Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP6080494B2 - Solid-state imaging device and imaging system - Google Patents

Solid-state imaging device and imaging system Download PDF

Info

Publication number
JP6080494B2
JP6080494B2 JP2012237267A JP2012237267A JP6080494B2 JP 6080494 B2 JP6080494 B2 JP 6080494B2 JP 2012237267 A JP2012237267 A JP 2012237267A JP 2012237267 A JP2012237267 A JP 2012237267A JP 6080494 B2 JP6080494 B2 JP 6080494B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
photoelectric conversion
solid
imaging device
state imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012237267A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014086699A (en
Inventor
太朗 加藤
太朗 加藤
小林 広明
広明 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2012237267A priority Critical patent/JP6080494B2/en
Priority to US14/051,904 priority patent/US9093345B2/en
Publication of JP2014086699A publication Critical patent/JP2014086699A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6080494B2 publication Critical patent/JP6080494B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Description

本発明は、固体撮像装置および撮像システムに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging system.

裏面照射型の固体撮像装置は、一般に、光電変換部の厚さが表面照射型より薄いため、入射した光(特に、波長が長い光)は光電変換部において十分に吸収されずに透過しうる。特許文献1および特許文献2には、光電変換部を透過した光を当該光電変換部に向けて反射させる反射部が曲率を有する構造が開示されている。特許文献1の構造によると、マイクロレンズ(110)は入射光を光電変換部(130)の内部に集光させ、曲率を有する反射部(150)は反射光を光電変換部の内部に集光させている。また、特許文献2の構造によると、固体撮像装置に対して垂直に入射した光(L1およびL3)は、反射部(128)の表面(126)において集光されている。   In general, a back-illuminated solid-state imaging device has a photoelectric conversion portion thinner than a front-illumination type, so that incident light (particularly light having a long wavelength) can be transmitted without being sufficiently absorbed by the photoelectric conversion portion. . Patent Documents 1 and 2 disclose a structure in which a reflection part that reflects light transmitted through a photoelectric conversion part toward the photoelectric conversion part has a curvature. According to the structure of Patent Document 1, the microlens (110) condenses incident light inside the photoelectric conversion unit (130), and the reflection unit (150) having a curvature condenses the reflected light inside the photoelectric conversion unit. I am letting. Further, according to the structure of Patent Document 2, light (L1 and L3) incident perpendicularly to the solid-state imaging device is collected on the surface (126) of the reflecting section (128).

特開2010−118412号公報JP 2010-1118412 A 米国特許第7755123号公報U.S. Pat. No. 7,755,123

反射部による光の反射効率を向上させ、光感度を向上させるために、面積の大きい反射部を配置する方法が考えられるが、電源供給用、画素駆動用ないし信号読出用の配線パターンを配置することが難しくなる。よって、反射部は、レイアウト設計の観点から、その大きさを抑えつつ配置されることが望ましい。   In order to improve the light reflection efficiency by the reflection part and improve the photosensitivity, a method of arranging a reflection part with a large area can be considered, but wiring patterns for power supply, pixel driving or signal reading are arranged. It becomes difficult. Therefore, it is desirable to arrange the reflecting portion while suppressing its size from the viewpoint of layout design.

しかしながら、小面積の反射部を配置した構成の下では、特許文献1のように、入射光の集光位置が光電変換部の内部に位置するように固体撮像装置を設計すると、入射光のうち、反射部において反射されないことによって迷光が生じる。このことは、隣接画素の間で混色をもたらしうる。また、同構成の下では、特許文献2のように、集光位置が反射部の表面に位置するように固体撮像装置を設計すると、反射部からの反射光のうち、隣接画素に向かって進む光が存在し、これが混色をもたらしうる。   However, under a configuration in which a small-area reflecting unit is arranged, as in Patent Document 1, if the solid-state imaging device is designed so that the condensing position of incident light is located inside the photoelectric conversion unit, of the incident light, The stray light is generated by not being reflected at the reflecting portion. This can lead to color mixing between adjacent pixels. Under the same configuration, as in Patent Document 2, when the solid-state imaging device is designed so that the condensing position is located on the surface of the reflecting portion, the reflected light from the reflecting portion proceeds toward the adjacent pixel. There is light and this can lead to color mixing.

本発明の目的は、裏面照射型の固体撮像装置において、混色を防ぎつつ光感度を向上させるレイアウト設計に有利な技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique advantageous in layout design for improving light sensitivity while preventing color mixing in a back-illuminated solid-state imaging device.

本発明の一つの側面は固体撮像装置にかかり、前記固体撮像装置は、互いに反対側の面である第1面および第2面を有する半導体層と、前記半導体層の前記第1面の側に設けられた第1領域と、前記半導体層の前記第2面の側に設けられた第2領域と、を備える固体撮像装置であって、前記半導体層には複数の光電変換部が配列されており、前記第1領域には、各々が光を集束する複数のレンズ部が前記第1面に沿って配列されており、前記第2領域には、各々が光を反射する複数の反射部が前記第面に沿って配列されており、前記固体撮像装置は、前記レンズ部を経て前記第1面の側から前記光電変換部へ入射した光束が、前記第2面を通過し前記反射部の反射面で反射されて、前記第2面の側から前記光電変換部へ入射する画素を含み、前記光束が、前記画素において、前記光電変換部を通過して前記反射部の前記反射面で前記光電変換部に向かって反射された後、かつ、前記光電変換部に再び入射する前に、焦点を結ぶ構造を有することを特徴とする。
One aspect of the present invention relates to a solid-state imaging device, and the solid-state imaging device includes a semiconductor layer having first and second surfaces that are opposite to each other, and a semiconductor layer on the first surface side of the semiconductor layer. A solid-state imaging device comprising: a first region provided; and a second region provided on the second surface side of the semiconductor layer, wherein a plurality of photoelectric conversion units are arranged in the semiconductor layer In the first region, a plurality of lens portions each for focusing light are arranged along the first surface, and in the second region, a plurality of reflection portions for reflecting light are provided. The solid-state imaging device is arranged along the second surface, and in the solid-state imaging device, a light beam incident on the photoelectric conversion unit from the first surface side through the lens unit passes through the second surface and the reflection unit. A pixel that is reflected by the reflective surface of the light and enters the photoelectric conversion unit from the second surface side. The light beam is in the pixel, is reflected toward the photoelectric conversion unit by the reflecting surface of the reflecting portion passes through the photoelectric conversion unit, and, before re-entering the photoelectric conversion unit, the focus It has the structure which ties.

本発明によれば、裏面照射型の固体撮像装置において、混色を防ぎつつ光感度を向上させるレイアウト設計を可能にする。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the layout design which improves a photosensitivity is possible, preventing a color mixture in a back irradiation type solid-state imaging device.

本実施形態の構成例を説明する図。The figure explaining the structural example of this embodiment. 本実施形態の構成例を説明する図。The figure explaining the structural example of this embodiment. 他の構成例との比較結果を説明する図。The figure explaining the comparison result with another structural example. 他の実施形態の構成例を説明する図。The figure explaining the structural example of other embodiment.

図1および2を参照しながら、第1実施形態の固体撮像装置Iを説明する。固体撮像装置Iは、図1(a)に示されるように、裏面照射型の構造を有しており、光の入射側の面である前面Aと、その反対側の面である後面Bとを有する。固体撮像装置Iは前面Aから後面Bに向かって、光学領域10、半導体領域20、および配線領域30を含む。半導体領域20は、表面C(第2面)と裏面D(第1面)とを有する半導体層22を含む。固体撮像装置Iは、各々が光学領域10の一部と、半導体領域20の一部と、配線領域30の一部とで構成された画素Pが光の入射面である前面Aの延在方向に沿って配列されて構成される。後面Bの側には支持基板40が配されている。   The solid-state imaging device I according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1A, the solid-state imaging device I has a back-illuminated structure, and includes a front surface A that is a light incident surface and a rear surface B that is the opposite surface. Have The solid-state imaging device I includes an optical region 10, a semiconductor region 20, and a wiring region 30 from the front surface A toward the rear surface B. The semiconductor region 20 includes a semiconductor layer 22 having a front surface C (second surface) and a back surface D (first surface). In the solid-state imaging device I, the extending direction of the front surface A in which the pixels P each including a part of the optical region 10, a part of the semiconductor region 20, and a part of the wiring region 30 are light incident surfaces. Arranged along the line. A support substrate 40 is disposed on the rear surface B side.

光学領域10は、前面Aを成すマイクロレンズアレイ11を含む(第1領域)。マイクロレンズアレイ11は、各々が光を集束する複数のレンズ部が裏面Dに沿って配されて構成される。また、光学領域10は、光を透過させる材料(例えば、酸化シリコンや窒化シリコン)で構成された中間膜12(光透過部ないし光通過部)を含みうる。また、さらに、光学領域10は、マイクロレンズアレイ11と中間膜12との間に配されたカラーフィルタアレイ13を含む。   The optical region 10 includes a microlens array 11 that forms the front surface A (first region). The microlens array 11 is configured by arranging a plurality of lens portions, each focusing light, along the back surface D. The optical region 10 can include an intermediate film 12 (light transmission portion or light passage portion) made of a material that transmits light (for example, silicon oxide or silicon nitride). Further, the optical region 10 includes a color filter array 13 disposed between the microlens array 11 and the intermediate film 12.

中間膜12は、半導体領域20とマイクロレンズアレイ11との距離を調整する役割を有しうる。また、中間膜12は、保護膜(パッシベーション膜)や反射防止膜、平坦化膜としての役割も有しうる。中間膜12は、単層膜であってもよいし、多層膜であってもよい。   The intermediate film 12 can have a role of adjusting the distance between the semiconductor region 20 and the microlens array 11. The intermediate film 12 can also serve as a protective film (passivation film), an antireflection film, and a planarization film. The intermediate film 12 may be a single layer film or a multilayer film.

半導体領域20の半導体層22には、複数の光電変換部21が表面Cおよび裏面Dに沿って配されている。典型的な光電変換部21はP型不純物領域とN型不純物領域とを有するフォトダオードである。前面Aから入射して光学領域10を通過した光は、裏面Dから半導体層22に入射し、光電変換部21において光電変換が為され、入射光量に応じた電気信号が得られる。   In the semiconductor layer 22 of the semiconductor region 20, a plurality of photoelectric conversion portions 21 are arranged along the front surface C and the back surface D. A typical photoelectric conversion unit 21 is a photodiode having a P-type impurity region and an N-type impurity region. The light that has entered from the front surface A and passed through the optical region 10 enters the semiconductor layer 22 from the back surface D, undergoes photoelectric conversion in the photoelectric conversion unit 21, and an electrical signal corresponding to the amount of incident light is obtained.

半導体領域20は、光電変換部21以外にトランジスタなどの半導体素子を含む。半導体領域20は、MOSトランジスタを構成するべく、半導体層22の表面Cの上に設けられたゲート電極をも含みうる。また、半導体領域20は光電変換部21や半導体素子などを電気的に分離する素子分離を含みうる。   The semiconductor region 20 includes a semiconductor element such as a transistor in addition to the photoelectric conversion unit 21. The semiconductor region 20 can also include a gate electrode provided on the surface C of the semiconductor layer 22 to form a MOS transistor. Further, the semiconductor region 20 may include element isolation that electrically isolates the photoelectric conversion unit 21 and the semiconductor element.

また、配線領域30は、例えば、SiOで構成された層間絶縁膜33の内部に形成され、アルミニウムや銅等の金属材料で構成された配線パターン31を含む。配線パターン31は、例えば、電源を供給するために用いられ、又は、各種トランジスタを駆動して信号を読み出すために用いられる。 Further, the wiring region 30 includes, for example, a wiring pattern 31 formed inside an interlayer insulating film 33 made of SiO 2 and made of a metal material such as aluminum or copper. The wiring pattern 31 is used, for example, for supplying power or driving various transistors to read out signals.

図1(b)は、固体撮像装置Iのレイアウト上面図を模式的に示している。複数の画素Pは、複数の種類で構成されうる。各画素Pの種類は、例えば、当該画素Pにおけるカラーフィルタアレイ13の光選択部が異なる。青色光(波長λ=430〜480[nm]程度)を選択的に透過する青色光選択部(青色フィルタ)に対応する画素を青色画素Pとする。緑色光(波長λ=500〜570[nm]程度)を選択的に透過する緑色光選択部(緑色フィルタ)に対応する画素を緑色画素Pとする。赤色光(波長λ=610〜780[nm]程度)を選択的に透過する赤色光選択部(赤色フィルタ)に対応する画素を赤色画素Pとする。これら青色フィルタ、緑色フィルタ、赤色フィルタはベイヤ配列に従って配列することができる。なお、図1(a)および(b)では、説明の簡易化のために3種類のまたは4つの画素Pを例示している。 FIG. 1B schematically shows a layout top view of the solid-state imaging device I. The plurality of pixels P can be composed of a plurality of types. The type of each pixel P differs, for example, in the light selection section of the color filter array 13 in the pixel P. A pixel corresponding to a blue light selection unit (blue filter) that selectively transmits blue light (wavelength λ R = about 430 to 480 [nm]) is a blue pixel P B. Green light (wavelength λ G = 500~570 [nm] C.) a green light selecting unit for selectively transmitting a corresponding pixel (green filter) and green pixel P G. Red light selecting unit that selectively transmits red light (wavelength λ R = 610~780 [nm] about) the pixel corresponding to the (red filter) and red pixel P R. These blue filter, green filter, and red filter can be arranged according to a Bayer arrangement. In FIGS. 1A and 1B, three or four pixels P are illustrated for ease of explanation.

各画素Pには、光電変換部21に対応して、当該電気信号を読み出すためのトランジスタ(画素トランジスタ)が配されている。画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタMTX、リセットトランジスタMRES、ソースフォロワトランジスタMSFを含む。転送トランジスタMTXのゲート端子には制御信号TXを伝達する信号線が接続されうる。制御信号TXが活性化されると、転送トランジスタMTXにより、光電変換部21において受光によって発生し蓄積された電荷が、フローティングディフュージョンFDに転送される。ソースフォロワトランジスタMSFに流れる電流量は、フローティングディフュージョンFDに転送された電荷による電位変動に応じて変化しうる。このようにして、各画素Pから画素信号が読み出されうる。リセットトランジスタMRESのゲート端子には、制御信号RESを伝達する信号線が接続されうる。制御信号RESが活性化されると、リセットトランジスタMRESはフローティングディフュージョンFDの電位をリセットしうる。また、各画素Pには、画素信号の出力を選択的に行うために選択トランジスタ(不図示)が配されてもよい。なお、図1(a)には、転送トランジスタMTXのゲート電極GTXを例示している。 Each pixel P is provided with a transistor (pixel transistor) for reading out the electric signal corresponding to the photoelectric conversion unit 21. The pixel transistor includes, for example, a transfer transistor M TX , a reset transistor M RES , and a source follower transistor M SF . A signal line for transmitting the control signal TX can be connected to the gate terminal of the transfer transistor MTX . When the control signal TX is activated, the transfer transistor MTX transfers the electric charge generated and stored by receiving light in the photoelectric conversion unit 21 to the floating diffusion FD. The amount of current flowing through the source follower transistor M SF may vary depending on the potential change due to charges transferred to the floating diffusion FD. In this way, a pixel signal can be read from each pixel P. A signal line for transmitting the control signal RES can be connected to the gate terminal of the reset transistor MRES . When the control signal RES is activated, the reset transistor MRES can reset the potential of the floating diffusion FD. Each pixel P may be provided with a selection transistor (not shown) for selectively outputting a pixel signal. Incidentally, in FIG. 1 (a) illustrates a gate electrode G TX of the transfer transistor M TX.

裏面照射型の固体撮像装置は、一般に、表面照射型と比較して、半導体層22の厚さが薄く、1〜10[μm]であり、2〜5[μm]程度である。よって、例えば、赤色光のように波長が長い光については、裏面Dから半導体層22に入射した光のうちの一部は光電変換されずに透過しうる。シリコン単結晶に対して、波長が700[nm]の赤色光の半分が吸収される深さは3[μm]である。つまり、3[μm]のシリコン層に入射した赤色光はその半分がシリコン層を透過する。そこで、例えば、赤色画素Pについては、図1(a)の左側および中央に示した画素Pのように、配線領域30に反射部32を配置するとよい(第2領域)。 In the backside illumination type solid-state imaging device, the thickness of the semiconductor layer 22 is generally smaller than that of the front side illumination type, being about 1 to 10 [μm] and about 2 to 5 [μm]. Therefore, for example, for light having a long wavelength such as red light, a part of the light incident on the semiconductor layer 22 from the back surface D can be transmitted without being subjected to photoelectric conversion. The depth at which half of the red light having a wavelength of 700 [nm] is absorbed is 3 [μm] with respect to the silicon single crystal. That is, half of the red light incident on the 3 [μm] silicon layer is transmitted through the silicon layer. Therefore, for example, for the red pixel P R, the left and so on of the pixel P shown at the center, it may be arranged a reflector unit 32 in the wiring region 30 (second region) in FIG. 1 (a).

反射部32は、第1層目の配線層(半導体層22に最も近い配線層)または第2層目以上の配線層に形成されてもよいし、配線パターン31を形成するための配線層とは異なる層に形成されてもよい。反射率を向上するために、反射部32の反射面Rをアルミニウムで構成することが好ましい。配線層の材料にはアルミニウムよりも導電率の高い銅を用い、反射部32の材料には銅よりも反射率の高いアルミニウムを用いることもできる。緑色画素Pについては、緑色光に対する感度が、赤色光や青色光に対する感度に比べて、固体撮像装置で得られる画質に大きく影響することから、反射部32を設けることが好ましい。 The reflection part 32 may be formed in the first wiring layer (wiring layer closest to the semiconductor layer 22) or the second or higher wiring layer, or a wiring layer for forming the wiring pattern 31. May be formed in different layers. In order to improve the reflectance, it is preferable that the reflecting surface R of the reflecting portion 32 is made of aluminum. The wiring layer can be made of copper having a higher conductivity than aluminum, and the reflecting portion 32 can be made of aluminum having a higher reflectance than copper. The green pixel P G, sensitivity to green light, as compared with the sensitivity to the red light and blue light, since it greatly affects the resulting image quality in the solid-state imaging device, it is preferable to provide the reflecting portion 32.

青色画素Pについては、反射部32を設ける構成にしてもよいが、反射部32を省略して、例えば代わりに、必要に応じて配線パターンを配置することもできる。これは、青色光のように波長が短い光については、裏面Dから半導体層22に入射した光のうちの一部が表面Cに達する前に半導体層22に吸収され、半導体層22をほとんど透過しないためである。シリコン単結晶に対して、波長が460[nm]の青色光の半分が吸収される深さは約0.3[μm]である。反射部32を必要としない青色画素Pに、反射部として機能しうる金属パターンを、半導体層22からの距離が反射部32と等しい位置に設けることも考えられる。しかし、ほかの色の画素からの迷光が青色画素Pの金属パターンで反射し、混色の原因となることが考えらえる。そのため、青色画素Pでは半導体層22からの距離が反射部32と等しい位置には金属パターンを存在させないか、ほかの色の画素の反射部32に比べて金属パターンの面積を小さくして、反射部32を省略することが好ましい。 The blue pixel P B may be configured to be provided with the reflective portion 32, but the reflective portion 32 may be omitted, and instead, for example, a wiring pattern may be arranged as necessary. For light having a short wavelength such as blue light, a part of the light incident on the semiconductor layer 22 from the back surface D is absorbed by the semiconductor layer 22 before reaching the front surface C, and is almost transmitted through the semiconductor layer 22. It is because it does not. The depth at which half of the blue light having a wavelength of 460 [nm] is absorbed is about 0.3 [μm] with respect to the silicon single crystal. It is also conceivable that a metal pattern that can function as a reflection portion is provided on the blue pixel P B that does not require the reflection portion 32 at a position where the distance from the semiconductor layer 22 is equal to the reflection portion 32. However, it is conceivable that stray light from pixels of other colors is reflected by the metal pattern of the blue pixel P B and causes color mixing. Therefore, in the blue pixel P B , the metal pattern does not exist at a position where the distance from the semiconductor layer 22 is equal to the reflection part 32, or the area of the metal pattern is made smaller than the reflection part 32 of the pixels of other colors, It is preferable to omit the reflection part 32.

反射部32が設けられた赤色画素P(および緑色画素P)では、マイクロレンズアレイ11のレンズ部を経て形成された光束が半導体層22の裏面Dから光電変換部21へ入射する。上述したように、この光束は半導体層22を透過しうる。本実施形態では、反射部32の反射面Rは半導体層22から離れて位置している。そして、半導体層22の表面Cから出射した光束は、層間絶縁膜33の、反射部32と半導体層22との間の部分(表面Cと反射面Rの間の部分)である中間部333を透過して、光電変換部21から反射部32へ向かう。光束は反射部32の反射面で反射されて、反射部32から光電変換部21へ向かう。そして、半導体層22の表面から光電変換部21へ入射する。このように、裏面Dを通過した後に表面Cを通過し、反射面Rで反射され、再び表面Cを通過する光束が存在しうる。この光束について、図2(図2(a)および(b))を用いてより詳細に説明する。 In the red pixel P R (and the green pixel P G ) provided with the reflection unit 32, the light beam formed through the lens unit of the microlens array 11 enters the photoelectric conversion unit 21 from the back surface D of the semiconductor layer 22. As described above, this light beam can pass through the semiconductor layer 22. In the present embodiment, the reflecting surface R of the reflecting portion 32 is located away from the semiconductor layer 22. The light beam emitted from the surface C of the semiconductor layer 22 passes through the intermediate portion 333 that is a portion of the interlayer insulating film 33 between the reflecting portion 32 and the semiconductor layer 22 (a portion between the surface C and the reflecting surface R). The light is transmitted from the photoelectric conversion unit 21 toward the reflection unit 32. The light beam is reflected by the reflection surface of the reflection unit 32 and travels from the reflection unit 32 to the photoelectric conversion unit 21. Then, the light enters the photoelectric conversion unit 21 from the surface of the semiconductor layer 22. In this way, there may be a light flux that passes through the surface C after passing through the back surface D, is reflected by the reflecting surface R, and passes through the surface C again. This light beam will be described in more detail with reference to FIG. 2 (FIGS. 2A and 2B).

図2は、層間絶縁膜33の、反射部32と半導体層22との間に位置する部分の近傍の拡大図である。図2の一点鎖線は光電変換部21から反射部32へ向かう光束(以下、往路光束と称する)の輪郭を示している。図2の二点鎖線は反射部32から光電変換部21へ向かう光束(以下、復路光束と称する)の輪郭を示している。往路光束と復路光束は、ポインティングベクトルが逆向きの光束である。往路光束の、半導体層22の表面Cにおける断面積をS1とする。往路光束の、中間部333における断面積をS2とする。往路光束(および復路光束)の、反射面Rにおける断面積をS3とする。復路光束の、中間部333における断面積をS4とする。復路光束の、半導体層22の表面Cにおける断面積をS5とする。   FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of a portion of the interlayer insulating film 33 located between the reflecting portion 32 and the semiconductor layer 22. The dashed-dotted line in FIG. 2 indicates the outline of a light beam (hereinafter referred to as an outward light beam) from the photoelectric conversion unit 21 toward the reflection unit 32. A two-dot chain line in FIG. 2 indicates an outline of a light beam (hereinafter referred to as a return light beam) traveling from the reflection unit 32 to the photoelectric conversion unit 21. The forward beam and the return beam are beams whose pointing vectors are opposite to each other. Let S1 be the cross-sectional area of the surface beam C of the semiconductor layer 22 of the outward light flux. Let S2 be the cross-sectional area of the forward light flux at the intermediate portion 333. Let S3 be the cross-sectional area of the outgoing beam (and the returning beam) at the reflecting surface R. Let S4 be the cross-sectional area of the return beam at the intermediate portion 333. The cross-sectional area of the return path light beam on the surface C of the semiconductor layer 22 is S5.

図2では便宜的に光束の幅に相当する部分を断面積として示している。反射部32を含む赤色画素P(および緑色画素P)は、反射面Rにおける往路光束の断面積S3が、中間部333における往路光束の断面積S2よりも小さく、中間部333における復路光束の断面積S4よりも大きくなる構造(S2>S3>S4)を有する。また、復路光束の表面Cにおける断面積S5が、表面Cにおける往路光束の断面積S1よりも小さい(S1>S5)。上述において、図2(a)は、S4<S3かつS4<S5となるものを示している。また、図2(b)は、S3>S4>S5となるものを示している。また、表面Cにおける復路光束の断面積S5が、反射面Rにおける復路光束の断面積S3よりも小さい(S3>S5)とよい。これにより、復路光束が往路光束とは別の光電変換部21に入射することに起因する混色が抑制されうる。 In FIG. 2, a portion corresponding to the width of the light beam is shown as a cross-sectional area for convenience. In the red pixel P R (and the green pixel P G ) including the reflection part 32, the cross-sectional area S3 of the outward light flux in the reflection surface R is smaller than the cross-sectional area S2 of the outward light flux in the intermediate part 333, and the return light flux in the intermediate part 333. It has a structure (S2>S3> S4) that is larger than the cross-sectional area S4. Further, the cross-sectional area S5 of the return light beam on the surface C is smaller than the cross-sectional area S1 of the forward light beam on the surface C (S1> S5). In the above description, FIG. 2A shows a case where S4 <S3 and S4 <S5. FIG. 2 (b) shows that S3>S4> S5. The cross-sectional area S5 of the return light beam on the surface C is preferably smaller than the cross-sectional area S3 of the return light beam on the reflecting surface R (S3> S5). As a result, color mixing caused by the return light beam entering the photoelectric conversion unit 21 different from the forward light beam can be suppressed.

固定撮像装置Iでは、半導体層22の表面C側(第2面の側)に電源供給用、画素駆動用または信号読出用の配線が設けられる。そのため、表面Cの全面積と同程度の大きさの反射面Rを有する反射部を設けることは困難である。反射部を複数に分けて設ければ、それら反射部の間に上述した配線を構成する配線パターンやプラグを配置することができる。複数種類の画素に渡って、比較的大面積の反射面を有する複数の反射部を設けることもできる。光電変換部21に対して面積の大きい反射面を有する反射部32を複数の画素にわたって配置することによって入射光の利用効率は向上し、固体撮像装置Iの光感度が向上しうるが、または配線レイアウトの制約が生じることに加えて、迷光による混色も増加しうる。よって、反射部32は、その面積S0を極力小さくすることが好ましい。反射面Rの面積S0は、往路光束の表面Cにおける断面積S1よりも大きい(S0>S1)ことが好ましい。   In the fixed imaging device I, wiring for supplying power, driving pixels, or reading signals is provided on the surface C side (second surface side) of the semiconductor layer 22. For this reason, it is difficult to provide a reflecting portion having a reflecting surface R having the same size as the entire area of the surface C. If the reflection part is divided and provided, a wiring pattern or a plug constituting the wiring described above can be arranged between the reflection parts. A plurality of reflecting portions having a relatively large reflecting surface can be provided over a plurality of types of pixels. By arranging the reflection part 32 having a reflection surface having a large area with respect to the photoelectric conversion part 21 over a plurality of pixels, the utilization efficiency of incident light can be improved and the photosensitivity of the solid-state imaging device I can be improved. In addition to layout constraints, color mixing due to stray light can also increase. Therefore, it is preferable that the reflection part 32 has the area S0 as small as possible. The area S0 of the reflection surface R is preferably larger than the cross-sectional area S1 on the surface C of the outward light beam (S0> S1).

図3(a)では、集光点Xの位置が互いに異なる5つの例を示している。
第1例は、S1<S2<S3の関係を例示している。即ち、第1例は、集光点Xが光電変換部21の内部に形成される場合を模式的に示している。第2例は、S2<S1かつS2<S3の関係を例示しており、第2例は、集光点Xが光電変換部21と反射部32との間に形成される場合を模式的に示している。即ち、第2例は、中間部333の少なくとも一部においてS2<S1かつS2<S3が成立する場合を示す。第3例は、S1>S2>S3の関係が成り立つ場合のうち、集光点Xが反射部32の表面に形成されるものを模式的に示している。
FIG. 3A shows five examples in which the positions of the condensing points X are different from each other.
The first example illustrates the relationship of S1 <S2 <S3. That is, the first example schematically shows a case where the condensing point X is formed inside the photoelectric conversion unit 21. The second example illustrates the relationship of S2 <S1 and S2 <S3, and the second example schematically illustrates a case where the condensing point X is formed between the photoelectric conversion unit 21 and the reflection unit 32. Show. That is, the second example shows a case where S2 <S1 and S2 <S3 are satisfied in at least a part of the intermediate portion 333. The third example schematically shows a case where the condensing point X is formed on the surface of the reflecting portion 32 in the case where the relationship of S1>S2> S3 is established.

第4例は、S1>S2>S3の関係が成り立つ場合のうち、S2>S3>S4が成立し、S4<S3かつS4<S5となるもの(即ち、集光点Xが光電変換部21と反射部32との間に形成される場合)を模式的に示している。ここで、S4<S3かつS4<S5は、中間部333の少なくとも一部において成立する場合を示す。第5例は、S1>S2>S3の関係が成り立つ場合のうち、S2>S3>S4が成立し、S3>S4>S5となるもの(即ち、集光点Xが光電変換部21の内部に形成される場合)を模式的に示している。   In the fourth example, among the cases where the relationship of S1> S2> S3 holds, S2> S3> S4 is satisfied, and S4 <S3 and S4 <S5 (that is, the condensing point X is the same as the photoelectric conversion unit 21). The case where it is formed between the reflecting portions 32) is schematically shown. Here, S4 <S3 and S4 <S5 indicate a case where at least a part of the intermediate portion 333 is satisfied. In the fifth example, among the cases where the relationship of S1> S2> S3 holds, S2> S3> S4 is established, and S3> S4> S5 (that is, the condensing point X is inside the photoelectric conversion unit 21). (When formed) is schematically shown.

集光点Xは、垂直入射光の光束の断面積が、当該光が光学領域10を通過した後、かつ、反射部32において反射される前または反射された時に、最も小さくなる点を示している。同様に、集光点Yは、斜入射光の光束の断面積が、当該光が光学領域10を通過した後、かつ、反射部32において反射される前または反射された時に、最も小さくなる点を示している。集光点XまたはYは、垂直入射光または斜入射光の光束の断面積が、固体撮像装置Iの全体の光学系によって最も小さくなる点である。上述の光束の断面積の大小関係は、垂直入射光においてのみならず、斜入射光においても同様に成立しうる。   The condensing point X indicates a point where the cross-sectional area of the light flux of the normal incident light becomes the smallest after the light passes through the optical region 10 and before or is reflected by the reflecting portion 32. Yes. Similarly, the condensing point Y is the point at which the cross-sectional area of the light beam of obliquely incident light becomes the smallest after the light passes through the optical region 10 and before or is reflected by the reflecting portion 32. Is shown. The condensing point X or Y is a point at which the cross-sectional area of the light beam of the normal incident light or the oblique incident light becomes the smallest by the entire optical system of the solid-state imaging device I. The magnitude relation of the cross-sectional area of the light beam described above can be similarly established not only in vertically incident light but also in obliquely incident light.

集光点XまたはYの位置は、マイクロレンズアレイ11の1つのレンズ部の焦点距離のみによって決定されるものではない。即ち、垂直入射光または斜入射光は光学系を構成する部材の各界面において屈折し、当該光が反射部32において反射される前または反射された時に、その光束の断面積が最も小さくなった点を集光点XまたはYとする。裏面Cや表面Dでの屈折は、集光点X、Yの位置に大きな影響を与えうる。これは、絶縁体層に用いられる酸化シリコンまたは窒化シリコンと半導体層に用いられるシリコンとの屈折率差が、酸化シリコンと窒化シリコンとの屈折率差に比べて大きいためである。なお、裏面Cは光学領域10と半導体領域20との界面でありうる。表面Dは、半導体領域20と配線領域30との界面でありうる。   The position of the condensing point X or Y is not determined only by the focal length of one lens portion of the microlens array 11. That is, the normal incident light or the oblique incident light is refracted at each interface of the members constituting the optical system, and the cross-sectional area of the light beam becomes the smallest when the light is reflected or reflected by the reflecting portion 32. Let the point be the condensing point X or Y. Refraction at the back surface C and the front surface D can greatly affect the positions of the condensing points X and Y. This is because the refractive index difference between silicon oxide or silicon nitride used for the insulator layer and silicon used for the semiconductor layer is larger than the refractive index difference between silicon oxide and silicon nitride. Note that the back surface C may be an interface between the optical region 10 and the semiconductor region 20. The surface D can be an interface between the semiconductor region 20 and the wiring region 30.

図3(b)は、垂直入射光および斜入射光のそれぞれについて、固体撮像装置Iにおいて隣接する画素との間で生じる混色率の計算結果を示している。ここでは、垂直入射光は、表面Cに対して垂直な方向から入射面である前面Aに入射した光(入射角0°)を例示し、斜入射光は、表面Cに対して斜めの方向から入射面である前面Aに入射した光(入射角15°)を例示している。同様にして、図3(c)は、垂直入射光および斜入射光のそれぞれについて、固体撮像装置Iの光の感度の計算結果を示している。これらの計算結果は、波長λ=550[nm]の緑色光について例示している。   FIG. 3B shows the calculation result of the color mixture ratio generated between adjacent pixels in the solid-state imaging device I for each of the normal incident light and the oblique incident light. Here, the normal incident light exemplifies light (incident angle 0 °) incident on the front surface A that is the incident surface from a direction perpendicular to the surface C, and the oblique incident light is in a direction oblique to the surface C. The light (incident angle 15 degrees) which injected into the front surface A which is an incident surface is illustrated. Similarly, FIG. 3C shows calculation results of the light sensitivity of the solid-state imaging device I for each of the vertically incident light and the obliquely incident light. These calculation results illustrate green light having a wavelength λ = 550 [nm].

ここで、第1例〜第3例においては、垂直入射光は反射部32において画素Pの外側に向かって反射されるため、隣接画素に入射する迷光が生じ、隣接画素との間で混色をもたらしうる。   Here, in the first to third examples, since the vertical incident light is reflected toward the outside of the pixel P by the reflection unit 32, stray light incident on the adjacent pixel is generated, and color mixing is performed between the adjacent pixels. Can bring.

また、前述のとおり、反射部32の面積は極力小さいことが好ましい。しかし、第1例のように集光点X、Yが半導体層22内にあると、反射面Rの近傍での光束の断面積が反射面Rの面積S0を上回り、反射部32で反射されない光が生じうる。また、斜入射光の集光点Yは垂直入射光の集光点Xからずれるため、反射面Rを外す光の割合が増加してしまう。その結果、第1例によると、斜入射光のうち反射部32において反射されない光が多くなってしまい、光感度を低下させうる。   Further, as described above, the area of the reflecting portion 32 is preferably as small as possible. However, when the condensing points X and Y are in the semiconductor layer 22 as in the first example, the cross-sectional area of the light flux near the reflecting surface R exceeds the area S0 of the reflecting surface R and is not reflected by the reflecting portion 32. Light can be generated. Further, since the condensing point Y of obliquely incident light is shifted from the condensing point X of vertically incident light, the ratio of light that removes the reflecting surface R increases. As a result, according to the first example, the amount of light that is not reflected by the reflecting portion 32 in the oblique incident light increases, and the photosensitivity can be lowered.

また、第3例においては、斜入射光が反射部32において反射されなくなってしまい、光感度を低下させる場合がある。第3例では反射面Rにおける光束の断面積S3がきわめて小さいため、わずかでも反射面Rを外すと光のほとんどが反射されないことになるからである。   In the third example, obliquely incident light is not reflected by the reflecting section 32, and the photosensitivity may be lowered. This is because in the third example, since the cross-sectional area S3 of the light beam on the reflecting surface R is very small, most of the light is not reflected if the reflecting surface R is removed even a little.

一方、第4例および第5例においては、垂直入射光は反射部32において画素Pの内側(ないし光電変換部21の内部)に向かって反射されるため、隣接画素との間で混色を抑制する。特に、第4比較例においては、入射光および反射光の光電変換部21における光電変換の効率が最も良く、固体撮像装置Iの光感度が向上するという結果が得られた。また、斜入射光についても、上記構造の下では、当該光は反射部32において光電変換部21に向かって効果的に反射され、光感度の低下を抑制することができる。   On the other hand, in the fourth example and the fifth example, the vertically incident light is reflected toward the inside of the pixel P (or the inside of the photoelectric conversion unit 21) by the reflection unit 32, thereby suppressing color mixing between adjacent pixels. To do. In particular, in the fourth comparative example, the photoelectric conversion efficiency in the photoelectric conversion unit 21 of incident light and reflected light is the best, and the result is that the photosensitivity of the solid-state imaging device I is improved. In addition, with respect to the oblique incident light, under the above structure, the light is effectively reflected toward the photoelectric conversion unit 21 in the reflection unit 32, and a decrease in light sensitivity can be suppressed.

よって、本実施形態によると、裏面照射型の固体撮像装置Iにおいて、垂直入射光および斜入射光のいずれに対しても混色を防ぎつつ光感度を向上させることができる。よって、固体撮像装置Iは、撮像システムにおける良好なF値比例性を実現することを可能にする。また、固体撮像装置Iの撮像領域の中央部と周辺部とでの感度差を低減して良好な画面内均一性を実現することも可能となる。   Therefore, according to the present embodiment, in the backside illumination type solid-state imaging device I, it is possible to improve the photosensitivity while preventing color mixture with respect to both the normal incident light and the oblique incident light. Therefore, the solid-state imaging device I can realize a good F value proportionality in the imaging system. In addition, it is possible to reduce the sensitivity difference between the central portion and the peripheral portion of the imaging region of the solid-state imaging device I and to achieve good in-screen uniformity.

固体撮像装置Iは、即ち、垂直入射光が光学領域10を通過して、反射部32において反射された後に、その光束の断面積が最も小さくなるという条件をみたすように設計されればよい。このことは、例えば、緑色画素Pに対しては緑色光について上述の設計が為されればよいし、赤色画素Pに対しては赤色光について上述の設計が為されればよい。 That is, the solid-state imaging device I may be designed to satisfy the condition that the cross-sectional area of the light beam becomes the smallest after the normal incident light passes through the optical region 10 and is reflected by the reflection unit 32. This can, for example, may if made the above design for the green light for the green pixel P G, it suffices made the above design for red light for a red pixel P R.

固体撮像装置I中での光の挙動は、時間領域差分法(FDTD法:Finite Difference Time Domain method)を用いた三次元波動光学解析シミュレーターを用いて検討することができる。往路光束と復路光束とは、ポインティングベクトルの向きによって区別が可能である。集光点X、Yはポインティングベクトルの強度によって判定が可能である。   The behavior of light in the solid-state imaging device I can be examined by using a three-dimensional wave optical analysis simulator using a time domain difference method (FDTD method: Finite Difference Time Domain method). The forward light flux and the backward light flux can be distinguished by the direction of the pointing vector. The condensing points X and Y can be determined by the strength of the pointing vector.

固体撮像装置Iは、公知の半導体製造プロセスを用いて製造されうる。具体的には、例えば、まず、P型の半導体基板の表面C側からN型不純物を注入して光電変換部21を形成する。次に、表面Cの上に、例えば、層間絶縁膜33と、その内部に設けられる各配線層および反射部32とを含む配線領域30を形成する。次に、光電変換部21が形成された半導体基板の表面Cとは反対側から研磨し、適切な厚さの半導体層22を得る。   The solid-state imaging device I can be manufactured using a known semiconductor manufacturing process. Specifically, for example, first, an N-type impurity is injected from the surface C side of the P-type semiconductor substrate to form the photoelectric conversion unit 21. Next, on the surface C, for example, the wiring region 30 including the interlayer insulating film 33 and each wiring layer and the reflection portion 32 provided therein is formed. Next, it polishes from the opposite side to the surface C of the semiconductor substrate in which the photoelectric conversion part 21 was formed, and the semiconductor layer 22 of appropriate thickness is obtained.

その後、半導体層22における研磨を行った側の面である裏面Dの上(第1面の側)に、光学領域10を設ける。光学領域10の構成、半導体層22の厚さ、これらを構成する部材の屈折率等を考慮して、上述の集光点X、Yの条件をみたすように、反射部32の位置や大きさを設計することもできる。また、例えば、中間膜12は、光透過性を有する複数の層で構成されてもよいし、画素Pの種類に対応する光の波長について上述の条件をみたすように、画素Pの種類ごとに中間膜12を設計してもよい。   Thereafter, the optical region 10 is provided on the back surface D (the first surface side), which is the surface on the polished side of the semiconductor layer 22. Considering the configuration of the optical region 10, the thickness of the semiconductor layer 22, the refractive index of the members constituting these, and the like, the position and size of the reflecting portion 32 so as to satisfy the above-described conditions of the condensing points X and Y. Can also be designed. Further, for example, the intermediate film 12 may be composed of a plurality of layers having light transmittance, or for each type of pixel P so as to satisfy the above-described condition for the wavelength of light corresponding to the type of pixel P. The intermediate film 12 may be designed.

以上、実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途及び機能その他の仕様に応じて、適宜、変更が可能であり、他の実施形態によっても為されうる。例えば、図4(a)に示されるように、光学領域10は、隣接する画素Pとの境界に、光を遮光する遮光部14を備えてもよい。この構成によると、画素Pのマイクロレンズ11に入射した光が、対応する光電変換部21に入射せずに、それに隣接する画素に入射することを防止し、隣接画素との間における混色を防ぐことができる。   As mentioned above, although embodiment was described, this invention is not restricted to these, According to the objective, a state, a use, a function, and other specifications, it can change suitably and can also be made by other embodiment. sell. For example, as illustrated in FIG. 4A, the optical region 10 may include a light blocking unit 14 that blocks light at the boundary with the adjacent pixel P. According to this configuration, the light incident on the microlens 11 of the pixel P is prevented from entering the adjacent pixel without entering the corresponding photoelectric conversion unit 21, and color mixing between the adjacent pixels is prevented. be able to.

また、図4(b)に例示されるように、光学領域10においては、隣接する画素Pとの境界に、光通過部よりも屈折率が低い部分(低屈折率部15)が形成されてもよい。図4(b)の例において光通過部はカラーフィルタアレイ13の波長選択部であるが、マイクロレンズアレイ11や中間膜12の光通過部であってもよい。低屈折率部15は、例えば、気体や樹脂、酸化シリコンによって構成されうる。低屈折率部15は、図4(b)に例示されるように、カラーフィルタアレイ13の光通過部同士(光透過部同士)の間に配されている。この構造に限られず、例えば、中間膜12において、窒化シリコン部を光通過部として複数配列し、この窒化シリコン部同士の間に低屈折率部としての酸化シリコン部を配してもよい。このように、低屈折率部を有する構成によると、画素Pのマイクロレンズ11に入射した光のうち低屈折率部15に向かう光は、低屈折率部15により当該画素Pの光電変換部21に向けて全反射され易いため、隣接画素との間における混色を防ぐことができる。   Further, as illustrated in FIG. 4B, in the optical region 10, a portion (low refractive index portion 15) having a lower refractive index than the light passing portion is formed at the boundary with the adjacent pixel P. Also good. In the example of FIG. 4B, the light passage portion is a wavelength selection portion of the color filter array 13, but may be a light passage portion of the microlens array 11 or the intermediate film 12. The low refractive index portion 15 can be made of, for example, gas, resin, or silicon oxide. As illustrated in FIG. 4B, the low refractive index portion 15 is disposed between the light passing portions (light transmitting portions) of the color filter array 13. For example, in the intermediate film 12, a plurality of silicon nitride portions may be arranged as light passage portions, and a silicon oxide portion as a low refractive index portion may be disposed between the silicon nitride portions. As described above, according to the configuration having the low refractive index portion, the light that is directed to the low refractive index portion 15 among the light incident on the microlens 11 of the pixel P is converted by the low refractive index portion 15 into the photoelectric conversion portion 21 of the pixel P. Therefore, it is possible to prevent color mixture between adjacent pixels.

また、図4(c)に例示されるように、中間膜12は、互いに屈折率が異なる少なくとも2つの部材(または層)で構成されてもよい。また、当該少なくとも2つの部材(または層)の境界が曲面(または所定の曲率)を有することによって中間膜12において層内レンズアレイ16を形成してもよい。層内レンズアレイ16は光電変換部21が配列された半導体領域20とマイクロレンズアレイ11との間に設けられることになる。また、層内レンズアレイ16は光電変換部21が配列された半導体領域20とカラーフィルタアレイ13との間に設けられることになる。1つの画素において、マイクロレンズアレイ11が第1のレンズ部を構成し、層内レンズアレイ16が第2のレンズ部を構成しうる。   Further, as illustrated in FIG. 4C, the intermediate film 12 may be configured by at least two members (or layers) having different refractive indexes. Further, the in-layer lens array 16 may be formed in the intermediate film 12 by the boundary between the at least two members (or layers) having a curved surface (or a predetermined curvature). The in-layer lens array 16 is provided between the microlens array 11 and the semiconductor region 20 in which the photoelectric conversion units 21 are arranged. The intralayer lens array 16 is provided between the semiconductor region 20 in which the photoelectric conversion units 21 are arranged and the color filter array 13. In one pixel, the microlens array 11 may constitute a first lens unit, and the in-layer lens array 16 may constitute a second lens unit.

さらに、図4(d)に例示されるように、反射部32の反射面は、光電変換部21の中心に向けて光を反射するような凹面形状を有しうる。反射面の形状は、例えば、所定の曲率を有する曲面形状でもよいし、三角形形状でもよい。この構成によると、光電変換部21を透過した光は、反射部32において効果的に当該光電変換部21に向けて反射されるため、反射面を平面にする場合に比べて光感度がより向上しうる。   Furthermore, as illustrated in FIG. 4D, the reflection surface of the reflection unit 32 may have a concave shape that reflects light toward the center of the photoelectric conversion unit 21. The shape of the reflecting surface may be, for example, a curved surface shape having a predetermined curvature or a triangular shape. According to this configuration, since the light transmitted through the photoelectric conversion unit 21 is effectively reflected toward the photoelectric conversion unit 21 by the reflection unit 32, the photosensitivity is further improved compared to the case where the reflection surface is flat. Yes.

以上説明した固体撮像装置を用いて撮像システムを構築することができる。撮像システムは、撮影を主目的とするカメラのみならず、撮影機能を補助的に備える電子機器(例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末)も包含する。撮像システムは、上記の実施形態として例示された固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含みうる。処理部は、例えば、光電変換部21で生じた信号電荷に基づくデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。デジタルデータを生成するA/D変換器は、固体撮像装置にオンチップで搭載することもできるし、別のチップにすることもできる。また、支持基板40にプロセッサなどの集積回路を形成して、SIP(System In Package)を構成してもよい。撮像システムは、固体撮像装置から得られた画像を表示する表示部や画像データを記憶する記憶部を含みうる。   An imaging system can be constructed using the solid-state imaging device described above. The imaging system includes not only a camera whose main purpose is photography but also an electronic device (for example, a personal computer or a portable terminal) that is supplementarily provided with a photography function. The imaging system can include a solid-state imaging device exemplified as the above-described embodiment and a processing unit that processes a signal output from the solid-state imaging device. The processing unit can include, for example, a processor that processes digital data based on signal charges generated in the photoelectric conversion unit 21. An A / D converter that generates digital data can be mounted on-chip in a solid-state imaging device, or can be a separate chip. Alternatively, an SIP (System In Package) may be configured by forming an integrated circuit such as a processor on the support substrate 40. The imaging system can include a display unit that displays an image obtained from the solid-state imaging device and a storage unit that stores image data.

Claims (11)

互いに反対側の面である第1面および第2面を有する半導体層と、前記半導体層の前記第1面の側に設けられた第1領域と、前記半導体層の前記第2面の側に設けられた第2領域と、を備える固体撮像装置であって、
前記半導体層には複数の光電変換部が配列されており、前記第1領域には、各々が光を集束する複数のレンズ部が前記第1面に沿って配列されており、前記第2領域には、各々が光を反射する複数の反射部が前記第面に沿って配列されており、
前記固体撮像装置は、
前記レンズ部を経て前記第1面の側から前記光電変換部へ入射した光束が、前記第2面を通過し前記反射部の反射面で反射されて、前記第2面の側から前記光電変換部へ入射する画素を含み、
前記光束が、前記画素において、前記光電変換部を通過して前記反射部の前記反射面で前記光電変換部に向かって反射された後、かつ、前記光電変換部に再び入射する前に、焦点を結ぶ構造を有する
ことを特徴とする固体撮像装置。
A semiconductor layer having first and second surfaces opposite to each other; a first region provided on the first surface side of the semiconductor layer; and on the second surface side of the semiconductor layer. A solid-state imaging device comprising: a second region provided;
A plurality of photoelectric conversion units are arranged in the semiconductor layer, and in the first region, a plurality of lens units each focusing light are arranged along the first surface, and the second region A plurality of reflecting portions each reflecting light are arranged along the second surface,
The solid-state imaging device
A light beam that has entered the photoelectric conversion unit from the first surface side through the lens unit passes through the second surface and is reflected by the reflection surface of the reflection unit, and the photoelectric conversion from the second surface side. Including pixels incident on the part,
In the pixel, after the light beam passes through the photoelectric conversion unit and is reflected toward the photoelectric conversion unit by the reflection surface of the reflection unit, and before entering the photoelectric conversion unit again, a focal point is obtained. A solid-state imaging device characterized by having a structure connecting the two .
前記光束の前記反射面における断面積は、前記光電変換部から前記反射部へ向かう光束の、前記光電変換部と前記反射部との間の部分における断面積よりも小さく、前記反射部から前記光電変換部へ向かう光束の、前記光電変換部と前記反射部との間の部分における断面積よりも大きく、かつ、The cross-sectional area of the light beam on the reflection surface is smaller than the cross-sectional area of the light beam traveling from the photoelectric conversion unit to the reflection unit between the photoelectric conversion unit and the reflection unit. Greater than the cross-sectional area of the light flux toward the conversion unit at the portion between the photoelectric conversion unit and the reflection unit, and
前記反射部から前記光電変換部へ向かう光束の、前記光電変換部と前記反射部との間の部分における前記断面積は、前記反射部からの光束の前記第2面における断面積よりも小さいThe cross-sectional area of the light beam traveling from the reflection unit to the photoelectric conversion unit at a portion between the photoelectric conversion unit and the reflection unit is smaller than the cross-sectional area of the light beam from the reflection unit on the second surface.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 1.
前記反射部から前記光電変換部へ向かう光束の前記第2面における断面積が前記光電変換部から前記反射部へ向かう光束の前記第2面における断面積よりも小さい
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体撮像装置。
The cross-sectional area on the second surface of the light beam traveling from the reflection unit to the photoelectric conversion unit is smaller than the cross-sectional area on the second surface of the light beam traveling from the photoelectric conversion unit to the reflection unit. Or the solid-state imaging device of Claim 2 .
前記反射部から前記光電変換部へ向かう光束の前記第2面における断面積が前記光束の前記反射面における断面積よりも小さい
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
From the reflecting section according to any one of claims 1 to 3, wherein the cross-sectional area of the second surface of the light beam toward the photoelectric conversion section is smaller than the cross-sectional area in the reflective surface of the light flux Solid-state imaging device.
前記第1領域には赤色光を選択的に透過する赤色光選択部、緑色光を選択的に透過する緑色光選択部、および青色光を選択的に透過する青色光選択部が設けられており、前記光束は、前記赤色光選択部または前記緑色光選択部を経る
ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The first region is provided with a red light selection portion that selectively transmits red light, a green light selection portion that selectively transmits green light, and a blue light selection portion that selectively transmits blue light. , the light beam is a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that through the said red light selecting unit and the green light selecting unit.
前記青色光選択部を経た光束が入射する光電変換部を含む画素では、前記半導体層からの距離が前記反射部と等しい金属パターンの面積が前記反射面の面積よりも小さい、または、前記半導体層からの距離が前記反射部と等しい位置に金属パターンが存在しない
ことを特徴とする請求項に記載の固体撮像装置。
In a pixel including a photoelectric conversion unit on which a light beam having passed through the blue light selection unit is incident, an area of a metal pattern whose distance from the semiconductor layer is equal to that of the reflection unit is smaller than an area of the reflection surface, or the semiconductor layer The solid-state imaging device according to claim 5 , wherein a metal pattern does not exist at a position where the distance from the reflector is equal to the reflecting portion.
前記第1領域は、光を遮光する遮光部を含む
ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
Wherein the first region, the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a light blocking portion for blocking light.
前記第1領域は、複数の光透過部と、前記光透過部よりも屈折率が低く前記光透過部同士の間に配された低屈折率部と、を含む
ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The first region includes a plurality of light transmission parts and a low refractive index part having a refractive index lower than that of the light transmission parts and disposed between the light transmission parts. 8. The solid-state imaging device according to any one of items 1 to 7 .
前記第1領域は、波長選択部と、前記波長選択部と前記光電変換部との間に設けられたレンズ部と、をさらに含む
ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The said 1st area | region further contains a wavelength selection part and the lens part provided between the said wavelength selection part and the said photoelectric conversion part. The any one of Claims 1 thru | or 8 characterized by the above-mentioned. The solid-state imaging device described.
前記反射面は、凹面である
ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The reflective surface, the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 9, wherein the concave.
請求項1乃至10のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、を備える
ことを特徴とする撮像システム。
A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 10 ,
An imaging system comprising: a processing unit that processes a signal output from the solid-state imaging device.
JP2012237267A 2012-10-26 2012-10-26 Solid-state imaging device and imaging system Active JP6080494B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012237267A JP6080494B2 (en) 2012-10-26 2012-10-26 Solid-state imaging device and imaging system
US14/051,904 US9093345B2 (en) 2012-10-26 2013-10-11 Solid-state imaging apparatus and imaging system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012237267A JP6080494B2 (en) 2012-10-26 2012-10-26 Solid-state imaging device and imaging system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014086699A JP2014086699A (en) 2014-05-12
JP6080494B2 true JP6080494B2 (en) 2017-02-15

Family

ID=50789448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012237267A Active JP6080494B2 (en) 2012-10-26 2012-10-26 Solid-state imaging device and imaging system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6080494B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016201397A (en) * 2015-04-07 2016-12-01 ソニー株式会社 Solid state imaging device and electronic apparatus
WO2018105558A1 (en) 2016-12-05 2018-06-14 凸版印刷株式会社 Solid-state imaging element
JP2020068289A (en) 2018-10-24 2020-04-30 キヤノン株式会社 Photoelectric conversion device, imaging system, mobile body, and semiconductor chip for lamination

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7755123B2 (en) * 2007-08-24 2010-07-13 Aptina Imaging Corporation Apparatus, system, and method providing backside illuminated imaging device
JP5364989B2 (en) * 2007-10-02 2013-12-11 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and camera
KR101559907B1 (en) * 2009-01-06 2015-10-13 삼성전자주식회사 .Image sensor to improve sensitivity according to minimum space by changing electric circuit wire into reflection layer pattern of L/S type and method for manufacturing the same
JP4798232B2 (en) * 2009-02-10 2011-10-19 ソニー株式会社 Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus
US8299554B2 (en) * 2009-08-31 2012-10-30 International Business Machines Corporation Image sensor, method and design structure including non-planar reflector
JP5538811B2 (en) * 2009-10-21 2014-07-02 キヤノン株式会社 Solid-state image sensor
KR20110083936A (en) * 2010-01-15 2011-07-21 삼성전자주식회사 A unit picture element including micro-lens for refracting photons, back-side illumination cmos image sensor including the unit picture element and a generating method for the unit picture element

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014086699A (en) 2014-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9093345B2 (en) Solid-state imaging apparatus and imaging system
JP5766663B2 (en) Backside image sensor pixel with silicon microlens and metal reflector
JP6173259B2 (en) Photoelectric conversion device and imaging system
JP6029266B2 (en) Imaging device, imaging system, and manufacturing method of imaging device
JP5372102B2 (en) Photoelectric conversion device and imaging system
JP6071183B2 (en) Solid-state imaging device and camera
JP6166640B2 (en) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera
JP5538811B2 (en) Solid-state image sensor
JP6055270B2 (en) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera
US9443891B2 (en) Solid-state image sensor and imaging device
EP3338305B1 (en) System and method to extend near infrared spectral response for imaging systems
JP6053382B2 (en) Imaging device, imaging system, and manufacturing method of imaging device.
US7550797B2 (en) Photoelectric conversion layer stack type color solid-state image sensing device
KR20120020448A (en) Unit pixel array and image sensor having the same
JP2014130890A (en) Photoelectric conversion device
JP2010087039A (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP2014232761A (en) Solid-state imaging device
US20150179692A1 (en) Solid-state imaging apparatus and method of manufacturing the same
JP6080494B2 (en) Solid-state imaging device and imaging system
JP6444066B2 (en) Photoelectric conversion device and imaging system
JP6080495B2 (en) Solid-state imaging device and imaging system
JP2016225324A (en) Solid-state image pickup device
JP5055033B2 (en) Solid-state image sensor
US20230326944A1 (en) Solid-state imaging device
JP7457989B2 (en) Photodetector, solid-state imaging device, and method for manufacturing photodetector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150821

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160616

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160627

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160812

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161219

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170117

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6080494

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151