JP6970595B2 - Solid-state image sensor, manufacturing method of solid-state image sensor, and electronic equipment - Google Patents

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本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器に関するものである。 The present invention relates to a solid-state image sensor, a method for manufacturing a solid-state image sensor, and an electronic device.

光を検出して電荷を発生させる光電変換素子を用いた固体撮像装置(イメージセンサ)として、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサが実用に供されている。
CMOSイメージセンサは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、医療用内視鏡、パーソナルコンピュータ(PC)、携帯電話等の携帯端末装置(モバイル機器)等の各種電子機器の一部として広く適用されている。
A CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor is put into practical use as a solid-state image sensor (image sensor) using a photoelectric conversion element that detects light and generates electric charges.
CMOS image sensors are widely applied as part of various electronic devices such as digital cameras, video cameras, surveillance cameras, medical endoscopes, personal computers (PCs), and mobile terminal devices (mobile devices) such as mobile phones. There is.

CMOSイメージセンサは、画素毎にフォトダイオード(光電変換素子)および浮遊拡散層(FD:Floating Diffusion、フローティングディフュージョン)を有するFDアンプを持ち合わせており、その読み出しは、画素アレイの中のある一行を選択し、それらを同時に列(カラム)方向へと読み出すような列並列出力型が主流である。 The CMOS image sensor has an FD amplifier having a photodiode (photoelectric conversion element) and a floating diffusion layer (FD) for each pixel, and its readout selects a certain line in the pixel array. However, the column parallel output type that reads them out in the column direction at the same time is the mainstream.

CMOSイメージセンサの各画素は、たとえば1個のフォトダイオードに対して、転送ゲートとしての転送トランジスタ、リセットゲートとしてのリセットトランジスタ、ソースフォロワゲート(増幅ゲート)としてのソースフォロワトランジスタ、および選択ゲートとしての選択トランジスタの4素子を能動素子として含んで構成される(たとえば特許文献1参照)。 Each pixel of the CMOS image sensor, for example, for one photodiode, has a transfer transistor as a transfer gate, a reset transistor as a reset gate, a source follower transistor as a source follower gate (amplification gate), and a selection gate. It is configured to include four elements of the selection transistor as active elements (see, for example, Patent Document 1).

CMOSイメージセンサは、一般的に、赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色フィルタやシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンの4色補色フィルタを用いてカラー画像を撮像する。 A CMOS image sensor generally captures a color image using a three primary color filter of red (R), green (G), and blue (B) and a four complementary color filter of cyan, magenta, yellow, and green.

一般的に、CMOSイメージセンサにおいて、画素は個別にフィルタを備えている。フィルタは、主として赤色光を透過させる赤(R)フィルタ、主として緑色光を透過させる緑(Gr,Gb)、および主として青色光を透過させる青(B)フィルタの4つを正方配列した画素群が単位RGB画素グループとして2次元状に配列されている。 Generally, in a CMOS image sensor, each pixel is individually provided with a filter. The filter consists of a group of pixels in which four filters are squarely arranged: a red (R) filter that mainly transmits red light, a green (Gr, Gb) that mainly transmits green light, and a blue (B) filter that mainly transmits blue light. It is arranged two-dimensionally as a unit RGB pixel group.

また、CMOSイメージセンサへの入射光はフィルタを介してフォトダイオードで受光される。フォトダイオードは、人間の可視領域(380nm〜780nm程度)より広いい波長域(380nm〜1100nm)の光を受光して信号電荷を発生させることから、赤外光分の誤差が生じて、色再現性が低下する。
このため、あらかじめ赤外線カットフィルタ(IRフィルタ)により赤外光を除去するのが一般的である。
ところが、IRフィルタは可視光を10%〜20%程度も減衰させてしまうことから、固体撮像装置の感度を低下させ、画質に劣化を招く。
Further, the incident light to the CMOS image sensor is received by the photodiode through the filter. Since the photodiode receives light in a wavelength range (380 nm to 1100 nm) wider than the human visible region (about 380 nm to 780 nm) and generates a signal charge, an error of the infrared light component occurs and color reproduction occurs. The sex is reduced.
Therefore, it is common to remove infrared light in advance with an infrared cut filter (IR filter).
However, since the IR filter attenuates visible light by about 10% to 20%, it lowers the sensitivity of the solid-state image sensor and causes deterioration in image quality.

そこで、IRフィルタを用いないCMOSイメージセンサ(固体撮像装置)が提案されている(たとえば特許文献2参照)。
このCMOSイメージセンサは、主として赤色光を透過させる赤(R)フィルタを含むR画素、主として緑色光を透過させる緑(G)フィルタを含むG画素、主として青色光を透過させる青(B)フィルタを含むB画素、および赤外光を受光する専用の近赤外(NIR)画素の4つを正方配列した画素群が単位RGBIR画素グループとして2次元状に配列されている。
Therefore, a CMOS image sensor (solid-state image sensor) that does not use an IR filter has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
This CMOS image sensor mainly includes an R pixel containing a red (R) filter that transmits red light, a G pixel that includes a green (G) filter that mainly transmits green light, and a blue (B) filter that mainly transmits blue light. A pixel group in which four of the included B pixel and the dedicated near-infrared (NIR) pixel that receives infrared light are squarely arranged is arranged two-dimensionally as a unit RGBIR pixel group.

このCMOSイメージセンサでは、赤外光を受光した画素の出力信号を用いて、赤色、緑色、青色の光を受光した画素の出力信号を補正することにより、IRフィルタを用いることなく高い色再現性を実現することができる。 In this CMOS image sensor, the output signal of the pixel that receives infrared light is used to correct the output signal of the pixel that receives red, green, and blue light, so that high color reproducibility is achieved without using an IR filter. Can be realized.

また、単位RGB画素グループあるいは単位RGBIR画素グループを備えたCMOSイメージセンサにおいては、単位画素グループの4つの画素で、フローティングディフュージョンFD、リセットトランジスタRST−Tr、ソースフォロワトランジスタSF−Tr、および選択トランジスタSEL−Trが共有される場合もある。 Further, in the CMOS image sensor provided with the unit RGB pixel group or the unit RGBIR pixel group, the four pixels of the unit pixel group include a floating diffusion FD, a reset transistor RST-Tr, a source follower transistor SF-Tr, and a selection transistor SEL. -Tr may be shared.

また、デジタルカメラ等の撮像装置においては、自動焦点調節(オートフォーカス(AF))を実現するための方式として、たとえば画素アレイ部の画素の一部にオートフォーカス(AF)の位相差情報を得るための位相差検出画素を配置してオートフォーカスを行う、像面位相差法等の位相差検出方式が知られている。 Further, in an imaging device such as a digital camera, as a method for realizing automatic focus adjustment (autofocus (AF)), for example, the phase difference information of autofocus (AF) is obtained from a part of the pixels of the pixel array unit. A phase difference detection method such as an image plane phase difference method is known in which autofocus is performed by arranging phase difference detection pixels for the purpose.

像面位相差法においては、たとえば画素の受光領域の半分が遮光膜により遮光さており、右半分で受光する位相差検出画素と左半分で受光する位相差検出画素で像面上の位相差を検出する(たとえば特許文献3参照)。 In the image plane phase difference method, for example, half of the light receiving area of the pixel is shielded by a light-shielding film, and the phase difference on the image plane is measured by the phase difference detection pixel that receives light in the right half and the phase difference detection pixel that receives light in the left half. Detect (see, for example, Patent Document 3).

これに対して、遮光膜を用いずに、画素内の光電変換部(フォトダイオード(PD))を2分割して(2つ設けて)、一対の光電変換部(フォトダイオード)によって得られる信号の位相のずれ量に基づいて位相差を検出する方法が知られている(たとえば特許文献4,5参照)。
この位相差検出方式は、瞳分割方式とも呼ばれ、撮像レンズの通過光束を瞳分割して一対の分割像を形成し、そのパターンズレ(位相シフト量)を検出することで、撮像レンズのデフォーカス量を検出する。
この場合、位相差検出が欠陥画素とはなりにくく、分割した光電変換部(PD)の信号を加算することで、良好な画像信号としても利用することができる。
On the other hand, a signal obtained by a pair of photoelectric conversion units (photodiodes) by dividing the photoelectric conversion unit (photodiode (PD)) in the pixel into two (providing two) without using a light-shielding film. A method of detecting a phase difference based on the amount of phase shift of the above is known (see, for example, Patent Documents 4 and 5).
This phase difference detection method is also called a pupil division method, in which the light flux passing through the image pickup lens is divided into pupils to form a pair of divided images, and the pattern shift (phase shift amount) is detected to detect the phase shift of the image pickup lens. Detect the amount of focus.
In this case, the phase difference detection is unlikely to be a defective pixel, and by adding the divided photoelectric conversion unit (PD) signal, it can be used as a good image signal.

特許文献4に開示された固体撮像装置においては、2つの光電変換部を有する複数の画素が配置されている。2つの光電変換部の一方部分と他方部分との間の画素中央部にはフローティングディフュージョンFDが配置され、このフローティングディフュージョンFDを挟んで2つの光電変換部が並列に配置されている。
このような光電変換部上に、マイクロレンズが画素に対して1対1に設けられている。マイクロレンズは、光学中心が画素中央部に位置するように配置されている。
In the solid-state image pickup device disclosed in Patent Document 4, a plurality of pixels having two photoelectric conversion units are arranged. A floating diffusion FD is arranged in the center of the pixel between one portion and the other portion of the two photoelectric conversion units, and the two photoelectric conversion units are arranged in parallel with the floating diffusion FD interposed therebetween.
Microlenses are provided on such a photoelectric conversion unit on a one-to-one basis with respect to pixels. The microlens is arranged so that the optical center is located at the center of the pixel.

特許文献5に開示された固体撮像装置においても、2つの光電変換部を有する複数の画素が配置されている。ただし、フローティングディフュージョンFDは、2つの光電変換部の一方部分と他方部分との間の画素中央部ではなく、画素の周縁部に配置されている。
この場合も、マイクロレンズが画素に対して1対1に設けられており、マイクロレンズは、光学中心が画素中央部に位置するように配置されている。
Also in the solid-state image pickup device disclosed in Patent Document 5, a plurality of pixels having two photoelectric conversion units are arranged. However, the floating diffusion FD is arranged not in the central portion of the pixel between one portion and the other portion of the two photoelectric conversion portions, but in the peripheral portion of the pixel.
Also in this case, the microlens is provided one-to-one with respect to the pixel, and the microlens is arranged so that the optical center is located at the center of the pixel.

そして、光電変換部としてのフォトダイオードPDは、第1基板面側と、第1基板面側と対向する側の第2基板面側とを有する半導体基板に対して埋め込むように形成され、受光した光の光電変換機能および電荷蓄積機能を有するように形成されている。
また、光電変換部としてのフォトダイオードは、第1基板面側(裏面側)にカラーフィルタアレイが配置されている。カラーフィルタアレイの各カラーフィルタの光入射側には、マイクロレンズアレイのマイクロレンズが配置されている。
また、フォトダイオードPDは、赤色(R)光電変換領域、緑色(G)光電変換領域、青色(B)光電変換領域、および近赤外(NIR)光電変換領域の第2基板面側(前面側)には、光電変換し蓄積した電荷に応じた信号を出力する出力トランジスタ等を含む出力部が形成されている。
The photodiode PD as the photoelectric conversion unit is formed so as to be embedded in a semiconductor substrate having a first substrate surface side and a second substrate surface side on the side facing the first substrate surface side, and receives light. It is formed so as to have a photoelectric conversion function of light and a charge storage function.
Further, in the photodiode as the photoelectric conversion unit, a color filter array is arranged on the first substrate surface side (back surface side). A microlens of a microlens array is arranged on the light incident side of each color filter of the color filter array.
Further, the photodiode PD has a red (R) photoelectric conversion region, a green (G) photoelectric conversion region, a blue (B) photoelectric conversion region, and a near infrared (NIR) photoelectric conversion region on the second substrate surface side (front side). ) Is formed with an output unit including an output transistor or the like that outputs a signal corresponding to the charge that has been photoelectrically converted and accumulated.

図1は、近赤外(NIR)画素を含む固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
図2は、位相差検出に遮光膜を用いた固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
図3は、位相差検出に2つのフォトダイオードを用いた固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
なお、図1、図2、および図3においては、理解を容易にするために、便宜的に、各赤色(R)画素PXL1、緑色(G)画素PXL2、青色(B)画素PXL3、および近赤外(NIR)画素PXL4の構成要素は一列に配列して示してある。
FIG. 1 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in a solid-state image sensor including near-infrared (NIR) pixels.
FIG. 2 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in a solid-state image sensor using a light-shielding film for phase difference detection.
FIG. 3 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in a solid-state image sensor using two photodiodes for phase difference detection.
In addition, in FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3, for convenience of understanding, each red (R) pixel PXL1, green (G) pixel PXL2, blue (B) pixel PXL3, and near The components of the infrared (NIR) pixel PXL4 are shown in a row.

図1、図2、および図3の固体撮像装置1,1a,1bにおいては、フォトダイオードPD1,PD2,PD3,PD4の第1基板面2側に平坦膜3を介してカラーフィルタアレイ4が配置されている。
そして、カラーフィルタアレイの各カラーフィルタFLT−R、FLT−G、FLT−B、および近赤外(NIR)画素の光入射側には、光学部(レンズ部)としてのマイクロレンズアレイ5のマイクロレンズMCL1,MCL2,MCL3,MCL4が一様な位置、形状となるように配置されている。
In the solid-state image pickup devices 1, 1a, 1b of FIGS. 1, 2, and 3, the color filter array 4 is arranged on the first substrate surface 2 side of the photodiodes PD1, PD2, PD3, PD4 via the flat film 3. Has been done.
Then, on the light incident side of each color filter FLT-R, FLT-G, FLT-B, and the near infrared (NIR) pixel of the color filter array 4, the microlens array 5 as an optical unit (lens unit) The microlenses MCL1, MCL2, MCL3, and MCL4 are arranged so as to have a uniform position and shape.

また、図2の固体撮像装置1aにおいては、フォトダイオードPD1,PD2,PD3,PD4の第1基板面2側の平坦膜3内に、光入射光路をほぼ半分にわたって遮光する遮光膜SLD−R、SLD−G、SLD−B、SLD−NIRが配置されている。 Further, in the solid-state image sensor 1a of FIG. 2, the light-shielding film SLD-R that shields the light incident optical path over almost half in the flat film 3 on the first substrate surface 2 side of the photodiodes PD1, PD2, PD3, PD4. SLD-G, SLD-B, and SLD-NIR are arranged.

また、図3の固体撮像装置1bにおいては、フォトダイオードPD1,PD2,PD3,PD4がそれぞれ2つに分割するように形成されている。
フォトダイオードPD1は2つのフォトダイオードPD1L,PD1Rに分割され、フォトダイオードPD2は2つのフォトダイオードPD2L,PD2Rに分割され、フォトダイオードPD3は2つのフォトダイオードPD3L,PD3Rに分割され、フォトダイオードPD4は2つのフォトダイオードPD4L,PD4Rに分割されている。
Further, in the solid-state image sensor 1b of FIG. 3, the photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 are formed so as to be divided into two, respectively.
The photodiode PD1 is divided into two photodiodes PD1L and PD1R, the photodiode PD2 is divided into two photodiodes PD2L and PD2R, the photodiode PD3 is divided into two photodiodes PD3L and PD3R, and the photodiode PD4 is 2. It is divided into two photodiodes, PD4L and PD4R.

特開2005−223681号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-223681 特開2017−139286公報JP-A-2017-139286 特許第5157436号Patent No. 5157436 特許第4027113号Patent No. 4027113 特許第5076528号Patent No. 5076528

しかしながら、図1や図2、図3に示すような固体撮像装置では、図中に破線で示すように、入射光の波長によって焦点距離が異なるにもかかわらず、マイクロレンズアレイ5のマイクロレンズMCL1,MCL2,MCL3,MCL4が一様な位置、形状となるように配置されていることから、以下の不利益がある。
However, in the solid-state image pickup device as shown in FIGS. 1, 2, and 3, as shown by the broken line in the figure, the microlens MCL1 of the microlens array 5 is different even though the focal length differs depending on the wavelength of the incident light. , MCL2, MCL3, and MCL4 are arranged so as to have a uniform position and shape, which has the following disadvantages.

すなわち、画素間のクロストークが大きく、特に波長の長い、赤色(R)画素PXL1および近赤外(NIR)画素PXL4のクロストークが大きく、アングラレスポンス(Angler Response)が劣化するという不利益がある。 That is, there is a disadvantage that the crosstalk between pixels is large, especially the crosstalk of the red (R) pixel PXL1 and the near infrared (NIR) pixel PXL4 having a long wavelength is large, and the angler response is deteriorated. ..

そして、図2や図3の位相差検出機能を有する固体撮像装置1a,1bにおいては、緑色(G)のような特定の波長の画素PXL2のみしか十分な位相差検出機能を得ることが困難である。 Further, in the solid-state image pickup devices 1a and 1b having the phase difference detection function of FIGS. 2 and 3, it is difficult to obtain a sufficient phase difference detection function only for the pixel PXL2 having a specific wavelength such as green (G). be.

本発明は、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能な固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器を提供することにある。 The present invention is to provide a solid-state image sensor, a method for manufacturing a solid-state image sensor, and an electronic device capable of reducing crosstalk between pixels and preventing deterioration of angle response. ..

本発明の第1の観点の固体撮像装置は、光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、前記単位画素グループは、一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部と、対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点距離が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部と、を含み、前記レンズ部は、複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点距離をもつように調整されており、前記複数の光電変換部は、それぞれ前記一面に平行な方向に分割されており、位相差検出機能を有する
The solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention has a pixel portion in which a unit pixel group including a plurality of color pixels for photoelectric conversion is arranged, and the unit pixel group photoelectrically receives light incident from one surface side. A lens having a function of converting and having a plurality of photoelectric conversion units corresponding to the plurality of colors and a plurality of lenses having a focal length depending on the wavelength, which incident light on the corresponding plurality of photoelectric conversion units. includes a part, wherein the lens unit is adjusted so that light transmitted through the plurality of lenses has a uniform focal length to said one side of said plurality of photoelectric conversion unit, the plurality of photoelectric conversion unit Are each divided in a direction parallel to the one surface, and have a phase difference detection function .

本発明の第2の観点は、光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、前記単位画素グループは、複数の光電変換部と、複数のレンズが配置されたレンズ部と、を含んで前記画素が形成されている固体撮像装置の製造方法であって、前記単位画素グループを形成する工程として、一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部を形成する工程と、対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点距離が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部を形成する工程と、を含み、前記光電変換部を形成する工程においては、前記複数の光電変換部を、それぞれ前記一面に平行な方向に分割して、位相差検出機能を持たせ、前記レンズ部を形成する工程において、複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点距離をもつように調整する
A second aspect of the present invention has a pixel unit in which a unit pixel group including a plurality of color pixels for photoelectric conversion is arranged, and the unit pixel group has a plurality of photoelectric conversion units and a plurality of lenses arranged in the unit pixel group. It is a method of manufacturing a solid-state imaging device in which the lens is formed including the lens portion, and has a function of photoelectrically converting light incident from one surface side as a step of forming the unit pixel group. A step of forming a plurality of photoelectric conversion units corresponding to the plurality of colors, and a lens unit in which a plurality of lenses having a focal length dependent on a wavelength, which incident light on the corresponding plurality of photoelectric conversion units, are arranged. In the step of forming the photoelectric conversion unit including the step of forming, the plurality of photoelectric conversion units are each divided in a direction parallel to the one surface to have a phase difference detection function, and the lens unit is provided. In the step of forming the lens, the light transmitted through the plurality of lenses is adjusted so as to have a uniform focal length on the one surface side of the plurality of photoelectric conversion units .

本発明の第3の観点の電子機器は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置に被写体像を結像する光学系と、を有し、前記固体撮像装置は、光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、前記単位画素グループは、一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部と、対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点距離が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部と、を含み、前記レンズ部は、複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点距離をもつように調整されており、前記複数の光電変換部は、それぞれ前記一面に平行な方向に分割されており、位相差検出機能を有する
The electronic device according to the third aspect of the present invention includes a solid-state image pickup device and an optical system for forming a subject image on the solid-length image pickup device, and the solid-state image pickup device has a plurality of color pixels that perform photoelectric conversion. The unit pixel group has a pixel unit in which a unit pixel group including the lens is arranged, and the unit pixel group has a function of photoelectrically converting light incident from one surface side, and has a plurality of photoelectric conversion units corresponding to the plurality of colors. The lens unit includes a lens unit in which a plurality of lenses whose focal length depends on the wavelength, which incident light on the plurality of photoelectric conversion units, are arranged, and the lens unit includes the plurality of light transmitted through the plurality of lenses. The photoelectric conversion unit is adjusted so as to have a uniform focal length on the one surface side, and each of the plurality of photoelectric conversion units is divided in a direction parallel to the one surface, and has a phase difference detection function. ..

本発明によれば、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能となる。
また、本発明によれば、入射光の波長に依存することなく良好な位相差検出機能を有することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to reduce the crosstalk between pixels and prevent the underground response from deteriorating.
Further, according to the present invention, it is possible to have a good phase difference detection function without depending on the wavelength of the incident light.

近赤外(NIR)画素を含む固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。FIG. 3 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in a solid-state image sensor including near-infrared (NIR) pixels. 位相差検出に遮光膜を用いた固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which used the light-shielding film for phase difference detection. 位相差検出に2つのフォトダイオードを用いた固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which used two photodiodes for phase difference detection. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素部の4つの画素で1つのフローティングディフュージョンを共有する例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example which shares one floating diffusion with four pixels of the pixel part of the solid-state image pickup apparatus which concerns on this 1st Embodiment. 本実施形態に係る読み出し回路における列信号処理回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the column signal processing circuit in the read circuit which concerns on this embodiment. 本第1の実施形態に係る単位画素グループを有する固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の各構成要素の概略的な配置例を平面的に示す図である。It is a figure which shows the schematic arrangement example of each component of the solid-state image sensor (CMOS image sensor) which has a unit pixel group which concerns on this 1st Embodiment in a plane. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 9th Embodiment of this invention. 本発明の第10の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 10th Embodiment of this invention. 本発明の第11の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 11th Embodiment of this invention. 本発明の第12の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。It is a simplified sectional view schematically showing the structural example of the unit pixel group in the solid-state image pickup apparatus which concerns on 12th Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像装置が適用される電子機器の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the electronic device to which the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention is applied.

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in association with the drawings.

(第1の実施形態)
図4は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
本実施形態において、固体撮像装置10は、たとえばCMOSイメージセンサにより構成される。
(First Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the solid-state image sensor according to the first embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the solid-state image sensor 10 is composed of, for example, a CMOS image sensor.

この固体撮像装置10は、図4に示すように、撮像部としての画素部20、垂直走査回路(行走査回路)30、読み出し回路(カラム読み出し回路)40、水平走査回路(列走査回路)50、およびタイミング制御回路60を主構成要素として有している。
また、これらの構成要素のうち、たとえば垂直走査回路30、読み出し回路40、水平走査回路50、およびタイミング制御回路60により画素信号の読み出し部70が構成される。
As shown in FIG. 4, the solid-state image sensor 10 includes a pixel unit 20 as an image pickup unit, a vertical scanning circuit (row scanning circuit) 30, a readout circuit (column readout circuit) 40, and a horizontal scanning circuit (column scanning circuit) 50. , And a timing control circuit 60 as a main component.
Further, among these components, for example, a vertical scanning circuit 30, a readout circuit 40, a horizontal scanning circuit 50, and a timing control circuit 60 constitute a pixel signal readout unit 70.

本実施形態において、固体撮像装置10は、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能となるように、単位画素グループは、複数のカラーフィルタが配置されたカラーフィルタアレイと、一面側に配置された各カラーフィルタを透過した光を光電変換し、光電変換して得られた電荷を出力する機能を有する出力部が他面側に配置された、複数のカラーフィルタに対応する複数の光電変換部と、各カラーフィルタを通して対応する複数の光電変換部に光を入射する、焦点距離が波長に依存する複数のマイクロレンズが配置されたレンズ部と、を含み、レンズ部は、複数のマイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点距離をもつように調整されている。
そして、本第1の実施形態において、レンズ部は、各マイクロレンズの厚さを変えて、マイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点距離をもつように調整されている。
本第1の実施形態において、各マイクロレンズの厚さは、波長が長い光に対応するマイクロレンズ程、厚く設定されており、より曲率が大きい設計となっている。
本第1の実施形態においては、単位画素グループは、単位RGBIR画素グループとして形成されている。
In the present embodiment, the solid-state imaging device 10 has a plurality of color filters in the unit pixel group so that the crosstalk between the pixels can be reduced and the angle response can be prevented from deteriorating. A color filter array in which is arranged and an output unit having a function of photoelectrically converting the light transmitted through each color filter arranged on one side and outputting the charge obtained by the photoelectric conversion are arranged on the other side. In addition, a lens unit in which a plurality of photoelectric conversion units corresponding to a plurality of color filters and a plurality of microlenses whose focal distance depends on the wavelength, which incident light on the corresponding photoelectric conversion units through each color filter, are arranged. When, wherein the lens unit is that is adjusted so that light transmitted through the plurality of micro lenses have a uniform focal length on one side of the plurality of photoelectric conversion unit.
Then, in the first embodiment, the lens unit changes the thickness of each microlens so that the light transmitted through the microlenses has a uniform focal length on one surface side of the plurality of photoelectric conversion units. Has been done.
In the first embodiment, the thickness of each microlens is set to be thicker as the microlens corresponds to light having a longer wavelength, and the design has a larger curvature.
In the first embodiment, the unit pixel group is formed as a unit RGBIR pixel group.

以下、固体撮像装置10の各部の構成および機能の概要を説明した後、画素の具体的な構成、配置等について詳述する。 Hereinafter, the outline of the configuration and the function of each part of the solid-state image sensor 10 will be described, and then the specific configuration, arrangement, and the like of the pixels will be described in detail.

(画素部20および画素PXLの構成)
画素部20は、フォトダイオード(光電変換素子)と画素内アンプとを含む複数の画素がN行×M列の2次元の行列状(マトリクス状)に配列されている。
(Structure of pixel unit 20 and pixel PXL)
In the pixel unit 20, a plurality of pixels including a photodiode (photoelectric conversion element) and an in-pixel amplifier are arranged in a two-dimensional matrix of N rows × M columns.

図5は、本第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素部の4つの画素で1つのフローティングディフュージョンを共有する例を示す回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram showing an example in which one floating diffusion is shared by four pixels of the pixel portion of the solid-state image sensor according to the first embodiment.

図5の画素部20は、4つの画素PXL11,PXL12,PXL21,PXL22が2×2の正方に配置されている。 In the pixel unit 20 of FIG. 5, four pixels PXL11, PXL12, PXL21, and PXL22 are arranged in a 2 × 2 square.

画素PXL11は、フォトダイオードPD11、および転送トランジスタTG11−Trを含んで構成されている。 The pixel PXL11 includes a photodiode PD11 and a transfer transistor TG11-Tr.

画素PXL12は、フォトダイオードPD12、および転送トランジスタTG12−Trを含んで構成されている。 The pixel PXL12 includes a photodiode PD12 and a transfer transistor TG12-Tr.

画素PXL21は、フォトダイオードPD21、および転送トランジスタTG21−Trを含んで構成されている。 The pixel PXL21 includes a photodiode PD21 and a transfer transistor TG21-Tr.

画素PXL22は、フォトダイオードPD22、および転送トランジスタTG22−Trを含んで構成されている。 The pixel PXL22 includes a photodiode PD22 and a transfer transistor TG22-Tr.

そして、画素部20は、4つの画素PXL11,PXL12,PXL21,PXL22で、フローティングディフュージョンFD(Floating Diffusion;浮遊拡散層)11、リセットトランジスタRST11−Tr、ソースフォロワトランジスタSF11−Tr、および選択トランジスタSEL11−Trが共有されている。 The pixel unit 20 consists of four pixels PXL11, PXL12, PXL21, and PXL22, and includes a floating diffusion FD (Floating Diffusion) 11, a reset transistor RST11-Tr, a source follower transistor SF11-Tr, and a selection transistor SEL11-. Tr is shared.

このような4画素共有構成において、ベイヤ配列とした場合、画素PXL11がR画素として形成され、画素PXL12がG画素として形成され、画素PXL21がB画素、画素PXL22がNIR画素として形成される。
たとえば、画素PXL11のフォトダイオードPD11が赤色(R)光電変換部として機能し、画素PXL12のフォトダイオードPD12が緑色(G)光電変換部として機能し、画素PXL21のフォトダイオードPD21が青色(B)光電変換部として機能し、画素PXL22のフォトダイオードPD22が近赤外(NIR)光電変換部として機能する。
In such a 4-pixel sharing configuration, in the case of a bayer arrangement, the pixel PXL11 is formed as an R pixel, the pixel PXL12 is formed as a G pixel, the pixel PXL21 is formed as a B pixel, and the pixel PXL22 is formed as a NIR pixel.
For example, the photodiode PD11 of the pixel PXL11 functions as a red (R) photoelectric conversion unit, the photodiode PD12 of the pixel PXL12 functions as a green (G) photoelectric conversion unit, and the photodiode PD21 of the pixel PXL21 functions as a blue (B) photoelectric conversion unit. It functions as a conversion unit, and the photodiode PD22 of the pixel PXL22 functions as a near-infrared (NIR) photoelectric conversion unit.

一般に、色ごとに、各画素のフォトダイオードPDの飽和にいたる感度が異なる。
たとえば、G画素のフォトダイオードPD12の感度は、R画素のフォトダイオードPD11、B画素のフォトダイオードPD21、NIR画素のフォトダイオードPD22の感度より高い。
In general, the sensitivity to saturation of the photodiode PD of each pixel is different for each color.
For example, the sensitivity of the photodiode PD12 of the G pixel is higher than the sensitivity of the photodiode PD11 of the R pixel, the photodiode PD21 of the B pixel, and the photodiode PD22 of the NIR pixel.

フォトダイオードPD11、PD12、PD21、PD22としては、たとえば埋め込みフォトダイオード(PPD)が用いられる。
フォトダイオードPD11,PD12,PD21,P22を形成する基板表面にはダングリングボンドなどの欠陥による表面準位が存在するため、熱エネルギーによって多くの電荷(暗電流)が発生し、正しい信号が読み出せなくなってしまう。
埋め込みフォトダイオード(PPD)では、フォトダイオードPDの電荷蓄積部を基板内に埋め込むことで、暗電流の信号への混入を低減することが可能となる。
As the photodiodes PD11, PD12, PD21, and PD22, for example, an embedded photodiode (PPD) is used.
Since surface levels due to defects such as dangling bonds exist on the surface of the substrate forming the photodiodes PD11, PD12, PD21, and P22, a large amount of electric charge (dark current) is generated by thermal energy, and the correct signal can be read out. It will disappear.
In the embedded photodiode (PPD), by embedding the charge storage portion of the photodiode PD in the substrate, it is possible to reduce the mixing of dark current into the signal.

フォトダイオードPD11,PD12,PD21,PD22は、入射光量に応じた量の信号電荷(ここでは電子)を発生し、蓄積する。
以下、信号電荷は電子であり、各トランジスタがn型トランジスタである場合について説明するが、信号電荷がホールであったり、各トランジスタがp型トランジスタであっても構わない。
The photodiodes PD11, PD12, PD21, and PD22 generate and accumulate a signal charge (here, an electron) in an amount corresponding to the amount of incident light.
Hereinafter, the case where the signal charge is an electron and each transistor is an n-type transistor will be described, but the signal charge may be a hole or each transistor may be a p-type transistor.

転送トランジスタTG11−Trは、フォトダイオードPD11とフローティングディフュージョンFD11の間に接続され、制御線(または制御信号)TG11を通じて制御される。
転送トランジスタTG11−Trは、読み出し部70の制御の下、制御線TG11が所定レベルのハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードPD11で光電変換され蓄積された電荷(電子)をフローティングディフュージョンFD11に転送する。
The transfer transistor TG11-Tr is connected between the photodiode PD11 and the floating diffusion FD11 and is controlled through the control line (or control signal) TG11.
In the transfer transistor TG11-Tr, under the control of the readout unit 70, the control line TG11 is selected during a high level (H) period of a predetermined level to be in a conductive state, and the charge (electrons) converted by photoelectric conversion by the photodiode PD11 and accumulated is obtained. ) Is transferred to the floating diffusion FD11.

転送トランジスタTG12−Trは、フォトダイオードPD12とフローティングディフュージョンFD11の間に接続され、制御線(または制御信号)TG12を通じて制御される。
転送トランジスタTG12−Trは、読み出し部70の制御の下、制御線TG12が所定レベルのハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードPD12で光電変換され蓄積された電荷(電子)をフローティングディフュージョンFD11に転送する。
The transfer transistor TG12-Tr is connected between the photodiode PD12 and the floating diffusion FD11 and is controlled through the control line (or control signal) TG12.
In the transfer transistor TG12-Tr, under the control of the readout unit 70, the control line TG12 is selected during a high level (H) period of a predetermined level to be in a conductive state, and the charge (electrons) converted by photoelectric conversion by the photodiode PD12 and accumulated is obtained. ) Is transferred to the floating diffusion FD11.

転送トランジスタTG21−Trは、フォトダイオードPD21とフローティングディフュージョンFD11の間に接続され、制御線(または制御信号)TG21を通じて制御される。
転送トランジスタTG21−Trは、読み出し部70の制御の下、制御線TG21が所定レベルのハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードPD21で光電変換され蓄積された電荷(電子)をフローティングディフュージョンFD11に転送する。
The transfer transistor TG21-Tr is connected between the photodiode PD21 and the floating diffusion FD11 and is controlled through the control line (or control signal) TG21.
In the transfer transistor TG21-Tr, under the control of the readout unit 70, the control line TG21 is selected during a high level (H) period of a predetermined level to be in a conductive state, and the charge (electrons) converted by photoelectric conversion by the photodiode PD21 and accumulated. ) Is transferred to the floating diffusion FD11.

転送トランジスタTG22−Trは、フォトダイオードPD22とフローティングディフュージョンFD11の間に接続され、制御線(または制御信号)TG22を通じて制御される。
転送トランジスタTG22−Trは、読み出し部70の制御の下、制御線TG22が所定レベルのハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードPD22で光電変換され蓄積された電荷(電子)をフローティングディフュージョンFD11に転送する。
The transfer transistor TG22-Tr is connected between the photodiode PD22 and the floating diffusion FD11 and is controlled through the control line (or control signal) TG22.
In the transfer transistor TG22-Tr, under the control of the readout unit 70, the control line TG22 is selected during a high level (H) period of a predetermined level to be in a conductive state, and the charge (electrons) converted by photoelectric conversion by the photodiode PD22 and accumulated is obtained. ) Is transferred to the floating diffusion FD11.

リセットトランジスタRST11−Trは、図5に示すように、電源線VDDとフローティングディフュージョンFDの間に接続され、制御線(または制御信号)RST11を通じて制御される。
なお、リセットトランジスタRST11−Trは、電源線VDDとは別の電源線VRstとフローティングディフュージョンFDの間に接続され、制御線(または制御信号)RST11を通じて制御されるように構成してもよい。
リセットトランジスタRST11−Trは、読み出し部70の制御の下、たとえば読み出しスキャン時に、制御線RST11がHレベルの期間に選択されて導通状態となり、フローティングディフュージョンFD11を電源線VDD(またはVRst)の電位にリセットする。
As shown in FIG. 5, the reset transistor RST11-Tr is connected between the power supply line VDD and the floating diffusion FD, and is controlled through the control line (or control signal) RST11.
The reset transistor RST11-Tr may be connected between the power supply line VRst and the floating diffusion FD, which are different from the power supply line VDD, and may be configured to be controlled through the control line (or control signal) RST11.
Under the control of the read unit 70, for example, during a read scan, the reset transistor RST11-Tr is selected for the control line RST11 during the H level period to be in a conductive state, and the floating diffusion FD11 is set to the potential of the power supply line VDD (or VRst). Reset.

ソースフォロワトランジスタSF11−Trと選択トランジスタSEL11−Trは、電源線VDDと垂直信号線LSGNの間に直列に接続されている。
ソースフォロワトランジスタSF11−TrのゲートにはフローティングディフュージョンFD11が接続され、選択トランジスタSEL11−Trは制御線(または制御信号)SEL11を通じて制御される。
選択トランジスタSEL11−Trは、制御線SEL11がHレベルの期間に選択されて導通状態となる。これにより、ソースフォロワトランジスタSF11−TrはフローティングディフュージョンFD11の電荷を電荷量(電位)に応じた利得をもって電圧信号に変換した列出力の読み出し電圧(信号)VSL(PIXOUT)を垂直信号線LSGNに出力する。
The source follower transistor SF11-Tr and the selection transistor SEL11-Tr are connected in series between the power supply line VDD and the vertical signal line LSGN.
A floating diffusion FD11 is connected to the gate of the source follower transistor SF11-Tr, and the selection transistor SEL11-Tr is controlled through the control line (or control signal) SEL11.
The selection transistor SEL11-Tr is in a conductive state when the control line SEL11 is selected during the H level period. As a result, the source follower transistor SF11-Tr outputs the read voltage (signal) VSL (PIXOUT) of the column output, which is obtained by converting the charge of the floating diffusion FD11 into a voltage signal with a gain corresponding to the amount of charge (potential), to the vertical signal line LSGN. do.

画素部20には、画素PXLがN行×M列配置されているので、各制御線SEL、RST、TGはそれぞれN本、垂直信号線LSGNはM本ある。
図4においては、各制御線(または制御信号)SEL、RST、TGを1本の行走査制御線として表している。
Since the pixels PXL are arranged in N rows × M columns in the pixel unit 20, there are N lines for each control line SEL, RST, and TG, and M lines for each of the vertical signal lines LSGN.
In FIG. 4, each control line (or control signal) SEL, RST, and TG is represented as one row scanning control line.

垂直走査回路30は、タイミング制御回路60の制御に応じてシャッター行および読み出し行において行走査制御線を通して画素の駆動を行う。
また、垂直走査回路30は、アドレス信号に従い、信号の読み出しを行うリード行と、フォトダイオードPDに蓄積された電荷をリセットするシャッター行の行アドレスの行選択信号を出力する。
The vertical scanning circuit 30 drives the pixels through the row scanning control lines in the shutter row and the readout row according to the control of the timing control circuit 60.
Further, the vertical scanning circuit 30 outputs a row selection signal of a lead row that reads out the signal according to the address signal and a row address of the shutter row that resets the charge accumulated in the photodiode PD.

通常の画素読み出し動作においては、読み出し部70の垂直走査回路30による駆動により、シャッタースキャンが行われ、その後、読み出しスキャンが行われる。 In a normal pixel readout operation, a shutter scan is performed by driving the vertical scanning circuit 30 of the readout unit 70, and then a readout scan is performed.

読み出し回路40は、画素部20の各列出力に対応して配置された複数の列信号処理回路(図示せず)を含み、複数の列信号処理回路で列並列処理が可能に構成されてもよい。 The readout circuit 40 includes a plurality of column signal processing circuits (not shown) arranged corresponding to each column output of the pixel unit 20, and even if the plurality of column signal processing circuits are configured to enable column parallel processing. good.

読み出し回路40は、相関二重サンプリング(CDS:Correlated Double Sampling)回路やADC(アナログデジタルコンバータ;AD変換器)、アンプ(AMP,増幅器)、サンプルホールド(S/H)回路等を含んで構成可能である。 The readout circuit 40 can be configured to include a Correlated Double Sampling (CDS) circuit, an ADC (analog digital converter; AD converter), an amplifier (AMP, amplifier), a sample hold (S / H) circuit, and the like. Is.

このように、読み出し回路40は、たとえば図6(A)に示すように、画素部20の各列出力の読み出し信号VSLをデジタル信号に変換するADC41を含んで構成されてもよい。
あるいは、読み出し回路40は、たとえば図6(B)に示すように、画素部20の各列出力の読み出し信号VSLを増幅するアンプ(AMP)42が配置されてもよい。
また、読み出し回路40は、たとえば図6(C)に示すように、画素部20の各列出力の読み出し信号VSLをサンプル、ホールドするサンプルホールド(S/H)回路43が配置されてもよい。
As described above, as shown in FIG. 6A, for example, the read circuit 40 may include an ADC 41 that converts the read signal VSL of each column output of the pixel unit 20 into a digital signal.
Alternatively, as shown in FIG. 6B, for example, the readout circuit 40 may include an amplifier (AMP) 42 that amplifies the readout signal VSL of each column output of the pixel unit 20.
Further, in the read circuit 40, for example, as shown in FIG. 6C, a sample hold (S / H) circuit 43 that samples and holds the read signal VSL of each column output of the pixel unit 20 may be arranged.

水平走査回路50は、読み出し回路40のADC等の複数の列信号処理回路で処理された信号を走査して水平方向に転送し、図示しない信号処理回路に出力する。 The horizontal scanning circuit 50 scans signals processed by a plurality of column signal processing circuits such as the ADC of the readout circuit 40, transfers them in the horizontal direction, and outputs the signals to a signal processing circuit (not shown).

タイミング制御回路60は、画素部20、垂直走査回路30、読み出し回路40、水平走査回路50等の信号処理に必要なタイミング信号を生成する。 The timing control circuit 60 generates timing signals necessary for signal processing of the pixel unit 20, the vertical scanning circuit 30, the reading circuit 40, the horizontal scanning circuit 50, and the like.

以上、固体撮像装置10の各部の構成および機能の概要について説明した。
次に、本第1の実施形態に係る画素配置の具体的な構成について説明する。
The outline of the configuration and function of each part of the solid-state image sensor 10 has been described above.
Next, a specific configuration of the pixel arrangement according to the first embodiment will be described.

図7は、本第1の実施形態に係る単位画素グループを有する固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の各構成要素の概略的な配置例を平面的に示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a schematic arrangement example of each component of a solid-state image sensor (CMOS image sensor) having a unit pixel group according to the first embodiment in a plan view.

図7の画素部20は、図5の回路を平面化して示されており、4つの画素PXL11,PXL12,PXL21,PXL22が2×2の正方に配置されている。
より具体的には、矩形の配置領域AR10に、4つの画素PXL11,PXL12,PXL21,PXL22がそれぞれ配置される配置領域AR11,AR12,AR21,AR22が2×2の正方に割り当てられている。
The pixel portion 20 of FIG. 7 is shown by flattening the circuit of FIG. 5, and four pixels PXL11, PXL12, PXL21, and PXL22 are arranged in a 2 × 2 square.
More specifically, in the rectangular arrangement area AR10, the arrangement areas AR11, AR12, AR21, and AR22 in which the four pixels PXL11, PXL12, PXL21, and PXL22 are arranged, respectively, are allocated to 2 × 2 squares.

図7の画素部20は、4画素共有構成において、ベイヤ配列とした場合の構成を示し、画素PXL11がR画素として形成され、画素PXL12がG画素として形成され、画素PXL21がB画素、画素PXL22がNIR画素として形成される。 The pixel portion 20 of FIG. 7 shows a configuration in the case of a bayer arrangement in a 4-pixel sharing configuration, in which the pixel PXL 11 is formed as an R pixel, the pixel PXL 12 is formed as a G pixel, the pixel PXL 21 is a B pixel, and the pixel PXL 22. Is formed as NIR pixels.

そして、画素部20は、4つの画素PXL11,PXL12,PXL21,PXL22で、フローティングディフュージョンFD11、リセットトランジスタRST11−Tr、ソースフォロワトランジスタSF11−Tr、および選択トランジスタSEL11−Trが共有されている。 The pixel unit 20 is composed of four pixels PXL11, PXL12, PXL21, and PXL22, and shares a floating diffusion FD11, a reset transistor RST11-Tr, a source follower transistor SF11-Tr, and a selection transistor SEL11-Tr.

図8は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
なお、図8においては、理解を容易にするために、便宜的に、各赤色(R)画素PXL11、緑色(G)画素PXL12、青色(B)画素PXL21、近赤外(NIR)PXL22の構成要素は一列に配列して示してある。
FIG. 8 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 8, for convenience, each red (R) pixel PXL11, green (G) pixel PXL12, blue (B) pixel PXL21, and near infrared (NIR) PXL22 are configured for ease of understanding. The elements are shown in a row.

単位RGBNIR画素グループ200は、レンズ部としてのマイクロレンズアレイ210、カラーフィルタアレイ220、光電変換部としてのフォトダイオードアレイ230、および平坦層240を主構成要素として構成されている。 The unit RGB NIR pixel group 200 includes a microlens array 210 as a lens unit, a color filter array 220, a photodiode array 230 as a photoelectric conversion unit, and a flat layer 240 as main components.

この単位RGBNIR画素グループ200における各カラー画素は、可視範囲(400nm〜700nm)において固有の特定の応答性を有するだけでなく、近赤外(NIR)領域(800nm〜1000nm)においても高い応答性を有する。 Each color pixel in this unit RGB NIR pixel group 200 not only has a specific responsiveness inherent in the visible range (400 nm to 700 nm), but also has a high responsiveness in the near infrared (NIR) region (800 nm to 1000 nm). Have.

カラーフィルタアレイ220は、各カラー画素を形成するように、赤色(R)フィルタ領域221、緑色(G)フィルタ領域222、青色(B)フィルタ領域223、および近赤外(NIR)領域224に区分けされている。 The color filter array 220 is divided into a red (R) filter region 221, a green (G) filter region 222, a blue (B) filter region 223, and a near infrared (NIR) region 224 so as to form each color pixel. Has been done.

光電変換部としてのフォトダイオードPD11、PD12、PD21、PD22は、第1基板面251側と、第1基板面251側と対向する側の第2基板面252側とを有する半導体基板250に対して埋め込むように形成され、受光した光の光電変換機能および電荷蓄積機能を有するように形成されている。 The photodiodes PD11, PD12, PD21, and PD22 as photoelectric conversion units have a reference to a semiconductor substrate 250 having a first substrate surface 251 side and a second substrate surface 252 side facing the first substrate surface 251 side. It is formed so as to be embedded, and has a photoelectric conversion function and a charge storage function of the received light.

フォトダイオードアレイ230のフォトダイオードPD11、PD12、PD21、PD22は、第1基板面251側(裏面側)に,平坦層240を介してカラーフィルタアレイ220が配置されている。
フォトダイオードPD11、PD12、PD21、PD22の第2基板面252側(前面側)には、光電変換し蓄積した電荷に応じた信号を出力する出力トランジスタ等を含む出力部231,232,233,234が形成されている。
In the photodiodes PD11, PD12, PD21, and PD22 of the photodiode array 230, the color filter array 220 is arranged on the first substrate surface 251 side (back surface side) via the flat layer 240.
On the second substrate surface 252 side (front side) of the photodiodes PD11, PD12, PD21, and PD22, output units 231, 232, 233, 234 including an output transistor that outputs a signal corresponding to the charge obtained by photoelectric conversion and accumulated are included. Is formed.

そして、各赤色(R)フィルタ領域221、緑色(G)フィルタ領域222、青色(B)フィルタ領域223、および近赤外(NIR)領域224の光入射側には、マイクロレンズアレイ210のマイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRが配置されている。 The microlens of the microlens array 210 is located on the light incident side of each red (R) filter region 221, green (G) filter region 222, blue (B) filter region 223, and near infrared (NIR) region 224. MCL-R, MCL-G, MCL-B, and MCL-NIR are arranged.

マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRは同じ透過特性を有し、焦点距離が波長依存性を持ち、入射光の波長によって焦点距離が異なる。
そこで、本第1の実施形態においては、複数のマイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRを透過した光が複数の光電変換部であるフォトダイオードPD11、PD12、PD21、PD22の第1基板面251側(一面側、裏面側)に、一様に焦点距離を持つように調整されている。
The microlenses MCL-R, MCL-G, MCL-B, and MCL-NIR have the same transmission characteristics, the focal length has wavelength dependence, and the focal length differs depending on the wavelength of the incident light.
Therefore, in the first embodiment, the photodiodes PD11, PD12, PD21, in which the light transmitted through the plurality of microlenses MCL-R, MCL-G, MCL-B, MCL-NIR is a plurality of photoelectric conversion units, the first substrate surface 251 side of the PD 22 (one side, back surface side), that is adjusted to have a uniform focal distance.

本第1の実施形態において、各マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRの厚さは、波長が長い光に対応するマイクロレンズ程、厚く設定されている。
波長が最も長い近赤外(NIR)光用のマイクロレンズMCL−NIRの厚さLT−NIRが最も厚く最も厚く最も大きい曲率で設定され、波長が2番目に長い赤色(R)光用のマイクロレンズMCL−Rの厚さLT−Rが2番目に厚く2番目に大きい曲率で設定され、波長が3番目に長い緑色(R)光用のマイクロレンズMCL−Gの厚さLT−Gが3番目に厚く3番目に大きい曲率で設定され、波長が4番目に長い青色(B)光用のマイクロレンズMCL−Bの厚さLT−Bが4番目に厚く2番目に大きい曲率で設定されている。
すなわち、LT−NIR>LT−R>LT−G>LT−Bの関係を持つように、各マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRの厚さが調整されている。
In the first embodiment, the thickness of each microlens MCL-R, MCL-G, MCL-B, and MCL-NIR is set to be thicker as the microlens corresponds to light having a longer wavelength.
Microlens for near-infrared (NIR) light with the longest wavelength MCL-NIR thickness LT-NIR is set with the thickest, thickest and largest curvature, and the micro for red (R) light with the second longest wavelength. The thickness LT-R of the lens MCL-R is set to the second thickest and the second largest curvature, and the thickness LT-G of the microlens MCL-G for green (R) light having the third longest wavelength is 3 The thickness LT-B of the microlens MCL-B for blue (B) light, which is the third thickest and is set with the third largest curvature, and has the fourth longest wavelength, is set with the fourth thickest and the second largest curvature. There is.
That is, the thickness of each microlens MCL-R, MCL-G, MCL-B, and MCL-NIR is adjusted so as to have the relationship of LT-NIR>LT-R>LT-G> LT-B. ..

単位RGBNIR画素グループ200において、波長が最も長い近赤外(NIR)光用のマイクロレンズMCL−NIRの厚さLT−NIRが最も厚く設定され、波長が2番目に長い赤色(R)光用のマイクロレンズMCL−Rの厚さLT−Rが2番目に厚く設定され、波長が3番目に長い緑色(R)光用のマイクロレンズMCL−Gの厚さLT−Gが3番目に厚く設定され、波長が4番目に長い青色(B)光用のマイクロレンズMCL−Bの厚さLT−Bが4番目に厚く設定されている。
これにより、各マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRを透過した入射光は、対応する赤色(R)画素PXL11、緑色(G)画素PXL12、青色(B)画素PXL21、近赤外(NIR)画素PXL22ごとに、基板250の第1面251側に個別にかつ一様に照射され、担当外のフォトダイオードPDへの不要な入射が大幅に減少する。
したがって、画素間のクロストークが大幅に減少し、しかもアングラレスポンスが劣化することが防止される。
In the unit RGB NIR pixel group 200, the thickness LT-NIR of the microlens MCL-NIR for near-infrared (NIR) light having the longest wavelength is set to be the thickest, and for red (R) light having the second longest wavelength. The thickness LT-R of the microlens MCL-R is set to the second thickest, and the thickness LT-G of the microlens MCL-G for green (R) light having the third longest wavelength is set to the third thickest. The thickness LT-B of the microlens MCL-B for blue (B) light having the fourth longest wavelength is set to be the fourth thickest.
As a result, the incident light transmitted through each of the microlenses MCL-R, MCL-G, MCL-B, and MCL-NIR is the corresponding red (R) pixel PXL11, green (G) pixel PXL12, and blue (B) pixel PXL21. For each near-infrared (NIR) pixel PXL22, the first surface 251 side of the substrate 250 is individually and uniformly irradiated, and unnecessary incidents on the photodiode PD not in charge are greatly reduced.
Therefore, the crosstalk between pixels is significantly reduced, and the deterioration of the underground response is prevented.

以上のように、本第1の実施形態によれば、固体撮像装置10において、単位画素グループ200は、複数のカラーフィルタが配置されたカラーフィルタアレイ220と、一面側に配置された各カラーフィルタを透過した光を光電変換し、光電変換して得られた電荷を出力する機能を有する出力部が他面側に配置された、複数のカラーフィルタに対応する複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイ230と、各カラーフィルタを通して対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点距離が波長に依存する複数のマイクロレンズが配置されたレンズ部としてのマイクロレンズアレイ210と、を含み、複数のマイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRを透過した光が複数のフォトダイオードの一面側に一様に焦点距離をもつように調整されている。
As described above, according to the first embodiment, in the solid-state imaging device 10, the unit pixel group 200 includes a color filter array 220 in which a plurality of color filters are arranged and each color filter arranged on one side. A photodiode array having a plurality of photodiodes corresponding to a plurality of color filters, in which an output unit having a function of photoelectrically converting the light transmitted through the capacitor and outputting the charge obtained by the photoelectric conversion is arranged on the other side. wherein 230 is incident light to the plurality of photoelectric conversion units corresponding through each color filter, a microlens array 210 as a lens unit in which a plurality of microlenses are arranged the focal length depends on the wavelength, a plurality microlenses MCL-R, MCL-G, MCL-B, that the light transmitted through the MCL-NIR has not been adjusted to have a uniform focal length on one side of the plurality of photodiodes.

そして、本第1の実施形態において、レンズ部は、各マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRの厚さを変えることでレンズの曲率を変化させ、マイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点距離をもつように調整されている。
本第1の実施形態において、各マイクロレンズの厚さは、波長が長い光に対応するマイクロレンズ程、厚く設定されており、より曲率が大きい設計となっている。
本第1の実施形態においては、波長が最も長い近赤外(NIR)光用のマイクロレンズMCL−NIRの厚さLT−NIRが最も厚く最も大きい曲率で設定され、波長が2番目に長い赤色(R)光用のマイクロレンズMCL−Rの厚さLT−Rが2番目に厚く2番目に大きい曲率で設定され、波長が3番目に長い緑色(R)光用のマイクロレンズMCL−Gの厚さLT−Gが3番目に厚く3番目に大きい曲率で設定され、波長が4番目に長い青色(B)光用のマイクロレンズMCL−Bの厚さLT−Bが4番目に厚く4番目に大きい曲率で設定されている。
Then, in the first embodiment, the lens portion changes the curvature of the lens by changing the thickness of each microlens MCL-R, MCL-G, MCL-B, MCL-NIR, and transmits the microlens. The light is adjusted so that it has a uniform focal length on one side of a plurality of photoelectric conversion units.
In the first embodiment, the thickness of each microlens is set to be thicker as the microlens corresponds to light having a longer wavelength, and the design has a larger curvature.
In the first embodiment, the thickness LT-NIR of the microlens MCL-NIR for near-infrared (NIR) light having the longest wavelength is set to the thickest and the largest curvature, and the wavelength is the second longest red. (R) Thickness of microlens MCL-R for (R) light LT-R is set with the second thickest and second largest curvature, and the wavelength of the microlens MCL-G for green (R) light is the third longest. The thickness LT-G is set to the third thickest and the third largest curvature, and the thickness LT-B of the microlens MCL-B for blue (B) light having the fourth longest wavelength is the fourth thickest and the fourth. Is set with a large curvature.

このような構成を有する本第1の実施形態によれば、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能となる。 According to the first embodiment having such a configuration, it is possible to reduce the crosstalk between pixels and prevent the underground response from deteriorating.

(第2の実施形態)
図9は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
(Second embodiment)
FIG. 9 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the second embodiment of the present invention.

本第2の実施形態が、第1の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第2の実施形態の単位画素グループ200Aは、フォトダイオードPD11,PD12,PD21,PD22の第1基板面251側の平坦膜240内に、光入射光路をほぼ半分にわたって遮光する遮光膜SLD11−R、SLD12−G、SLD21−B、SLD22−NIRが配置されており、位相検出機能を持つように構成されている。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is as follows.
The unit pixel group 200A of the second embodiment is a light-shielding film SLD11-R that shields the light incident optical path by almost half in the flat film 240 on the first substrate surface 251 side of the photodiodes PD11, PD12, PD21, PD22. , SLD12-G, SLD21-B, and SLD22-NIR are arranged and configured to have a phase detection function.

本第2の実施形態によれば、上述した第1の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。 According to the second embodiment, it is possible to reduce the crosstalk between pixels and prevent the angle response from deteriorating, as in the effect of the first embodiment described above. Moreover, it is possible to obtain a sufficient phase difference detection function for any pixel without depending on the wavelength of the incident light.

(第3の実施形態)
図10は、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the third embodiment of the present invention.

本第3の実施形態が、第1の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第3の実施形態の単位画素グループ200Bは、フォトダイオードPD11,PD12,PD21,PD22がそれぞれ2つに分割するように形成されており、位相検出機能を持つように構成されている。
フォトダイオードPD11は2つのフォトダイオードPD11L,PD11Rに分割され、フォトダイオードPD12は2つのフォトダイオードPD12L,PD12Rに分割され、フォトダイオードPD21は2つのフォトダイオードPD21L,PD21Rに分割され、フォトダイオードPD22は2つのフォトダイオードPD22L,PD22Rに分割されている。
The differences between the third embodiment and the first embodiment are as follows.
The unit pixel group 200B of the third embodiment is formed so that the photodiodes PD11, PD12, PD21, and PD22 are each divided into two, and are configured to have a phase detection function.
The photodiode PD11 is divided into two photodiodes PD11L and PD11R, the photodiode PD12 is divided into two photodiodes PD12L and PD12R, the photodiode PD21 is divided into two photodiodes PD21L and PD21R, and the photodiode PD22 is 2. It is divided into two photodiodes PD22L and PD22R.

本第3の実施形態によれば、上述した第1の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。 According to the third embodiment, it is possible to reduce the crosstalk between pixels and prevent the angle response from deteriorating, as in the effect of the first embodiment described above. Moreover, it is possible to obtain a sufficient phase difference detection function for any pixel without depending on the wavelength of the incident light.

(第4の実施形態)
図11は、本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
(Fourth Embodiment)
FIG. 11 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the fourth embodiment of the present invention.

本第4の実施形態が、第1の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第4の実施形態の単位画素グループ200Cでは、マイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点距離をもつように、各マイクロレンズの厚さを調整する代わりに、合焦点位置に相当する基板250の第1面251側(一面側)からの高さが調整されている。
The differences between the fourth embodiment and the first embodiment are as follows.
In the unit pixel group 200C of the fourth embodiment, instead of adjusting the thickness of each microlens so that the light transmitted through the microlenses has a uniform focal length on one surface side of the plurality of photoelectric conversion units. , The height from the first surface 251 side (one surface side) of the substrate 250 corresponding to the focal length position is adjusted.

本第4の実施形態において、各マイクロレンズの高さは、波長が長い光に対応するマイクロレンズ程、高く設定されている。
本第4の実施形態においては、波長が最も長い近赤外(NIR)光用のマイクロレンズMCL−NIRの高さLH−NIRが最も高く設定され、波長が2番目に長い赤色(R)光用のマイクロレンズMCL−Rの高さLH−Rが2番目に厚く設定され、波長が3番目に長い緑色(R)光用のマイクロレンズMCL−Gの高さLH−Gが3番目に高く設定され、波長が4番目に長い青色(B)光用のマイクロレンズMCL−Bの高さLH−Bが4番目に高く設定されている。
すなわち、LH−NIR>LH−R>LH−G>LH−Bの関係を持つように、各マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRの高さが調整されている。
In the fourth embodiment, the height of each microlens is set higher as the microlens corresponds to light having a longer wavelength.
In the fourth embodiment, the height LH-NIR of the microlens MCL-NIR for near-infrared (NIR) light having the longest wavelength is set to the highest, and the red (R) light having the second longest wavelength is set. The height LH-R of the microlens MCL-R for light is set to the second thickest, and the height LH-G of the microlens MCL-G for green (R) light having the third longest wavelength is the third highest. The height LH-B of the microlens MCL-B for blue (B) light, which is set and has the fourth longest wavelength, is set to the fourth highest.
That is, the heights of the microlenses MCL-R, MCL-G, MCL-B, and MCL-NIR are adjusted so as to have the relationship of LH-NIR>LH-R>LH-G> LH-B. ..

本第4の実施形態においては、各マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRを透過した入射光は、対応する赤色(R)画素PXL11、緑色(Gr)画素PXL12、青色(B)画素PXL21、近赤外(NIR)画素PXL22ごとに、基板250の第1面251側に個別にかつ一様に照射され、担当外のフォトダイオードPDへの不要な入射が大幅に減少する。
したがって、画素間のクロストークが大幅に減少し、しかもアングラレスポンスが劣化することが防止される。
In the fourth embodiment, the incident light transmitted through the microlenses MCL-R, MCL-G, MCL-B, and MCL-NIR is the corresponding red (R) pixel PXL11 and green (Gr) pixel PXL12. For each of the blue (B) pixel PXL21 and the near-infrared (NIR) pixel PXL22, the first surface 251 side of the substrate 250 is individually and uniformly irradiated, and unnecessary incidents on the photodiode PD, which is not in charge, are significantly increased. Decrease.
Therefore, the crosstalk between pixels is significantly reduced, and the deterioration of the underground response is prevented.

以上のように、本第4の実施形態によれば、上述した第1の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.

(第5の実施形態)
図12は、本発明の第5の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
(Fifth Embodiment)
FIG. 12 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the fifth embodiment of the present invention.

本第5の実施形態が、第4の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第5の実施形態の単位画素グループ200Dは、フォトダイオードPD11,PD12,PD21,PD22の第1基板面251側の平坦膜240内に、光入射光路をほぼ半分にわたって遮光する遮光膜SLD11−R、SLD12−G、SLD21−B、SLD22−NIRが配置されており、位相検出機能を持つように構成されている。
The difference between the fifth embodiment and the fourth embodiment is as follows.
The unit pixel group 200D of the fifth embodiment is a light-shielding film SLD11-R that shields the light incident optical path by almost half in the flat film 240 on the first substrate surface 251 side of the photodiodes PD11, PD12, PD21, and PD22. , SLD12-G, SLD21-B, and SLD22-NIR are arranged and configured to have a phase detection function.

本第5の実施形態によれば、上述した第4の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、入射光の波長に依存せず、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。 According to the fifth embodiment, it is possible to reduce the crosstalk between pixels and prevent the angle response from deteriorating, as in the effect of the fourth embodiment described above. Moreover, it is possible to obtain a sufficient phase difference detection function without depending on the wavelength of the incident light and without depending on the wavelength of the incident light.

(第6の実施形態)
図13は、本発明の第6の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
(Sixth Embodiment)
FIG. 13 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the sixth embodiment of the present invention.

本第6の実施形態が、第4の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第6の実施形態の単位画素グループ200Eは、フォトダイオードPD11,PD12,PD21,PD22がそれぞれ2つに分割するように形成されており、位相検出機能を持つように構成されている。
フォトダイオードPD11は2つのフォトダイオードPD11L,PD11Rに分割され、フォトダイオードPD12は2つのフォトダイオードPD12L,PD12Rに分割され、フォトダイオードPD21は2つのフォトダイオードPD21L,PD21Rに分割され、フォトダイオードPD22は2つのフォトダイオードPD22L,PD22Rに分割されている。
The difference between the sixth embodiment and the fourth embodiment is as follows.
The unit pixel group 200E of the sixth embodiment is formed so that the photodiodes PD11, PD12, PD21, and PD22 are each divided into two, and are configured to have a phase detection function.
The photodiode PD11 is divided into two photodiodes PD11L and PD11R, the photodiode PD12 is divided into two photodiodes PD12L and PD12R, the photodiode PD21 is divided into two photodiodes PD21L and PD21R, and the photodiode PD22 is 2. It is divided into two photodiodes PD22L and PD22R.

本第6の実施形態によれば、上述した第4の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。 According to the sixth embodiment, it is possible to reduce the crosstalk between pixels and prevent the angle response from deteriorating, as in the effect of the fourth embodiment described above. Moreover, it is possible to obtain a sufficient phase difference detection function for any pixel without depending on the wavelength of the incident light.

(第7の実施形態)
図14は、本発明の第7の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
(7th Embodiment)
FIG. 14 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the seventh embodiment of the present invention.

本第7の実施形態が、第1の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第7の実施形態の単位画素グループ200Fでは、マイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点距離をもつように、各マイクロレンズの厚さを調整する代わりに、各マイクロレンズの光出射側と各フォトダイオードPD11、PD12、PD21、PD22の第1の基板面251側(一面側)との間、この例では平坦膜240の配置位置に配置され、マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRを透過した光を各フォトダイオードPD11、PD12、PD21、PD22の第1の基板面251側(一面側)に導く光学部材OPT―R,OPT―G,OPT―B,OPT−NIRが設けられている。
The difference between the seventh embodiment and the first embodiment is as follows.
In the unit pixel group 200F of the seventh embodiment, instead of adjusting the thickness of each microlens so that the light transmitted through the microlenses has a uniform focal distance on one surface side of the plurality of photoelectric conversion units. , The light emitting side of each microlens and the first substrate surface 251 side (one surface side) of each photodiode PD11, PD12, PD21, PD22, in this example, is arranged at the arrangement position of the flat film 240, and the microlens. Optical member OPT-R, which guides the light transmitted through MCL-R, MCL-G, MCL-B, and MCL-NIR to the first substrate surface 251 side (one surface side) of each photodiode PD11, PD12, PD21, PD22. OPT-G, OPT-B, and OPT-NIR are provided.

本第7の実施形態において、各光学部材OPT−R,OPT−G,OPT−B,OPT−NIRは、波長が長い光に対応する光学部材程、屈折率が大きく設定されている。
本第7の実施形態においては、波長が最も長い近赤外(NIR)光用のマイクロレンズMCL−NIRに対応する光学部材OPT−NIRの屈折率ORF−NIRが最も大きく設定され、波長が2番目に長い赤色(R)光用のマイクロレンズMCL−Rに対応する光学部材OPT−Rの屈折率ORF−Rが2番目に大きく設定され、波長が3番目に長い緑色(R)光用のマイクロレンズMCL−Gに対応する光学部材OPT−Gの屈折率ORF−Gが3番目に高く設定され、波長が4番目に長い青色(B)光用のマイクロレンズMCL−Bに対応する光学部材OPT−Bの屈折率ORF−Bが4番目に大きく設定されている。
すなわち、ORF−NIR>ORF−R>ORF−G>ORF−Bの関係を持つように、各光学部材OPT―R,OPT―G,OPT―B,OPT−NIRの屈折率が調整されている。
In the seventh embodiment, the refractive index of each optical member OPT-R, OPT-G, OPT-B, and OPT-NIR is set to be larger as the optical member corresponds to light having a longer wavelength.
In the seventh embodiment, the refractive index ORF-NIR of the optical member OPT-NIR corresponding to the microlens MCL-NIR for near-infrared (NIR) light having the longest wavelength is set to the maximum, and the wavelength is set to 2. The refractive index ORF-R of the optical member OPT-R corresponding to the microlens MCL-R for the longest red (R) light is set to the second largest, and the wavelength is the third longest for the green (R) light. Optical member corresponding to microlens MCL-G The refractive index ORF-G of OPT-G is set to the third highest, and the optical member corresponding to microlens MCL-B for blue (B) light having the fourth longest wavelength. The refractive index ORF-B of OPT-B is set to the fourth largest.
That is, the refractive indexes of each optical member OPT-R, OPT-G, OPT-B, and OPT-NIR are adjusted so as to have the relationship of ORF-NIR>ORF-R>ORF-G> ORF-B. ..

本第7の実施形態においては、各マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIR、カラーフィルタ、光学部材OPT―R,OPT―G,OPT―B,OPT−NIRを透過した入射光は、対応する赤色(R)画素PXL11、緑色(Gr)画素PXL12、青色(B)画素PXL21、近赤外(NIR)画素PXL22ごとに、基板250の第1面251側に個別にかつ一様に照射され、担当外のフォトダイオードPDへの不要な入射が大幅に減少する。
したがって、画素間のクロストークが大幅に減少し、しかもアングラレスポンスが劣化することが防止される。
In the seventh embodiment, each microlens MCL-R, MCL-G, MCL-B, MCL-NIR, a color filter, an optical member OPT-R, OPT-G, OPT-B, and OPT-NIR are transmitted. The incident light is individually generated on the first surface 251 side of the substrate 250 for each of the corresponding red (R) pixel PXL11, green (Gr) pixel PXL12, blue (B) pixel PXL21, and near-infrared (NIR) pixel PXL22. Moreover, it is uniformly irradiated, and unnecessary incidents on the photodiode PD, which is not in charge, are greatly reduced.
Therefore, the crosstalk between pixels is significantly reduced, and the deterioration of the underground response is prevented.

以上のように、本第7の実施形態によれば、上述した第1の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the seventh embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.

(第8の実施形態)
図15は、本発明の第8の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
(8th Embodiment)
FIG. 15 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the eighth embodiment of the present invention.

本第8の実施形態が、第7の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第8の実施形態の単位画素グループ200Gは、フォトダイオードPD11,PD12,PD21,PD22の第1基板面251側の平坦膜240内に、光入射光路をほぼ半分にわたって遮光する遮光膜SLD11−R、SLD12−G、SLD21−B、SLD22−NIRが配置されており、位相検出機能を持つように構成されている。
The difference between the eighth embodiment and the seventh embodiment is as follows.
The unit pixel group 200G of the eighth embodiment is a light-shielding film SLD11-R that shields the light incident optical path by almost half in the flat film 240 on the first substrate surface 251 side of the photodiodes PD11, PD12, PD21, PD22. , SLD12-G, SLD21-B, and SLD22-NIR are arranged and configured to have a phase detection function.

本第8の実施形態によれば、上述した第7の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。 According to the eighth embodiment, similar to the effect of the seventh embodiment described above, it is possible to reduce the crosstalk between pixels and prevent the angle response from deteriorating. Moreover, it is possible to obtain a sufficient phase difference detection function for any pixel without depending on the wavelength of the incident light.

(第9の実施形態)
図16は、本発明の第9の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
(9th embodiment)
FIG. 16 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the ninth embodiment of the present invention.

本第9の実施形態が、第7の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第9の実施形態の単位画素グループ200Hは、フォトダイオードPD11,PD12,PD21,PD22がそれぞれ2つに分割するように形成されており、位相検出機能を持つように構成されている。
フォトダイオードPD11は2つのフォトダイオードPD11L,PD11Rに分割され、フォトダイオードPD12は2つのフォトダイオードPD12L,PD12Rに分割され、フォトダイオードPD21は2つのフォトダイオードPD21L,PD21Rに分割され、フォトダイオードPD22は2つのフォトダイオードPD22L,PD22Rに分割されている。
The differences between the ninth embodiment and the seventh embodiment are as follows.
The unit pixel group 200H of the ninth embodiment is formed so that the photodiodes PD11, PD12, PD21, and PD22 are each divided into two, and are configured to have a phase detection function.
The photodiode PD11 is divided into two photodiodes PD11L and PD11R, the photodiode PD12 is divided into two photodiodes PD12L and PD12R, the photodiode PD21 is divided into two photodiodes PD21L and PD21R, and the photodiode PD22 is 2. It is divided into two photodiodes PD22L and PD22R.

本第9の実施形態によれば、上述した第7の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。 According to the ninth embodiment, it is possible to reduce the crosstalk between pixels and prevent the angle response from deteriorating, as in the effect of the seventh embodiment described above. Moreover, it is possible to obtain a sufficient phase difference detection function for any pixel without depending on the wavelength of the incident light.

(第10の実施形態)
図17は、本発明の第10の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
(10th Embodiment)
FIG. 17 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the tenth embodiment of the present invention.

本第10の実施形態が、第1の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第10の実施形態の単位画素グループ200Iでは、マイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点距離をもつように、各マイクロレンズの厚さを調整する代わりに、各マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRの屈折率が調整されている。
The tenth embodiment differs from the first embodiment as follows.
In the unit pixel group 200I of the tenth embodiment, instead of adjusting the thickness of each microlens so that the light transmitted through the microlenses has a uniform focal length on one surface side of the plurality of photoelectric conversion units. , The refractive index of each microlens MCL-R, MCL-G, MCL-B, MCL-NIR is adjusted.

本第10の実施形態において、各マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRは、波長が長い光に対応するマイクロレンズ程、屈折率が大きく設定されている。
本第10の実施形態においては、波長が最も長い近赤外(NIR)光用のマイクロレンズMCL−NIRの屈折率MRF−NIRが最も大きく設定され、波長が2番目に長い赤色(R)光用のマイクロレンズMCL−Rの屈折率MRF−Rが2番目に大きく設定され、波長が3番目に長い緑色(R)光用のマイクロレンズMCL−Gの屈折率MRF−Gが3番目に高く設定され、波長が4番目に長い青色(B)光用のマイクロレンズMCL−Bの屈折率MRF−Bが4番目に大きく設定されている。
すなわち、MRF−NIR>MRF−R>MRF−G>MRF−Bの関係を持つように、各マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRの屈折率が調整されている。
In the tenth embodiment, the refractive index of each of the microlenses MCL-R, MCL-G, MCL-B, and MCL-NIR is set to be larger as the microlens corresponds to light having a longer wavelength.
In the tenth embodiment, the refraction coefficient MRF-NIR of the microlens MCL-NIR for near-infrared (NIR) light having the longest wavelength is set to be the largest, and the red (R) light having the second longest wavelength is set. The refraction coefficient MRF-R of the microlens MCL-R for use is set to the second largest, and the refraction coefficient MRF-G of the microlens MCL-G for green (R) light having the third longest wavelength is the third highest. The refraction coefficient MRF-B of the microlens MCL-B for blue (B) light, which is set and has the fourth longest wavelength, is set to the fourth largest.
That is, the refractive indexes of the microlenses MCL-R, MCL-G, MCL-B, and MCL-NIR are adjusted so as to have the relationship of MRF-NIR>MRF-R>MRF-G> MRF-B. ..

本第10の実施形態においては、各マイクロレンズMCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIRを透過した入射光は、対応する赤色(R)画素PXL11、緑色(Gr)画素PXL12、青色(B)画素PXL21、近赤外(NIR)画素PXL22ごとに、基板250の第1面251側に個別にかつ一様に照射され、担当外のフォトダイオードPDへの不要な入射が大幅に減少する。
したがって、画素間のクロストークが大幅に減少し、しかもアングラレスポンスが劣化することが防止される。
In the tenth embodiment, the incident light transmitted through each of the microlenses MCL-R, MCL-G, MCL-B, and MCL-NIR is the corresponding red (R) pixel PXL11, green (Gr) pixel PXL12, and the like. For each of the blue (B) pixel PXL21 and the near-infrared (NIR) pixel PXL22, the first surface 251 side of the substrate 250 is individually and uniformly irradiated, and unnecessary incidents on the photodiode PD, which is not in charge, are significantly increased. Decrease.
Therefore, the crosstalk between pixels is significantly reduced, and the deterioration of the underground response is prevented.

以上のように、本第10の実施形態によれば、上述した第1の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the tenth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.

(第11の実施形態)
図18は、本発明の第11の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
(11th Embodiment)
FIG. 18 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the eleventh embodiment of the present invention.

本第11の実施形態が、第10の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第11の実施形態の単位画素グループ200Jは、フォトダイオードPD11,PD12,PD21,PD22の第1基板面251側の平坦膜240内に、光入射光路をほぼ半分にわたって遮光する遮光膜SLD11−R、SLD12−G、SLD21−B、SLD22−NIRが配置されており、位相検出機能を持つように構成されている。
The eleventh embodiment differs from the tenth embodiment as follows.
The unit pixel group 200J of the eleventh embodiment is a light-shielding film SLD11-R that shields the light incident optical path by almost half in the flat film 240 on the first substrate surface 251 side of the photodiodes PD11, PD12, PD21, PD22. , SLD12-G, SLD21-B, and SLD22-NIR are arranged and configured to have a phase detection function.

本第11の実施形態によれば、上述した第10の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。 According to the eleventh embodiment, it is possible to reduce the crosstalk between pixels and prevent the underground response from deteriorating, as in the effect of the tenth embodiment described above. Moreover, it is possible to obtain a sufficient phase difference detection function for any pixel without depending on the wavelength of the incident light.

(第12の実施形態)
図19は、本発明の第12の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
(12th Embodiment)
FIG. 19 is a simplified cross-sectional view schematically showing a configuration example of a unit pixel group in the solid-state image sensor according to the twelfth embodiment of the present invention.

本第12の実施形態が、第10の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第12の実施形態の単位画素グループ200Kは、フォトダイオードPD11,PD12,PD21,PD22がそれぞれ2つに分割するように形成されており、位相検出機能を持つように構成されている。
フォトダイオードPD11は2つのフォトダイオードPD11L,PD11Rに分割され、フォトダイオードPD12は2つのフォトダイオードPD12L,PD12Rに分割され、フォトダイオードPD21は2つのフォトダイオードPD21L,PD21Rに分割され、フォトダイオードPD22は2つのフォトダイオードPD22L,PD22Rに分割されている。
The twelfth embodiment differs from the tenth embodiment as follows.
The unit pixel group 200K of the twelfth embodiment is formed so that the photodiodes PD11, PD12, PD21, and PD22 are each divided into two, and are configured to have a phase detection function.
The photodiode PD11 is divided into two photodiodes PD11L and PD11R, the photodiode PD12 is divided into two photodiodes PD12L and PD12R, the photodiode PD21 is divided into two photodiodes PD21L and PD21R, and the photodiode PD22 is 2. It is divided into two photodiodes PD22L and PD22R.

本第12の実施形態によれば、上述した第10の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。 According to the twelfth embodiment, it is possible to reduce the crosstalk between pixels and prevent the angle response from deteriorating, as in the effect of the tenth embodiment described above. Moreover, it is possible to obtain a sufficient phase difference detection function for any pixel without depending on the wavelength of the incident light.

以上説明した固体撮像装置10は、デジタルカメラやビデオカメラ、携帯端末、あるいは監視用カメラ、医療用内視鏡用カメラなどの電子機器に、撮像デバイスとして適用することができる。 The solid-state imaging device 10 described above can be applied as an imaging device to electronic devices such as digital cameras, video cameras, portable terminals, surveillance cameras, and medical endoscope cameras.

図20は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置が適用されるカメラシステムを搭載した電子機器の構成の一例を示す図である。 FIG. 20 is a diagram showing an example of the configuration of an electronic device equipped with a camera system to which the solid-state image sensor according to the embodiment of the present invention is applied.

本電子機器100は、図20に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置10が適用可能なCMOSイメージセンサ110を有する。
さらに、電子機器100は、このCMOSイメージセンサ110の画素領域に入射光を導く(被写体像を結像する)光学系(レンズ等)120を有する。
電子機器100は、CMOSイメージセンサ110の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)130を有する。
As shown in FIG. 20, the electronic device 100 has a CMOS image sensor 110 to which the solid-state image sensor 10 according to the present embodiment can be applied.
Further, the electronic device 100 has an optical system (lens or the like) 120 that guides incident light (images a subject image) to the pixel region of the CMOS image sensor 110.
The electronic device 100 includes a signal processing circuit (PRC) 130 that processes the output signal of the CMOS image sensor 110.

信号処理回路130は、CMOSイメージセンサ110の出力信号に対して所定の信号処理を施す。
信号処理回路130で処理された画像信号は、液晶ディスプレイ等からなるモニタに動画として映し出し、あるいはプリンタに出力することも可能であり、またメモリカード等の記録媒体に直接記録する等、種々の態様が可能である。
The signal processing circuit 130 performs predetermined signal processing on the output signal of the CMOS image sensor 110.
The image signal processed by the signal processing circuit 130 can be displayed as a moving image on a monitor including a liquid crystal display or output to a printer, and can be directly recorded on a recording medium such as a memory card. Is possible.

上述したように、CMOSイメージセンサ110として、前述した固体撮像装置10を搭載することで、高性能、小型、低コストのカメラシステムを提供することが可能となる。
そして、カメラの設置の要件に実装サイズ、接続可能ケーブル本数、ケーブル長さ、設置高さなどの制約がある用途に使われる、たとえば、監視用カメラ、医療用内視鏡用カメラなどの電子機器を実現することができる。
As described above, by mounting the above-mentioned solid-state image sensor 10 as the CMOS image sensor 110, it is possible to provide a high-performance, compact, and low-cost camera system.
Electronic devices such as surveillance cameras and medical endoscope cameras are used in applications where there are restrictions on camera installation requirements such as mounting size, number of connectable cables, cable length, and installation height. Can be realized.

10・・・固体撮像装置、20・・・画素部、PXL11,PXL12,PXL21,PXL22・・・画素、PD11,PD12,PD21,PD22・・・フォトダイオード、200、200A〜200K・・・単位画素グループ、210・・・マイクロレンズアレイ、MCL−R,MCL−G,MCL−B,MCL−NIR・・・マイクロレンズ、220・・・カラーフィルタアレイ、230・・・フォトダイオードアレイ、240・・・平坦層、250・・・半導体基板、OPT−R,OPT−G,OPT−B,OPT−NIR・・・光学部材、30・・・垂直走査回路、40・・・水平走査回路、50・・・読み出し回路、60・・・タイミング制御回路、70・・・読み出し部100・・・電子機器、110・・・CMOSイメージセンサ、120・・・光学系、130・・・信号処理回路(PRC)。 10 ... Solid-state image sensor, 20 ... Pixel unit, PXL11, PXL12, PXL21, PXL22 ... Pixel, PD11, PD12, PD21, PD22 ... Photodiode, 200, 200A-200K ... Unit pixel Group, 210 ... Microlens array, MCL-R, MCL-G, MCL-B, MCL-NIR ... Microlens, 220 ... Color filter array, 230 ... Photodiode array, 240 ... Flat layer, 250 ... semiconductor substrate, OPT-R, OPT-G, OPT-B, OPT-NIR ... optical member, 30 ... vertical scanning circuit, 40 ... horizontal scanning circuit, 50. Read circuit, 60 ... Timing control circuit, 70 ... Read unit 100 ... Electronic device, 110 ... CMOS image sensor, 120 ... Optical system, 130 ... Signal processing circuit (PRC) ).

Claims (12)

光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、
前記単位画素グループは、
一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部と、
対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点距離が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部と、を含み、
前記レンズ部は、複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点距離をもつように調整されており、
前記複数の光電変換部は、それぞれ前記一面に平行な方向に分割されており、
位相差検出機能を有する
固体撮像装置。
It has a pixel unit in which a unit pixel group including a plurality of color pixels for photoelectric conversion is arranged.
The unit pixel group is
It has a function of photoelectrically converting light incident from one side, and has a plurality of photoelectric conversion units corresponding to the plurality of colors.
A lens unit in which a plurality of lenses whose focal length depends on a wavelength, which incidents light on the plurality of photoelectric conversion units, are arranged.
The lens unit is adjusted so that the light transmitted through the plurality of lenses has a uniform focal length on the one surface side of the plurality of photoelectric conversion units .
The plurality of photoelectric conversion units are each divided in a direction parallel to the one surface.
A solid-state image sensor with a phase difference detection function.
前記レンズ部は、
レンズの厚さを変えて、レンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点距離をもつように調整されている
請求項1記載の固体撮像装置。
The lens part is
The solid-state image pickup device according to claim 1 , wherein the thickness of each lens is changed so that the light transmitted through the lenses has a uniform focal length on the one side of the plurality of photoelectric conversion units.
前記各レンズの厚さは、波長が長い光に対応するレンズ程、厚く設定されている
請求項2記載の固体撮像装置。
The solid-state image sensor according to claim 2, wherein the thickness of each lens is set to be thicker as the lens corresponds to light having a longer wavelength.
前記レンズ部は、
レンズの前記光電変換部の一面側からの高さを変えて、レンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点距離をもつように調整されている
請求項1記載の固体撮像装置。
The lens part is
Claims that the height of each lens from one side of the photoelectric conversion unit is changed so that the light transmitted through the lens has a uniform focal length on the one surface side of the plurality of photoelectric conversion units. 1. The solid-state imaging device according to 1.
前記各レンズの前記光電変換部の一面側からの高さは、波長が長い光に対応するレンズ程、高く設定されている
請求項記載の固体撮像装置。
The solid-state image sensor according to claim 4 , wherein the height of each lens from one side of the photoelectric conversion unit is set higher as the lens corresponds to light having a longer wavelength.
前記レンズ部は、
レンズの光出射側と前記光電変換部の一面側との間に配置され、前記レンズを透過した光を前記複数の光電変換部の前記一面側に導く光学部材を含む
請求項1記載の固体撮像装置。
The lens part is
The solid according to claim 1, which includes an optical member arranged between the light emitting side of each lens and one surface side of the photoelectric conversion unit and guiding the light transmitted through the lens to the one surface side of the plurality of photoelectric conversion units. Image sensor.
記光学部材は、波長が長い光に対応する光学部材程、屈折率が大きく設定されている
請求項記載の固体撮像装置。
Before Symbol light Faculty materials, as optical members wavelength corresponding to a long optical, solid-state imaging device according to claim 6, wherein the refractive index is set larger.
前記レンズ部は、
レンズの屈折率を変えて、レンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点距離をもつように調整されている
請求項1記載の固体撮像装置。
The lens part is
The solid-state imaging device according to claim 1 , wherein the refractive index of each lens is changed so that the light transmitted through the lens has a uniform focal length on the one side of the plurality of photoelectric conversion units.
前記各レンズは、波長が長い光に対応するレンズ程、屈折率が大きく設定されている
請求項記載の固体撮像装置。
The solid-state image sensor according to claim 8 , wherein each lens has a higher refractive index as a lens corresponding to light having a longer wavelength.
前記レンズ部の各レンズの光出射側と前記光電変換部の一面側との間に配置された複数のカラーフィルタを含むフィルタアレイを有し、
前記フィルタアレイは、
赤色フィルタ領域、緑色フィルタ領域、青色フィルタ領域、および赤外領域に区分けされ、
前記複数の光電変換部は、
前記赤色フィルタ領域に対応する赤色光電変換部、前記緑色フィルタ領域に対応する緑色光電変換部、前記青色フィルタ領域に対応する青色光電変換部、および前記赤外領域に対応する赤外光電変換部を含む
請求項1からのいずれか一に記載の固体撮像装置。
It has a filter array including a plurality of color filters arranged between the light emitting side of each lens of the lens unit and one surface side of the photoelectric conversion unit.
The filter array is
It is divided into a red filter area, a green filter area, a blue filter area, and an infrared area.
The plurality of photoelectric conversion units are
Red photoelectric conversion unit corresponding to the red filter region, a green photoelectric conversion unit corresponding to the green filter region, the blue photoelectric conversion unit corresponding to the blue filter region, and the infrared photoelectric conversion units corresponding to the infrared region The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 9, which includes.
光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、
前記単位画素グループは、
複数の光電変換部と、
複数のレンズが配置されたレンズ部と、を含んで前記画素が形成されている
固体撮像装置の製造方法であって、
前記単位画素グループを形成する工程として、
一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部を形成する工程と、
対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点距離が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部を形成する工程と、を含み、
前記光電変換部を形成する工程においては、
前記複数の光電変換部を、それぞれ前記一面に平行な方向に分割して、
位相差検出機能を持たせ、
前記レンズ部を形成する工程において、
複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点距離をもつように調整する
固体撮像装置の製造方法。
It has a pixel unit in which a unit pixel group including a plurality of color pixels for photoelectric conversion is arranged.
The unit pixel group is
With multiple photoelectric conversion units,
A method for manufacturing a solid-state image sensor in which the pixels are formed including a lens portion in which a plurality of lenses are arranged.
As a step of forming the unit pixel group,
A step of forming a plurality of photoelectric conversion units corresponding to the plurality of colors having a function of photoelectrically converting light incident from one surface side.
A step of forming a lens portion in which a plurality of lenses whose focal length depends on a wavelength, which incidents light on the plurality of photoelectric conversion portions , is included.
In the step of forming the photoelectric conversion unit,
The plurality of photoelectric conversion units are each divided in a direction parallel to the one surface.
With a phase difference detection function,
In the process of forming the lens portion,
A method for manufacturing a solid-state image sensor that adjusts light transmitted through a plurality of lenses so that the light transmitted through the plurality of lenses has a uniform focal length on the one side of the plurality of photoelectric conversion units.
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に被写体像を結像する光学系と、を有し、
前記固体撮像装置は、
光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、
前記単位画素グループは、
一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部と、
対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点距離が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部と、を含み、
前記レンズ部は、複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点距離をもつように調整されており、
前記複数の光電変換部は、それぞれ前記一面に平行な方向に分割されており、
位相差検出機能を有する
電子機器。
With a solid-state image sensor,
The solid-state image sensor has an optical system for forming a subject image, and the solid-state image sensor has an optical system.
The solid-state image sensor
It has a pixel unit in which a unit pixel group including a plurality of color pixels for photoelectric conversion is arranged.
The unit pixel group is
It has a function of photoelectrically converting light incident from one surface side, and has a plurality of photoelectric conversion units corresponding to the plurality of colors.
A lens unit in which a plurality of lenses whose focal length depends on a wavelength, which incidents light on the plurality of photoelectric conversion units, are arranged.
The lens unit is adjusted so that the light transmitted through the plurality of lenses has a uniform focal length on the one side of the plurality of photoelectric conversion units .
The plurality of photoelectric conversion units are each divided in a direction parallel to the one surface.
An electronic device that has a phase difference detection function.
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