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JP2009081169A - Solid-state image sensor - Google Patents

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JP2009081169A
JP2009081169A JP2007247459A JP2007247459A JP2009081169A JP 2009081169 A JP2009081169 A JP 2009081169A JP 2007247459 A JP2007247459 A JP 2007247459A JP 2007247459 A JP2007247459 A JP 2007247459A JP 2009081169 A JP2009081169 A JP 2009081169A
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JP
Japan
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pixel
light
solid
color
state imaging
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007247459A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Nakawaki
伸一 中脇
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Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
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Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
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Abstract

【課題】暗電流の発生を抑えながら白画素の飽和電荷量を確保できる固体撮像素子を提供する。
【解決手段】R画素12a,B画素12c,W画素12eの蓄積層19a,19c,19eの深さD1,D3,D4は、蓄積層19a,19c,19eが受ける光の波長の長短や入射光量によって決められる。W画素12eの蓄積層19eには、ほぼ全ての波長の光が入射するため、蓄積層19eに入射する光量が他の蓄積層19a,19cよりも多い。また、赤(R)の光は、青(B)の各光よりも波長が長い。したがって、D4>D1>D3とされる。これにより、蓄積層19eの十分な飽和電荷量を確保できるとともに、短波長の青(B)の各光を受ける蓄積層19cから無駄な部分を除去し、これによって暗電流を低減し、白傷の発生を抑制することができる。
【選択図】図3
A solid-state imaging device capable of securing a saturation charge amount of a white pixel while suppressing generation of dark current is provided.
The depths D1, D3, and D4 of the storage layers 19a, 19c, and 19e of the R pixel 12a, the B pixel 12c, and the W pixel 12e are the wavelength length of the light received by the storage layers 19a, 19c, and 19e and the amount of incident light. It is decided by. Since light of almost all wavelengths is incident on the storage layer 19e of the W pixel 12e, the amount of light incident on the storage layer 19e is larger than that of the other storage layers 19a and 19c. In addition, red (R) light has a longer wavelength than each blue (B) light. Therefore, D4>D1> D3. As a result, a sufficient saturation charge amount of the storage layer 19e can be secured, and a useless portion is removed from the storage layer 19c that receives each light of short wavelength blue (B), thereby reducing dark current and white scratches. Can be suppressed.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、固体撮像素子に関し、更に詳しくは色画素の他に白画素を備える固体撮像素子に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device including white pixels in addition to color pixels.

CCD等の固体撮像素子では、フォトダイオードにより入射光を電荷に変換し、蓄積された電荷を電圧に変換して取り出している。一方、一般的な色画素(R画素、G画素、B画素)に加えて、白画素(W画素)を配置することで、色情報と輝度情報とを区別して検出し、輝度解像度の色依存性をなくす技術が提案されている(特許文献1参照)。   In a solid-state imaging device such as a CCD, incident light is converted into electric charge by a photodiode, and the accumulated electric charge is converted into a voltage and taken out. On the other hand, by arranging white pixels (W pixels) in addition to general color pixels (R pixels, G pixels, B pixels), color information and luminance information are detected separately, and color dependence of luminance resolution A technique for eliminating the property has been proposed (see Patent Document 1).

白画素は、カラーフィルタに代えて、光透過率の高い透明フィルタや白フィルタ等の輝度フィルタを配した、輝度と相関関係のある分光特性を有する画素であり、被写体の輝度情報を検出する。また、この技術は、輝度解像度の色依存性の回避と同時に、感度の高い固体撮像素子を実現することができ、近年の高画素化・高密度化に伴う、画素の微細化に供するものである。
特開2003−318375号公報
A white pixel is a pixel having spectral characteristics correlated with luminance, in which a luminance filter such as a transparent filter having high light transmittance or a white filter is arranged instead of a color filter, and detects luminance information of a subject. In addition, this technology can achieve a high-sensitivity solid-state imaging device while avoiding the color dependency of the luminance resolution, and is used for pixel miniaturization as the number of pixels increases and the density increases in recent years. is there.
JP 2003-318375 A

上記特許文献1記載の固体撮像素子では、白画素にほぼ全ての波長の光が入射するため、白画素への入射光量が色画素への入射光量よりも多くなる。このため、固体撮像素子に強い光が当たった場合、白画素で発生する電荷量が飽和電荷量を超え、正確な輝度情報を得ることができない。また、白画素を溢れ出た電荷によりスミア等のノイズが生じる。   In the solid-state imaging device described in Patent Document 1, since light of almost all wavelengths is incident on the white pixel, the amount of light incident on the white pixel is greater than the amount of light incident on the color pixel. For this reason, when strong light hits the solid-state imaging device, the amount of charge generated in the white pixel exceeds the saturation charge amount, and accurate luminance information cannot be obtained. In addition, noise such as smear occurs due to the electric charge overflowing the white pixels.

しかしながら、十分な飽和電荷量の確保のために、各画素のフォトダイオードを縦方向に一律に深く形成すると、波長の短い光を受けるフォトダイオードについては、光が到達しない深部で暗電流ノイズが発生し、いわゆる白傷の増加といった弊害が目立つようになる。   However, if the photodiodes of each pixel are formed uniformly deep in the vertical direction to ensure a sufficient amount of saturation charge, dark current noise occurs in the deep part where light does not reach for photodiodes that receive light with a short wavelength. However, the harmful effects such as the increase of so-called white scratches become conspicuous.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、暗電流の発生を抑えながら白画素の飽和電荷量を確保できる固体撮像素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can secure a saturation charge amount of a white pixel while suppressing generation of dark current.

本発明の固体撮像素子は、複数種類のカラーフィルタのうちいずれかを透過した入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードが半導体基板内に形成された複数種類の色画素と、カラーフィルタを介さずに入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードが半導体基板内に形成された白画素とを備えた固体撮像素子において、前記白画素のフォトダイオードの半導体基板表面からの深さを、前記色画素のフォトダイオードの半導体基板表面からの深さよりも深くしたことを特徴とする。   The solid-state imaging device of the present invention includes a plurality of types of color pixels in which photodiodes that generate signal charges by photoelectrically converting incident light transmitted through any one of a plurality of types of color filters are formed in a semiconductor substrate, In a solid-state imaging device including a white pixel in which a photodiode that photoelectrically converts incident light to generate a signal charge without passing through a filter is formed in a semiconductor substrate, the photodiode of the white pixel from the surface of the semiconductor substrate The depth is made deeper than the depth from the semiconductor substrate surface of the photodiode of the color pixel.

前記半導体基板の裏面側に設けられたオーバーフローバリア層と前記フォトダイオードの各々との距離がほぼ全て揃うように、前記オーバーフローバリア層の上に追加のオーバーフローバリア層を形成したことを特徴とする。   An additional overflow barrier layer is formed on the overflow barrier layer so that the distance between the overflow barrier layer provided on the back surface side of the semiconductor substrate and each of the photodiodes is almost the same.

前記色画素は、赤色の光を抽出する赤フィルタを備えた赤画素と、緑色の光を抽出する緑フィルタを備えた緑画素と、青色の光を抽出する青フィルタを備えた青画素とからなることを特徴とする。   The color pixel includes a red pixel having a red filter for extracting red light, a green pixel having a green filter for extracting green light, and a blue pixel having a blue filter for extracting blue light. It is characterized by becoming.

本発明の固体撮像素子によれば、白画素のフォトダイオードの半導体基板表面からの深さを、色画素のフォトダイオードの半導体基板表面からの深さよりも深くしたので、暗電流の発生を抑えながら白画素の飽和電荷量を確保できる。   According to the solid-state imaging device of the present invention, the depth of the photodiode of the white pixel from the surface of the semiconductor substrate is made deeper than the depth of the photodiode of the color pixel from the surface of the semiconductor substrate. A saturation charge amount of white pixels can be secured.

また、半導体基板裏面側に設けられたオーバーフローバリア層の上に追加のオーバーフローバリア層を形成して、各フォトダイオードとオーバーフローバリア層との距離がほぼ全て揃うようにしたので、オーバーフローバリアのポテンシャルの高さの差が抑制され、各フォトダイオードのオーバーフロードレイン電位のばらつきを抑制して、オーバーフロードレインによる蓄積電荷のクリア動作に悪影響を与えることを防止できる。   In addition, an additional overflow barrier layer is formed on the overflow barrier layer provided on the back side of the semiconductor substrate so that the distance between each photodiode and the overflow barrier layer is almost the same. The difference in height is suppressed, and variations in the overflow drain potential of each photodiode can be suppressed, thereby preventing adverse effects on the stored charge clearing operation by the overflow drain.

また、色画素は、赤フィルタを備えた赤画素と、緑フィルタを備えた緑画素と、青フィルタを備えた青画素とからなり、優れた色再現性が得られる。   In addition, the color pixel includes a red pixel having a red filter, a green pixel having a green filter, and a blue pixel having a blue filter, and excellent color reproducibility can be obtained.

本発明の固体撮像素子を示す図1において、固体撮像素子10は、インターライン転送方式のCCD型イメージセンサとして構成され、半導体基板11上に、同一の画素サイズのR画素12a、G画素12b、B画素12c、及びW画素(白画素)12eが行方向(X方向)とこれに直交する列方向(Y方向)に沿って2次元マトリクス状(正方格子状)に配列されている。   In FIG. 1 showing a solid-state imaging device of the present invention, a solid-state imaging device 10 is configured as an interline transfer type CCD image sensor, and on a semiconductor substrate 11, R pixels 12a, G pixels 12b having the same pixel size, B pixels 12c and W pixels (white pixels) 12e are arranged in a two-dimensional matrix (square lattice) along the row direction (X direction) and the column direction (Y direction) orthogonal thereto.

R画素12a、G画素12b、及びB画素12cは、被写体の色情報を検出するための画素であり、受光素子(光電変換素子)の入射側に、対応する色のカラーフィルタとマイクロレンズとが配置され、入射した光から各色の光量に応じた信号電荷を光電変換により生成して蓄積する。W画素12eは、被写体の輝度情報を検出するための画素であり、受光素子の入射側に、カラーフィルタを介さずにマイクロレンズが配置され、入射した光の輝度に応じた信号電荷を光電変換により生成して蓄積する。   The R pixel 12a, the G pixel 12b, and the B pixel 12c are pixels for detecting color information of a subject, and a color filter and a micro lens of a corresponding color are provided on the incident side of the light receiving element (photoelectric conversion element). The signal charges corresponding to the light amounts of the respective colors are generated from the incident light by photoelectric conversion and accumulated. The W pixel 12e is a pixel for detecting luminance information of a subject. A microlens is arranged on the incident side of the light receiving element without a color filter, and a signal charge corresponding to the luminance of incident light is photoelectrically converted. Generate and accumulate with

図2に模式的に示すように、市松状の位置にR画素12a、G画素12b、及びB画素12cの色画素がそれぞれ配置されており、残りの市松状の位置にW画素12eが配置されている。具体的には、行方向及び列方向に関して、W画素12e、G画素12b、W画素12e、G画素12bと交互に並ぶラインと、B画素12c、W画素12e、R画素12a、W画素12eの順に繰り返し並ぶラインとが交互に現れるように各画素が配置されている。なお、図2には、8行8列の範囲しか示していないが、実際には、行方向及び列方向に多数の画素が繰り返し配列されている。   As schematically shown in FIG. 2, the color pixels of the R pixel 12a, the G pixel 12b, and the B pixel 12c are arranged at checkered positions, respectively, and the W pixel 12e is arranged at the remaining checkered positions. ing. Specifically, with respect to the row direction and the column direction, lines alternately arranged with the W pixel 12e, the G pixel 12b, the W pixel 12e, and the G pixel 12b, and the B pixel 12c, the W pixel 12e, the R pixel 12a, and the W pixel 12e Each pixel is arranged so that lines repeatedly arranged in order appear alternately. Note that FIG. 2 shows only a range of 8 rows and 8 columns, but actually, a large number of pixels are repeatedly arranged in the row direction and the column direction.

図1に示すように、各画素12a〜12eに蓄積された信号電荷を転送するために、画素の1列ごとに垂直CCD13が設けられている。垂直CCD13は、各画素12a〜12eの受光素子から信号電荷を読み出し、列方向に転送(垂直転送)する。各垂直CCD13の終端には、共通に水平CCD14が接続されている。   As shown in FIG. 1, a vertical CCD 13 is provided for each column of pixels in order to transfer signal charges accumulated in the pixels 12a to 12e. The vertical CCD 13 reads signal charges from the light receiving elements of the pixels 12a to 12e and transfers them in the column direction (vertical transfer). A horizontal CCD 14 is connected to the end of each vertical CCD 13 in common.

水平CCD14は、各垂直CCD13から転送されてきた信号電荷を1行ずつ受け取り、行方向に転送(水平転送)する。水平CCD14の終端には、出力アンプ15が設けられている。出力アンプ15は、水平CCD14から転送されてきた信号電荷を電荷量に応じた電圧信号(画素信号)に変換して出力する。なお、この出力アンプ15からの出力を受けてカラー画像を生成する画像処理回路(図示せず)では、色画素(R画素12a、G画素12b、B画素12c)からの画素信号を色信号として用い、W画素12eからの画素信号を輝度信号として用いる。
The horizontal CCD 14 receives the signal charges transferred from each vertical CCD 13 one by one and transfers them in the row direction (horizontal transfer). An output amplifier 15 is provided at the end of the horizontal CCD 14. The output amplifier 15 converts the signal charge transferred from the horizontal CCD 14 into a voltage signal (pixel signal) corresponding to the amount of charge and outputs the voltage signal. Note that in an image processing circuit (not shown) that receives the output from the output amplifier 15 and generates a color image, the pixel signals from the color pixels (R pixel 12a, G pixel 12b, and B pixel 12c) are used as color signals. The pixel signal from the W pixel 12e is used as the luminance signal.

図1のI−I線,II−II線に沿う固体撮像素子10の各断面構造を示す図3,図4において、半導体基板11は、n型シリコン基板16からなり、この表層にはp型層であるオーバーフローバリア層17を介してp型ウェル層18が形成されている。p型ウェル層18内には、光電変換により発生する信号電荷(電子)を蓄積するn型の蓄積層19が形成されており、蓄積層19の上には、暗電流を防止するためのp型の高濃度層20が形成されている。この構造により、p型ウェル層18と蓄積層19とのpn接合部分に光電変換領域が生じ、前述の受光素子として機能する埋め込み型フォトダイオードPDが構成される。 In FIGS. 3 and 4 showing cross-sectional structures of the solid-state imaging device 10 taken along lines II and II-II in FIG. 1, a semiconductor substrate 11 is composed of an n-type silicon substrate 16, and this surface layer has a p-type. A p-type well layer 18 is formed via an overflow barrier layer 17 which is a layer. An n-type storage layer 19 for storing signal charges (electrons) generated by photoelectric conversion is formed in the p-type well layer 18, and a p for preventing dark current is formed on the storage layer 19. A + type high concentration layer 20 is formed. With this structure, a photoelectric conversion region is generated at the pn junction between the p-type well layer 18 and the storage layer 19, and the embedded photodiode PD that functions as the above-described light receiving element is formed.

R画素12a,G画素12b,B画素12c,W画素12eの蓄積層19a,19b,19c,19eの深さD1,D2,D3,D4は、蓄積層19a,19b,19c,19eが受ける光の波長の長短や入射光量によって決められる。なお、蓄積層19a,19b,19c,19eを特に区別する必要がない場合には、単に蓄積層19という。   The depths D1, D2, D3, and D4 of the accumulation layers 19a, 19b, 19c, and 19e of the R pixel 12a, the G pixel 12b, the B pixel 12c, and the W pixel 12e are the light received by the accumulation layers 19a, 19b, 19c, and 19e. It is determined by the length of the wavelength and the amount of incident light. Note that the storage layers 19a, 19b, 19c, and 19e are simply referred to as the storage layer 19 when it is not necessary to distinguish between them.

長波長の赤(R)の光は、R画素12aのフォトダイオードPDを構成する蓄積層19aの深部まで到達するため、その深部で生成される電荷を有効化するためには、その蓄積層19aの深さD1を十分深く形成することが望ましい。   Since the long wavelength red (R) light reaches the deep part of the storage layer 19a constituting the photodiode PD of the R pixel 12a, the storage layer 19a is used to validate the charge generated in the deep part. It is desirable to form the depth D1 sufficiently deep.

これに対し、短波長の緑(G),青(B)の光は、赤(R)の光ほどには深くまで到達しないため(あるいは、到達する割合が少ないため)、赤(R)の光を受光するフォトダイオードPDと同様に蓄積層19b,19cの各深さD2,D3を深くしても、感度向上には直結せず、かえって、無駄に表面積が増えて暗電流の増大を招くことになるから、D1>D2,D1>D3とすることが好ましい。同様に、波長の関係から、D2>D3とすることが好ましい。   On the other hand, short-wavelength green (G) and blue (B) light does not reach as deep as red (R) light (or because the arrival rate is small), so Even if the depths D2 and D3 of the storage layers 19b and 19c are increased as in the photodiode PD that receives light, the sensitivity is not directly improved, but instead the surface area is increased unnecessarily and the dark current is increased. Therefore, it is preferable that D1> D2 and D1> D3. Similarly, it is preferable that D2> D3 from the relationship of wavelengths.

また、W画素12eのフォトダイオードPDを構成する蓄積層19eには、ほぼ全ての波長の光が入射するため、単に長波長の光が入射するばかりでなく、入射光量が非常に大きくなる。このため、蓄積層19eの深さD4は、R画素12aの蓄積層19aの深さD1よりも更に深く形成することが望ましい。   Further, since light of almost all wavelengths is incident on the storage layer 19e constituting the photodiode PD of the W pixel 12e, not only light having a long wavelength is incident, but also the amount of incident light becomes very large. For this reason, it is desirable that the depth D4 of the storage layer 19e be formed deeper than the depth D1 of the storage layer 19a of the R pixel 12a.

そこで、D4>D1>D2>D3の関係が成立するように、蓄積層19a,19b,19c,19eの深さD1,D2,D3,D4を調整する。深さが異なる蓄積層19は、例えば、イオン注入の際の加速エネルギーを適宜、制御することによって形成することができる。また、カウンターイオンを蓄積層19の深部に注入することによっても、蓄積層19の深さの制御を行うことができる。   Therefore, the depths D1, D2, D3, and D4 of the storage layers 19a, 19b, 19c, and 19e are adjusted so that the relationship D4> D1> D2> D3 is established. The accumulation layers 19 having different depths can be formed, for example, by appropriately controlling acceleration energy at the time of ion implantation. The depth of the storage layer 19 can also be controlled by injecting counter ions into the deep portion of the storage layer 19.

蓄積層19eよりも深さが浅い蓄積層19a,蓄積層19b,19cの直下に、追加のオーバーフローバリア層21a,21b,21cを形成する。追加のオーバーフローバリア層21a〜21cは、下地のオーバーフローバリア層17と一体化される。   Additional overflow barrier layers 21a, 21b, and 21c are formed immediately below the storage layer 19a and the storage layers 19b and 19c that are shallower than the storage layer 19e. The additional overflow barrier layers 21 a to 21 c are integrated with the underlying overflow barrier layer 17.

追加のオーバーフローバリア層21a,21b,21cの深さD5,D6,D7は、D4>D1>D2>D3に対応して、D5<D6<D7となるように調整される。これによって、蓄積層19a,19b,19c,19eの各底部とオーバーフローバリア層17並びに追加のオーバーフローバリア層21a〜21cとの間の距離CL1〜4のばらつきを抑制し、オーバーフロードレインの電圧のばらつきを抑制できる。追加のオーバーフローバリア層21a〜21cは、イオン注入の加速エネルギーを調整することによって形成することができる。   The depths D5, D6, and D7 of the additional overflow barrier layers 21a, 21b, and 21c are adjusted so that D5 <D6 <D7 corresponding to D4> D1> D2> D3. This suppresses variations in the distances CL1 to CL4 between the bottoms of the storage layers 19a, 19b, 19c, and 19e and the overflow barrier layer 17 and the additional overflow barrier layers 21a to 21c, thereby reducing variations in the overflow drain voltage. Can be suppressed. The additional overflow barrier layers 21a to 21c can be formed by adjusting the acceleration energy of ion implantation.

p型ウェル層18の表層には、列方向(紙面に直行する方向)に延在し、電荷を転送するためのn型の電荷転送チャネル22が形成されている。電荷転送チャネル22は、p型ウェル層18及びチャネルストップ23を介して蓄積層19から離間している。チャネルストップ23は、隣接画素の電荷転送チャネル22と電気的に分離する素子分離層(P)である。 On the surface layer of the p-type well layer 18, an n-type charge transfer channel 22 is formed that extends in the column direction (direction perpendicular to the paper surface) and transfers charges. The charge transfer channel 22 is separated from the storage layer 19 via the p-type well layer 18 and the channel stop 23. The channel stop 23 is an element isolation layer (P + ) that is electrically isolated from the charge transfer channel 22 of the adjacent pixel.

半導体基板11の表面上には、全面に渡って酸化シリコン等からなるゲート絶縁膜24が形成されている。ゲート絶縁膜24を介して電荷転送チャネル22の上方には、信号電荷の蓄積層19からの読み出し、及び電荷転送チャネル22内での垂直転送を制御するための転送電極25が形成されている。転送電極25は、ポリシリコン等の導電性シリコンによって形成されている。このように、電荷転送チャネル22及び転送電極25によって前述の垂直CCD13が構成されている。   A gate insulating film 24 made of silicon oxide or the like is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11. A transfer electrode 25 is formed above the charge transfer channel 22 via the gate insulating film 24 to control reading of the signal charge from the storage layer 19 and vertical transfer in the charge transfer channel 22. The transfer electrode 25 is made of conductive silicon such as polysilicon. As described above, the charge transfer channel 22 and the transfer electrode 25 constitute the vertical CCD 13 described above.

転送電極25及びゲート絶縁膜24の表面を覆うように酸化シリコン等からなる層間絶縁膜26が形成されている。この層間絶縁膜26を介して転送電極25の上方には、タングステン等からなる遮光膜27が形成されている。この遮光膜27には、受光素子PDを構成する蓄積層19の上方にのみ開口27aが形成されている。この開口27aを介して受光素子PDに光が入射する。   An interlayer insulating film 26 made of silicon oxide or the like is formed so as to cover the surfaces of the transfer electrode 25 and the gate insulating film 24. A light shielding film 27 made of tungsten or the like is formed above the transfer electrode 25 via the interlayer insulating film 26. In the light shielding film 27, an opening 27a is formed only above the storage layer 19 constituting the light receiving element PD. Light enters the light receiving element PD through the opening 27a.

開口27a及び遮光膜27の表面上には、平坦化層28が形成されている。この平坦化層28は、例えば、BPSG(Boron Phosphorous Silicate Glass)を蒸着形成した後、リフロー(熱処理)を行い、さらにこの上に透明樹脂材を塗布して現像した後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により表面を平坦化することにより形成される。なお、平坦化層28の形成材料及び形成方法はこれに限られない。   A planarization layer 28 is formed on the surfaces of the opening 27 a and the light shielding film 27. For example, BPSG (Boron Phosphorous Silicate Glass) is vapor-deposited, reflowed (heat treatment), coated with a transparent resin material and developed, and then planarized 28 is subjected to CMP (Chemical Mechanical Polishing). Is formed by planarizing the surface. In addition, the formation material and formation method of the planarization layer 28 are not restricted to this.

平坦化層28の表面上のR画素12a、G画素12b、及びB画素12cの形成領域には、前述のカラーフィルタとしてそれぞれ、赤色光を抽出するRフィルタ29c、緑色光を抽出するGフィルタ29b、青色光を抽出するBフィルタ29cが形成されている。各フィルタ29a〜29cは、特定の顔料を含有した樹脂材によって形成されており、ほぼ同一の厚みを有する。一方、平坦化層28の表面上のW画素12eの形成領域には、ほぼ全ての波長の光を透過する透明フィルタ29eが形成されている。カラーフィルタ29a〜29c及び透明フィルタ29eの上には、マイクロレンズ30が形成されている。   In the formation region of the R pixel 12a, the G pixel 12b, and the B pixel 12c on the surface of the flattening layer 28, the R filter 29c that extracts red light and the G filter 29b that extracts green light, respectively, as the color filters described above. A B filter 29c for extracting blue light is formed. Each of the filters 29a to 29c is formed of a resin material containing a specific pigment and has substantially the same thickness. On the other hand, in the formation region of the W pixel 12e on the surface of the planarization layer 28, a transparent filter 29e that transmits light of almost all wavelengths is formed. A microlens 30 is formed on the color filters 29a to 29c and the transparent filter 29e.

このように構成された固体撮像素子10は、W画素12eの蓄積層19eの深さD4が、十分な飽和電荷量を確保できる程度の深さに設定されているから、たとえ固体撮像素子10に強い光が当たった場合でも、W画素12eで発生する電荷量が飽和電荷量を超えことがなく、正確な輝度情報を得ることができる。また、色画素の蓄積層19a〜19cの各深さD1〜D3を無駄な部分がない深さとしたから、暗電流を低減し、白傷の発生を抑制することができる。   In the solid-state imaging device 10 configured as described above, the depth D4 of the storage layer 19e of the W pixel 12e is set to a depth that can secure a sufficient saturation charge amount. Even when strong light is applied, the amount of charge generated in the W pixel 12e does not exceed the saturation charge amount, and accurate luminance information can be obtained. Further, since the depths D1 to D3 of the storage layers 19a to 19c of the color pixels are set to such depths that there is no useless portion, dark current can be reduced and the occurrence of white scratches can be suppressed.

以上説明した実施形態では、画素をXY方向に沿って正方格子状に配列する例を示しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、図5に示すように、正方格子配列をXY方向に関して45°回転させた画素配列(いわゆるハニカム配列)としてもよい。   In the embodiment described above, an example is shown in which pixels are arranged in a square lattice pattern along the XY direction. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. A pixel array (so-called honeycomb array) rotated by 45 ° with respect to the XY direction may be used.

上記実施形態では、色画素を赤(R),緑(G),青(B)の3原色の光を検知する画素として構成しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、色画素をシアン(C),マゼンタ(M),黄(Y)の補色光を検知する画素として構成してもよい。   In the above embodiment, the color pixel is configured as a pixel that detects light of three primary colors of red (R), green (G), and blue (B), but the present invention is not limited to this, The color pixels may be configured as pixels that detect complementary color light of cyan (C), magenta (M), and yellow (Y).

上記実施形態では、白画素及び色画素の各フォトダイオードPDを構成する蓄積層の深さD1〜D4がD4>D1>D2>D3の関係を満たすようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えばD4>D1=D2=D3の関係を満たすようにしてもよい。   In the above embodiment, the depths D1 to D4 of the storage layers constituting the photodiodes PD of white pixels and color pixels satisfy the relationship of D4> D1> D2> D3, but the present invention is limited to this. For example, the relationship of D4> D1 = D2 = D3 may be satisfied.

上記実施形態では、固体撮像素子をインターライン転送方式のCCD型イメージセンサとして構成しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、フレーム転送方式のCCD型イメージセンサやCMOS型イメージセンサ等の単板カラー撮像方式のあらゆる固体撮像素子に適用可能である。   In the above embodiment, the solid-state imaging device is configured as an interline transfer type CCD image sensor. However, the present invention is not limited to this, and a frame transfer type CCD image sensor or a CMOS type image sensor. The present invention can be applied to all solid-state imaging devices of a single plate color imaging system such as

固体撮像素子の構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of a solid-state image sensor. 正方格子状の画素配列を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a square lattice-like pixel arrangement | sequence. 図1のI−I線に沿う縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which follows the II line | wire of FIG. 図1のII−II線に沿う縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which follows the II-II line | wire of FIG. ハニカム配列を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a honeycomb arrangement | sequence.

符号の説明Explanation of symbols

10 固体撮像素子
11 半導体基板
12a R画素
12b G画素
12c B画素
12e W画素
17,21a〜21c オーバーフローバリア層
19a,19b,19c,19e 蓄積層
29a Rフィルタ
29b Gフィルタ
29c Bフィルタ
29e 透明フィルタ
CL1〜CL4 距離
D1〜D7 深さ
PD フォトダイオード(受光素子)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solid-state image sensor 11 Semiconductor substrate 12a R pixel 12b G pixel 12c B pixel 12e W pixel 17, 21a-21c Overflow barrier layer 19a, 19b, 19c, 19e Storage layer 29a R filter 29b G filter 29c B filter 29e Transparent filter CL1 CL4 Distance D1 to D7 Depth PD Photodiode (light receiving element)

Claims (3)

複数種類のカラーフィルタのうちいずれかを透過した入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードが半導体基板内に形成された複数種類の色画素と、カラーフィルタを介さずに入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードが半導体基板内に形成された白画素とを備えた固体撮像素子において、
前記白画素のフォトダイオードの半導体基板表面からの深さを、前記色画素のフォトダイオードの半導体基板表面からの深さよりも深くしたことを特徴とする固体撮像素子。
A photodiode that photoelectrically converts incident light that has passed through one of a plurality of types of color filters to generate signal charges, and a plurality of types of color pixels formed in a semiconductor substrate, and incident light that does not pass through the color filters. In a solid-state imaging device including a white pixel in which a photodiode that generates a signal charge by photoelectric conversion is formed in a semiconductor substrate,
A solid-state imaging device, wherein a depth of the photodiode of the white pixel from the surface of the semiconductor substrate is made deeper than a depth of the photodiode of the color pixel from the surface of the semiconductor substrate.
前記半導体基板の裏面側に設けられたオーバーフローバリア層と前記フォトダイオードの各々との距離がほぼ全て揃うように、前記オーバーフローバリア層の上に追加のオーバーフローバリア層を形成したことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。   The additional overflow barrier layer is formed on the overflow barrier layer so that the distance between the overflow barrier layer provided on the back surface side of the semiconductor substrate and each of the photodiodes is almost the same. Item 10. A solid-state imaging device according to Item 1. 前記色画素は、赤色の光を抽出する赤フィルタを備えた赤画素と、緑色の光を抽出する緑フィルタを備えた緑画素と、青色の光を抽出する青フィルタを備えた青画素とからなることを特徴とする請求項1または2記載の固体撮像素子。   The color pixel includes a red pixel having a red filter for extracting red light, a green pixel having a green filter for extracting green light, and a blue pixel having a blue filter for extracting blue light. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein:
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