厚く形成してもよい。   In addition, when the same material as the material of the layer (insulating layer or the like) that is in contact with the infrared light cut film 21 at the lower layer or the upper layer is used for the first film 1, As shown in the cross-sectional view of FIG. 5, the first film 1 is arranged in the uppermost layer and the lowermost layer, and the uppermost layer and the lowermost layer are thicker than the first film 1 in a regular portion. It may be formed.

積層する膜は2種類に限らず、3種類以上でもよい。また、積層する膜の数も、合計3層以上であれば特に限定されない。合計2層の積層とした場合には、赤外光に対して充分な反射率を得ることが難しく、赤外光を充分にカットすることが難しくなる。   The number of films to be stacked is not limited to two, and may be three or more. Further, the number of films to be stacked is not particularly limited as long as the total number is three or more. In the case of a total of two layers, it is difficult to obtain sufficient reflectance for infrared light, and it is difficult to sufficiently cut infrared light.

本実施の形態の固体撮像素子は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、最上層の配線層13までの各層を形成し、最上層の配線層13を絶縁層14で覆う。
次に、例えば、低温スパッタ装置を用いて、多層膜を構成するそれぞれの膜を連続して順次成膜することにより、多層膜から成る赤外光カット膜21を形成する。このとき、多層膜のそれぞれの膜の成膜温度は、既に成膜した下層の各層に影響しないように、250℃以下とすることが好ましく、より好ましくは150℃以下とする。
その後、赤外光カット膜21を絶縁層14で覆って、平坦化膜15、カラーフィルター16、オンチップレンズ18を順次形成する。
The solid-state imaging device of the present embodiment can be manufactured as follows, for example.
First, layers up to the uppermost wiring layer 13 are formed, and the uppermost wiring layer 13 is covered with an insulating layer 14.
Next, for example, by using a low-temperature sputtering apparatus, the respective films constituting the multilayer film are successively and sequentially formed, thereby forming the infrared light cut film 21 composed of the multilayer film. At this time, the film formation temperature of each of the multilayer films is preferably set to 250 ° C. or less, more preferably 150 ° C. or less so as not to affect the lower layers already formed.
Thereafter, the infrared light cut film 21 is covered with the insulating layer 14, and the flattening film 15, the color filter 16, and the on-chip lens 18 are sequentially formed.

低温スパッタ等の低温の成膜技術を用いて、赤外光カット膜21を成膜することにより、低温での成膜が可能となる。これにより、成膜時に他の各層に影響しないため、赤外光カット膜21の場所に捉われることなく、赤外光カット膜21を配置することが可能となる。
また、赤外光カット膜21の多層膜を構成するそれぞれの膜は、屈折率差の出来るだけ大きな、複数の材料を使用することが好ましいが、低温スパッタ装置は、こういった屈折率差の大きな材料を連続的に成膜することにも適している。
By forming the infrared light cut film 21 using a low temperature film formation technique such as low temperature sputtering, it is possible to form a film at a low temperature. Thereby, since other layers are not affected at the time of film formation, the infrared light cut film 21 can be disposed without being caught by the place of the infrared light cut film 21.
Each of the films constituting the multilayer film of the infrared light cut film 21 is preferably made of a plurality of materials having a refractive index difference as large as possible. It is also suitable for forming a large material continuously.

上述の本実施の形態の固体撮像素子の構成によれば、カラーフィルター16が形成された画素に、可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜21が形成されていることにより、この画素では可視光だけを受光検出することができる。これにより、カラーフィルター16が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができる。
また、カラーフィルター16が形成されていない画素には、赤外光カット膜21も形成されていないので、この画素においては、可視光と赤外光とを受光検出することができる。
従って、カラーフィルター16が形成されていない画素から得られた画像信号(可視光+赤外光)と、カラーフィルターが形成された画素から得られた画像信号(可視光のみ)とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。この場合の演算処理は、前述した特許文献7に記載された構成と比較して、簡単な演算処理で済む。
According to the configuration of the solid-state imaging device of the present embodiment described above, the infrared light cut film 21 that transmits visible light but does not transmit infrared light is formed in the pixel on which the color filter 16 is formed. Thus, only visible light can be received and detected in this pixel. Thereby, a visible light image can be obtained using an image signal obtained from the pixel on which the color filter 16 is formed.
In addition, since the infrared light cut film 21 is not formed in the pixel in which the color filter 16 is not formed, visible light and infrared light can be received and detected in this pixel.
Therefore, an image signal (visible light + infrared light) obtained from a pixel on which the color filter 16 is not formed and an image signal (visible light only) obtained from the pixel on which the color filter is formed are calculated. Thus, an infrared light image can be obtained. The arithmetic processing in this case is simple arithmetic processing as compared with the configuration described in Patent Document 7 described above.

そして、カラーフィルター16が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができることにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
これにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
Further, since an image of visible light can be obtained by using an image signal obtained from the pixel on which the color filter 16 is formed, only normal visible light is received and detected without performing complicated calculations. A visible light image can be obtained by the same arithmetic processing as that of the solid-state imaging device.
Accordingly, an image of visible light can be obtained by the same arithmetic processing as that of a solid-state imaging device that receives and detects only normal visible light without performing complicated calculation.

また、カラーフィルター16及び赤外光カット膜21の有無により、赤外光を受光する画素と、赤外光が入射しない(赤外光を受光しない)画素とを振り分けることができるため、大がかりな光学系を設けなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能になる。   In addition, depending on the presence or absence of the color filter 16 and the infrared light cut film 21, pixels that receive infrared light and pixels that do not receive infrared light (do not receive infrared light) can be distributed. Even without providing an optical system, both visible light and infrared light can be received and detected.

さらに、本実施の形態によれば、赤外光カット膜21が、斜めに隣接する画素で連続するように、画素の角部にブリッジパターン21Bを有していることにより、赤外光カット膜21の密着性を向上して、赤外光カット膜21のパターンのパターン飛びやパターン剥がれを防止することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the infrared light cut film 21 has the bridge pattern 21B at the corners of the pixels so that the infrared light cut film 21 is continuous with the diagonally adjacent pixels. The adhesion of 21 can be improved, and pattern skipping and pattern peeling of the infrared light cut film 21 can be prevented.

なお、上述の実施の形態を変形して、カラーフィルター16のパターンにもブリッジパターンを設けるようにしてもよい。
ただし、カラーフィルター16を図2に示した配列とする場合には、隣接するカラーフィルターが異なる色(緑色Gと、赤色R又は青色B)であるため、ブリッジパターンの途中に異なる色のカラーフィルターの境界が形成される。
これに対して、隣接するカラーフィルターが同じ色である場合には、赤外光カット膜21と同様にブリッジパターンで連続して形成することができる。
Note that the above-described embodiment may be modified so that a bridge pattern is also provided in the pattern of the color filter 16.
However, when the color filter 16 has the arrangement shown in FIG. 2, the adjacent color filters have different colors (green G, red R, or blue B), and therefore, different color filters in the middle of the bridge pattern. The boundary is formed.
On the other hand, when the adjacent color filters have the same color, they can be continuously formed in a bridge pattern similarly to the infrared light cut film 21.

次に、本発明の他の実施の形態の固体撮像素子における、赤外光カット膜のパターンの平面図を、図6に示す。
本実施の形態では、図6に示すように、赤外光カット膜21のパターンのうち、画素の角部に対応するエッジ部を除いたパターンとして、各パターンの間隔をあけている。
その他の構成は、図1〜図3に示した先の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。赤外光カット膜21は、先の実施の形態と同様に、好ましくは、屈折率の異なる複数の膜を積層した多層膜により構成する。
Next, FIG. 6 shows a plan view of an infrared light cut film pattern in a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention.
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, among the patterns of the infrared light cut film 21, each pattern is spaced as a pattern excluding the edge portion corresponding to the corner portion of the pixel.
Other configurations are the same as those of the previous embodiment shown in FIGS. The infrared light cut film 21 is preferably composed of a multilayer film in which a plurality of films having different refractive indexes are laminated, as in the previous embodiment.

赤外光カット膜21のパターンの間隔は、先の実施の形態のブリッジパターン21Bの幅と同様に、例えば、0.1μm〜2.0μm程度の範囲内で、画素のサイズに対応して設定する。
なお、赤外光カット膜21のパターンの間隔をあける場合には、パターンの間隔を広げ過ぎると、隣接する画素から斜めに入射した赤外光による、混色の問題を生じやすくなるため、好ましくない。
The pattern spacing of the infrared light cut film 21 is set corresponding to the pixel size within a range of about 0.1 μm to 2.0 μm, for example, similarly to the width of the bridge pattern 21B of the previous embodiment. To do.
In addition, in the case where the pattern spacing of the infrared light cut film 21 is increased, if the pattern spacing is excessively widened, a problem of color mixing due to infrared light obliquely incident from adjacent pixels tends to occur, which is not preferable. .

上述の本実施の形態によれば、先の実施の形態と同様に、カラーフィルター16が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができ、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
これにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
また、カラーフィルター16が形成されていない画素から得られた画像信号(可視光+赤外光)と、カラーフィルターが形成された画素から得られた画像信号(可視光のみ)とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。
そして、カラーフィルター16及び赤外光カット膜21の有無により、赤外光を受光する画素と、赤外光が入射しない(赤外光を受光しない)画素とを振り分けることができるため、大がかりな光学系を設けなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能になる。
According to the above-described embodiment, a visible light image can be obtained using an image signal obtained from a pixel on which the color filter 16 is formed, as in the previous embodiment, and a complicated Even if the calculation is not performed, an image of visible light can be obtained by a calculation process similar to that of a solid-state imaging device that receives and detects only normal visible light.
Accordingly, an image of visible light can be obtained by the same arithmetic processing as that of a solid-state imaging device that receives and detects only normal visible light without performing complicated calculation.
Also, an image signal (visible light + infrared light) obtained from a pixel on which the color filter 16 is not formed and an image signal (visible light only) obtained from the pixel on which the color filter is formed are calculated. Thus, an infrared light image can be obtained.
Then, depending on the presence or absence of the color filter 16 and the infrared light cut film 21, pixels that receive infrared light and pixels that do not receive infrared light (does not receive infrared light) can be distributed. Even without providing an optical system, both visible light and infrared light can be received and detected.

さらにまた、本実施の形態によれば、赤外光カット膜21のパターンのうち、画素の角部に対応するエッジ部を除いたパターンとして、各パターンの間隔をあけていることにより、赤外光カット膜21のパターンに微小パターンがなくなることから、赤外光カット膜21の密着性を向上することができ、これにより、赤外光カット膜のパターンのパターン飛びやパターン剥がれを防止することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, among the patterns of the infrared light cut film 21, the patterns are spaced apart from each other as the pattern excluding the edge portions corresponding to the corner portions of the pixels. Since there is no minute pattern in the pattern of the light cut film 21, the adhesion of the infrared light cut film 21 can be improved, thereby preventing pattern skipping or pattern peeling of the infrared light cut film pattern. Can do.

なお、上述の実施の形態を変形して、カラーフィルター16のパターンにも間隔を設けるようにしてもよい。   It should be noted that the above-described embodiment may be modified so that the pattern of the color filter 16 is also spaced.

次に、本発明のさらに他の実施の形態の固体撮像素子における、赤外光カット膜のパターンの平面図を、図7に示す。
本実施の形態では、図7に示すように、赤外光カット膜21のパターンを、図中破線で示す画素22のサイズ(ピッチ)よりも、大きく形成している。これにより、画素の角部付近でパターンが重なり、斜めに隣接する画素でパターンが連続して形成されている。
その他の構成は、図1〜図3に示した先の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。赤外光カット膜21は、先の実施の形態と同様に、好ましくは、屈折率の異なる複数の膜を積層した多層膜により構成する。
Next, a plan view of the pattern of the infrared light cut film in the solid-state imaging device of still another embodiment of the present invention is shown in FIG.
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the pattern of the infrared light cut film 21 is formed larger than the size (pitch) of the pixels 22 indicated by broken lines in the figure. As a result, the patterns overlap in the vicinity of the corners of the pixels, and the patterns are continuously formed with diagonally adjacent pixels.
Other configurations are the same as those of the previous embodiment shown in FIGS. The infrared light cut film 21 is preferably composed of a multilayer film in which a plurality of films having different refractive indexes are laminated, as in the previous embodiment.

赤外光カット膜21のパターンを、画素22のサイズに対応して、画素22のサイズよりも、例えば、0.05μm〜5.0μm程度大きくする。
例えば、画素が一辺2.5μmの正方形である場合に、i線の露光装置を使用して赤外光カット膜21のパターン形成を行う場合には、赤外光カット膜21のパターンを画素22のサイズよりも0.1μm〜0.5μm程度大きくした、2.6μm〜3.5μm程度が最適と考えられる。
The pattern of the infrared light cut film 21 is made larger than the size of the pixel 22 by about 0.05 μm to 5.0 μm, for example, corresponding to the size of the pixel 22.
For example, when the pixel is a square having a side of 2.5 μm and the pattern of the infrared light cut film 21 is formed using an i-line exposure apparatus, the pattern of the infrared light cut film 21 is changed to the pixel 22. The size of about 2.6 μm to 3.5 μm, which is about 0.1 μm to 0.5 μm larger than the size of the above, is considered optimal.

なお、赤外光カット膜21のパターンを画素22のサイズよりも大きくすると、隣接する赤外光を光電変換したい画素では、大きくした赤外光カット膜21によって端部に入射した赤外光が一部カットされるため、その分感度が低下することになる。
そのため、赤外光カット膜21のパターンを画素22のサイズよりも大きくする量は、隣接する赤外光を光電変換したい画素からの混色量と、赤外光を光電変換したい画素における赤外光の感度とを、それぞれ考慮して設定する。
If the pattern of the infrared light cut film 21 is made larger than the size of the pixel 22, the infrared light incident on the end portion of the adjacent infrared light by the enlarged infrared light cut film 21 is changed in the pixel to be photoelectrically converted. Since a part is cut, the sensitivity is reduced accordingly.
Therefore, the amount by which the pattern of the infrared light cut film 21 is made larger than the size of the pixel 22 is the amount of color mixture from the pixel to which adjacent infrared light is to be photoelectrically converted and the infrared light at the pixel to which infrared light is to be photoelectrically converted. The sensitivity is set in consideration of each.

上述の本実施の形態によれば、図1〜図3に示した先の実施の形態と同様に、カラーフィルター16が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができ、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
これにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
また、カラーフィルター16が形成されていない画素から得られた画像信号(可視光+赤外光)と、カラーフィルターが形成された画素から得られた画像信号(可視光のみ)とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。
そして、カラーフィルター16及び赤外光カット膜21の有無により、赤外光を受光する画素と、赤外光が入射しない(赤外光を受光しない)画素とを振り分けることができるため、大がかりな光学系を設けなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能になる。
According to the present embodiment described above, a visible light image is obtained using an image signal obtained from a pixel on which the color filter 16 is formed, as in the previous embodiment shown in FIGS. Even without performing complicated calculations, a visible light image can be obtained by the same calculation process as that of a solid-state imaging device that receives and detects only normal visible light.
Accordingly, an image of visible light can be obtained by the same arithmetic processing as that of a solid-state imaging device that receives and detects only normal visible light without performing complicated calculation.
Also, an image signal (visible light + infrared light) obtained from a pixel on which the color filter 16 is not formed and an image signal (visible light only) obtained from the pixel on which the color filter is formed are calculated. Thus, an infrared light image can be obtained.
Then, depending on the presence or absence of the color filter 16 and the infrared light cut film 21, pixels that receive infrared light and pixels that do not receive infrared light (does not receive infrared light) can be distributed. Even without providing an optical system, both visible light and infrared light can be received and detected.

さらにまた、赤外光カット膜21のパターンを、画素22のサイズよりも、大きく形成していることにより、隣接する赤外光を光電変換したい画素から、赤外光カット膜21が設けられた、可視光を光電変換したい画素への赤外光の入射による混色を防止することができる。
従って、カラー画素の色再現性を向上することができ、また、解像度の低下を防ぐことができる。
Furthermore, since the pattern of the infrared light cut film 21 is formed larger than the size of the pixel 22, the infrared light cut film 21 is provided from a pixel where photoelectric conversion of adjacent infrared light is desired. Further, it is possible to prevent color mixture due to incidence of infrared light on a pixel to which visible light is to be photoelectrically converted.
Therefore, the color reproducibility of the color pixel can be improved, and the resolution can be prevented from being lowered.

なお、上述の実施の形態を変形して、カラーフィルター16のパターンも画素のサイズよりも大きくしてもよい。
ただし、カラーフィルター16を図2に示した配列とする場合には、隣接するカラーフィルターが異なる色(緑色Gと、赤色R又は青色B)であるため、異なる色のカラーフィルターの境界を適切な位置に形成する。
これに対して、隣接するカラーフィルターが同じ色である場合には、赤外光カット膜21と同様に連続して形成することができる。
Note that the pattern of the color filter 16 may be larger than the pixel size by modifying the above-described embodiment.
However, when the color filters 16 are arranged as shown in FIG. 2, the adjacent color filters have different colors (green G and red R or blue B), so that the boundary between the color filters of different colors is appropriately set. Form in position.
On the other hand, when the adjacent color filters have the same color, they can be continuously formed in the same manner as the infrared light cut film 21.

また、本実施の形態の構成と、前述した先の各実施の形態の構成(ブリッジパターンにより隣接画素と連続したパターンを形成した構成、画素の角部でパターンに間隔を設けた構成)とを組み合わせることも可能である。   In addition, the configuration of this embodiment and the configuration of each of the previous embodiments (a configuration in which a pattern continuous with adjacent pixels is formed by a bridge pattern, a configuration in which a pattern is spaced at the corners of the pixels) Combinations are also possible.

続いて、本発明の別の実施の形態の固体撮像素子について説明する。
本実施の形態では、赤外光を光電変換したい画素からの混色を防ぐために、赤外光カット膜21のパターンを、画素の画角に対応して、画素サイズ(ピッチ)とは異なるピッチでずらす。
つまり、赤外光カット膜21のパターンに瞳補正をかける。
具体的には、後述するように、画素領域の端部の画素において、赤外光カット膜21のパターンを、半導体部の画素の位置から、画素領域の中央部側にずらす。
その他の構成は、図1〜図3に示した先の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。赤外光カット膜21は、先の実施の形態と同様に、好ましくは、屈折率の異なる複数の膜を積層した多層膜により構成する。
Subsequently, a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, in order to prevent color mixing from a pixel to which infrared light is to be photoelectrically converted, the pattern of the infrared light cut film 21 is set at a pitch different from the pixel size (pitch) corresponding to the angle of view of the pixel. Shift.
That is, pupil correction is applied to the pattern of the infrared light cut film 21.
Specifically, as will be described later, in the pixel at the end of the pixel region, the pattern of the infrared light cut film 21 is shifted from the position of the pixel in the semiconductor portion toward the center of the pixel region.
Other configurations are the same as those of the previous embodiment shown in FIGS. The infrared light cut film 21 is preferably composed of a multilayer film in which a plurality of films having different refractive indexes are laminated, as in the previous embodiment.

赤外光カット膜21の瞳補正量は、画素領域内の画素の位置によるが、例えば、〜2.0μm程度とする。   The pupil correction amount of the infrared light cut film 21 depends on the position of the pixel in the pixel region, but is about ˜2.0 μm, for example.

なお、カラーフィルター16やオンチップレンズ18も、赤外光カット膜21と同様に、半導体部の画素の位置からずらす。
ただし、これらは図1に示したように赤外光カット膜21よりも高い所に形成されているので、補正量を赤外光カット膜よりも大きくすることが望ましく、それぞれのシリコン基板11表面からの高さに対応して、補正量を設定する。
Note that the color filter 16 and the on-chip lens 18 are also shifted from the position of the pixel in the semiconductor portion, similarly to the infrared light cut film 21.
However, since these are formed higher than the infrared light cut film 21 as shown in FIG. 1, it is desirable that the correction amount be larger than that of the infrared light cut film. The correction amount is set according to the height from.

本実施の形態の固体撮像素子の画素領域の右端部の画素における、赤外光カット膜のパターンの平面図を、図8に示す。
右端部の画素では、左から斜めに光が入射するので、図8に示すように、赤外光カット膜21のパターンを、図中破線で示す、図1のシリコン基板11に対応する半導体部の画素22の位置よりも、左に(即ち、画素領域の中央部側に)ずらしている。
FIG. 8 shows a plan view of the pattern of the infrared light cut film in the pixel at the right end of the pixel region of the solid-state imaging device of the present embodiment.
In the pixel at the right end, light is incident obliquely from the left. Therefore, as shown in FIG. 8, the pattern of the infrared light cut film 21 is indicated by a broken line in the drawing and corresponds to the silicon substrate 11 in FIG. The pixel 22 is shifted to the left (that is, toward the center of the pixel region) from the position of the pixel 22.

図示しないが同様にして、画素領域の左端部の画素においては、赤外光カット膜21のパターンを半導体部の画素22の位置よりも右に(即ち、画素領域の中央部側に)ずらす。画素領域の上端部の画素においては、赤外光カット膜21のパターンを半導体部の画素22の位置よりも下に(即ち、画素領域の中央部側に)ずらし、画素領域の下端部の画素においては、赤外光カット膜21のパターンを半導体部の画素22の位置よりも上に(即ち、画素領域の中央部側に)ずらす。   Similarly, although not shown, in the pixel at the left end portion of the pixel region, the pattern of the infrared light cut film 21 is shifted to the right from the position of the pixel 22 in the semiconductor portion (that is, toward the center portion of the pixel region). In the pixel at the upper end of the pixel region, the pattern of the infrared light cut film 21 is shifted below the position of the pixel 22 in the semiconductor portion (that is, toward the center of the pixel region), and the pixel at the lower end of the pixel region In FIG. 5, the pattern of the infrared light cut film 21 is shifted above the position of the pixel 22 in the semiconductor portion (that is, toward the center of the pixel region).

上述の本実施の形態によれば、図1〜図3に示した先の実施の形態と同様に、カラーフィルター16が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができ、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
これにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
また、カラーフィルター16が形成されていない画素から得られた画像信号(可視光+赤外光)と、カラーフィルターが形成された画素から得られた画像信号(可視光のみ)とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。
そして、カラーフィルター16及び赤外光カット膜21の有無により、赤外光を受光する画素と、赤外光が入射しない(赤外光を受光しない)画素とを振り分けることができるため、大がかりな光学系を設けなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能になる。
According to the present embodiment described above, a visible light image is obtained using an image signal obtained from a pixel on which the color filter 16 is formed, as in the previous embodiment shown in FIGS. Even without performing complicated calculations, a visible light image can be obtained by the same calculation process as that of a solid-state imaging device that receives and detects only normal visible light.
Accordingly, an image of visible light can be obtained by the same arithmetic processing as that of a solid-state imaging device that receives and detects only normal visible light without performing complicated calculation.
Also, an image signal (visible light + infrared light) obtained from a pixel on which the color filter 16 is not formed and an image signal (visible light only) obtained from the pixel on which the color filter is formed are calculated. Thus, an infrared light image can be obtained.
Then, depending on the presence or absence of the color filter 16 and the infrared light cut film 21, pixels that receive infrared light and pixels that do not receive infrared light (does not receive infrared light) can be distributed. Even without providing an optical system, both visible light and infrared light can be received and detected.

また、本実施の形態によれば、画素領域の端部の画素において、赤外光カット膜21のパターンを半導体部の画素22の位置よりも画素領域の中央部側にずらしていることにより、隣接する赤外光を光電変換したい画素から、赤外光カット膜21が設けられた、可視光を光電変換したい画素への赤外光の入射による混色を防止することができる。
従って、カラー画素の色再現性を向上することができ、また、解像度の低下を防ぐことができる。
Further, according to the present embodiment, in the pixel at the end of the pixel area, the pattern of the infrared light cut film 21 is shifted to the center side of the pixel area from the position of the pixel 22 of the semiconductor part. It is possible to prevent color mixing due to the incidence of infrared light from pixels that are desired to photoelectrically convert adjacent infrared light to pixels that are provided with the infrared light cut film 21 and that are desired to photoelectrically convert visible light.
Therefore, the color reproducibility of the color pixel can be improved, and the resolution can be prevented from being lowered.

本実施の形態のように瞳補正を行う場合には、赤外光カット膜やオンチップレンズと半導体部とを相対的にずらせばよいので、これらのどちらをずらしてもよいが、半導体部の間隔を画素領域の中央部と周辺部で変えると画素のフォトダイオードやトランジスタ特性に影響することが有り得ることから、赤外光カット膜やオンチップレンズの間隔を変えることが好ましい。   When pupil correction is performed as in the present embodiment, the infrared light cut film or on-chip lens and the semiconductor portion may be relatively shifted, so either of these may be shifted. Since changing the distance between the central part and the peripheral part of the pixel region may affect the photodiode and transistor characteristics of the pixel, it is preferable to change the distance between the infrared light cut film and the on-chip lens.

また、本実施の形態の構成と、前述した先の各実施の形態の構成(ブリッジパターンにより隣接画素と連続したパターンを形成した構成、画素の角部でパターンに間隔を設けた構成、画素サイズよりも大きいパターンとした構成)とを、組み合わせることも可能である。   In addition, the configuration of this embodiment and the configuration of each of the above-described embodiments (a configuration in which a pattern continuous with adjacent pixels is formed by a bridge pattern, a configuration in which a pattern is provided at the corner of the pixel, and a pixel size Can be combined with a larger pattern).

図1では、赤外光カット膜21を配線層13とカラーフィルター16との間の絶縁層14内に形成しているが、本発明では、赤外光カット膜21を形成する場所を、その他の場所としてもよい。例えば、カラーフィルターとオンチップレンズの間の絶縁層内や、オンチップレンズの上や、オンチップレンズの上方に、形成してもよい。   In FIG. 1, the infrared light cut film 21 is formed in the insulating layer 14 between the wiring layer 13 and the color filter 16, but in the present invention, the place where the infrared light cut film 21 is formed is the other place. It may be a place. For example, it may be formed in an insulating layer between the color filter and the on-chip lens, on the on-chip lens, or above the on-chip lens.

図2では、正方形の画素をマトリクス状に配置しているが、本発明は、画素の形状や配置は、その他の構成としてもよい。例えば、行及び列に対して斜めにダイヤ型の四辺形にした画素やハニカム構造の六角形や八角形等、その他の形状としてもよく、また、1行毎に画素の位置を互い違いにずらした配置としてもよい。ハニカム構造の画素にも適用される。   In FIG. 2, square pixels are arranged in a matrix, but the present invention may have other configurations for the shape and arrangement of the pixels. For example, other shapes such as diamond-shaped quadrilaterals diagonally with respect to rows and columns, hexagons and octagons with a honeycomb structure may be used, and the positions of the pixels are staggered for each row. It is good also as arrangement. The present invention is also applied to a pixel having a honeycomb structure.

上述の各実施の形態では、カラーフィルター16として、赤色R、緑色G、青色Bの原色系の3色のカラーフィルターを使用した場合を説明したが、補色系のカラーフィルター(シアンCy、マゼンタMg、イエローYe)等、他の色のカラーフィルターを使用してもよい。   In each of the above-described embodiments, the case where three color filters of the primary colors of red R, green G, and blue B are used as the color filter 16 has been described. However, complementary color filters (cyan Cy, magenta Mg) , Yellow Ye) and other color filters may be used.

また、上述の各実施の形態では、赤外光カット膜21のない、可視光及び赤外光を受光検出する画素には、カラーフィルター16を形成していないが、本発明においては、可視光及び赤外光を受光する画素にカラーフィルターを形成することも可能である。
例えば、可視光のみを受光する画素に形成しているカラーフィルターのうち、いずれかの色のカラーフィルターと同一のカラーフィルターを、可視光及び赤外光を受光する画素に形成することが可能である。このように構成すると、同一のカラーフィルターが形成されている可視光のみを受光する画素からの画像信号を、可視光及び赤外光を受光する画素からの画像信号から減算することにより、赤外光の画像信号が得られる。
従って、赤外光の画像信号を得るための演算処理を単純化することができる利点を有する。
Further, in each of the above-described embodiments, the color filter 16 is not formed in a pixel that does not have the infrared light cut film 21 and receives and detects visible light and infrared light. However, in the present invention, visible light is not formed. It is also possible to form a color filter in a pixel that receives infrared light.
For example, among the color filters formed on pixels that receive only visible light, the same color filter as the color filter of any color can be formed on the pixels that receive visible light and infrared light. is there. With this configuration, an image signal from a pixel that receives only visible light on which the same color filter is formed is subtracted from an image signal from a pixel that receives visible light and infrared light, thereby obtaining an infrared signal. An optical image signal is obtained.
Accordingly, there is an advantage that the arithmetic processing for obtaining the image signal of the infrared light can be simplified.

また、上述の各実施の形態では、いずれもシリコン基板を使用した場合を示したが、本発明は、シリコン基板以外の半導体基板を使用した場合にも適用することが可能である。
また、シリコン基板の表面側に、シリコンエピタキシャル層を形成し、センサ部をこのシリコンエピタキシャル層内に形成した構成としてもよい。
In each of the above embodiments, the case where a silicon substrate is used has been described. However, the present invention can also be applied to the case where a semiconductor substrate other than a silicon substrate is used.
Moreover, it is good also as a structure which formed the silicon epitaxial layer in the surface side of the silicon substrate, and formed the sensor part in this silicon epitaxial layer.

また、上述の各実施の形態では、CMOS型固体撮像素子に適用した場合を説明したが、その他の構成の固体撮像素子、例えばCCD固体撮像素子にも、同様に本発明を適用することができる。   In each of the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to a CMOS solid-state image sensor has been described. However, the present invention can be similarly applied to solid-state image sensors having other configurations, for example, CCD solid-state image sensors. .

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

本発明の一実施の形態の固体撮像素子の概略構成図(断面図)である。1 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 図1のカラーフィルターの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the color filter of FIG. 図1の赤外光カット膜の配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the infrared-light cut film | membrane of FIG. 図1の赤外光カット膜の多層膜の一形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one form of the multilayer film of the infrared-light cut film | membrane of FIG. 図1の赤外光カット膜の多層膜の他の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other form of the multilayer film of the infrared-light cut film | membrane of FIG. 本発明の他の実施の形態の固体撮像素子の赤外光カット膜の配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the infrared-light cut film of the solid-state image sensor of other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施の形態の固体撮像素子の赤外光カット膜の配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the infrared-light cut film | membrane of the solid-state image sensor of further another embodiment of this invention. 本発明の別の実施の形態の固体撮像素子の画素領域の右側の画素における赤外光カット膜の配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the infrared-light cut film in the pixel of the right side of the pixel area | region of the solid-state image sensor of another embodiment of this invention. 赤外光カット膜のパターンを画素のパターンとほぼ同一とした構成の固体撮像素子の赤外光カット膜の配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the infrared-light cut film of the solid-state image sensor of the structure which made the pattern of the infrared-light cut film substantially the same as the pattern of a pixel.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1の膜、2 第2の膜、11 シリコン基板、12 センサ部、14,17 絶縁層、15 平坦化膜、16 カラーフィルター、18 オンチップレンズ、21 赤外光カット膜、21B ブリッジパターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st film | membrane, 2nd film | membrane, 11 Silicon substrate, 12 Sensor part, 14, 17 Insulating layer, 15 Planarization film | membrane, 16 Color filter, 18 On-chip lens, 21 Infrared light cut film | membrane, 21B Bridge pattern

Claims (4)

光電変換がなされるセンサ部の上方に、各画素の前記センサ部に対応して、カラーフィルターと、入射光を集光するオンチップレンズとが、それぞれ形成され、
画素領域のうち、一部の画素においては、前記カラーフィルターが形成されていると共に、さらに可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成され、
前記一部の画素が、4画素中2画素で市松状に配置され、
前記赤外光カット膜が、画素の角部において、隣接する画素で連続したパターンに形成されている
固体撮像素子。
A color filter and an on-chip lens that collects incident light are respectively formed above the sensor unit that performs photoelectric conversion, corresponding to the sensor unit of each pixel,
In some of the pixel regions, the color filter is formed, and an infrared light cut film that transmits visible light but does not transmit infrared light is formed.
The some pixels are arranged in a checkered pattern with 2 out of 4 pixels,
A solid-state imaging device, wherein the infrared light cut film is formed in a continuous pattern in adjacent pixels at corners of pixels.
前記画素領域のうち、前記一部の画素以外の画素においては、前記カラーフィルター及び前記赤外光カット膜がいずれも形成されていない請求項1に記載の固体撮像素子。 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein none of the color filter and the infrared light cut film is formed in pixels other than the some of the pixels in the pixel region. 前記赤外光カット膜が、屈折率の異なる膜を積層した多層膜から成る請求項1又は請求項2に記載の固体撮像素子。 The infrared cutoff film is a solid-state imaging device according to claim 1 or claim 2 comprising a multilayer film formed by laminating films having different refractive indices. 前記赤外光カット膜が、前記画素の角部のみにおいて、隣接する画素で連続したパターンに形成されている、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the infrared light cut film is formed in a continuous pattern of adjacent pixels only at the corners of the pixels. 5.
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