JPH11177073A - Solid-state image pickup element with on-chip microlens and its production - Google Patents

Solid-state image pickup element with on-chip microlens and its production

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JPH11177073A
JPH11177073A JP9356379A JP35637997A JPH11177073A JP H11177073 A JPH11177073 A JP H11177073A JP 9356379 A JP9356379 A JP 9356379A JP 35637997 A JP35637997 A JP 35637997A JP H11177073 A JPH11177073 A JP H11177073A
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photoelectric conversion
conversion unit
solid
chip
microlens
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直紀 大河内
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智 鈴木
Tomohisa Ishida
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup element with an on-chip micro lens which can increase the effective numerical aperture of solid-state pickup element and converge efficiently for such an exposure control sensor that detect the change of quantity of light entering directly the solid-state pickup element on a real-time basis. SOLUTION: An ordinary picture element 1A not adjacent to a picture element 2A having the aperture 2 of a second photoelectric conversion part is provided with a large standard microlens 3 for converging to the aperture 1 of a first photoelectric conversion part. The picture element 2A and the picture element 1A just above it are provided with small microlenses 4 to avoid the aperture 2 of the second photoelectric conversion part and converge to the first photoelectric conversion part. No microlens to converge to the first photoelectric conversion part is provided above the aperture 2 of the second photoelectric conversion part, so that the entry of light into the second photoelectric conversion part is hardly prevented.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、オンチップマイク
ロレンズ付固体撮像素子及びその製造方法に関し、特
に、少なくとも1つの画素に対して第1及び第2の光電
変換部を持ち、第1と第2の光電変換部は、その入射光
量に応じて互いに独立した信号出力を送出する固体撮像
素子であって、オンチップマイクロレンズを有するもの
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device with an on-chip microlens and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a solid-state imaging device having at least one pixel having first and second photoelectric conversion units. The photoelectric conversion unit 2 relates to a solid-state imaging device that transmits signal outputs independent of each other in accordance with the amount of incident light, and has an on-chip microlens.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体撮像素子は近年多画素化が進み、画
素サイズも小さくなってきている。それに伴い、CCD
(Charge-Coupled Device)などでは電荷転送部、増幅
型固体撮像素子では光信号電荷の転送部や増幅用トラン
ジスタなど、光電変換部以外の領域が構造的に存在する
ため、画素全体に占める受光面の面積率が下がってくる
傾向にある。そこで、受光面直上にマイクロレンズを形
成して、入射光を効率的に受光面に集光し、実効的な開
口率を高める技術が開発されており、例えば特開平9−
64325号公報に記載されている。この種の固体撮像
素子においては、光電変換部であるフォトダイオード以
外の領域は素子上に形成された遮光膜により遮光されて
おり、所定の露光時間内に光電変換部に入射した光に関
する情報のみを素子外部に出力する。
2. Description of the Related Art In recent years, the number of pixels in a solid-state imaging device has been increased, and the pixel size has been reduced. Along with that, CCD
(Charge-Coupled Device) etc., the light-receiving surface occupies the whole pixel because there are structural areas other than the photoelectric conversion part, such as the charge transfer part and the amplifying transistor in the amplifying solid-state imaging device. Area ratio tends to decrease. Therefore, a technology has been developed in which a microlens is formed directly above the light receiving surface to efficiently collect incident light on the light receiving surface and increase the effective aperture ratio.
No. 64325. In this type of solid-state imaging device, a region other than the photodiode serving as a photoelectric conversion unit is shielded from light by a light-shielding film formed on the device, and only information regarding light incident on the photoelectric conversion unit within a predetermined exposure time is provided. Is output to the outside of the element.

【0003】図14は、従来のマイクロレンズ付き固体
撮像装置であるCCDの構造を示す図であり、その平面
構造が(a)に、そのA−A’部断面構造が(b)に、模
式的にされている。図14において1400はCCD単位画
素、1401は垂直CCD電極、1402はフォトダイオード、
1403はマイクロレンズ、1404はAl遮光膜、1405はフォト
ダイオードのN型半導体領域、1406はフォトダイオード
のP型半導体領域、1407は垂直CCDのN型半導体領
域、1408は垂直CCDのP型半導体領域である。
FIG. 14 is a view showing the structure of a CCD which is a conventional solid-state image pickup device with a microlens. FIG. 14 (a) is a plan view, and FIG. Is being done. In FIG. 14, 1400 is a CCD unit pixel, 1401 is a vertical CCD electrode, 1402 is a photodiode,
1403 is a micro lens, 1404 is an Al light shielding film, 1405 is an N-type semiconductor region of a photodiode, 1406 is a P-type semiconductor region of a photodiode, 1407 is an N-type semiconductor region of a vertical CCD, and 1408 is a P-type semiconductor region of a vertical CCD. It is.

【0004】外部から入射する光は、マイクロレンズ14
03でフォトダイオード1402に集光されるので、見かけ上
受光面の面積率が向上する。
The light incident from the outside is reflected by the micro lens 14.
Since the light is condensed on the photodiode 1402 in 03, the area ratio of the light receiving surface is apparently improved.

【0005】上記のような固体撮像素子では、予め決め
られた露光時間で撮像することになる。しかし、この場
合、この露出時間内に入射光量が想定していた値から急
激に変化すると、最適な露光量で光情報を読み出せなく
なる。そこで、一般に、固体撮像装置とは別にメカニカ
ルシャッターを配置して、その開閉のタイミングを制御
して入射光量を調整することが行われている。この場
合、通常、露光中の入射光量の変化をモニタできる露出
制御センサを取り付ける。
[0005] In the solid-state imaging device as described above, an image is taken in a predetermined exposure time. However, in this case, if the amount of incident light changes abruptly from an assumed value within this exposure time, optical information cannot be read with an optimal exposure amount. Therefore, generally, a mechanical shutter is arranged separately from the solid-state imaging device, and the timing of opening and closing the shutter is controlled to adjust the amount of incident light. In this case, usually, an exposure control sensor capable of monitoring a change in the amount of incident light during exposure is attached.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような、露光中の
入射光量の変化をモニタする方式として、本出願人は、
固体撮像装置の光学系の中に露出制御センサを配置し
て、固体撮像装置の入射光の一部をモニタする方式を発
明し、特願平9−248435号として特許出願した。
その概略構成図を図15に示す。
As a method of monitoring a change in the amount of incident light during exposure, the present applicant has
A system in which an exposure control sensor is arranged in an optical system of a solid-state imaging device to monitor a part of incident light of the solid-state imaging device was invented, and a patent application was filed as Japanese Patent Application No. 9-248435.
FIG. 15 shows a schematic configuration diagram thereof.

【0007】図15において、光電変換素子200は、
フォトダイオード201、接合型電界制御トランジスタ
JFET、フォトダイオード201からの信号電荷をJ
FETのゲート領域に供給する転送用トランジスタ
TG、リセット用トランジスタQRSGを備えている。I
biasはバイアス定電流、291はサンプルホールド回
路、292は差分処理回路である。
In FIG. 15, a photoelectric conversion element 200 is
The signal charge from the photodiode 201, the junction type electric field control transistor JFET,
A transfer transistor Q TG to be supplied to the gate region of the FET and a reset transistor QRSG are provided. I
bias is a bias constant current, 291 is a sample and hold circuit, and 292 is a difference processing circuit.

【0008】そして、前記出願の第1の発明における最
大の特徴は、通常JEFTの上部を蔽う遮光膜が除去さ
れて、JFETのゲート領域に光が入射するようになっ
ており、ゲート領域で入射光に応じて信号電荷が生成す
ることである。すなわち、JFETのゲート領域がフォ
トダイオード201とは別の第2の受光素子となってい
る。ゲート領域からの信号電荷は、フォトダイオード2
01からの信号電荷とは個別に、又はそれと加算され
て、JFETのソースから、電気信号VOUTとして、信
号検出回路290に送られる。
The most significant feature of the first invention of the application is that the light-shielding film that normally covers the upper part of the JEFT is removed so that light is incident on the gate region of the JFET. That is, signal charges are generated according to light. That is, the gate region of the JFET serves as a second light receiving element different from the photodiode 201. The signal charge from the gate region is
The signal charge from 01 is individually or added thereto, and is sent from the source of the JFET to the signal detection circuit 290 as an electric signal V OUT .

【0009】また、前記出願の第2の発明における最大
の特徴は、リセット用トランジスタQRSGの主電極(リ
セットドレイン)領域に光が入射するようになってお
り、リセットドレイン領域で入射光に応じて信号電荷が
生成することである。この信号電荷は、図15において
は図示されていない別の電子回路によって外部に取出さ
れる。すなわち、リセットドレインがフォトダイオード
201とは別の第2の受光素子となっている。
The greatest feature of the second invention of the application is that light is incident on the main electrode (reset drain) region of the resetting transistor QRSG , and the reset drain region responds to incident light. To generate signal charges. This signal charge is taken out by another electronic circuit not shown in FIG. That is, the reset drain is a second light receiving element different from the photodiode 201.

【0010】このような先願発明の固体撮像素子を使用
すれば、第2の受光素子を露光中の入射光量のセンサと
して利用し、自動シャッタシステムを構成することがで
きる。また、このリセットドレインを第2の受光素子、
前記JFETのゲート領域を第3の受光素子とし、3つ
の受光部を持つ画素を形成してもよい。
By using such a solid-state imaging device of the invention of the prior application, an automatic shutter system can be configured by using the second light receiving element as a sensor for the amount of incident light during exposure. Also, this reset drain is used as a second light receiving element,
The gate region of the JFET may be a third light receiving element to form a pixel having three light receiving portions.

【0011】先願の発明は、このような格段なる特徴を
有するものの、近年の撮像素子は、多画素化が進んで各
画素の開口率が下がる傾向にあるため、特に微弱光での
撮像に不利となる懸念を有していた。
Although the invention of the prior application has such remarkable features, recent image pickup devices tend to have a larger number of pixels and a lower aperture ratio of each pixel. Had disadvantageous concerns.

【0012】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、前記特願平9−248435号に
係る発明のように、少なくとも1つの画素に対して第1
及び第2の光電変換部を持ち、第1と第2の光電変換部
は、その入射光量に応じて互いに独立した信号出力を送
出する固体撮像素子において、マイクロレンズを最適に
設計することにより、固体撮像素子の実効開口率を上げ
ると同時に、固体撮像素子へ直接入射する光量の変化を
リアルタイムで検出する露出制御センサにも効率よく集
光し、最適な露光量で撮影できるオンチップマイクロレ
ンズ付固体撮像素子及びその製造方法を提供することを
課題とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem. As in the invention according to the above-mentioned Japanese Patent Application No. 9-248435, at least one pixel has a first
And a second photoelectric conversion unit, wherein the first and second photoelectric conversion units optimally design a microlens in a solid-state imaging device that sends out signal outputs independent of each other according to the amount of incident light. Includes an on-chip microlens that increases the effective aperture ratio of the solid-state image sensor and efficiently condenses it on an exposure control sensor that detects changes in the amount of light that is directly incident on the solid-state image sensor in real time, and allows you to shoot with the optimal amount of exposure It is an object to provide a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、少なくとも1つの画素に対して第1及
び第2の光電変換部を持ち、第1と第2の光電変換部
は、その入射光量に応じて互いに独立した信号出力を送
出する固体撮像素子であって、第2の光電変換部を有す
る画素については、第2の光電変換部の直上の領域には
オンチップマイクロレンズを形成せず、それ以外の領域
に第1の光電変換部に集光するためのオンチップマイク
ロレンズを形成し、第2の光電変換部を有しない画素に
ついては、第1の光電変換部に集光するためのオンチッ
プマイクロレンズを、有効受光領域の概略全画素領域に
わたって形成してなることを特徴とするオンチップマイ
クロレンズ付固体撮像素子(請求項1)である。
According to a first aspect of the present invention, at least one pixel has first and second photoelectric conversion units for at least one pixel. Is a solid-state imaging device that sends out signal outputs independent of each other in accordance with the amount of incident light. For a pixel having a second photoelectric conversion unit, an on-chip microcontroller is provided in a region immediately above the second photoelectric conversion unit. An on-chip microlens for condensing light on the first photoelectric conversion unit is formed in the other area without forming a lens, and the first photoelectric conversion unit is used for a pixel having no second photoelectric conversion unit. A solid-state imaging device with an on-chip microlens, wherein an on-chip microlens for condensing light is formed over substantially the entire pixel area of the effective light receiving area.

【0014】固体撮像素子の画素のうちには、遮光して
暗電流や基準電位を補正するために用いられる画素があ
り、ダミーブラック、オプティカルブラック等と呼ばれ
ている。こうした画素は、有効受光領域を持たないの
で、こうした画素の上には、必ずしもオンチップマイク
ロレンズを形成する必要はない。もちろん、製作工程の
都合上から、これらの画素の上にオンチップマイクロレ
ンズを設ける場合も有りうる。
Among the pixels of the solid-state image pickup device, there are pixels used for correcting dark current and reference potential by shielding light, and are called dummy black, optical black, and the like. Since such a pixel does not have an effective light receiving area, it is not always necessary to form an on-chip microlens on such a pixel. Of course, on account of the manufacturing process, an on-chip micro lens may be provided on these pixels.

【0015】更に、撮像素子の中心部から離れた画素に
なるにつれて、入射光が斜め入射となるために、マイク
ロレンズの焦点が光電変換部の中心から撮像素子の周辺
部方向へずれてしまい、いわゆるシェーディングが起こ
ることが考えられるが、このような場合にマイクロレン
ズの中心と光電変換部の中心をずらして、撮像素子周辺
部の画素の感度むらを低減することにより、感度向上の
ための補正を行う場合についてもこの手段は適用でき
る。
Further, as the pixel becomes farther from the center of the image sensor, the incident light becomes obliquely incident, so that the focus of the microlens shifts from the center of the photoelectric conversion unit toward the peripheral portion of the image sensor. It is conceivable that so-called shading may occur, but in such a case, the center of the microlens is shifted from the center of the photoelectric conversion unit to reduce the sensitivity unevenness of the pixels around the image sensor, thereby correcting the sensitivity. This means can also be applied to the case where

【0016】この手段によれば、第1の光電変換部の実
効開口率を下げることなく、第2の光電変換部にも効率
よく採光することが可能となる。
According to this means, it is possible to efficiently light the second photoelectric conversion unit without reducing the effective aperture ratio of the first photoelectric conversion unit.

【0017】前記課題を解決するための第2の手段は、
少なくとも1つの画素に対して第1及び第2の光電変換
部を持ち、第1と第2の光電変換部は、その入射光量に
応じて互いに独立した信号出力を送出する固体撮像素子
であって、全有効画素におけるオンチップマイクロレン
ズは、第1の光電変換部に集光するように略同一形状と
して各画素中の略同一場所に設けられ、かつ、各オンチ
ップマイクロレンズは、第2の光電変換部を有する画素
において第2の光電変換部直上の領域にはオンチップマ
イクロレンズが形成されないような形状とされているこ
とを特徴とするオンチップマイクロレンズ付固体撮像素
子(請求項2)である。
A second means for solving the above-mentioned problems is as follows:
A solid-state imaging device having first and second photoelectric conversion units for at least one pixel, wherein the first and second photoelectric conversion units transmit signal outputs independent of each other according to the amount of incident light; The on-chip microlenses in all effective pixels are provided in substantially the same location in each pixel so as to converge on the first photoelectric conversion unit, and each on-chip microlens is provided in the second photoelectric conversion unit. A solid-state imaging device with an on-chip micro lens, wherein the pixel having the photoelectric conversion unit has a shape such that an on-chip micro lens is not formed in a region immediately above the second photoelectric conversion unit. It is.

【0018】ここに、「全有効画素」とは、前記ダミー
ブラック、オプティカルブラックを除いた、光を検出す
るのに用いられる全画素のことである。よって、ダミー
ブラック、オプティカルブラックとされている素子の上
には必ずしもオンチップマイクロレンズを形成する必要
はない。また、「略同一形状」、「略同一場所」とは、
製作誤差程度の形状の不揃い、位置のずれを許容する意
味である。
Here, "all effective pixels" are all pixels used for detecting light, excluding the dummy black and optical black. Therefore, it is not always necessary to form the on-chip microlenses on the elements that are assumed to be dummy black and optical black. Also, “substantially the same shape” and “substantially the same place”
This means that irregularities in shape and a displacement of the position, such as a manufacturing error, are allowed.

【0019】この手段によれば、第1の光電変換部に集
光するためのオンチップマイクロレンズの形状は、全て
の画素について同じである。よって、前記第1の手段に
比べて第1の光電変換部の実効開口率は少し落ちるもの
の、全画素の第1の光電変換部の実効開口率に差がなく
なり、実効開口率の補正処理を行う必要がなくなる。ま
た、第2の光電変換部にも効率よく採光することが可能
となる。
According to this means, the shape of the on-chip microlens for condensing light on the first photoelectric conversion unit is the same for all pixels. Therefore, although the effective aperture ratio of the first photoelectric conversion unit is slightly lower than that of the first means, there is no difference in the effective aperture ratios of the first photoelectric conversion units of all the pixels. There is no need to do it. In addition, it is possible to efficiently light the second photoelectric conversion unit.

【0020】前記課題を解決するための第3の手段は、
少なくとも1つの画素に対して第1及び第2の光電変換
部を持ち、第1と第2の光電変換部は、その入射光量に
応じて互いに独立した信号出力を送出する固体撮像素子
であって、第2の光電変換部直上の領域部分のみオンチ
ップマイクロレンズを除去してなることを特徴とするオ
ンチップマイクロレンズ付固体撮像素子(請求項3)で
ある。
A third means for solving the above-mentioned problem is as follows.
A solid-state imaging device having first and second photoelectric conversion units for at least one pixel, wherein the first and second photoelectric conversion units transmit signal outputs independent of each other according to the amount of incident light; A solid-state imaging device with an on-chip microlens, wherein the on-chip microlens is removed only in a region immediately above the second photoelectric conversion unit.

【0021】この手段においても、第1の光電変換部の
実効開口率を下げることなく、第2の光電変換部にも効
率よく採光することが可能となる。さらに、前記各手段
においてはマイクロレンズを形成できなかった領域にマ
イクロレンズを形成することができるようになり、その
部分の実効開口率を上げることができる。
According to this means, it is also possible to efficiently emit light to the second photoelectric conversion unit without lowering the effective aperture ratio of the first photoelectric conversion unit. Further, in each of the above means, the microlens can be formed in a region where the microlens could not be formed, and the effective aperture ratio of that portion can be increased.

【0022】前記課題を解決するための第4の手段は、
少なくとも1つの画素に対して第1及び第2の光電変換
部を持ち、第1と第2の光電変換部は、その入射光量に
応じて互いに独立した信号出力を送出する固体撮像素子
であって、全有効画素におけるオンチップマイクロレン
ズは、第1の光電変換部に集光するように略同一形状と
して各画素中の略同一場所に設けられ、かつ、各オンチ
ップマイクロレンズの形状は、第2の光電変換部直上の
領域部分の前記オンチップマイクロレンズを除去した形
状であることを特徴とするオンチップマイクロレンズ付
固体撮像素子(請求項4)である。
A fourth means for solving the above problem is as follows.
A solid-state imaging device having first and second photoelectric conversion units for at least one pixel, wherein the first and second photoelectric conversion units transmit signal outputs independent of each other according to the amount of incident light; The on-chip microlenses in all the effective pixels are provided in substantially the same location in each pixel so as to converge on the first photoelectric conversion unit, and the shape of each on-chip microlens is (2) A solid-state imaging device with an on-chip microlens having a shape obtained by removing the on-chip microlens in a region just above the photoelectric conversion unit (Claim 4).

【0023】「全有効画素」、「略同一形状」、「略同
一場所」の意味は、第2の手段の説明において説明した
意味と同一である。
The meanings of "all effective pixels", "substantially the same shape", and "substantially the same place" are the same as those described in the description of the second means.

【0024】この手段によれば、第1の光電変換部に集
光するためのオンチップマイクロレンズの形状は、全て
の画素について同じである。よって、前記第3の手段に
比して第1の光電変換部の実効開口率は少し落ちるもの
の、全画素の第1の光電変換部の実効開口率に差がなく
なり、実効開口率の補正処理を行う必要がなくなる。
According to this means, the shape of the on-chip micro lens for condensing light on the first photoelectric conversion unit is the same for all pixels. Therefore, although the effective aperture ratio of the first photoelectric conversion unit is slightly lower than that of the third means, there is no difference in the effective aperture ratios of the first photoelectric conversion units of all the pixels. You do not need to do this.

【0025】前記課題を解決するための第5の手段は、
前記第3の手段又は第4の手段であって、オンチップマ
イクロレンズが除去された穴の側壁に反射膜を形成した
ことを特徴とするもの(請求項5)である。
A fifth means for solving the above problem is as follows.
The third means or the fourth means, wherein a reflective film is formed on a side wall of the hole from which the on-chip microlens has been removed (claim 5).

【0026】この手段によれば、第1の光電変換部へ集
光される光は、反射膜により反射され、第2の光電変換
部に入射しない。逆に、第2の光電変換部へ入射する光
は、反射膜により反射され、第1の光電変換部に入射し
ない。よって、第1の光電変換部への入射光と、第2の
光電変換部への入射光のクロストークを防ぐことができ
る。
According to this means, the light condensed on the first photoelectric conversion unit is reflected by the reflection film and does not enter the second photoelectric conversion unit. Conversely, light that enters the second photoelectric conversion unit is reflected by the reflection film and does not enter the first photoelectric conversion unit. Therefore, crosstalk between light incident on the first photoelectric conversion unit and light incident on the second photoelectric conversion unit can be prevented.

【0027】前記課題を解決するための第6の手段は、
前記第5の手段であって、反射膜がAl膜であることを特
徴とするもの(請求項6)である。
A sixth means for solving the above-mentioned problem is:
The fifth means, wherein the reflection film is an Al film (Claim 6).

【0028】Al膜は、反射膜として理想的であり、か
つ、蒸着、異方性エッチングといった、固体撮像素子を
製造する工程で使用される技術により成膜することがで
きるので、製造方法が簡単となる。
The Al film is ideal as a reflective film and can be formed by a technique used in a process of manufacturing a solid-state imaging device such as vapor deposition and anisotropic etching, so that the manufacturing method is simple. Becomes

【0029】前記課題を解決するための第7の手段は、
前記第1の手段から第6の手段の内のいずれかであっ
て、第1の光電変換部に集光するオンチップマイクロレ
ンズがシリンドリカルレンズで、隣の画素同士の前記シ
リンドリカルレンズが円柱の軸方向で繋がっていて、分
離していないことを特徴とするものである。
[0029] A seventh means for solving the above problem is as follows.
In any one of the first means to the sixth means, the on-chip microlens for condensing light on the first photoelectric conversion unit is a cylindrical lens, and the cylindrical lens of adjacent pixels is a cylindrical axis. It is characterized by being connected in directions and not separated.

【0030】この手段によれば、複数の画素のオンチッ
プマイクロレンズを1つのシリンドリカルレンズで形成
することができる。よって、オンチップマイクロレンズ
が繋がっている方向の分離幅や形状を管理する必要がな
くなり、オンチップマイクロレンズの形成プロセスを簡
素化することができる。
According to this means, the on-chip micro lenses of a plurality of pixels can be formed by one cylindrical lens. Therefore, there is no need to manage the separation width or shape in the direction in which the on-chip microlenses are connected, and the process for forming the on-chip microlenses can be simplified.

【0031】前記課題を解決するための第8の手段は、
前記第1の手段から第7の手段の内のいずれかであっ
て、第2の光電変換部の直上領域に、第1の光電変換部
に集光するように形成されたオンチップマイクロレンレ
ンズとは別の、第2の光電変換部に集光するオンチップ
マイクロレンズを付加形成したことを特徴とするもの
(請求項8)である。
An eighth means for solving the above-mentioned problem is as follows.
An on-chip microlens lens according to any one of the first means to the seventh means, wherein the on-chip microlens lens is formed in a region immediately above the second photoelectric conversion unit so as to converge light on the first photoelectric conversion unit. In addition to the above, an on-chip microlens for condensing light on the second photoelectric conversion unit is additionally formed (claim 8).

【0032】これにより、第2の光電変換部の実効開口
率も大きくなり、微量な光量中で撮像を行う場合でも、
光量をモニタし、最適なシャッタスピードとすることが
できるようになる。
As a result, the effective aperture ratio of the second photoelectric conversion unit is increased, and even when imaging is performed with a small amount of light,
The amount of light can be monitored and the optimal shutter speed can be set.

【0033】前記課題を解決するための第9の手段は、
少なくとも1つの画素に対して第1、第2及び第3の光
電変換部を持ち、各光電変換部は、その入射光量に応じ
て互いに独立した信号出力を送出する固体撮像素子であ
って、各光電変換部の受光面の上部には、それぞれの受
光面に集光するためのオンチップマイクロレンズを、有
効受光領域の概略全画素領域にわたって形成してなるこ
とを特徴とするオンチップマイクロレンズ付固体撮像素
子。(請求項9)である。
A ninth means for solving the above-mentioned problems is as follows:
A first, second, and third photoelectric conversion units for at least one pixel, wherein each photoelectric conversion unit is a solid-state imaging device that sends signal outputs independent of each other according to the amount of incident light; An on-chip microlens for condensing light on each light-receiving surface is formed over substantially the entire pixel area of the effective light-receiving area on the light-receiving surface of the photoelectric conversion unit. Solid-state imaging device. (Claim 9).

【0034】この手段によれば、各光電変換部に対して
オンチップマイクロレンズが設けられているので、それ
ぞれの光電変換部の実効開口率を上げることができる。
According to this means, since the on-chip micro lens is provided for each photoelectric conversion unit, the effective aperture ratio of each photoelectric conversion unit can be increased.

【0035】前記課題を解決するための第10の手段
は、少なくとも1つの画素に対して第1及び第2の光電
変換部を持ち、第1と第2の光電変換部は、その入射光
量に応じて互いに独立した信号出力を送出する固体撮像
素子であって、第2の光電変換部に集光するオンチップ
マイクロレンズのみを形成してなることを特徴とするオ
ンチップマイクロレンズ付き固体撮像素子(請求項1
0)である。
A tenth means for solving the above-mentioned problem has a first and a second photoelectric conversion unit for at least one pixel, and the first and the second photoelectric conversion units are adapted to reduce the amount of incident light. A solid-state image pickup device having an on-chip microlens that forms only an on-chip microlens for condensing light on a second photoelectric conversion unit. (Claim 1
0).

【0036】この手段によれば、第2の光電変換部の上
に大きなオンチップマイクロレンズを形成することがで
きる。よって、第1の光電変換部の実効開口率は低くな
るが、第2の光電変換部の実効開口率を上げることがで
き、かつ、第2の光電変換部の実効開口率を比較的自由
に設計できる。
According to this means, a large on-chip microlens can be formed on the second photoelectric conversion section. Therefore, although the effective aperture ratio of the first photoelectric conversion unit is reduced, the effective aperture ratio of the second photoelectric conversion unit can be increased, and the effective aperture ratio of the second photoelectric conversion unit can be relatively freely set. Can be designed.

【0037】前記課題を解決するための第11の手段
は、前記第1の手段、第3の手段、第8の手段のいずれ
かであって、第1の光電変換部からの信号を、その実効
開口率に基づいて補正し、各画素の感度を調整する手段
を設けたことを特徴とするオンチップマイクロレンズ付
固体撮像素子(請求項11)である。
An eleventh means for solving the above-mentioned problem is any one of the first means, the third means, and the eighth means, wherein a signal from the first photoelectric conversion unit is converted into a signal. A solid-state image pickup device with an on-chip micro lens, wherein a means for correcting based on the effective aperture ratio and adjusting the sensitivity of each pixel is provided.

【0038】この手段によれば、各第1の素子からの信
号を、それぞれの素子に設けられたオンチップマイクロ
レンズの形状に応じた実効開口率に基づいて補正するこ
とができる。よって、第1の素子の実効開口率が画素間
で異なる場合であっても、各画素間で感度にむらのない
画像出力を得ることができる。
According to this means, the signal from each first element can be corrected based on the effective aperture ratio according to the shape of the on-chip micro lens provided in each element. Therefore, even when the effective aperture ratio of the first element is different between pixels, it is possible to obtain an image output without unevenness in sensitivity among the pixels.

【0039】前記課題を解決するための第12手段は、
前記第6の手段であるオンチップマイクロレンズ付固体
撮像素子の製造方法であって、固体撮像素子本体部の上
部にマイクロレンズを形成した後、フォトリソグラフィ
により第2の光電変換部直上の領域部分の前記オンチッ
プマイクロレンズを除去して穴を開け、Alスパッタリン
グによりAl膜を穴の全面に蒸着し、その後RIEによる
異方性エッチングにより、穴の側壁のAl膜のみを残すこ
とを特徴とするオンチップマイクロレンズ付固体撮像素
子の製造方法(請求項12)である。
A twelfth means for solving the above-mentioned problems is as follows:
A method of manufacturing a solid-state imaging device with an on-chip microlens according to the sixth means, wherein a microlens is formed on an upper portion of a solid-state imaging device main body, and an area portion immediately above a second photoelectric conversion unit is formed by photolithography. The hole is removed by removing the on-chip micro lens, an Al film is deposited on the entire surface of the hole by Al sputtering, and thereafter, only the Al film on the side wall of the hole is left by anisotropic etching by RIE. This is a method for manufacturing a solid-state imaging device with an on-chip microlens (claim 12).

【0040】この手段によれば、固体撮像素子を製造す
るのと同種の工程で、前記第6の手段であるオンチップ
マイクロレンズ付固体撮像素子を製造することができ
る。
According to this means, it is possible to manufacture the solid-state image pickup device with the on-chip microlens as the sixth means in the same steps as those for manufacturing the solid-state image pickup device.

【0041】[0041]

【発明の実施形態】以下、本発明の実施の形態の例を図
を参照して説明する。まず、増幅型固体撮像装置の通常
の(従来型の)単位画素の平面構造の模式図を図1に示
す。図1において100は光電変換部となる埋込み型フ
ォトダイオード(以下、単にBPDという)、101は
出力部で接合型電界効果トランジスタ(以下、単にJF
ETという)、102はJFET101の制御電極の電
位を制御するためのリセット用トランジスタの主電極の
領域(リセットドレイン、以下、単にRSDという)で
ある。また、BPD100とJFET101の間に転送
部となる転送ゲート(以下、単にTGという)103
が、JFET101とRSD102の間にはリセット用
トランジスタの制御電極(以下、単にRSGという)1
04が形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a schematic diagram of a planar structure of a normal (conventional type) unit pixel of an amplification type solid-state imaging device. In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a buried photodiode (hereinafter simply referred to as BPD) serving as a photoelectric conversion unit, and 101 denotes a junction field effect transistor (hereinafter simply referred to as JF) as an output unit.
Reference numeral 102 denotes a main electrode region (reset drain, hereinafter simply referred to as RSD) of a reset transistor for controlling the potential of the control electrode of the JFET 101. Further, a transfer gate (hereinafter, simply referred to as TG) 103 serving as a transfer portion between the BPD 100 and the JFET 101.
However, between the JFET 101 and the RSD 102, a control electrode (hereinafter simply referred to as RSG) 1 of a resetting transistor is provided.
04 is formed.

【0042】RSD102はスルーホール105を介し
て第2層アルミに接続され、この第2層アルミで形成さ
れたRSD電極106は遮光も兼ねてJFET101と
RSD102の領域を覆っている。よって、BPD10
1の領域のみに開口部が設けられた構造となっている。
また、107はJFETのソース電極である。
The RSD 102 is connected to the second layer aluminum through the through hole 105, and the RSD electrode 106 formed of the second layer aluminum also covers the area of the JFET 101 and the RSD 102, also serving as a light shield. Therefore, BPD10
The structure is such that an opening is provided only in one region.
Reference numeral 107 denotes a source electrode of the JFET.

【0043】図2にTTL調光で、露出中に入射光量を
リアルタイムにモニタするための単位画素の平面構造の
模式図を示す。基本的な素子構造は図1と同一である。
異なる点はRSD102の部分で、RSD102とRS
D電極106とのコンタクトが無く、RSD102直上
にRSD電極106の開口部108がある点である。R
SD102とその下の半導体領域は常時逆バイアスされ
ており、RSD102はフォトダイオードとして働く。
これにより、開口部108から入射した光に応じて発生
した信号電荷による光電流をRSD電極106から出力
させて、入射光量のモニタを行う。すなわち、RSD1
02のフォトダイオードが第2の光電変換部として作用
する。(BPD101が第1の光電変換部である。)本
発明は、図1に示すような単位画素と図2に示すような
単位画素が混在する固体撮像素子に関するものである。
FIG. 2 is a schematic diagram of a planar structure of a unit pixel for monitoring the amount of incident light in real time during exposure by TTL light control. The basic element structure is the same as FIG.
The difference is the part of RSD102,
The point is that there is no contact with the D electrode 106 and there is an opening 108 of the RSD electrode 106 right above the RSD 102. R
The SD 102 and the semiconductor region thereunder are always reverse-biased, and the RSD 102 functions as a photodiode.
As a result, the RSD electrode 106 outputs a photocurrent due to the signal charge generated in accordance with the light incident from the opening 108 to monitor the amount of incident light. That is, RSD1
The photodiode 02 functions as a second photoelectric conversion unit. (The BPD 101 is a first photoelectric conversion unit.) The present invention relates to a solid-state imaging device in which unit pixels as shown in FIG. 1 and unit pixels as shown in FIG. 2 coexist.

【0044】(実施形態1)図3に本発明の第1の実施
の形態の模式図を示す。本実施の形態では、撮像面の中
央部に図2に対応する、第2の光電変換部(図2のRS
D開口部108に相当)がある単位画素(図中の2A)
が2次元マトリックスに配列され、その周りに図1に対
応する、第2の光電変換部を持たない従来型の単位画素
(図中の1A)が配置されている。図3は、一つの単位
画素2Aとその周辺の単位画素1Aについて拡大した構
成模式図である。
(Embodiment 1) FIG. 3 is a schematic view of a first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a second photoelectric conversion unit (RS in FIG. 2) corresponding to FIG.
A unit pixel (corresponding to D opening 108) (2A in the figure)
Are arranged in a two-dimensional matrix, around which a conventional unit pixel (1A in the figure) without a second photoelectric conversion unit, corresponding to FIG. 1, is arranged. FIG. 3 is an enlarged schematic diagram of one unit pixel 2A and its surrounding unit pixels 1A.

【0045】図3において、1は第1の光電変換部上の
開口部、2は第2の光電変換部上の開口部である。ま
た、3は従来型の画素(1A)用の標準オンチップマイ
クロレンズ、4は第2の光電変換部を持つ画素(2A)
における第1の光電変換部用のオンチップマイクロレン
ズである。(以下、オンチップマイクロレンズを単にマ
イクロレンズということもある。)マイクロレンズ4
は、画素2Aの上側の画素1Aにも設けられている。す
なわち、この画素1Aにおいては、標準マイクロレンズ
3は設けられていない。ここに標準マイクロレンズ3を
設けると、第2の光電変換部上の開口部2上にかぶさっ
てしまうので、これを避けるためである。
In FIG. 3, reference numeral 1 denotes an opening on the first photoelectric conversion unit, and 2 denotes an opening on the second photoelectric conversion unit. Reference numeral 3 denotes a standard on-chip microlens for a conventional pixel (1A), and reference numeral 4 denotes a pixel (2A) having a second photoelectric conversion unit.
2 is an on-chip micro lens for a first photoelectric conversion unit. (Hereinafter, the on-chip micro lens may be simply referred to as a micro lens.) Micro lens 4
Is also provided in the pixel 1A above the pixel 2A. That is, the standard microlens 3 is not provided in the pixel 1A. If the standard microlens 3 is provided here, it will cover the opening 2 on the second photoelectric conversion unit.

【0046】本実施の形態では、隣同士のマイクロレン
ズ3の分離幅は水平方向、垂直方向ともに0.2μmであ
る。マイクロレンズ4については水平方向の分離幅は0.
2μmであるが、垂直方向では、第2の光電変換部上の開
口部2を回避するように分離幅が大きく取られており、
第1の光電変換部に集光するように、サイズが小さくな
っている。また、マイクロレンズ3、4は共に、その被
覆面積をできるだけ大きくして画素の実効開口率を稼ぐ
為にドーム型レンズ(トーリック面)を用いており、第
1の光電変換部の中心点とマイクロレンズの中心点が一
致するように配置されている。
In this embodiment, the separation width between adjacent microlenses 3 is 0.2 μm in both the horizontal and vertical directions. For the micro lens 4, the horizontal separation width is 0.
In the vertical direction, the separation width is large so as to avoid the opening 2 on the second photoelectric conversion unit.
The size is reduced so as to converge on the first photoelectric conversion unit. Each of the microlenses 3 and 4 uses a dome-shaped lens (toric surface) to increase the covering area as much as possible to increase the effective aperture ratio of the pixel. The lenses are arranged so that their center points coincide.

【0047】本実施の形態においては、第1の光電変換
部へ集光するためのマイクロレンズ4が、第2の光電変
換部上の開口部2を避けて設けられているので、第2の
光電変換部に入射する光が第1の光電変換部へ集光する
マイクロレンズにより妨げられることがない。また、画
素2Aに近接しない画素1Aにおいては、大きな標準の
マイクロレンズ3を使用している。
In this embodiment, since the microlens 4 for condensing light on the first photoelectric conversion unit is provided so as to avoid the opening 2 on the second photoelectric conversion unit, Light incident on the photoelectric conversion unit is not obstructed by the microlens that converges on the first photoelectric conversion unit. In the pixel 1A that is not close to the pixel 2A, a large standard microlens 3 is used.

【0048】これにより、各画素の実効開口率を下げる
ことなく、かつ、第2の光電変換部上の開口部にも効率
良く採光可能となり、露出中の入射光量をモニタする機
能を持つ固体撮像素子の実効開口率を上げると同時に入
射光量のモニタも可能となる。本発明で用いるオンチッ
プマイクロレンズは、半球型レンズや、シリンドリカル
レンズでもよい。
As a result, the solid-state imaging device has a function of monitoring the amount of incident light during exposure, without reducing the effective aperture ratio of each pixel and efficiently allowing light to enter the opening on the second photoelectric conversion unit. At the same time as increasing the effective aperture ratio of the element, it becomes possible to monitor the amount of incident light. The on-chip micro lens used in the present invention may be a hemispherical lens or a cylindrical lens.

【0049】(実施形態2)図4に本発明の第2の実施
の形態の模式図を示す。本実施の形態では、撮像面の中
央部に図2に対応する、第2の光電変換部(図2のRS
D開口部102に相当)がある単位画素(図中の2A)
が2次元マトリックスに配列され、その周りに図1に対
応する、第2の光電変換部を持たない従来型の単位画素
(図中の1A)が配置されている。図4は、一つの単位
画素2Aとその周辺の単位画素1Aについて拡大した構
成模式図である。以下の図においては、前出の図におい
て示された構成要素には同じ符号を付してその説明を省
略する。
(Embodiment 2) FIG. 4 is a schematic view of a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, a second photoelectric conversion unit (RS in FIG. 2) corresponding to FIG.
Unit pixel with D opening 102) (2A in the figure)
Are arranged in a two-dimensional matrix, around which a conventional unit pixel (1A in the figure) without a second photoelectric conversion unit, corresponding to FIG. 1, is arranged. FIG. 4 is an enlarged schematic view of one unit pixel 2A and its surrounding unit pixels 1A. In the following drawings, the same reference numerals are given to the components shown in the preceding drawings, and description thereof will be omitted.

【0050】図4において、5は第1の光電変換部上に
設けられたマイクロレンズである。マイクロレンズ5
は、第1の光電変換部に集光するためのものであるが、
実施形態1での図3のマイクロレンズ4と同様のもので
ある。すなわち、水平方向の分離幅は0.2μmであるが、
垂直方向では、第2の光電変換部上の開口部を回避する
ように分離幅が大きく取られており、サイズが小さくな
っている。
In FIG. 4, reference numeral 5 denotes a microlens provided on the first photoelectric conversion unit. Micro lens 5
Is for condensing light on the first photoelectric conversion unit,
This is the same as the microlens 4 in FIG. 3 in the first embodiment. That is, the horizontal separation width is 0.2 μm,
In the vertical direction, the separation width is large so as to avoid the opening on the second photoelectric conversion unit, and the size is small.

【0051】また、マイクロレンズ5はその被覆面積を
できるだけ大きくして画素の実効開口率を稼ぐ為にドー
ム型レンズ(トーリック面)を用いており、第1の光電
変換部の中心点とマイクロレンズの中心点が一致するよ
うに配置されている。このマイクロレンズ5を1A、2
Aの画素の区別なく全面に搭載している。
The microlens 5 uses a dome-shaped lens (toric surface) in order to increase the covering area as much as possible and to increase the effective aperture ratio of the pixel, and the center point of the first photoelectric conversion unit and the microlens are used. Are arranged so that their center points coincide with each other. This micro lens 5 is 1A, 2
A pixel is mounted on the entire surface without distinction.

【0052】これにより、第2の光電変換部上の開口部
にも効率良く採光可能となり、露出中の入射光量をモニ
タする機能を持つ固体撮像素子の実効開口率を上げると
同時に入射光量のモニタも可能となる。
Thus, the aperture on the second photoelectric conversion section can be efficiently illuminated, and the effective aperture ratio of the solid-state imaging device having the function of monitoring the amount of incident light during exposure is increased, and at the same time, the amount of incident light is monitored. Is also possible.

【0053】また、実施形態1に比べて各画素の実効開
口率は多少落ちるが、全てのマイクロレンズが同じ形状
で画素内の同じ位置に設けられているため、1Aと2A
の画素間の実効開口率の差が無く、よって補正処理を行
う必要が無いというメリットがある。本発明で用いるオ
ンチップマイクロレンズは、半球型レンズやシリンドリ
カルレンズでもよい。
Although the effective aperture ratio of each pixel is slightly lower than that of the first embodiment, since all the microlenses have the same shape and are provided at the same position in the pixel, 1A and 2A
There is no difference in the effective aperture ratio between the pixels, and therefore, there is no need to perform the correction processing. The on-chip micro lens used in the present invention may be a hemispherical lens or a cylindrical lens.

【0054】(実施形態3)図5に本発明の第3の実施
の形態の模式図を示す。本実施の形態は、マイクロレン
ズ以外は図3に示す実施形態1と同様の構造である。図
5において、6は穴、7、8は切り欠かれたマイクロレ
ンズ、9は穴の側壁に設けられたAl膜である。
(Embodiment 3) FIG. 5 is a schematic view of a third embodiment of the present invention. This embodiment has the same structure as the first embodiment shown in FIG. 3 except for the microlens. In FIG. 5, 6 is a hole, 7 and 8 are notched microlenses, and 9 is an Al film provided on the side wall of the hole.

【0055】本実施の形態においては、始めに実施形態
1での図3のマイクロレンズ3と同様のマイクロレンズ
3を全面に、分離幅を水平方向、垂直方向ともに0.2μm
で形成する。また、当該マイクロレンズ3は、その被覆
面積をできるだけ大きくして画素の実効開口率を稼ぐ為
にドーム型レンズ(トーリック面)を用いており、第1
の光電変換部の中心点とマイクロレンズの中心点が一致
するように配置されている。
In the present embodiment, first, a microlens 3 similar to the microlens 3 of FIG. 3 in the first embodiment is applied to the entire surface, and the separation width is set to 0.2 μm in both the horizontal and vertical directions.
Formed. The micro lens 3 uses a dome-shaped lens (toric surface) in order to increase the covering area as much as possible to increase the effective aperture ratio of the pixel.
Are arranged so that the center point of the photoelectric conversion unit and the center point of the microlens coincide.

【0056】次に、フォトリソグラフィー技術により、
第2の光電変換部上の開口部2がある画素(2A)につ
いてのみマイクロレンズの一部を除去し、第2の光電変
換部上の開口部2の上の部分に穴6を開ける。これによ
り、一部が切りかかれたマイクロレンズ7、8が形成さ
れる。
Next, by photolithography technology,
A part of the microlens is removed only for the pixel (2A) having the opening 2 on the second photoelectric conversion unit, and a hole 6 is formed in the portion above the opening 2 on the second photoelectric conversion unit. Thereby, the microlenses 7 and 8 that are partially cut are formed.

【0057】更に、穴6の側壁については、図5の断面
図に示される9のように遮光用Al膜を付けることによ
り、第2の光電変換部上の開口部2への入射光と第1の
光電変換部上の開口部1への入射光との、光のクロスト
ークを防ぐように加工を施してもよい。その手段として
は、マイクロレンズを形成して穴6を開けた後に、Alス
パッタによりAl膜を全面に蒸着し、RIEによる異方性
エッチングによって穴6の側壁の遮光用Al膜9のみを残
すようにエッチングすればよい。
Further, the side wall of the hole 6 is provided with a light-shielding Al film as shown at 9 in the sectional view of FIG. Processing may be performed so as to prevent light crosstalk with light incident on the opening 1 on the photoelectric conversion unit 1. As a means, after forming a microlens and forming a hole 6, an Al film is deposited on the entire surface by Al sputtering, and only the light-shielding Al film 9 on the side wall of the hole 6 is left by anisotropic etching by RIE. Etching may be performed.

【0058】これまでの実施形態では単位画素2Aにつ
いては図5のBの領域にはマイクロレンズを形成できな
かった為に、その領域への入射光は第1の光電変換部へ
集光できなかったが、本実施形態では、Bの領域への入
射光も第1の光電変換部へ集光できるようになり、実効
開口率が向上する。なお、本発明で用いるオンチップマ
イクロレンズは、半球型レンズや、シリンドリカルレン
ズでもよい。
In the embodiments described above, since the microlenses could not be formed in the area B of FIG. 5 for the unit pixel 2A, the light incident on that area could not be focused on the first photoelectric conversion unit. However, in the present embodiment, light incident on the region B can also be collected on the first photoelectric conversion unit, and the effective aperture ratio is improved. Note that the on-chip micro lens used in the present invention may be a hemispherical lens or a cylindrical lens.

【0059】(実施形態4)図6に本発明の第4の実施
の形態の模式図を示す。本実施の形態は、マイクロレン
ズ以外は図3に示す実施形態1の同様の構造である。本
実施の形態では、始めに実施形態1での図3の3と同様
のマイクロレンズを全面に分離幅を水平方向、垂直方向
ともに0.2μmで形成している。また、当該マイクロレン
ズは、その被覆面積をできるだけ大きくして画素の実効
開口率を稼ぐ為にドーム型レンズ(トーリック面)を用
いており、第1の光電変換部の中心点とマイクロレンズ
の中心点が一致するように配置されている。
(Embodiment 4) FIG. 6 is a schematic view of a fourth embodiment of the present invention. This embodiment has the same structure as the first embodiment shown in FIG. 3 except for the microlens. In the present embodiment, first, a microlens similar to 3 in FIG. 3 in the first embodiment is formed on the entire surface with a separation width of 0.2 μm in both the horizontal and vertical directions. The microlens uses a dome-shaped lens (toric surface) in order to increase the covering area as much as possible and to increase the effective aperture ratio of the pixel, and the center point of the first photoelectric conversion unit and the center of the microlens are used. The points are arranged so that they match.

【0060】次に、フォトリソグラフィー技術により、
全画素につきマイクロレンズの一部を除去し、穴6を開
けて第2の光電変換部の開口部2の直上を開口してい
る。これにより、一部に切り欠きを有するマイクロレン
ズ10が形成される。
Next, by photolithography technology,
A part of the microlens is removed from all the pixels, and a hole 6 is opened to open just above the opening 2 of the second photoelectric conversion unit. As a result, the microlens 10 partially having the notch is formed.

【0061】図5の断面図の9と同様にマイクロレンズ
の開口部(穴)6の側壁に遮光用Al膜を付けることによ
り、第2の光電変換部上の開口部2への入射光と第1の
光電変換部上の開口部1への入射光との光のクロストー
クを防ぐ加工を施すことが好ましい。これにより、実施
形態3と同様に高い実効開口率を実現できると同時に、
実施形態3に比べて、第1の光電変換部の実効開口率は
低下するものの、第2の光電変換部上の開口部の無い画
素1Aと、ある画素2Aの画素間の実効開口率の差が無
いため、その補正処理をする必要がないというメリット
がある。なお、本発明で用いるオンチップマイクロレン
ズは、半球型レンズや、シリンドリカルレンズでもよ
い。
As in the sectional view 9 of FIG. 5, a light-shielding Al film is provided on the side wall of the opening (hole) 6 of the microlens, so that light incident on the opening 2 on the second photoelectric conversion unit can be reduced. It is preferable to perform processing for preventing light crosstalk with light incident on the opening 1 on the first photoelectric conversion unit. Thereby, a high effective aperture ratio can be realized as in the third embodiment, and at the same time,
Although the effective aperture ratio of the first photoelectric conversion unit is lower than that of the third embodiment, the difference in the effective aperture ratio between the pixel 1A having no opening on the second photoelectric conversion unit and the pixel 2A is different. There is an advantage that there is no need to perform the correction processing. Note that the on-chip micro lens used in the present invention may be a hemispherical lens or a cylindrical lens.

【0062】(実施形態5)図7に本発明の第5の実施
の形態の模式図を示す。図7において11はシリンドリ
カルレンズである。本実施の形態は、マイクロレンズ以
外は図4に示す実施形態2と同様の構造である。
(Embodiment 5) FIG. 7 is a schematic view of a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 7, reference numeral 11 denotes a cylindrical lens. This embodiment has the same structure as the second embodiment shown in FIG. 4 except for the microlens.

【0063】シリンドリカルレンズ11の軸方向は水平
方向である。そして、水平方向では隣同士のマイクロレ
ンズが繋がっており、水平方向に一本の細長いシリンド
リカルなマイクロレンズ11が形成されている。また、
垂直方向では、第2の光電変換部上の開口部2を回避す
るように分離幅が大きく取られており、第1の光電変換
部に集光するようになっている。
The axial direction of the cylindrical lens 11 is horizontal. In the horizontal direction, adjacent microlenses are connected to each other, and one elongated cylindrical microlens 11 is formed in the horizontal direction. Also,
In the vertical direction, the separation width is set large so as to avoid the opening 2 on the second photoelectric conversion unit, and the light is condensed on the first photoelectric conversion unit.

【0064】さらに、マイクロレンズのシリンダーの中
心線は水平方向の各第1の光電変換部の中心点を通るよ
うに配置されている。これにより、第2の光電変換部上
の開口部2にも効率良く採光可能となり、露出中の入射
光量をモニタする機能を持つ固体撮像素子の実効開口率
を上げると同時に入射光量のモニタも可能となる。ま
た、実施形態2と同様に、実施形態1に比べて各画素の
実効開口率は多少落ちるが、1Aと2Aの画素間の実効
開口率の差が無いので開口率の補正が不要である。
Further, the center line of the cylinder of the microlens is arranged so as to pass through the center point of each first photoelectric conversion unit in the horizontal direction. As a result, the light can be efficiently collected in the aperture 2 on the second photoelectric conversion unit, and the effective aperture ratio of the solid-state imaging device having the function of monitoring the amount of incident light during exposure can be increased, and at the same time, the amount of incident light can be monitored. Becomes Similarly to the second embodiment, the effective aperture ratio of each pixel is slightly lower than that of the first embodiment, but since there is no difference in the effective aperture ratio between the 1A and 2A pixels, it is not necessary to correct the aperture ratio.

【0065】さらに、実施形態2に比べてマイクロレン
ズの水平方向の分離幅や形状を管理する必要がなくな
り、マイクロレンズ形成プロセスが簡素化するメリット
がある。
Further, as compared with the second embodiment, there is no need to control the horizontal separation width and shape of the microlenses, and there is an advantage that the microlens forming process is simplified.

【0066】(実施形態6)図8に本発明の第6の実施
の形態の模式図を示す。図8において、12は第1の光
電変換部に集光する小さなマイクロレンズ、13は第2
の光電変換部に集光するマイクロレンズを示す。本実施
の形態は、マイクロレンズ以外は図3に示す実施形態1
と同様の構造である。
(Embodiment 6) FIG. 8 is a schematic diagram of a sixth embodiment of the present invention. In FIG. 8, reference numeral 12 denotes a small microlens for condensing light on the first photoelectric conversion unit, and reference numeral 13 denotes a second microlens.
2 shows a microlens that condenses light on a photoelectric conversion unit. The present embodiment is different from the first embodiment shown in FIG.
It has the same structure as.

【0067】本実施の形態においては、第2の光電変換
部上の開口部2直上に第2の光電変換部へ集光させるた
めのマイクロレンズ13が形成されている。また、単位
画素2Aとその周辺の単位画素1Aの3画素については
マイクロレンズ13と分離幅0.2μmで、第1の光電変換
部へ集光する小さなマイクロレンズ12が形成されてい
る。その他の第1の光電変換部へ集光するためのマイク
ロレンズ3は分離幅0.2μmで形成されている。
In this embodiment, a microlens 13 for condensing light on the second photoelectric conversion unit is formed immediately above the opening 2 on the second photoelectric conversion unit. In addition, for the three pixels of the unit pixel 2A and the surrounding unit pixel 1A, a microlens 13 is formed with a microlens 13 and a separation width of 0.2 μm, which condenses light to the first photoelectric conversion unit. The other microlenses 3 for condensing light on the first photoelectric conversion unit are formed with a separation width of 0.2 μm.

【0068】マイクロレンズ3、12、13の中心点は
それぞれ、集光する領域である第1の光電変換部、第2
の光電変換部の中心点と一致するように配置されてお
り、マイクロレンズ12とマイクロレンズ3の垂直方向
の分離幅は大きくなっている。このため、マイクロレン
ズ12はマイクロレンズ3に比べてサイズが小さくなっ
ている。また、これらマイクロレンズはドーム型レンズ
(レンズの表面がトーリック面のもの)を用いている。
The center points of the microlenses 3, 12, and 13 are the first photoelectric conversion unit and the second
Are arranged so as to coincide with the center point of the photoelectric conversion section, and the vertical separation width between the microlenses 12 and the microlenses 3 is large. Therefore, the size of the micro lens 12 is smaller than that of the micro lens 3. In addition, these microlenses use a dome-shaped lens (a lens having a toric surface).

【0069】本実施の形態においては、第2の光電変換
部の上にもマイクロレンズ13が設けられているので、
第2の光電変換部の実効開口率も大きくすることができ
る。よって、微量な光量を露出する場合にも露出中の入
射光量をモニタすることができるようになり、より高感
度なTTL調光が可能となる。
In this embodiment, since the microlenses 13 are also provided on the second photoelectric conversion unit,
The effective aperture ratio of the second photoelectric conversion unit can also be increased. Therefore, even when a small amount of light is exposed, the amount of incident light during exposure can be monitored, and TTL light control with higher sensitivity can be performed.

【0070】(実施形態7)図9に本発明の第7の実施
の形態の模式図を示す。図9において、14は第1の光
電変換部に集光するマイクロレンズ、15は第2の光電
変換部に集光するマイクロレンズを示す。本実施の形態
は、マイクロレンズ以外は図4に示す実施形態2と同様
の構造である。これらマイクロレンズはドーム型レンズ
(レンズの表面がトーリック面のもの)を用いている。
(Embodiment 7) FIG. 9 is a schematic view of a seventh embodiment of the present invention. In FIG. 9, reference numeral 14 denotes a microlens that condenses light on the first photoelectric conversion unit, and 15 denotes a microlens that condenses light on the second photoelectric conversion unit. This embodiment has the same structure as the second embodiment shown in FIG. 4 except for the microlens. As these microlenses, dome-shaped lenses (lenses having a toric surface) are used.

【0071】本実施の形態では、全画素について同じ形
状のマイクロレンズ14が画素内の同一位置に設けられ
ており、かつ、マイクロレンズ14は、第2の光電変換
部上の開口部2部を避けて設けられている。マイクロレ
ンズ14は、第1の光電変換部に集光させるためのもの
である。更に、2Aの画素とその右側の画素について
は、第2の光電変換部へ集光させるためのマイクロレン
ズ15が形成され、第2の光電変換部の実効開口率を上
げることにより、より高感度なTTL調光が可能なよう
になっている。また、全ての画素の第1の光電変換部の
実効開口率が等しいため、開口率補正処理を行う必要が
ない。
In the present embodiment, the microlenses 14 of the same shape are provided at the same position in the pixels for all the pixels, and the microlenses 14 are used to cover two openings on the second photoelectric conversion unit. It is provided to avoid. The micro lens 14 is for condensing light on the first photoelectric conversion unit. Further, with respect to the 2A pixel and the pixel on the right side thereof, a microlens 15 for condensing light on the second photoelectric conversion unit is formed, and by increasing the effective aperture ratio of the second photoelectric conversion unit, higher sensitivity is achieved. TTL dimming is possible. Further, since the effective aperture ratios of the first photoelectric conversion units of all the pixels are equal, it is not necessary to perform the aperture ratio correction processing.

【0072】本実施の形態で示した、マイクロレンズ1
4は、先に示した第5の実施の形態(図7)において、
第2の光電変換部上の開口部2の上に設けてもよい。ま
た、本発明で用いるマイクロレンズは、半球型レンズ
や、シリンドリカルレンズでもよい。
The micro lens 1 shown in the present embodiment
4 corresponds to the fifth embodiment (FIG. 7) shown in FIG.
It may be provided on the opening 2 on the second photoelectric conversion unit. Further, the micro lens used in the present invention may be a hemispherical lens or a cylindrical lens.

【0073】(実施形態8)図10に本発明の第8の実
施の形態の模式図を示す。図10は、3つの光電変換部
を有する画素を含んだ固体撮像素子に関する例である。
3つの光電変換部を有する画素とは、例えば図15にお
いて、フォトダイオード201が第1の光電変換部、リ
セット用トランジスタQRSGの主電極(リセットドレイ
ン)が第2の光電変換部、接合型電界効果トランジスタ
JFETのゲート領域が第3の光電変換部となっている
ような画素をいい、図2において、JFET101の領
域にもゲートに対応する部分の上部にも開口部を有する
ようなものである。
(Eighth Embodiment) FIG. 10 is a schematic view of an eighth embodiment of the present invention. FIG. 10 is an example relating to a solid-state imaging device including a pixel having three photoelectric conversion units.
For example, in FIG. 15, the pixel having three photoelectric conversion units includes a photodiode 201 as a first photoelectric conversion unit, a main electrode (reset drain) of a reset transistor QRSG as a second photoelectric conversion unit, and a junction-type electric field. A pixel in which the gate region of the effect transistor JFET serves as a third photoelectric conversion portion. In FIG. 2, the pixel has an opening in both the region of the JFET 101 and the portion corresponding to the gate. .

【0074】図10において2’は、例えば上記のよう
にJFETのゲート領域のような第3の光電変換部上部
に設けられた開口部、16は第1の光電変換部上に設け
られた小さなマイクロレンズ、17は第2の光電変換部
上に設けられたマイクロレンズ、18は第3の光電変換
部上に設けられたマイクロレンズである。これらマイク
ロレンズはドーム型レンズ(レンズの表面がトーリック
面のもの)を用いている。
In FIG. 10, reference numeral 2 'denotes an opening provided above the third photoelectric conversion unit such as the gate region of the JFET as described above, and reference numeral 16 denotes a small opening provided on the first photoelectric conversion unit. A microlens 17 is a microlens provided on the second photoelectric conversion unit, and 18 is a microlens provided on the third photoelectric conversion unit. As these microlenses, dome-shaped lenses (lenses having a toric surface) are used.

【0075】この実施の形態においては、画素2Aに、
3個のマイクロレンズ16、17、18が設けられてい
る。これらのマイクロレンズは、それぞれ、第1、第
2、第3の光電変換部の中心と中心が一致するように配
置されており、それぞれ対応する光電変換部に集光して
いる。画素2Aの右、上及び右上の画素1Aにおいて
は、第1の光電変換部上のマイクロレンズ16は、画素
2Aにおけるものと同一の形状をしており、その他の画
素1Aにおけるマイクロレンズ3より小さくなってい
る。これは、マイクロレンズ17、18と分離距離をと
るためである。
In this embodiment, the pixel 2A has
Three micro lenses 16, 17, 18 are provided. These microlenses are arranged so that the centers of the first, second, and third photoelectric conversion units coincide with each other, and converge on the corresponding photoelectric conversion units. In the right, upper, and upper right pixels 1A of the pixel 2A, the microlens 16 on the first photoelectric conversion unit has the same shape as that in the pixel 2A, and is smaller than the microlens 3 in the other pixels 1A. Has become. This is to keep a separation distance from the micro lenses 17 and 18.

【0076】この実施の形態によれば、第2及び第3の
光電変換部へ集光させるためのマイクロレンズ17、1
8が形成されているため、これらの光電変換部の実効開
口率を高くでき、より高感度なTTL調光が可能であ
る。本発明で用いるマイクロレンズは、半球型レンズ
や、シリンドリカルレンズでもよい。
According to this embodiment, the microlenses 17 and 1 for condensing light on the second and third photoelectric conversion units are provided.
Since 8 is formed, the effective aperture ratio of these photoelectric conversion units can be increased, and TTL dimming with higher sensitivity can be performed. The micro lens used in the present invention may be a hemispherical lens or a cylindrical lens.

【0077】(実施形態9)図11に本発明の第9の実
施の形態の模式図を示す。図11において19は第2の
光電変換部上に設けられたマイクロレンズである。本実
施の形態においては、マイクロレンズ以外は、図3に示
される実施形態1と同様の構造である。本実施の形態に
おいては、第2の光電変換部上の開口部2直上に第2の
光電変換部に集光するためのマイクロレンズ19のみが
形成されている。マイクロレンズ19は、第1の光電変
換部上の開口部を回避するように設置されている。第2
の光電変換部を有する画素は数画素から数十画素おきに
配置されており、隣接していないので、マイクロレンズ
19は、隣接するマイクロレンズ19と充分な分離幅を
確保できる。
(Embodiment 9) FIG. 11 is a schematic view of a ninth embodiment of the present invention. In FIG. 11, reference numeral 19 denotes a microlens provided on the second photoelectric conversion unit. The present embodiment has the same structure as the first embodiment shown in FIG. 3 except for the microlenses. In the present embodiment, only the microlens 19 for condensing light on the second photoelectric conversion unit is formed immediately above the opening 2 on the second photoelectric conversion unit. The micro lens 19 is installed so as to avoid the opening on the first photoelectric conversion unit. Second
The pixels having the photoelectric conversion unit are arranged every few pixels to several tens of pixels and are not adjacent to each other, so that the microlens 19 can secure a sufficient separation width from the adjacent microlens 19.

【0078】マイクロレンズ19を設けることにより、
第2の光電変換部へ効率良く集光することが可能とな
る。よって、TTL調光のための光電変換部の実効開口
率も自由に設定することができるようになり、より高感
度なTTL調光が可能になる。図11の例で用いるマイ
クロレンズ19はドーム型レンズであるが、半球型レン
ズや、シリンドリカルレンズを用いてもよい。
By providing the micro lens 19,
It is possible to efficiently collect light on the second photoelectric conversion unit. Therefore, the effective aperture ratio of the photoelectric conversion unit for TTL light control can also be set freely, and TTL light control with higher sensitivity can be performed. Although the micro lens 19 used in the example of FIG. 11 is a dome-shaped lens, a hemispherical lens or a cylindrical lens may be used.

【0079】(実施形態10)図12は、本発明の第1
0の実施の形態である撮像装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。図12において、1200は画像読み出しを制
御するMPU(マイクロプロセッサユニット)、1201は
タイミングジェネレータ、1202は画像出力信号を読み出
すためのドライバ、1203は固体撮像素子、1204は画像出
力信号の増幅器、1205はA/D変換器、1206は開口率補
正を行う開口率補正処理装置、1207は信号の補正を行う
信号処理装置、1208はメモリコントローラ、1209は画像
出力装置のインターフェース、1210はCRT等の画像出
力装置である。
(Embodiment 10) FIG. 12 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging device according to an embodiment 0. 12, reference numeral 1200 denotes an MPU (microprocessor unit) for controlling image reading; 1201, a timing generator; 1202, a driver for reading an image output signal; 1203, a solid-state imaging device; 1204, an amplifier for an image output signal; A / D converter, 1206 is an aperture ratio correction processing device for performing aperture ratio correction, 1207 is a signal processing device for correcting signals, 1208 is a memory controller, 1209 is an interface of an image output device, and 1210 is an image output device such as a CRT. Device.

【0080】入射した光は、撮像素子1203によって電気
信号に変換され、増幅器1204で増幅された後、A/D変
換器1205によりディジタル信号に変換される。そして、
必要に応じて開口率補正処理装置1206により開口率補正
を受け、信号処理装置1207に送られる。信号処理装置12
07における信号処理は、従来公知のものであり、必要に
応じて適宜選択された処理が行われる。信号処理を受け
た信号は、メモリコントローラ1208に入り、画像メモリ
に記憶された後、インタフェース1209を介して画像出力
装置1210に送出される。
The incident light is converted into an electric signal by the image sensor 1203, amplified by the amplifier 1204, and then converted into a digital signal by the A / D converter 1205. And
The aperture ratio is corrected by an aperture ratio correction processing device 1206 as necessary, and is sent to a signal processing device 1207. Signal processing device 12
The signal processing in 07 is conventionally known, and processing appropriately selected as needed is performed. The signal subjected to the signal processing enters the memory controller 1208, is stored in the image memory, and is transmitted to the image output device 1210 via the interface 1209.

【0081】図13は、図12に示す撮像装置の動作を
説明するためのフローチャートである。図13に基づい
て、撮像装置の動作を説明する。撮像素子に光が入射す
ると(S1)、MPU1200は、それを受光した画素の第
1の光電変換部(撮像素子)上のマイクロレンズが標準
のものであるかどうかを判断する(S2)。標準のもの
とは、例えば図3、図5におけるマイクロレンズ3のよ
うに、画素2Aに近接していない画素1Aに用いられて
いるマイクロレンズのことをいい、標準外のものとは、
例えば図3におけるマイクロレンズ4、図5におけるマ
イクロレンズ7、8のように、画素2A及びこれに近接
する画素1Aにおいて用いられる小さい、又は特殊な形
状をしたマイクロレンズをいう。
FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the imaging apparatus shown in FIG. The operation of the imaging device will be described based on FIG. When light enters the imaging device (S1), the MPU 1200 determines whether the microlens on the first photoelectric conversion unit (imaging device) of the pixel receiving the light is a standard microlens (S2). The standard one refers to a microlens used for a pixel 1A that is not close to the pixel 2A, for example, the microlens 3 in FIGS.
For example, like the microlens 4 in FIG. 3 and the microlenses 7 and 8 in FIG. 5, it refers to a small or specially shaped microlens used in the pixel 2A and the pixel 1A adjacent thereto.

【0082】マイクロレンズが標準のものであれば、従
来通りの信号処理に進み(S3a)、標準外のものであ
れば、開口率の補正を行った後(S3b)、従来通りの
信号処理に進む(S3a)。その後、画像出力を行う
(S4)。開口率補正の方法としては、例えば、標準の
マイクロレンズの実効開口率が90%で、標準外のマイク
ロレンズの実効開口率が60%である場合、標準外のマイ
クロレンズを有する撮像素子からの出力信号を1.5(=9
0/60)倍に補正して出力する。以上の開口率補正処理を
行うことにより、各画素間で感度にむらのない画像出力
が可能となる。
If the microlens is standard, the processing proceeds to the conventional signal processing (S3a). If the microlens is nonstandard, the aperture ratio is corrected (S3b), and the processing proceeds to the conventional signal processing. Proceed (S3a). Thereafter, image output is performed (S4). As a method of correcting the aperture ratio, for example, when the effective aperture ratio of the standard microlens is 90% and the effective aperture ratio of the nonstandard microlens is 60%, the image pickup device having the nonstandard microlens is used. Set the output signal to 1.5 (= 9
0/60) Corrected to the output and output. By performing the above-described aperture ratio correction processing, it is possible to output an image without unevenness in sensitivity between pixels.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明のうち請求
項1に係る発明においては、第1の光電変換部の実効開
口率を下げることなく、第2の光電変換部にも効率よく
採光することが可能となる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the second photoelectric converter is efficiently illuminated without lowering the effective aperture ratio of the first photoelectric converter. It becomes possible.

【0084】請求項2に係る発明においては、第1の光
電変換部の実効開口率は少し落ちるものの、全画素の第
1の光電変換部の実効開口率に差がなくなり、実効開口
率の補正処理を行う必要がなくなる。また、第2の光電
変換部にも効率よく採光することが可能となる。
According to the second aspect of the present invention, although the effective aperture ratio of the first photoelectric conversion unit slightly decreases, there is no difference between the effective aperture ratios of the first photoelectric conversion units of all the pixels. There is no need to perform any processing. In addition, it is possible to efficiently light the second photoelectric conversion unit.

【0085】請求項3に係る発明においては、第1の光
電変換部の実効開口率を下げることなく、第2の光電変
換部にも効率よく採光することが可能となる。さらに、
マイクロレンズを形成できなかった領域にマイクロレン
ズを形成することができるようになり、その部分の実効
開口率を上げることができる。
According to the third aspect of the present invention, it is possible to efficiently emit light to the second photoelectric conversion unit without lowering the effective aperture ratio of the first photoelectric conversion unit. further,
The microlens can be formed in a region where the microlens could not be formed, and the effective aperture ratio in that portion can be increased.

【0086】請求項4に係る発明においては、請求項3
に係る発明に比して第1の光電変換部の実効開口率は少
し落ちるものの、全画素の第1の光電変換部の実効開口
率に差がなくなり、実効開口率の補正処理を行う必要が
なくなる。
In the invention according to claim 4, claim 3
Although the effective aperture ratio of the first photoelectric conversion unit is slightly reduced as compared with the invention according to the first aspect, there is no difference in the effective aperture ratios of the first photoelectric conversion units of all the pixels, and it is necessary to perform the correction processing of the effective aperture ratio. Disappears.

【0087】請求項5に係る発明においては、第1の光
電変換部への入射光と、第2の光電変換部への入射光の
クロストークを防ぐことができる。
In the invention according to claim 5, it is possible to prevent crosstalk between light incident on the first photoelectric conversion unit and light incident on the second photoelectric conversion unit.

【0088】請求項6に係る発明においては、反射膜と
して理想的なものを使用でき、かつ、蒸着、異方性エッ
チングといった、固体撮像素子を製造する工程で使用さ
れる技術により成膜することができるので、製造方法が
簡単となる。
In the invention according to the sixth aspect, an ideal reflection film can be used, and the film is formed by a technique used in a process of manufacturing a solid-state imaging device, such as vapor deposition or anisotropic etching. And the manufacturing method is simplified.

【0089】請求項7に係る発明においては、マイクロ
レンズが繋がっている方向の分離幅や形状を管理する必
要がなくなり、マイクロレンズの形成プロセスを簡素化
することができる。
In the invention according to claim 7, it is not necessary to control the separation width and shape in the direction in which the microlenses are connected, and the process of forming the microlenses can be simplified.

【0090】請求項8に係る発明においては、第2の光
電変換部の実効開口率も大きくなり、微量な光量中で撮
像を行う場合でも、光量をモニタし、最適なシャッタス
ピードとすることができるようになる。
In the invention according to the eighth aspect, the effective aperture ratio of the second photoelectric conversion unit is also increased, so that even when imaging is performed with a small amount of light, the amount of light can be monitored and the optimum shutter speed can be set. become able to.

【0091】請求項9に係る発明においては、各光電変
換部に対して、それぞれ実効開口率を上げることができ
る。
In the ninth aspect, the effective aperture ratio can be increased for each photoelectric conversion unit.

【0092】請求項10に係る発明においては、第1の
光電変換部の実効開口率は低くなるが、第2の光電変換
部の実効開口率を上げることができ、かつ、第2の光電
変換部の実効開口率を比較的自由に設計できる。
In the invention according to claim 10, the effective aperture ratio of the first photoelectric conversion unit is reduced, but the effective aperture ratio of the second photoelectric conversion unit can be increased, and the second photoelectric conversion unit can be improved. The effective aperture ratio of the portion can be designed relatively freely.

【0093】請求項11に係る発明においては、第1の
素子の実効開口率が画素間で異なる場合であっても、各
画素間で感度にむらのない画像出力を得ることができ
る。
In the invention according to the eleventh aspect, even when the effective aperture ratio of the first element differs between pixels, it is possible to obtain an image output without unevenness in sensitivity among the pixels.

【0094】請求項12に係る発明においては、固体撮
像素子を製造するのと同種の工程で、前記第6の手段で
あるオンチップマイクロレンズ付固体撮像素子を製造す
ることができる。
In the twelfth aspect of the present invention, the solid-state image pickup device with the on-chip microlens as the sixth means can be manufactured by the same steps as those for manufacturing the solid-state image pickup device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】増幅型固体撮像装置の、通常の単位画素の平面
構造を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a planar structure of a normal unit pixel of an amplification type solid-state imaging device.

【図2】増幅型固体撮像装置の、露出中に入射光量をリ
アルタイムにモニタするための単位画素の平面構造を示
す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a planar structure of a unit pixel of an amplification type solid-state imaging device for monitoring an incident light amount in real time during exposure.

【図3】本発明の第1の実施の形態を示す模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施の形態を示す模式図であ
る。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施の形態を示す模式図であ
る。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施の形態を示す模式図であ
る。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施の形態を示す模式図であ
る。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6の実施の形態を示す模式図であ
る。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第7の実施の形態を示す模式図であ
る。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第8の実施の形態を示す模式図であ
る。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an eighth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第9の実施の形態を示す模式図であ
る。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a ninth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第10の実施の形態を示す模式図で
ある。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a tenth embodiment of the present invention.

【図13】図12に示す撮像装置の動作を説明するため
の図である。
13 is a diagram for explaining the operation of the imaging device shown in FIG.

【図14】従来のマイクロレンズ付固体撮像素子の構造
を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the structure of a conventional solid-state imaging device with microlenses.

【図15】先願発明の概略構成図である。FIG. 15 is a schematic configuration diagram of the invention of the prior application.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1の光電変換部上の開口部 1A…第2の光電変換部を持たない単位画素 2…第2の光電変換部上の開口部 2’…第3の光電変換部上の開口部 2A…第2の光電変換部を持つ単位画素 3…標準オンチップマイクロレンズ 4…第1の光電変換部に集光する標準外のオンチップマ
イクロレンズ 5…小さな標準オンチップマイクロレンズ 6…穴 7、8…切り欠き部を有するオンチップマイクロレンズ 9…Al膜 10…切り欠き部を有する標準オンチップマイクロレン
ズ 11…シリンドリカルレンズ 12…第1の光電変換部に集光する小さなオンチップマ
イクロレンズ 13…第2の光電変換部に集光するオンチップマイクロ
レンズ 14…小さな標準オンチップマイクロレンズ 15…第2の光電変換部に集光するオンチップマイクロ
レンズ 16…第1の光電変換部に集光する小さなオンチップマ
イクロレンズ 17…第2の光電変換部に集光するオンチップマイクロ
レンズ 18…第3の光電変換部に集光するオンチップマイクロ
レンズ 19…第2の光電変換部に集光するオンチップマイクロ
レンズ 100…光電変換部(BPD) 101…JFET 102…リセットドレイン(RSD) 103…転送ゲート(TG) 104…リセット用トランジスタ 105…RSDスルーホール 106…RSD電極 107…JFETソース電極 108…RSD開口部 1200…画像読み出し制御用MPU 1201…タイミングジェネレータ 1202…画像出力信号読み出し用ドライバ 1203…固体撮像素子 1204…画像出力信号増幅器 1205…A/D変換器 1206…開口率補正処理装置 1207…信号処理装置 1208…メモリコントローラ 1209…画像出力装置用インターフェース 1210…画像出力装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Opening on 1st photoelectric conversion part 1A ... Unit pixel without 2nd photoelectric conversion part 2 ... Opening on 2nd photoelectric conversion part 2 '... Opening on 3rd photoelectric conversion part 2A: Unit pixel having a second photoelectric conversion unit 3: Standard on-chip microlens 4: Non-standard on-chip microlens focused on the first photoelectric conversion unit 5: Small standard on-chip microlens 6: Hole 7 Reference numeral 8: On-chip micro lens having a notch 9: Al film 10: Standard on-chip micro lens having a notch 11: Cylindrical lens 12: Small on-chip micro lens 13 for condensing light on the first photoelectric converter 13 ... On-chip microlens for focusing on the second photoelectric converter 14 ... Small standard on-chip microlens 15 ... On-chip microlens for focusing on the second photoelectric converter 6 ... Small on-chip microlens for focusing on the first photoelectric conversion unit 17 ... On-chip microlens for focusing on the second photoelectric conversion unit 18 ... On-chip microlens for focusing on the third photoelectric conversion unit 19 ... On-chip microlens condensing on the second photoelectric conversion unit 100... Photoelectric conversion unit (BPD) 101... JFET 102... Reset drain (RSD) 103... Transfer gate (TG) 104. 106 ... RSD electrode 107 ... JFET source electrode 108 ... RSD opening 1200 ... MPU for image readout control 1201 ... Timing generator 1202 ... Driver for image output signal readout 1203 ... Solid-state image sensor 1204 ... Image output signal amplifier 1205 ... A / D conversion Unit 1206… Aperture ratio correction processor 1207… Signal processor 1208… Memory controller Troller 1209… Image output device interface 1210… Image output device

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも1つの画素に対して第1及び
第2の光電変換部を持ち、第1と第2の光電変換部は、
その入射光量に応じて互いに独立した信号出力を送出す
る固体撮像素子であって、第2の光電変換部を有する画
素については、第2の光電変換部の直上の領域にはオン
チップマイクロレンズを形成せず、それ以外の領域に第
1の光電変換部に集光するためのオンチップマイクロレ
ンズを形成し、第2の光電変換部を有しない画素につい
ては、第1の光電変換部に集光するためのオンチップマ
イクロレンズを、有効受光領域の概略全画素領域にわた
って形成してなることを特徴とするオンチップマイクロ
レンズ付固体撮像素子。
1. At least one pixel has first and second photoelectric conversion units, and the first and second photoelectric conversion units include:
An on-chip microlens is provided in a region immediately above the second photoelectric conversion unit for a pixel having a second photoelectric conversion unit, which is a solid-state imaging device that sends signal outputs independent of each other according to the amount of incident light. An on-chip microlens for condensing light on the first photoelectric conversion unit is formed in other areas without being formed, and pixels not having the second photoelectric conversion unit are collected on the first photoelectric conversion unit. A solid-state imaging device with an on-chip micro lens, wherein an on-chip micro lens for emitting light is formed over substantially the entire pixel area of the effective light receiving area.
【請求項2】 少なくとも1つの画素に対して第1及び
第2の光電変換部を持ち、第1と第2の光電変換部は、
その入射光量に応じて互いに独立した信号出力を送出す
る固体撮像素子であって、全有効画素におけるオンチッ
プマイクロレンズは、第1の光電変換部に集光するよう
に略同一形状として各画素中の略同一場所に設けられ、
かつ、各オンチップマイクロレンズは、第2の光電変換
部を有する画素において第2の光電変換部直上の領域に
はオンチップマイクロレンズが形成されないような形状
とされていることを特徴とするオンチップマイクロレン
ズ付固体撮像素子。
2. At least one pixel has first and second photoelectric conversion units, and the first and second photoelectric conversion units are:
A solid-state image sensor that sends signal outputs independent of each other in accordance with the amount of incident light. On-chip microlenses in all effective pixels have substantially the same shape so as to converge light on the first photoelectric conversion unit. Is provided in approximately the same place as
Further, each of the on-chip microlenses has a shape such that no on-chip microlens is formed in a region immediately above the second photoelectric conversion unit in a pixel having the second photoelectric conversion unit. Solid-state image sensor with chip micro lens.
【請求項3】 少なくとも1つの画素に対して第1及び
第2の光電変換部を持ち、第1と第2の光電変換部は、
その入射光量に応じて互いに独立した信号出力を送出す
る固体撮像素子であって、第2の光電変換部直上の領域
部分のみオンチップマイクロレンズを除去してなること
を特徴とするオンチップマイクロレンズ付固体撮像素
子。
3. At least one pixel has first and second photoelectric conversion units, and the first and second photoelectric conversion units include:
An on-chip micro-lens, wherein the on-chip micro-lens is a solid-state imaging device for transmitting independent signal outputs in accordance with the amount of incident light, wherein the on-chip micro-lens is removed only in a region immediately above the second photoelectric conversion unit. With solid-state imaging device.
【請求項4】 少なくとも1つの画素に対して第1及び
第2の光電変換部を持ち、第1と第2の光電変換部は、
その入射光量に応じて互いに独立した信号出力を送出す
る固体撮像素子であって、全有効画素におけるオンチッ
プマイクロレンズは、第1の光電変換部に集光するよう
に略同一形状として各画素中の略同一場所に設けられ、
かつ、各オンチップマイクロレンズの形状は、第2の光
電変換部直上の領域部分の前記オンチップマイクロレン
ズを除去した形状であることを特徴とするオンチップマ
イクロレンズ付固体撮像素子。
4. At least one pixel has first and second photoelectric conversion units, and the first and second photoelectric conversion units are:
A solid-state image sensor that sends signal outputs independent of each other in accordance with the amount of incident light. On-chip microlenses in all effective pixels have substantially the same shape so as to converge light on the first photoelectric conversion unit. Is provided in approximately the same place as
The on-chip microlens-mounted solid-state imaging device is characterized in that each on-chip microlens has a shape obtained by removing the on-chip microlens in a region immediately above the second photoelectric conversion unit.
【請求項5】 請求項3又は請求項4に記載のオンチッ
プマイクロレンズ付固体撮像素子であって、オンチップ
マイクロレンズが除去された穴の側壁に反射膜を形成し
たことを特徴とするオンチップマイクロレンズ付固体撮
像素子。
5. The on-chip microlens-equipped solid-state imaging device according to claim 3, wherein a reflection film is formed on a side wall of the hole from which the on-chip microlens has been removed. Solid-state image sensor with chip micro lens.
【請求項6】 請求項5に記載のオンチップマイクロレ
ンズ付固体撮像素子であって、反射膜がAl膜であること
を特徴とするオンチップマイクロレンズ付固体撮像素
子。
6. The solid-state imaging device with an on-chip microlens according to claim 5, wherein the reflection film is an Al film.
【請求項7】 請求項1から請求項6の内いずれか1項
に記載のオンチップマイクロレンズ付固体撮像素子であ
って、第1の光電変換部に集光するオンチップマイクロ
レンズがシリンドリカルレンズで、隣の画素同士の前記
シリンドリカルレンズが円柱の軸方向で繋がっていて、
分離していないことを特徴とするオンチップマイクロレ
ンズ付固体撮像素子。
7. The on-chip microlens-equipped solid-state imaging device according to claim 1, wherein the on-chip microlens for condensing light on the first photoelectric conversion unit is a cylindrical lens. In, the cylindrical lenses of adjacent pixels are connected in the axial direction of the cylinder,
A solid-state imaging device with an on-chip micro lens, which is not separated.
【請求項8】 前記請求項1から請求項7の内いずれか
1項に記載のオンチップマイクロレンズ付固体撮像素子
であって、第2の光電変換部の直上領域に、第1の光電
変換部に集光するように形成されたオンチップマイクロ
レンレンズとは別の、第2の光電変換部に集光するオン
チップマイクロレンズを付加形成したことを特徴とする
オンチップマイクロレンズ付固体撮像素子。
8. The solid-state imaging device with on-chip microlenses according to claim 1, wherein the first photoelectric conversion is provided in a region immediately above the second photoelectric conversion unit. A solid-state imaging device with an on-chip microlens, wherein an on-chip microlens for condensing light on a second photoelectric conversion unit is additionally formed in addition to an on-chip microlens lens formed to condense light on a portion element.
【請求項9】 少なくとも1つの画素に対して第1、第
2及び第3の光電変換部を持ち、各光電変換部は、その
入射光量に応じて互いに独立した信号出力を送出する固
体撮像素子であって、各光電変換部の受光面の上部に
は、それぞれの受光面に集光するためのオンチップマイ
クロレンズを、有効受光領域の概略全画素領域にわたっ
て形成してなることを特徴とするオンチップマイクロレ
ンズ付固体撮像素子。
9. A solid-state imaging device having first, second, and third photoelectric conversion units for at least one pixel, wherein each photoelectric conversion unit sends a signal output independent of each other according to the amount of incident light. An on-chip microlens for condensing light on each light receiving surface is formed over substantially the entire pixel region of the effective light receiving region on the light receiving surface of each photoelectric conversion unit. Solid-state image sensor with on-chip micro lens.
【請求項10】 少なくとも1つの画素に対して第1及
び第2の光電変換部を持ち、第1と第2の光電変換部
は、その入射光量に応じて互いに独立した信号出力を送
出する固体撮像素子であって、第2の光電変換部に集光
するオンチップマイクロレンズのみを形成してなること
を特徴とするオンチップマイクロレンズ付き固体撮像素
子。
10. A solid-state device having first and second photoelectric conversion units for at least one pixel, wherein the first and second photoelectric conversion units transmit signal outputs independent of each other in accordance with the amount of incident light. What is claimed is: 1. An image sensor, comprising: an on-chip micro lens having only an on-chip micro lens for condensing light on a second photoelectric conversion unit.
【請求項11】 請求項1、請求項3、請求項8又は請
求項9に記載のオンチップマイクロレンズ付固体撮像素
子であって、第1の光電変換部からの信号を、その実効
開口率に基づいて補正し、各画素の感度を調整する手段
を設けたことを特徴とするオンチップマイクロレンズ付
固体撮像素子。
11. The on-chip microlens-equipped solid-state imaging device according to claim 1,3, 8, or 9, wherein a signal from the first photoelectric conversion unit is converted into an effective aperture ratio. A solid-state imaging device with an on-chip microlens, comprising means for correcting the sensitivity of each pixel on the basis of the above, and adjusting the sensitivity of each pixel.
【請求項12】 請求項6に記載のオンチップマイクロ
レンズ付固体撮像素子の製造方法であって、固体撮像素
子本体部の上部にマイクロレンズを形成した後、フォト
リソグラフィにより第2の光電変換部直上の領域部分の
前記オンチップマイクロレンズを除去して穴を開け、Al
スパッタリングによりAl膜を穴の全面に蒸着し、その後
RIEによる異方性エッチングにより、穴の側壁のAl膜
のみを残すことを特徴とするオンチップマイクロレンズ
付固体撮像素子の製造方法。
12. The method for manufacturing a solid-state imaging device with an on-chip microlens according to claim 6, wherein the second photoelectric conversion unit is formed by photolithography after forming the microlens on the upper part of the solid-state imaging device main body. Remove the on-chip microlens in the area immediately above and make a hole,
A method for manufacturing a solid-state imaging device with an on-chip microlens, comprising: depositing an Al film on the entire surface of a hole by sputtering; and thereafter, leaving only the Al film on the side wall of the hole by anisotropic etching by RIE.
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Cited By (3)

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KR20030010148A (en) * 2001-07-25 2003-02-05 주식회사 하이닉스반도체 Image sensor
US6787824B2 (en) 2002-06-21 2004-09-07 Fuji Photo Film Co., Ltd. Solid-state image pick-up device
JP2008288449A (en) * 2007-05-18 2008-11-27 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Imaging apparatus

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