JP5008905B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサやCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ等の固体撮像装置に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device such as a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor and a charge coupled device (CCD) image sensor.

一般的な固体撮像装置は、画素に含まれるフォトダイオードへ入射する光(外部光)を電荷に変換する。そのため、フォトダイオードの受光面(光電変換領域)に入射する光信号は、画素単位で電気信号へと変換される。すると、画素面積に対する受光面の面積比率(開口率)が高いほど、光信号が多く取得されることになり、固体撮像装置の感度が向上する。   A general solid-state imaging device converts light (external light) incident on a photodiode included in a pixel into an electric charge. Therefore, the optical signal incident on the light receiving surface (photoelectric conversion region) of the photodiode is converted into an electrical signal in units of pixels. Then, as the area ratio (aperture ratio) of the light receiving surface to the pixel area is higher, more optical signals are acquired, and the sensitivity of the solid-state imaging device is improved.

しかし、画素面積内には、光電変換領域以外の他の要素(例えばトランジスタ等)も含まれる。そのため、開口率の向上には限界がある。そこで、外部光を光電変換領域に集光させるマイクロレンズ(オンチップレンズ)を備える固体撮像装置が種々開発されている。なぜなら、このようなマイクロレンズは、外部光を集光させて(すなわち光量を増加させて)光電変換領域に導けるので、固体撮像装置の感度が向上するためである(なお、かかるような光量増加のことを、見かけの開口率が向上したと表現してもよい)。   However, other elements (for example, transistors) other than the photoelectric conversion region are included in the pixel area. Therefore, there is a limit to improving the aperture ratio. Therefore, various solid-state imaging devices having a microlens (on-chip lens) for condensing external light on the photoelectric conversion region have been developed. This is because such a microlens condenses external light (that is, increases the amount of light) and leads it to the photoelectric conversion region, thereby improving the sensitivity of the solid-state imaging device (in addition, such an increase in the amount of light). This may be expressed as an improvement in the apparent aperture ratio).

ところが、最近では、固体撮像装置の高画素化の要望のために、画素サイズの縮小化(すなわち画素ピッチの縮小化)が進んでいる。そのため、画素表面に設けられている画素毎のマイクロレンズの面サイズ(外径等)も縮小してしまい、光電変換領域に導かれる光量が向上しにくくなっている。   Recently, however, the pixel size has been reduced (that is, the pixel pitch has been reduced) due to the demand for higher pixels in the solid-state imaging device. For this reason, the surface size (outer diameter, etc.) of the microlens for each pixel provided on the pixel surface is also reduced, and the amount of light guided to the photoelectric conversion region is hardly improved.

そこで、効果的な光量増加を図るべく、図7に示すように、マイクロレンズmsとフォトダイオードddとの間に、層内レンズisを設けた固体撮像装置139が種々開発されている(例えば特許文献1)。なぜなら、このような層内レンズisは、マイクロレンズmsからの透過光を集光させて光電変換領域へと導けるためである。
特開平11−40787号公報
Therefore, in order to effectively increase the amount of light, various solid-state imaging devices 139 having an in-layer lens is provided between the microlens ms and the photodiode dd have been developed as shown in FIG. Reference 1). This is because such an intra-layer lens is collects the transmitted light from the microlens ms and guides it to the photoelectric conversion region.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-40787

ただし、特許文献1の固体撮像装置139は、画素のピッチ(すなわちマイクロレンズMSのピッチ)を等間隔にしている上に、フォトダイオードddのピッチも等間隔にし、さらに、フォトダイオードddの受光面側の上方に、マイクロレンズmsおよび層内レンズisを重畳させるように配置させている。このような固体撮像装置139であれば、層内レンズisによって、マイクロレンズmsの透過光をフォトダイオードddに導ける。しかし、図8のような固体撮像装置139の場合では問題が生じる。その問題について、図8と図9・図10とを参照しながら以下に説明する(なお、理解を容易にすべく断面図でのハッチングを省略している場合もある)。   However, in the solid-state imaging device 139 of Patent Document 1, the pitch of the pixels (that is, the pitch of the microlenses MS) is equal, and the pitch of the photodiodes dd is also equal. Further, the light receiving surface of the photodiode dd Above the side, the microlens ms and the in-layer lens is are arranged so as to overlap each other. With such a solid-state imaging device 139, the transmitted light of the microlens ms can be guided to the photodiode dd by the in-layer lens is. However, in the case of the solid-state imaging device 139 as shown in FIG. The problem will be described below with reference to FIG. 8 and FIGS. 9 and 10 (note that hatching in the cross-sectional view may be omitted for easy understanding).

図8に示される固体撮像装置139は、面内配置で2行2列の画素を一組(画素組)としており、画素のピッチ(すなわちマイクロレンズmsのピッチPa)と層内レンズisのピッチPbを等間隔にしている。なお、この固体撮像装置139は、マイクロレンズmsおよび層内レンズisの面内中心(黒丸)を一致(重畳)させ、さらに外径も同じにしているで、Pa=Pbとなる。   The solid-state imaging device 139 shown in FIG. 8 has in-plane arrangement of pixels in 2 rows and 2 columns as a set (pixel set), and the pixel pitch (that is, the pitch Pa of the microlens ms) and the pitch of the in-layer lens is. Pb is equally spaced. In this solid-state imaging device 139, the in-plane centers (black circles) of the microlens ms and the in-layer lens is are matched (overlapped), and the outer diameter is also the same, so that Pa = Pb.

しかしながら、フォトダイオードddは画素組の面内中心に近づくように配置されている。そのため、画素組内のフォトダイオードdd同士の間隔Pdと隣り合う画素組同士でのフォトダイオードdd同士の間隔Peとが異なる(なお、白丸が光電変換領域の面内中心であり、Pd<Pe,Pd+Pe=Pa×2=Pb×2)。   However, the photodiode dd is disposed so as to approach the in-plane center of the pixel group. Therefore, the interval Pd between the photodiodes dd in the pixel group is different from the interval Pe between the photodiodes dd in adjacent pixel groups (note that the white circle is the in-plane center of the photoelectric conversion region, and Pd <Pe, Pd + Pe = Pa × 2 = Pb × 2).

したがって、かかる固体撮像装置139では、画素のピッチは等間隔になっているものの、フォトダイオードddのピッチは不等間隔になる。なお、画素は不図示のカラーフィルタを含んでおり、赤(RED)の画素には「R」、緑(GREEN)の画素には「G」、青(BLUE)の画素には「B」を付している。   Therefore, in the solid-state imaging device 139, although the pixel pitches are equally spaced, the photodiodes dd have unequal pitches. The pixel includes a color filter (not shown). The red (RED) pixel is “R”, the green (GREEN) pixel is “G”, and the blue (BLUE) pixel is “B”. It is attached.

また、図9に示すように、複数画素の配置から成る受光面irの面内の一方向をx方向、このx方向に垂直な面内の一方向をy方向、x方向およびy方向に垂直な方向をz方向とした場合に、受光面irの上方に射出瞳EPが位置すると、受光面のx方向では、射出瞳EPを境に入射光が傾く。すなわち、射出瞳EPを境にしたx方向における一方側の受光面[AREA(L)]では、入射光はθxの入射角度(+θx)を有するようになり、他方側の受光面[AREA(R)]でも、入射光はθxの入射角度(−θx)を有するようになる。   Further, as shown in FIG. 9, one direction in the plane of the light receiving surface ir composed of a plurality of pixels is set in the x direction, and one direction in the plane perpendicular to the x direction is set in the y direction, and in the x direction and the y direction. If the exit pupil EP is positioned above the light receiving surface ir when the correct direction is the z direction, the incident light is inclined with respect to the exit pupil EP in the x direction of the light receiving surface. That is, on one light receiving surface [AREA (L)] in the x direction with the exit pupil EP as a boundary, incident light has an incident angle (+ θx) of θx, and the other light receiving surface [AREA (R ]], However, the incident light has an incident angle (−θx) of θx.

すると、図8の固体撮像装置139における入射光でも、図9のような入射角度が生じることになる。それを図示すると、図10A・図10Bのようになる。なお、この図10A・図10Bの固体撮像装置139は、図9におけるx方向およびz方向から成る一面に対応しており、図10Aは図9での受光面[AREA(L)]、図10Bは図9での受光面[AREA(R)]に対応している。また、図10A・図10B上、y方向においては青および緑のカラーフィルタ、または緑および赤のカラーフィルタが並ぶことになるので、かかるカラーフィルタの色に応じて「B/G,G/R」が付されている。   Then, the incident angle as shown in FIG. 9 is generated even in the incident light in the solid-state imaging device 139 of FIG. This is illustrated in FIGS. 10A and 10B. The solid-state imaging device 139 of FIGS. 10A and 10B corresponds to one surface composed of the x direction and the z direction in FIG. 9, and FIG. 10A is the light receiving surface [AREA (L)] in FIG. Corresponds to the light receiving surface [AREA (R)] in FIG. 10A and 10B, since blue and green color filters or green and red color filters are arranged in the y direction, “B / G, G / R” is selected according to the color of the color filter. "Is attached.

そして、図10A・図10Bに示すように、マイクロレンズmsの面頂点の法線方向を基準軸とした場合、フォトダイオードddの受光面の面内中心は基準軸からずれている。詳説すると、図10Aでは、B/Gのカラーフィルタに対応するフォトダイオードddは、マイクロレンズmsおよび層内レンズisを透過する入射角度(+θx)の光の集光点に近づくようにずれる一方、G/Rのカラーフィルタに対応するフォトダイオードddは、かかる集光点から離れるようにずれている。そのため、B/Gのカラーフィルタに対応するフォトダイオードddには多量の光量が到達するが、G/Rのカラーフィルタに対応するフォトダイオードddには少量の光量しか到達しないことになる。したがって、全画素面における一方が青味がかることになる。   As shown in FIGS. 10A and 10B, when the normal direction of the surface vertex of the microlens ms is used as the reference axis, the in-plane center of the light receiving surface of the photodiode dd is shifted from the reference axis. More specifically, in FIG. 10A, the photodiode dd corresponding to the B / G color filter is shifted so as to approach the condensing point of light having an incident angle (+ θx) transmitted through the microlens ms and the in-layer lens is, The photodiode dd corresponding to the G / R color filter is shifted away from the condensing point. Therefore, a large amount of light reaches the photodiode dd corresponding to the B / G color filter, but only a small amount of light reaches the photodiode dd corresponding to the G / R color filter. Therefore, one of all the pixel surfaces is bluish.

一方、図10Bでは、G/Rのカラーフィルタに対応するフォトダイオードddは、マイクロレンズmsおよび層内レンズisを透過する入射角度(−θx)の光の集光点に近づくようにずれる一方、B/Gのカラーフィルタに対応するフォトダイオードddは、かかる集光点から離れるようにずれている。そのため、G/Rのカラーフィルタに対応するフォトダイオードddには多量の光量が到達するが、B/Gのカラーフィルタに対応するフォトダイオードddには少量の光量しか到達しないことになる。したがって、全画素面における他方が赤味がかることになる。   On the other hand, in FIG. 10B, the photodiode dd corresponding to the G / R color filter is shifted so as to approach the condensing point of the light having the incident angle (−θx) transmitted through the microlens ms and the in-layer lens is. The photodiode dd corresponding to the B / G color filter is shifted away from the condensing point. Therefore, a large amount of light reaches the photodiode dd corresponding to the G / R color filter, but only a small amount of light reaches the photodiode dd corresponding to the B / G color filter. Therefore, the other pixel surface becomes reddish.

このような色味がかる現象を色シェーディング現象というが、この色シェーディング現象は、図9における射出瞳EPを境にしたy方向の一方と他方とにおいても生じる。したがって、図8に示すような固体撮像装置139では、高品位なカラー画像を提供できない。そして、その理由は、全画素におけるフォトダイオードddに同量(均一)の光量が到達しないことに起因するといえる。   Such a tinted phenomenon is called a color shading phenomenon, and this color shading phenomenon also occurs in one and the other in the y direction with the exit pupil EP as a boundary in FIG. Therefore, the solid-state imaging device 139 as shown in FIG. 8 cannot provide a high-quality color image. The reason is that the same amount (uniform amount) of light does not reach the photodiodes dd in all the pixels.

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、面内配置で不等間隔に並ぶフォトダイオードを有する固体撮像装置(フォトダイオードのピッチが不等間隔になっている固体撮像装置)であっても、全フォトダイオードに同量の光量を到達させることにある。   The present invention has been made in view of the above situation. An object of the present invention is to provide a solid-state image pickup device having solid-state image pickup devices (solid-state image pickup devices in which the pitches of the photodiodes are unequally spaced) having photodiodes arranged in unequal intervals in an in-plane arrangement. The purpose is to reach the same amount of light.

本発明の固体撮像装置は、面内配置で不等間隔に並ぶ光電変換部を有する画素を備えるとともに、面内配置で等間隔に並ぶ外部光を集光させるマイクロレンズと、上記マイクロレンズを透過する光を集光させる内部レンズと、を含んでいる。そして、かかる固体撮像装置は、マイクロレンズを透過してくる外部光を、面内配置で不等間隔に並ぶ内部レンズに透過させることで、光電変換部に導いている。   A solid-state imaging device according to the present invention includes pixels having photoelectric conversion units arranged in unequal intervals in an in-plane arrangement, condenses external light arranged in an in-plane arrangement at equal intervals, and transmits the micro lens. And an internal lens that collects the light to be collected. Such a solid-state imaging device guides the external light transmitted through the microlens to the photoelectric conversion unit by transmitting the external light through the internal lenses arranged at unequal intervals in the in-plane arrangement.

ここで詳説するために、マイクロレンズ、内部レンズ、および光電変換部の各々に、外部光に向いた基準軸を設定し、マイクロレンズの基準軸を第1軸、内部レンズの基準軸を第2軸、光電変換部の基準軸を第3軸とする。そして、第1軸に対し第3軸をずらすように光電変換部がずれて配置されている場合に、第1軸に対し第2軸をずらすように内部レンズがずれて配置されることで、その内部レンズを透過する光がずれて配置された光電変換部に導かれるようになっている固体撮像装置が本発明といえる。   In order to describe in detail here, a reference axis facing external light is set for each of the microlens, the internal lens, and the photoelectric conversion unit, the reference axis of the microlens is the first axis, and the reference axis of the internal lens is the second. The third axis is the axis and the reference axis of the photoelectric conversion unit. And, when the photoelectric conversion unit is arranged so as to shift the third axis with respect to the first axis, the internal lens is arranged so as to shift the second axis with respect to the first axis, It can be said that the present invention is a solid-state imaging device in which light transmitted through the internal lens is guided to a photoelectric conversion unit arranged in a shifted manner.

ただし、第1軸に対し第2軸がずれる方向と、第1軸に対し第3軸がずれる方向とが一致していると望ましい。また、第1軸に対し第2軸がずれているずれ量と、第1軸に対し第3軸がずれているずれ量とが同量であると望ましい。   However, it is desirable that the direction in which the second axis deviates from the first axis coincides with the direction in which the third axis deviates from the first axis. Further, it is desirable that the amount of deviation of the second axis with respect to the first axis is the same as the amount of deviation of the third axis with respect to the first axis.

なお、画素が各々分光特性を有している場合、分光特性上、複数種類の画素が集まって、画素組が形成されていると望ましい。また、画素組における画素の少なくとも一部で、全色情報が取得されていると望ましい。   In addition, when each pixel has spectral characteristics, it is desirable that a plurality of types of pixels are gathered to form a pixel set in terms of spectral characteristics. In addition, it is desirable that all color information is acquired in at least some of the pixels in the pixel set.

また、固体撮像装置には、光電変換部により生成される電気信号を増幅させる信号増幅部が設けられていると望ましい。なお、単数または複数の画素組に対応して、信号増幅部が単数または複数設けられていると望ましい。   Further, it is desirable that the solid-state imaging device is provided with a signal amplifying unit that amplifies an electric signal generated by the photoelectric conversion unit. Note that it is desirable that one or more signal amplifying units are provided corresponding to one or a plurality of pixel sets.

また、信号増幅部が光電変換部同士の間である隙間空間に配置されていると、信号増幅部の存在しない隙間空間には、光電変換部同士を電気的に絶縁する素子分離部が設けられていると望ましい。   In addition, when the signal amplification unit is disposed in a gap space between the photoelectric conversion units, an element isolation unit that electrically insulates the photoelectric conversion units is provided in the gap space where the signal amplification unit does not exist. It is desirable.

特に、画素組が、ずれて配置されることで密集する光電変換部を有する画素から成り立つ場合(例えば2行2列の面内配置の画素組の場合)、素子分離部は、画素組内での隙間空間に設けられていると望ましい。なお、素子分離部の材質は特に限定されないが、不純物拡散材から成っていると望ましい。   In particular, when the pixel group is composed of pixels having photoelectric conversion portions that are densely arranged by being shifted (for example, in the case of a pixel group having an in-plane arrangement of 2 rows and 2 columns), the element separation unit is included in the pixel group. It is desirable to be provided in the gap space. The material of the element isolation part is not particularly limited, but is preferably made of an impurity diffusion material.

本発明の固体撮像装置によれば、マイクロレンズから光電変換部に至るまでの間に、面内配置で不等間隔に並ぶ内部レンズが介在する。かかる内部レンズがあれば、面内配置で等間隔に並ぶマイクロレンズによって、一旦、等間隔に集光された外部光を、面内配置で不等間隔に並ぶ光電変換部に合致するように集光できる。そのため、全ての光電変換部が均一光量を受光できる。   According to the solid-state imaging device of the present invention, the internal lenses arranged at unequal intervals in the in-plane arrangement are interposed between the microlens and the photoelectric conversion unit. With such an internal lens, external light once collected at equal intervals by the microlenses arranged at equal intervals in the in-plane arrangement is collected so as to match the photoelectric conversion units arranged at irregular intervals in the in-plane arrangement. Can shine. Therefore, all the photoelectric conversion units can receive a uniform light amount.

[実施の形態1]
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、図面によっては便宜上、部材番号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、理解を容易にすべくハッチングを省略している場合もある。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, although member numbers etc. may be abbreviate | omitted for convenience for some drawings, in such a case, other drawings shall be referred to. In some cases, hatching is omitted for easy understanding.

図1は、固体撮像装置39の画素を主体的に示した断面図および平面図である。この図1に示すように、固体撮像装置39は、基板11内に組み込まれたフォトダイオード(光電変換部)DDと、基板11に積層された層間絶縁膜12上に位置する層内レンズ(内部レンズ)ISと、層間絶縁膜12に積層された平担化膜13上に位置するマイクロレンズMSとを有している。   FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view mainly showing pixels of the solid-state imaging device 39. As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 39 includes a photodiode (photoelectric conversion unit) DD incorporated in a substrate 11 and an intralayer lens (internally positioned on an interlayer insulating film 12 stacked on the substrate 11. Lens) IS and a microlens MS located on the flattening film 13 laminated on the interlayer insulating film 12.

なお、画素の面サイズ(破線により区分けされた領域)における最長辺とマイクロレンズMSの直径(外径)とがほぼ同サイズになっている上、画素のピッチとマイクロレンズMSのピッチとは同間隔(同ピッチ)になっている。その上、画素の面内中心とマイクロレンズMSの面内中心とが一致するようにもなっている(なお、両面内中心は黒丸で示されている)。   It should be noted that the longest side in the pixel surface size (region divided by the broken line) and the diameter (outer diameter) of the microlens MS are substantially the same size, and the pixel pitch and the microlens MS pitch are the same. Interval (same pitch). In addition, the in-plane center of the pixel coincides with the in-plane center of the microlens MS (the in-plane center is indicated by a black circle).

そして、かかる固体撮像装置39は、画素同士(マイクロレンズMS同士)の間隔Taを等間隔にするとともに、面内配置で2行2列の画素を一組(画素組)とし、かかる画素組同士のピッチも等間隔(間隔Ta×2)にしている。また、固体撮像装置39は、フォトダイオードDDおよび層内レンズISを画素組の面内中心に近づくように配置している(なお、フォトダイオードDDの受光面中心と層内レンズISの面内中心とが一致するようになっており、白丸で示されている)。   And this solid-state imaging device 39 makes the space | interval Ta of pixels (microlenses MS) equal intervals, and makes the pixel of 2 rows 2 columns into 1 set (pixel group) by in-plane arrangement | positioning. The pitch is also set at equal intervals (interval Ta × 2). In the solid-state imaging device 39, the photodiode DD and the in-layer lens IS are arranged so as to approach the in-plane center of the pixel group (note that the center of the light-receiving surface of the photodiode DD and the in-plane center of the in-layer lens IS). And match (indicated by white circles).

ただし、画素組内の層内レンズIS同士の間隔Tbと、隣り合う画素組同士での層内レンズIS同士の間隔Tcとが異なるようになっている(Tb<Tc)。また、画素組内のフォトダイオードDD同士の間隔Tdと、隣り合う画素組同士でのフォトダイオードDD同士の間隔Teとが異なるようになっている(Td<Te)。   However, the interval Tb between the in-layer lenses IS in the pixel set is different from the interval Tc between the in-layer lenses IS in the adjacent pixel sets (Tb <Tc). Further, the interval Td between the photodiodes DD in the pixel group is different from the interval Te between the photodiodes DD in the adjacent pixel groups (Td <Te).

なお、図1に示される固体撮像装置39では、間隔Tbと間隔Tdとが一致し、間隔Tcと間隔Teとが一致するようになっている(Tb=Td,Tc=Te)。また、間隔においては、「Tb+Tc=Ta×2,Td+Te=Ta×2」の関係が成立するようになっている。   In the solid-state imaging device 39 shown in FIG. 1, the interval Tb and the interval Td coincide with each other, and the interval Tc and the interval Te coincide with each other (Tb = Td, Tc = Te). In the interval, the relationship of “Tb + Tc = Ta × 2, Td + Te = Ta × 2” is established.

したがって、かかる固体撮像装置39では、画素の面内配置におけるピッチは等間隔になっているものの、フォトダイオードDD同士および層内レンズIS同士の面内配置におけるピッチは不等間隔になる(層内レンズISの場合には間隔Tb・Tcが存在し、フォトダイオードDDの場合には間隔Td・Teが存在する)。   Therefore, in the solid-state imaging device 39, although the pitches in the in-plane arrangement of the pixels are equally spaced, the pitches in the in-plane arrangement of the photodiodes DD and the in-layer lenses IS are unequal (in-layer) In the case of the lens IS, there is a spacing Tb · Tc, and in the case of the photodiode DD, there is a spacing Td · Te).

なお、便宜上、マイクロレンズMS、層内レンズIS、およびフォトダイオードDDの各々に外部光に向いた基準軸が設定された場合に、マイクロレンズMSの基準軸を第1軸A1、層内レンズISの基準軸を第2軸A2、フォトダイオードDDの基準軸を第3軸A3とすると、以下のような関係が成立する。
・隣り合うマイクロレンズMSの第1軸A1同士の間隔 =間隔Ta
・画素組内での層内レンズISの第2軸A2同士の間隔 =間隔Tb
・画素組同士での層内レンズISの第2軸A2同士の間隔 =間隔Tc
・画素組内でのフォトダイオードDDの第3軸A3同士の間隔 =間隔Td
・画素組同士でのフォトダイオードDDの第3軸A3同士の間隔 =間隔Te
For convenience, when a reference axis directed to external light is set for each of the microlens MS, the in-layer lens IS, and the photodiode DD, the reference axis of the microlens MS is the first axis A1, and the in-layer lens IS. Assuming that the reference axis is the second axis A2 and the reference axis of the photodiode DD is the third axis A3, the following relationship is established.
-Distance between first axes A1 of adjacent microlenses MS = distance Ta
The distance between the second axes A2 of the in-layer lenses IS within the pixel set = the distance Tb
The distance between the second axes A2 of the in-layer lenses IS between the pixel groups = the distance Tc
The interval between the third axes A3 of the photodiodes DD within the pixel group = the interval Td
The interval between the third axes A3 of the photodiodes DD between the pixel groups = the interval Te

すると、固体撮像装置39では、第1軸A1に対し第3軸A3をずらすようにフォトダイオードDDがずれて配置されている上に、第1軸A1に対し第2軸A2をずらすように層内レンズISがずれて配置されているといえる。   Then, in the solid-state imaging device 39, the photodiode DD is disposed so as to be shifted with respect to the first axis A1, and the second axis A2 is shifted with respect to the first axis A1. It can be said that the inner lens IS is displaced.

なお、カラー対応の固体撮像装置39では、画素は不図示のカラーフィルタ等を含んでいる。そのため、赤(RED)のカラーフィルタを有する画素には「R」、緑(GREEN)のカラーフィルタを有する画素には「G」、青(BLUE)のカラーフィルタを有する画素には「B」を付している。すると、図1の固体撮像装置39は、ベイヤー型のカラーフィルタを有しているといえる。なお、図1の断面図では、紙面の表から裏に至る方向においては青および緑のカラーフィルタ、または緑および赤のカラーフィルタが並ぶことになるので、かかるカラーフィルタの色に応じて「B/G,G/R」が付されている。   In the color-compatible solid-state imaging device 39, the pixel includes a color filter (not shown) and the like. Therefore, “R” is applied to a pixel having a red (RED) color filter, “G” is applied to a pixel having a green (GREEN) color filter, and “B” is applied to a pixel having a blue (BLUE) color filter. It is attached. Then, it can be said that the solid-state imaging device 39 of FIG. 1 has a Bayer type color filter. In the cross-sectional view of FIG. 1, since the blue and green color filters or the green and red color filters are arranged in the direction from the front to the back of the sheet, “B” is selected according to the color of the color filter. / G, G / R "is attached.

そして、以上のようなフォトダイオードDDを有する画素を複数備える固体撮像装置39は、マイクロレンズMSに外部光を集光させるとともに、層内レンズISにマイクロレンズMSを透過する光を集光させて、面内で不等間隔に並ぶフォトダイオードDDに外部光を導くようにしている。かかる外部光の光路、すなわち、外部からフォトダイオードDDの受光面に到達するまでの外部光の光路(一点鎖線)を示した図が、図2A〜図2Cになる。   The solid-state imaging device 39 including a plurality of pixels having the photodiode DD as described above condenses external light on the microlens MS and condenses light transmitted through the microlens MS on the in-layer lens IS. The external light is guided to the photodiodes DD arranged at unequal intervals in the plane. FIGS. 2A to 2C show the optical path of the external light, that is, the optical path of the external light (dotted line) from the outside to the light receiving surface of the photodiode DD.

ただし、図2A〜図2Cは外部光の光路の一例を示した図であり、図2Aは、第1軸A1と同方向で進行してくる外部光の光路を示している。一方、図2Bは、第1軸A1に対して傾斜(+θ)をもって入射する外部光の光路を示し、図2Cは図2Bと逆方向の傾斜(−θ)をもって入射する外部光の光路を示している。   2A to 2C are diagrams showing an example of the optical path of the external light, and FIG. 2A shows the optical path of the external light traveling in the same direction as the first axis A1. On the other hand, FIG. 2B shows an optical path of external light incident with an inclination (+ θ) with respect to the first axis A1, and FIG. 2C shows an optical path of external light incident with an inclination (−θ) in the opposite direction to FIG. ing.

これらの図に示すように、第1軸A1に対し第3軸A3をずらすようにフォトダイオードDDがずれて配置されていると、第1軸A1に対し第2軸A2をずらすように層内レンズISがずれて配置されることで、その層内レンズISを透過する光が、ずれて配置されたフォトダイオードDDに到達するようになる。   As shown in these drawings, when the photodiode DD is arranged so as to shift the third axis A3 with respect to the first axis A1, the inner layer is shifted so as to shift the second axis A2 with respect to the first axis A1. When the lens IS is displaced, light transmitted through the in-layer lens IS reaches the photodiode DD that is displaced.

すなわち、等しい間隔Taで並ぶマイクロレンズMSによって、一旦、等間隔に集光された外部光が、不等間隔(間隔Tb・Tc)に並ぶ層内レンズISによって、不等間隔(間隔Td・Te)に並ぶフォトダイオードDDに導かれている。   That is, the external light once condensed at equal intervals by the microlenses MS arranged at equal intervals Ta is unequal (interval Td · Te) by the intra-layer lenses IS arranged at unequal intervals (intervals Tb · Tc). ) To the photodiode DD.

そのため、フォトダイオードDDの受光面中心に外部光が到達できるようになり、全てのフォトダイオードDDが均一光量を受光するようになる。つまり、全画素面内において、一部の画素が多量の光量を受光する一方で、残りの一部の画素は少量の光量しか受光できない、というような事態は生じ得ない。   Therefore, external light can reach the center of the light receiving surface of the photodiode DD, and all the photodiodes DD receive a uniform amount of light. In other words, a situation in which a part of the pixels receives a large amount of light while a remaining part of the pixels can receive only a small amount of light in the entire pixel surface cannot occur.

すると、外部光のある入射角度(例えば、+θ)に起因して、例えばベイヤー型の青色および緑色のカラーフィルタを有する画素には多量の外部光が入射する一方、緑色および赤色のカラーフィルタを有する画素には少量の外部光しか入射しない、といった事態は生じ得ない。また、外部光の他の入射角度(例えば、−θ)に起因して、例えばベイヤー型の緑色および赤色のカラーフィルタを有する画素には多量の外部光が入射する一方、青色および緑色のカラーフィルタを有する画素には少量の外部光しか入射しない、といった事態も生じ得ない。つまり、カラー対応の固体撮像装置39において、色シェーディング現象が生じないことになる。   Then, due to a certain incident angle (for example, + θ) of external light, for example, a large amount of external light is incident on a pixel having a Bayer-type blue and green color filter, while the green and red color filters are included. A situation where only a small amount of external light is incident on the pixel cannot occur. Further, due to other incident angles (for example, -θ) of external light, a large amount of external light is incident on a pixel having, for example, a Bayer-type green and red color filter, while a blue and green color filter A situation in which only a small amount of external light is incident on a pixel having a pixel cannot occur. That is, the color shading phenomenon does not occur in the color-compatible solid-state imaging device 39.

なお、図1の固体撮像装置39は、第1軸A1に対し第2軸A2がずれる方向と、第1軸A1に対し第3軸A3がずれる方向とが一致している一例である。しかし、これに限定されるものではない。また、図1の固体撮像装置39は、第1軸A1に対し第2軸A2がずれているずれ量と、第1軸A1に対し第3軸A3がずれているずれ量とが同量である一例でもあるが、これに限定されるものではない。   The solid-state imaging device 39 in FIG. 1 is an example in which the direction in which the second axis A2 is shifted from the first axis A1 and the direction in which the third axis A3 is shifted from the first axis A1 are the same. However, it is not limited to this. Further, in the solid-state imaging device 39 of FIG. 1, the amount of deviation in which the second axis A2 is deviated from the first axis A1 and the amount of deviation in which the third axis A3 is deviated from the first axis A1 are the same amount. Although it is an example, it is not limited to this.

要は、1軸A1に対し第3軸A3をずらすようにフォトダイオードDDがずれて配置されている場合に、第1軸A1に対し第2軸A2をずらすように層内レンズISがずれて配置されることで、その層内レンズISを透過する光が、ずれて配置されたフォトダイオードDDに到達するようになっていればよい。したがって、第1軸A1に対し第2軸A2がずれる方向と、第1軸A1に対し第3軸A3がずれる方向とが完全に一致していなくともよいし、第1軸A1に対し第2軸A2がずれているずれ量と、第1軸A1に対し第3軸A3がずれているずれ量とが完全に同量でなくてもよい。   In short, when the photodiode DD is shifted so as to shift the third axis A3 with respect to the first axis A1, the in-layer lens IS is shifted so as to shift the second axis A2 with respect to the first axis A1. It is only necessary that the light transmitted through the in-layer lens IS reaches the photodiode DD that is displaced by being arranged. Therefore, the direction in which the second axis A2 deviates from the first axis A1 and the direction in which the third axis A3 deviates from the first axis A1 do not have to be completely coincident with each other. The amount of displacement by which the axis A2 is displaced may not be completely the same as the amount of displacement by which the third axis A3 is displaced with respect to the first axis A1.

ただし、層内レンズISがずれて配置される理由は、マイクロレンズMSを透過してきた外部光をフォトダイオードDDの受光面に導くためである。そのため、第1軸A1に対し第2軸A2がずれる方向と、第1軸A1に対し第3軸A3がずれる方向とが完全に一致していると、層内レンズIS透過光の進行方向が、確実にフォトダイオードDDの受光面に向くようになるので、極めて望ましいといえる。   However, the reason why the in-layer lens IS is displaced is to guide the external light transmitted through the microlens MS to the light receiving surface of the photodiode DD. Therefore, if the direction in which the second axis A2 is displaced from the first axis A1 and the direction in which the third axis A3 is displaced from the first axis A1 are completely coincident with each other, the traveling direction of the intralayer lens IS transmitted light is determined. This is extremely desirable because it surely faces the light receiving surface of the photodiode DD.

なお、層内レンズISおよびフォトダイオードDDのピッチが不等間隔になっていても、画素表示面に位置するマイクロレンズMSのピッチは等間隔(間隔Ta)になっている。そのため、入射光(入射画像)に対して有効な画素のピッチも等間隔になる。したがって、色シェーディング現象を抑制した上に、解像度の劣化しない固体撮像装置39が実現しているといえる。   Even if the pitches of the in-layer lenses IS and the photodiodes DD are unevenly spaced, the pitches of the microlenses MS located on the pixel display surface are equally spaced (interval Ta). Therefore, the effective pixel pitch with respect to the incident light (incident image) is equally spaced. Therefore, it can be said that the solid-state imaging device 39 in which the color shading phenomenon is suppressed and the resolution is not deteriorated is realized.

[実施の形態2]
本発明の実施の形態2について説明する。なお、実施の形態1で用いた部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
A second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the member which has the same function as the member used in Embodiment 1, the same code | symbol is attached and the description is abbreviate | omitted.

通常、画素に含まれるフォトダイオードDDは、光を電荷(電子)に変換させている。そして、この電荷の量によって信号は現されることになる。そこで、固体撮像装置39には、図3に示すように、電荷量を検出する電荷検出部21と、この電荷検出部21にフォトダイオードDDにて変換された電荷を転送する電荷転送部(転送ゲート)22とが含まれている。   Usually, the photodiode DD included in the pixel converts light into electric charges (electrons). The signal is expressed by the amount of this charge. Therefore, as shown in FIG. 3, the solid-state imaging device 39 includes a charge detection unit 21 that detects the amount of charge and a charge transfer unit (transfer) that transfers the charge converted by the photodiode DD to the charge detection unit 21. Gate) 22.

そして、特に、電荷検出部21にて生じる電位差を増幅することで信号としての出力を可能にする信号増幅部23も固体撮像装置39に含まれている。そのため、かかる固体撮像装置39は、フォトダイオードDDにより生成される電気信号を増幅させる信号増幅部23を有する増幅型タイプといえる。ただし、信号増幅部23の個数は特に限定されるものではない。   In particular, the solid-state imaging device 39 also includes a signal amplifier 23 that enables output as a signal by amplifying a potential difference generated in the charge detector 21. Therefore, it can be said that the solid-state imaging device 39 is an amplification type having the signal amplification unit 23 that amplifies the electric signal generated by the photodiode DD. However, the number of signal amplifiers 23 is not particularly limited.

また、信号増幅部23や電荷検出部21、電荷転送部22等の素子の配置位置も特に限定されない。ただし、これらの素子を配置するために別個の空間(スペース)を設けてしまうと、固体撮像装置39のサイズの大型化につながってしまう。そこで、これらの素子は、画素面内において比較的大きな隙間(隙間空間)に配置されると望ましい。例えば、図3に示すように、画素組と画素組との間の隙間空間に、これらの素子が位置しているとよい。このようになっていれば、昨今の高画素化に対応した固体撮像装置39であっても(すなわち、極めて小型化した画素を有する固体撮像装置39であっても)、素子が配置できるためである。   Further, the arrangement positions of the elements such as the signal amplification unit 23, the charge detection unit 21, and the charge transfer unit 22 are not particularly limited. However, if a separate space is provided for arranging these elements, the solid-state imaging device 39 is increased in size. Therefore, it is desirable that these elements are arranged in a relatively large gap (gap space) in the pixel plane. For example, as illustrated in FIG. 3, these elements may be located in a gap space between the pixel group. In this case, even in the solid-state imaging device 39 corresponding to the recent increase in the number of pixels (that is, even the solid-state imaging device 39 having extremely small pixels), elements can be arranged. is there.

また、かかるような信号増幅部23を有する固体撮像装置39(すなわち増幅型固体撮像装置39)では、信号増幅部23等の素子が、例えば、隣り合う画素組でのフォトダイオードDD同士の間である隙間空間に配置されている。このようになっていれば、信号増幅部23等の存在によって、フォトダイオードDD同士が電気的に絶縁される。逆に、信号増幅部23等が存在しない隙間空間を挟むように位置するフォトダイオードDD同士を、確実に絶縁するためには何らかの方策が必要ともいえる。   Further, in the solid-state imaging device 39 having such a signal amplifying unit 23 (that is, the amplification type solid-state imaging device 39), the element such as the signal amplifying unit 23 is, for example, between photodiodes DD in adjacent pixel sets. It is arranged in a certain gap space. In this case, the photodiodes DD are electrically insulated from each other due to the presence of the signal amplifying unit 23 and the like. On the other hand, it can be said that some measure is necessary to surely insulate the photodiodes DD positioned so as to sandwich the gap space where the signal amplifier 23 and the like do not exist.

その方策の一例としては、不純物(不純物拡散材)をイオン注入することで形成される素子分離層24(網点部分)が挙げられる(図4参照)。そして、かかる素子分離層24は、信号増幅部23の存在しない少なくとも一部の隙間空間に設けられていればよい。このようになっていれば、信号増幅部23等の素子が無くとも、素子分離層(素子分離部)24によって確実にフォトダイオードDD同士が絶縁されるためである。   An example of the measure is an element isolation layer 24 (halftone dot portion) formed by ion implantation of impurities (impurity diffusion material) (see FIG. 4). The element isolation layer 24 may be provided in at least a part of the gap space where the signal amplifier 23 does not exist. This is because the photodiodes DD are surely insulated from each other by the element isolation layer (element isolation section) 24 even if there is no element such as the signal amplification section 23.

特に、ずれて配置されることで密集するフォトダイオードDDを有する画素から、画素組が成り立つ場合、素子分離層24は画素組内での隙間空間に設けられていると望ましい。素子分離層24は、通常、信号増幅部23の素子よりも小型化・薄型化しやすい。そのため、画素組内での密集するフォトダイオードDD同士の隙間空間に、素子分離層24が配置されれば、フォトダイオードDD同士は確実に絶縁されるにもかかわらず隙間空間が極めて縮小し、ひいては画素組内の画素同士をより一層密集させることができる。その結果、固体撮像装置39は、高画素化に対応していても、小型になりやすい。   In particular, in the case where a pixel group is formed from pixels having photodiodes DD that are densely arranged by being displaced, it is desirable that the element isolation layer 24 be provided in a gap space in the pixel group. The element isolation layer 24 is usually easier to reduce in size and thickness than the element of the signal amplification unit 23. Therefore, if the element isolation layer 24 is arranged in the gap space between the closely spaced photodiodes DD in the pixel group, the gap space is extremely reduced even though the photodiodes DD are reliably insulated from each other. Pixels in the pixel set can be further densely packed. As a result, the solid-state imaging device 39 tends to be small even if it supports high pixel count.

なお、素子分離層24は不純物注入によって形成されているので、素子分離層24にフィールド酸化膜を設ける必要はない。そのため、素子分離層24の厚み(隣り合うフォトダイオードDD同士の間隔と同義)は極めて薄くなり、画素面積内を占めるフォトダイオードDDの受光面積の比率(すなわち開口率)が高まる。   Since the element isolation layer 24 is formed by impurity implantation, it is not necessary to provide a field oxide film in the element isolation layer 24. Therefore, the thickness of the element isolation layer 24 (synonymous with the interval between adjacent photodiodes DD) is extremely thin, and the ratio (that is, the aperture ratio) of the light receiving area of the photodiode DD occupying the pixel area is increased.

[その他の実施の形態]
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記では、層内レンズISの間隔TbとフォトダイオードDDの間隔Tdとが一致し、さらに、層内レンズISの間隔TcとフォトダイオードDDの間隔Teとが一致している固体撮像装置39(図1参照)を例に挙げた。しかし、これに限定されるものではない。すなわち、間隔Tbと間隔Tdとが異なっていてもよいし、間隔Tcと間隔Teとが異なっていてもよい。   For example, in the above, the solid-state imaging device 39 in which the distance Tb between the inner lenses IS and the distance Td between the photodiodes DD coincide, and further, the distance Tc between the inner lenses IS and the distance Te between the photodiodes DD coincide. (See FIG. 1). However, it is not limited to this. That is, the interval Tb and the interval Td may be different, and the interval Tc and the interval Te may be different.

また、図3および図4に示すように、1個の画素組に対応して信号増幅部23が単数設けられていてもよいし、図5に示すように、1個の画素組に対応して信号増幅部23が複数設けられていてもよい。また、複数の数の画素組に対応して、信号増幅部23が単数または複数設けられていてもよい。   Further, as shown in FIGS. 3 and 4, a single signal amplifying unit 23 may be provided corresponding to one pixel set, or as shown in FIG. A plurality of signal amplifying units 23 may be provided. One or more signal amplifying units 23 may be provided corresponding to a plurality of pixel sets.

また、画素組の個数の4個に限定されない。例えば、図6に示すように、3個の画素から成る画素組であってもよい。そして、かかる画素組では、4個の画素から成る画素組同様に、赤のカラーフィルタを有する画素、緑のカラーフィルタを有する画素、および青のカラーフィルタを有する画素が含まれている。すなわち、4個の画素から成る画素組であっても、3組の画素から成る画素組であっても、赤・緑・青のカラーフィルタに応じた分光特性を有する画素を含むようになっている。   Further, the number of pixel groups is not limited to four. For example, as shown in FIG. 6, it may be a pixel group composed of three pixels. Such a pixel group includes a pixel having a red color filter, a pixel having a green color filter, and a pixel having a blue color filter, as in the pixel group composed of four pixels. That is, a pixel set consisting of four pixels or a pixel set consisting of three pixels includes pixels having spectral characteristics corresponding to red, green, and blue color filters. Yes.

このようになっていれば、画素組を単位として、全ての色情報(白色情報)を取得できる。すなわち、4個の画素から成る画素組の場合、赤・緑・青のカラーフィルタに応じた分光特性を有する合計3個の画素でも、赤・緑・緑・青のカラーフィルタに応じた分光特性を有する合計4個の画素でも、全色情報を取得できることになる。また、3個の画素から成る画素組の場合、赤・緑・青のカラーフィルタに応じた分光特性を有する全画素で、全色情報を取得できることになる。   If it is in this way, all the color information (white information) can be acquired for a pixel group as a unit. In other words, in the case of a pixel group consisting of four pixels, the spectral characteristics corresponding to the red, green, green, and blue color filters can be obtained even with a total of three pixels having spectral characteristics corresponding to the red, green, and blue color filters. All color information can be acquired even with a total of four pixels having. Further, in the case of a pixel group composed of three pixels, all color information can be acquired from all the pixels having spectral characteristics corresponding to the red, green, and blue color filters.

なお、3個の画素から成る画素組は、面内で最密充填するような配置になっている。すなわち、図6に示すように、3個の画素で三角状になっている画素組が、水平方向において交互に上下反転しながら並ぶようになっている(かかる並び方をデルタ配置と称してもよい)。ただし、このような配置であっても、マイクロレンズMSは等間隔で配置され、層内レンズISおよびフォトダイオードDDは画素組の面内中心に近づくように配置される。したがって、層内レンズISおよびフォトダイオードDDは実施の形態1・2同様に、不等間隔で配置されている。   Note that the pixel group composed of three pixels is arranged so as to be packed most closely in the plane. That is, as shown in FIG. 6, a pixel group having a triangular shape with three pixels is arranged while being alternately inverted in the horizontal direction (this arrangement may be referred to as a delta arrangement). ). However, even in such an arrangement, the microlenses MS are arranged at equal intervals, and the in-layer lens IS and the photodiode DD are arranged so as to approach the in-plane center of the pixel group. Therefore, the in-layer lenses IS and the photodiodes DD are arranged at unequal intervals as in the first and second embodiments.

そして、マイクロレンズMSの第1軸A1に対しフォトダイオードDDの第3軸A3がずれるようになっているものの、マイクロレンズMSの第1軸A1に対し層内レンズISの第2軸A2がずれ、かかる層内レンズISを透過する光を、ずれて配置されたフォトダイオードDDに到達するようになっている。そのため、3個の画素から成る画素組であっても、フォトダイオードDDの受光面中心に外部光が到達できるようになり、全てのフォトダイオードDDが均一光量(均一の光強度)を受光するようになる。   Although the third axis A3 of the photodiode DD is shifted from the first axis A1 of the microlens MS, the second axis A2 of the in-layer lens IS is shifted from the first axis A1 of the microlens MS. The light transmitted through the in-layer lens IS reaches the photodiode DD arranged in a shifted manner. Therefore, even in a pixel group consisting of three pixels, external light can reach the center of the light receiving surface of the photodiode DD, and all the photodiodes DD receive a uniform amount of light (uniform light intensity). become.

なお、図6の固体撮像装置39は、第1軸A1に対し第2軸A2がずれる方向と、第1軸A1に対し第3軸A3がずれる方向とが一致している一例であり、さらに、第1軸A1に対し第2軸A2がずれているずれ量と、第1軸A1に対し第3軸A3がずれているずれ量とが同量である一例でもある。   Note that the solid-state imaging device 39 in FIG. 6 is an example in which the direction in which the second axis A2 is shifted from the first axis A1 and the direction in which the third axis A3 is shifted from the first axis A1 are the same. This is also an example in which the amount of deviation of the second axis A2 from the first axis A1 and the amount of deviation of the third axis A3 from the first axis A1 are the same amount.

また、第1軸A1〜第3軸A3の基準軸の取り方は種々想定できる。すなわち、マイクロレンズMSの面頂点に対する法線方向を第1軸A1、層内レンズISの面頂点に対する法線方向を第2軸A2、フォトダイオードDDの受光面中心を通り、その面内に対する法線方向を第3軸A3、とする基準軸の取り方に限定されるものではない。   Various ways of taking the reference axes of the first axis A1 to the third axis A3 can be assumed. That is, the normal direction with respect to the surface vertex of the microlens MS passes through the first axis A1, the normal direction with respect to the surface vertex of the in-layer lens IS passes through the second axis A2, the center of the light receiving surface of the photodiode DD, and the method with respect to that surface. It is not limited to the way of taking the reference axis with the line direction as the third axis A3.

例えば、マイクロレンズMSや層内レンズISの面頂点ではなく、レンズの周端等から外部光に向かうような第1軸A1や第2軸A2であってもよいし、フォトダイオードDDの受光面中心以外の面内の箇所から外部光に向かうような第3軸A3であってもよい。また、基準軸の外部光に向かう方向は鉛直方向に限定されるものではない。すなわち、傾くような基準軸であっても構わない。   For example, instead of the surface apex of the microlens MS or the in-layer lens IS, it may be the first axis A1 or the second axis A2 that goes from the peripheral edge of the lens toward the external light, or the light receiving surface of the photodiode DD. The third axis A3 may be the direction from the location in the plane other than the center toward the external light. Further, the direction of the reference axis toward the external light is not limited to the vertical direction. That is, the reference axis may be inclined.

要は、マイクロレンズMS、層内レンズIS、およびフォトダイオードDDの基本になる位置と、変位した位置とを規定できるような基準軸であればよい。このような基準軸であれば、マイクロレンズMS、層内レンズIS、およびフォトダイオードDDの面内配置が規定でき、これらが等間隔で並んでいるのか不等間隔で並んでいるのかを明白にできるためである。   In short, any reference axis may be used as long as it can define the basic position and the displaced position of the microlens MS, the in-layer lens IS, and the photodiode DD. With such a reference axis, the in-plane arrangement of the microlens MS, the in-layer lens IS, and the photodiode DD can be defined, and it is clear whether these are arranged at equal intervals or at irregular intervals. This is because it can.

そして、面内配置で不等間隔に並ぶフォトダイオードDDを有する画素を複数備えるとともに、面内配置で等間隔に並ぶ外部光を集光させるマイクロレンズMSと、かかるマイクロレンズMSを透過する光を集光させる層内レンズISと、を含む固体撮像装置39にあって、マイクロレンズMSを透過してくる外部光を、面内配置で不等間隔に並ぶ層内レンズISに透過させることで、フォトダイオードDDに導けることが本発明の一例といえる。   A plurality of pixels having photodiodes DD arranged at unequal intervals in the in-plane arrangement, a microlens MS for collecting external light arranged at equal intervals in the in-plane arrangement, and light transmitted through the microlens MS In the solid-state imaging device 39 including the in-layer lens IS to be condensed, the external light transmitted through the microlens MS is transmitted through the in-plane lenses IS arranged at unequal intervals in the in-plane arrangement. It can be said that it can guide to the photodiode DD is an example of this invention.

は、固体撮像装置の断面図および平面図である。These are a sectional view and a plan view of a solid-state imaging device. は、固体撮像装置に入射する外部光の光路を示す光路図であり、(A)はマイクロレンズの面頂点に対する法線方向と同方向で進行してくる外部光の光路図であり、(B)は上記の法線方向に対して傾斜(+θ)をもって入射する外部光の光路図であり、(C)は上記の法線方向と逆方向の傾斜(−θ)をもって入射する外部光の光路図である。Is an optical path diagram showing the optical path of the external light incident on the solid-state imaging device, and (A) is an optical path diagram of the external light traveling in the same direction as the normal direction with respect to the surface vertex of the microlens. ) Is an optical path diagram of external light incident with an inclination (+ θ) with respect to the normal direction, and (C) is an optical path of external light incident with an inclination (−θ) opposite to the normal direction. FIG. は、種々の素子を明記した固体撮像装置の平面図である。These are the top views of the solid-state imaging device which specified various elements. は、素子分離層を明記した固体撮像装置の平面図である。These are the top views of the solid-state imaging device which specified the element isolation layer. は、図3の他の一例を示す固体撮像装置の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a solid-state imaging device showing another example of FIG. 3. は、3個の画素から成る画素組を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a pixel group composed of three pixels. は、従来の固体撮像装置の断面図である。These are sectional drawings of the conventional solid-state imaging device. は、図7の他の一例を示す固体撮像装置の断面図および平面図である。These are sectional drawing and the top view of the solid-state imaging device which show another example of FIG. は、受光面に対する射出瞳の位置を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a position of an exit pupil with respect to a light receiving surface. は、図8の固体撮像装置における光路図を示しており、(A)はマイクロレンズの面頂点に対する法線方向に対して傾斜(+θx)をもって入射する外部光の光路図であり、(B)は上記の法線方向と逆方向の傾斜(−θx)をもって入射する外部光の光路図である。Fig. 8 shows an optical path diagram in the solid-state imaging device of Fig. 8, wherein (A) is an optical path diagram of external light incident with an inclination (+ θx) with respect to the normal direction with respect to the surface vertex of the microlens; FIG. 4 is an optical path diagram of external light incident with an inclination (−θx) in a direction opposite to the normal direction.

符号の説明Explanation of symbols

MS マイクロレンズ
IS 層内レンズ(内部レンズ)
DD フォトダイオード(光電変換部)
A1 第1軸
A2 第2軸
A3 第3軸
11 基板
12 層間絶縁膜
13 平担化膜
21 電荷検出部
22 電荷転送部
23 信号増幅部
24 素子分離層(素子分離部)
39 固体撮像装置
MS Microlens IS In-layer lens (internal lens)
DD photodiode (photoelectric converter)
A1 1st axis A2 2nd axis A3 3rd axis 11 Substrate 12 Interlayer insulation film 13 Flattening film 21 Charge detection part 22 Charge transfer part 23 Signal amplification part 24 Element isolation layer (element isolation part)
39 Solid-state imaging device

Claims (9)

面内配置で不等間隔に並ぶ光電変換部を有する画素を備えるとともに、
面内配置で等間隔に並び外部光を集光し、各画素毎に形成されたマイクロレンズと、
面内配置で不等間隔に並び上記マイクロレンズを透過する光を集光させ、上記光電変換部に導く各画素毎に形成された内部レンズと、
を含み、
上記のマイクロレンズ、内部レンズ、および光電変換部の各々に、上記外部光に向いた基準軸を設定するとともに、マイクロレンズの基準軸を第1軸、内部レンズの基準軸を第2軸、光電変換部の基準軸を第3軸とした場合に、
第1軸に対し第3軸をずらすように光電変換部がずれて配置され、
第1軸に対し第2軸をずらすように内部レンズがずれて配置され、
上記の第1軸に対し第2軸がずれる方向と、上記の第1軸に対し第3軸がずれる方向とが一致し、
上記の第1軸に対し第2軸がずれているずれ量と、上記の第1軸に対し第3軸がずれているずれ量とが同量である固体撮像装置。
With pixels having photoelectric conversion parts arranged at unequal intervals in the in-plane arrangement,
A microlens formed for each pixel, collecting external light arranged at equal intervals in an in-plane arrangement,
An internal lens formed for each pixel that collects light that passes through the microlenses arranged at unequal intervals in an in-plane arrangement and guides the light to the photoelectric conversion unit;
Including
A reference axis facing the external light is set for each of the microlens, the internal lens, and the photoelectric conversion unit, the reference axis of the microlens is a first axis, the reference axis of the internal lens is a second axis, When the reference axis of the conversion unit is the third axis,
The photoelectric conversion unit is arranged so as to be shifted so as to shift the third axis with respect to the first axis,
The internal lens is arranged so as to shift the second axis with respect to the first axis,
The direction in which the second axis deviates from the first axis matches the direction in which the third axis deviates from the first axis,
A solid-state imaging device in which the amount of deviation of the second axis with respect to the first axis is the same as the amount of deviation of the third axis with respect to the first axis.
上記画素が各々分光特性を有している場合、
互いに分光特性の異なる画素を含む複数種類の上記画素が集まって、画素組を形成している請求項1に記載の固体撮像装置。
When each of the above pixels has spectral characteristics,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a plurality of types of the pixels including pixels having different spectral characteristics are gathered to form a pixel set.
上記画素組における画素の少なくとも一部で、全色情報が取得されている請求項2に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 2, wherein all color information is acquired in at least some of the pixels in the pixel set. 上記光電変換部により生成される電気信号を増幅させる信号増幅部が設けられている請求項2または3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。   4. The solid-state imaging device according to claim 2, further comprising a signal amplifying unit that amplifies an electric signal generated by the photoelectric conversion unit. 5. 単数または複数の上記画素組に対応して、上記信号増幅部が単数または複数設けられている請求項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4 , wherein one or a plurality of the signal amplification units are provided corresponding to one or a plurality of the pixel sets. 上記信号増幅部が上記光電変換部同士の間である隙間空間に配置されていると、
上記信号増幅部の存在しない上記隙間空間には、上記光電変換部同士を電気的に絶縁する素子分離部が設けられている請求項4または5に記載の固体撮像装置。
When the signal amplification unit is arranged in a gap space between the photoelectric conversion units,
6. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein an element separation unit that electrically insulates the photoelectric conversion units is provided in the gap space where the signal amplification unit does not exist.
上記素子分離部は、上記画素組内での上記隙間空間に設けられている請求項6に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the element separation unit is provided in the gap space in the pixel group. 上記素子分離部は、不純物拡散材から成っている請求項6または7に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the element isolation portion is made of an impurity diffusion material. 上記画素組の面内配置は、2行2列の配置になっている請求項2〜8のいずれか1項に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the in-plane arrangement of the pixel group is an arrangement of 2 rows and 2 columns.
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