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JP2009295967A - Solid-state imaging element - Google Patents

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JP2009295967A
JP2009295967A JP2009106582A JP2009106582A JP2009295967A JP 2009295967 A JP2009295967 A JP 2009295967A JP 2009106582 A JP2009106582 A JP 2009106582A JP 2009106582 A JP2009106582 A JP 2009106582A JP 2009295967 A JP2009295967 A JP 2009295967A
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JP
Japan
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layer
microlens
solid
shift distance
state imaging
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Pending
Application number
JP2009106582A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Abe
真 阿部
Masaaki Kurihara
栗原  正彰
Hiroyuki Matsui
博之 松井
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.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP2009106582A priority Critical patent/JP2009295967A/en
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

【課題】シェーディングを抑制でき、画素領域全域で高感度な固体撮像素子を提供する。
【解決手段】複数の受光部1と、上記複数の受光部上に形成された機能層と、上記機能層上に形成され、上記複数の受光部に対応する複数のマイクロレンズ6と、を有する固体撮像素子であって、平面視上、マイクロレンズ6の中心位置と受光部の中心位置とが一致している状態を基準状態とした場合に、上記マイクロレンズ6の中心位置を、上記基準状態でのマイクロレンズ6の中心位置と比べて、画素領域の中心方向にずらしており、上記マイクロレンズ6の中心位置を上記画素領域の中心方向にずらしたずらし距離は、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズ6の中心位置に入射した主光線が機能層を通過して受光部の中心位置に到達する理論的な位置から規定されるずらし距離を理論主光線ずらし距離とした場合に、上記理論主光線ずらし距離よりも短い範囲内にある。
【選択図】図6
A solid-state imaging device capable of suppressing shading and having high sensitivity over the entire pixel region is provided.
A plurality of light receiving units, a functional layer formed on the plurality of light receiving units, and a plurality of micro lenses formed on the functional layer and corresponding to the plurality of light receiving units. In the solid-state imaging device, when the state in which the center position of the microlens 6 and the center position of the light receiving unit coincide with each other in plan view is set as the reference state, the center position of the microlens 6 is set to the reference state. Compared with the center position of the microlens 6 in FIG. 2, the center distance of the microlens 6 is shifted in the center direction of the pixel area. When the shift distance defined from the theoretical position at which the principal ray incident on the center position of the microlens 6 passes through the functional layer and reaches the center position of the light receiving portion is the theoretical principal ray shift distance, the above theory It is within a range shorter than the beam shift distance.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、特にシェーディングの影響が大きい画素領域の外周部において、効果的にシェーディング状態を改善することができる固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device that can effectively improve a shading state in an outer peripheral portion of a pixel region that is particularly affected by shading.

近年急速に普及しているデジタルカメラの本体には、被写体光を光信号に変換して画像を記録するCCD(Charge Coupled Device)、あるいはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が組み込まれている。このような固体撮像素子は、一般的に、被写体光を受光して光電信号に変換する受光部と、この受光部上に形成されたカラーフィルタ層と、受光部への集光率を向上させるためのマイクロレンズと、を有している。   The body of a digital camera that has been rapidly spreading in recent years incorporates a solid-state image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor that converts subject light into an optical signal and records an image. It is. Such a solid-state imaging device generally improves a light receiving portion that receives subject light and converts it into a photoelectric signal, a color filter layer formed on the light receiving portion, and a light collection rate on the light receiving portion. A microlens.

このような固体撮像素子においては、画素領域の中心部に比べて外周部の信号出力が減衰するシェーディングという現象が発生する。このシェーディングは、画素領域の外周部へ入射光が斜めに入射して光電変換効率が悪化することに加え、斜めに入射する入射光が遮光層や配線層等により蹴られることに起因する。それらを改善するため、例えば図34のように、受光部1、無機デバイス層2(パッシベーション層、遮光層、配線層、層間絶縁層等)、第一平坦化層3、カラーフィルタ層4、第二平坦化層5およびマイクロレンズ6が、この順に積層された固体撮像素子において、マイクロレンズ6を受光部1より中心部側にずらすことがなされてきた。   In such a solid-state imaging device, a phenomenon called shading occurs in which the signal output at the outer peripheral portion is attenuated compared to the central portion of the pixel region. This shading is caused by incident light incident on the outer peripheral portion of the pixel region at an angle and the photoelectric conversion efficiency is deteriorated, and incident light incident at an angle is kicked by a light shielding layer, a wiring layer, or the like. In order to improve them, for example, as shown in FIG. 34, the light receiving portion 1, the inorganic device layer 2 (passivation layer, light shielding layer, wiring layer, interlayer insulating layer, etc.), the first planarizing layer 3, the color filter layer 4, the second In the solid-state imaging device in which the two planarization layers 5 and the microlenses 6 are stacked in this order, the microlens 6 has been shifted from the light receiving unit 1 toward the center side.

このずらし距離の設定に関しては特許文献1、2に見られるように、マイクロレンズのずらし距離を、スネルの法則を用いて決定する方法が開示されている(例えば特許文献1の図1)。カメラレンズの射出瞳中心から、マイクロレンズ中心に入射される光線をスネルの法則に基づいた光線追跡を行い、その光線が受光部中心に入射するようにマイクロレンズのずらし距離を設定するという内容である。また、カメラレンズからの光線が撮像領域へ入射する主光線入射角は、例えば図35に示すように像高(即ち画素領域中心から当該受光部までの距離に相当)により決定され、この関係より、例えば図36に示すように、X軸またはY軸上にて画素領域中心からN画素目の受光部のずらし距離(X方向およびY方向)が求められる。しかし、マイクロレンズへの入射する光線の入射角度が大きくなるに従い(即ち画素領域の外周部で)発生する収差の影響が考慮されておらず、単純な光線追跡では、適正なずらし距離の設定が行えない、特に効果的なシェーディング改善が必要な画素領域の外周部にて、適切なずらし距離の設定が出来ないという問題があった。また、特許文献2には、上述の光線追跡を省略した計算でずらし距離を求める方法が開示されている。   Regarding the setting of the shift distance, as can be seen in Patent Documents 1 and 2, a method of determining the shift distance of the microlens using Snell's law is disclosed (for example, FIG. 1 of Patent Document 1). The ray tracing from the center of the exit pupil of the camera lens to the center of the micro lens is performed based on Snell's law, and the shift distance of the micro lens is set so that the ray enters the center of the light receiving unit. is there. Further, the chief ray incident angle at which the light from the camera lens enters the imaging region is determined by the image height (that is, the distance from the center of the pixel region to the light receiving unit) as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 36, the shift distance (X direction and Y direction) of the light receiving portion of the Nth pixel from the center of the pixel region on the X axis or the Y axis is obtained. However, the influence of the aberration that occurs as the incident angle of the light ray incident on the microlens increases (that is, at the outer periphery of the pixel region) is not taken into consideration. In simple ray tracing, an appropriate shift distance can be set. There is a problem in that an appropriate shift distance cannot be set at the outer periphery of the pixel area that cannot be particularly effectively improved for shading improvement. Patent Document 2 discloses a method for obtaining a shift distance by calculation without the above-described ray tracing.

特開2003−18476公報JP 2003-18476 A 特開2001−160973公報JP 2001-160973 A

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、特にシェーディングの影響が大きい画素領域の外周部において、効果的にシェーディング状態を改善することができる固体撮像素子を提供することを主目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is a main object of the present invention to provide a solid-state imaging device that can effectively improve a shading state in an outer peripheral portion of a pixel region that is particularly affected by shading. To do.

上記課題を解決するために、本発明においては、複数の受光部と、上記複数の受光部上に形成された機能層と、上記機能層上に形成され、上記複数の受光部に対応する複数のマイクロレンズと、を有する固体撮像素子であって、平面視上、マイクロレンズの中心位置と受光部の中心位置とが一致している状態を基準状態とした場合に、上記マイクロレンズの中心位置を、上記基準状態でのマイクロレンズの中心位置と比べて、画素領域の中心方向にずらしており、上記マイクロレンズの中心位置を上記画素領域の中心方向にずらしたずらし距離は、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線が機能層を通過して受光部の中心位置に到達する理論的な位置から規定されるずらし距離を理論主光線ずらし距離とした場合に、上記理論主光線ずらし距離よりも短い範囲内にあることを特徴とする固体撮像素子を提供する。   In order to solve the above problems, in the present invention, a plurality of light receiving portions, a functional layer formed on the plurality of light receiving portions, and a plurality formed on the functional layer and corresponding to the plurality of light receiving portions. A center position of the microlens when a state in which the center position of the microlens and the center position of the light receiving unit coincide with each other in a plan view is a reference state. Is shifted in the center direction of the pixel region compared to the center position of the microlens in the reference state, and the shift distance by shifting the center position of the microlens in the center direction of the pixel region is the emission distance of the camera lens. The shift distance specified from the theoretical position where the chief ray incident from the center of the pupil to the center position of the microlens passes through the functional layer and reaches the center position of the light receiving unit is defined as the theoretical chief ray shift distance. If, to provide a solid-state imaging device, characterized in that within a range shorter than a distance shifted the theoretical principal ray.

本発明によれば、マイクロレンズの中心位置を画素領域の中心方向にずらしたずらし距離を、理論主光線ずらし距離よりも短い範囲内とすることにより、受光部における光強度の観点で、マイクロレンズが有する収差の影響を考慮してマイクロレンズのずらし距離が設定されることになるため、シェーディング状態の改善を図ることができる。また、光の入射角度に応じて、マイクロレンズのずらし距離が設定されるため、特にシェーディングの影響が大きい画素領域の外周部で効果的にシェーディング状態を改善することができる。   According to the present invention, by setting the shift distance by which the center position of the microlens is shifted in the center direction of the pixel region to be within a range shorter than the theoretical principal ray shift distance, the microlens can be obtained from the viewpoint of light intensity in the light receiving unit. Since the shift distance of the microlens is set in consideration of the influence of the aberration of the shading, the shading state can be improved. In addition, since the shift distance of the microlens is set according to the incident angle of light, the shading state can be effectively improved particularly in the outer peripheral portion of the pixel region where the influence of shading is large.

上記発明において、上記マイクロレンズのずらし距離は、上記理論的な位置の入射光強度レベルより高い入射光強度レベルの領域が、上記受光部の中心となるようなずらし距離であることが好ましい。これにより受光部の中心位置における光の相対的強度レベルが強くなり、より効果的にシェーディング状態を改善することができる。   In the above invention, it is preferable that the shift distance of the microlens is a shift distance such that a region having an incident light intensity level higher than the incident light intensity level at the theoretical position is the center of the light receiving unit. As a result, the relative intensity level of light at the center position of the light receiving unit is increased, and the shading state can be improved more effectively.

上記発明において、上記マイクロレンズのずらし距離は、上記理論主光線ずらし距離で上記マイクロレンズをずらした場合よりも高いヒット率が得られる範囲内であることが好ましい。より効果的にシェーディング状態を改善することができるからである。   In the above invention, the shift distance of the microlens is preferably within a range in which a higher hit rate can be obtained than when the microlens is shifted by the theoretical principal ray shift distance. This is because the shading state can be improved more effectively.

上記発明において、上記マイクロレンズは、上記画素領域の中心方向にコマ収差が生じる特性であることが好ましい。より効果的にシェーディング状態を改善することができるからである。   In the invention described above, it is preferable that the microlens has a characteristic in which coma aberration occurs in the center direction of the pixel region. This is because the shading state can be improved more effectively.

上記発明において、上記理論主光線ずらし距離は、上記マイクロレンズおよび上記機能層をまとめてm層積層部材とし、上記マイクロレンズを上記m層積層部材の1層目とした場合に、下記関係式(1)により規定されるものであることが好ましい。
=Σj=1 tanθ …関係式(1)
(式中、Sは理論主光線ずらし距離、dはj層の厚さ、θ=sin−1((nj−1/n)sinθj−1)、nはj層の屈折率、nは大気の屈折率(n=1)、θはカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線入射角度である)
この算出方法は、m層構成部材を構成する各部材の屈折率および厚さを用いて理論主光線ずらし距離を算出することから、精度良く理論主光線ずらし距離を規定することができる。
In the above invention, the theoretical principal ray shifting distance is the following relational expression when the microlens and the functional layer are combined into an m-layer laminated member, and the microlens is the first layer of the m-layer laminated member: It is preferable that it is prescribed | regulated by 1).
S m = Σ j = 1 m d j tan θ j ... Relational expression (1)
(Where S m is the theoretical principal ray shifting distance, d j is the thickness of the j layer, θ j = sin −1 ((n j−1 / n j ) sin θ j−1 ), n j is the j layer The refractive index, n 0 is the refractive index of the atmosphere (n 0 = 1), and θ 0 is the chief ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens to the center position of the microlens)
Since this calculation method calculates the theoretical principal ray shift distance using the refractive index and thickness of each member constituting the m-layer constituent member, the theoretical principal ray shift distance can be defined with high accuracy.

上記発明においては、上記理論主光線ずらし距離は、上記マイクロレンズおよび上記機能層をまとめてm層積層部材とし、上記マイクロレンズを上記m層積層部材の1層目とした場合に、下記関係式(2)により規定されるものであることが好ましい。
=tanθΣj=1 …関係式(2)
(式中、Sは理論主光線ずらし距離、dはj層の厚さ、θ=sin−1((n/n)sinθ)、nはマイクロレンズの屈折率、nは大気の屈折率(n=1)、θはカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線入射角度である)
この算出方法は、理論主光線ずらし距離が簡便に求めることができ、例えば機能層による主光線の屈折が小さい場合には、精度良く理論主光線ずらし距離を規定することができる。
In the above invention, the theoretical principal ray shifting distance is the following relational expression when the microlens and the functional layer are combined into an m-layer laminated member, and the microlens is the first layer of the m-layer laminated member. It is preferable that it is prescribed | regulated by (2).
S m = tan θ 1 Σ j = 1 m d j ... (2)
Where S m is the theoretical principal ray shifting distance, dj is the thickness of the j layer, θ 1 = sin −1 ((n 0 / n 1 ) sin θ 0 ), n 1 is the refractive index of the microlens, n 0 is the refractive index of the atmosphere (n 0 = 1), and θ 0 is the principal ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens to the center position of the microlens)
In this calculation method, the theoretical principal ray shift distance can be easily obtained. For example, when the refraction of the principal ray by the functional layer is small, the theoretical principal ray shift distance can be accurately defined.

上記発明においては、上記機能層を構成する機能層構成用層の少なくとも一層を、上記画素領域の中心方向にずらしていることが好ましい。シェーディング状態をさらに改善することができるからである。   In the above invention, it is preferable that at least one of the functional layer constituting layers constituting the functional layer is shifted in the center direction of the pixel region. This is because the shading state can be further improved.

上記発明においては、上記画素領域の中心方向にずらした機能層構成用層が、カラーフィルタ層であることが好ましい。カラーフィルタ層の製造工程は、無機デバイス層の製造工程よりもシンプルであるため、設計が容易であり、さらにシェーディング状態を改善する効果も大きいからである。   In the above invention, the functional layer constituting layer shifted in the center direction of the pixel region is preferably a color filter layer. This is because the manufacturing process of the color filter layer is simpler than the manufacturing process of the inorganic device layer, so that the design is easy and the effect of improving the shading state is great.

上記発明においては、上記機能層が、上記受光部側から順に、無機デバイス層、第一平坦化層、カラーフィルタ層、第二平坦化層であることが好ましい。汎用的な固体撮像素子とすることができるからである。   In the said invention, it is preferable that the said functional layer is an inorganic device layer, a 1st planarization layer, a color filter layer, and a 2nd planarization layer in order from the said light-receiving part side. This is because a general-purpose solid-state imaging device can be obtained.

上記発明においては、上記マイクロレンズのみをずらした固体撮像素子であり、上記マイクロレンズのずらし距離は、上記理論主光線ずらし距離の38%より大きく、上記理論主光線ずらし距離の100%より小さい範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、さらに効果的にシェーディング状態を改善することができるからである。   In the invention, the solid-state imaging device is formed by shifting only the microlens, and the shift distance of the microlens is greater than 38% of the theoretical principal ray shift distance and less than 100% of the theoretical principal ray shift distance. It is preferable to be within. This is because the shading state can be more effectively improved within the above range.

上記発明においては、上記機能層を構成する機能層構成用層としてカラーフィルタ層を有し、上記カラーフィルタ層を上記画素領域の中心方向にずらした固体撮像素子であり、上記マイクロレンズのずらし距離は、上記理論主光線ずらし距離の65%より大きく、上記理論主光線ずらし距離の100%より小さい範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、さらに効果的にシェーディング状態を改善することができるからである。   In the invention described above, a solid-state imaging device having a color filter layer as a functional layer constituting layer constituting the functional layer, wherein the color filter layer is shifted in a center direction of the pixel region, and a shift distance of the microlens Is preferably larger than 65% of the theoretical principal ray shifting distance and smaller than 100% of the theoretical principal ray shifting distance. This is because the shading state can be more effectively improved within the above range.

上記発明においては、上記機能層を構成する機能層構成用層としてカラーフィルタ層および無機デバイス層を有し、上記無機デバイス層は配線層または遮光層を有し、上記カラーフィルタ層と、上記無機デバイス層の中で最も上記マイクロレンズに近い位置にある配線層または遮光層の遮光部とを、上記画素領域の中心方向にずらした固体撮像素子であり、上記マイクロレンズのずらし距離は、上記理論主光線ずらし距離の82%より大きく、上記理論主光線ずらし距離の100%より小さい範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、さらに効果的にシェーディング状態を改善することができるからである。   In the invention, the functional layer constituting layer constituting the functional layer has a color filter layer and an inorganic device layer, the inorganic device layer has a wiring layer or a light shielding layer, the color filter layer, and the inorganic layer A solid-state imaging device in which a wiring layer or a light shielding portion of a light shielding layer that is closest to the microlens in the device layer is shifted in the center direction of the pixel region. It is preferably within a range that is greater than 82% of the principal ray shift distance and less than 100% of the theoretical principal ray shift distance. This is because the shading state can be more effectively improved within the above range.

上記発明においては、上記機能層を構成する機能層構成用層の全てを、上記画素領域の中心方向にずらした固体撮像素子であり、上記マイクロレンズのずらし距離は、上記理論主光線ずらし距離の85%より大きく、上記理論主光線ずらし距離の100%より小さい範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、さらに効果的にシェーディング状態を改善することができるからである。なお、後述するように、機能層構成用層が、パッシベーション層、層間絶縁層、平坦化層等の透明な連続層を有する場合、これらは隣接画素間の境界を有しないため、適正にずれたものとみなすことができる。ここで、本発明における層間絶縁層とは、SiO層等の透明な連続層(積層方向と直交する方向(水平方向)に広がりを有する層)をいう。そのため、SiO内に金属配線を設けた配線層、またはSiO内に金属遮光部を設けた遮光層等は、層間絶縁層には該当しない。 In the present invention, the functional layer constituting layers constituting the functional layer are all solid-state imaging devices that are shifted in the center direction of the pixel region, and the shift distance of the microlens is the theoretical principal ray shift distance. It is preferably within a range of more than 85% and less than 100% of the theoretical principal ray shifting distance. This is because the shading state can be more effectively improved within the above range. As will be described later, when the functional layer constituting layer has a transparent continuous layer such as a passivation layer, an interlayer insulating layer, a planarizing layer, etc., these do not have a boundary between adjacent pixels, so that they are appropriately shifted. It can be regarded as a thing. Here, the interlayer insulating layer in the present invention refers to a transparent continuous layer such as a SiO 2 layer (a layer having a spread in a direction (horizontal direction) perpendicular to the stacking direction). Therefore, a wiring layer having a metal wiring in the SiO 2, or the light-shielding layer or the like provided with metal light-shielding portion in the SiO within 2 does not correspond to the interlayer insulating layer.

本発明は、マイクロレンズの中心位置を上記画素領域の中心方向にずらしたずらし距離を、理論主光線ずらし距離よりも短い範囲内とするものであり、特にシェーディングの影響が大きい画素領域の外周部で効果的にシェーディング状態を改善することができるという効果を奏する。   The present invention is such that the shift distance by which the center position of the microlens is shifted in the center direction of the pixel region is within a range shorter than the theoretical principal ray shift distance, and the outer peripheral portion of the pixel region that is particularly affected by shading. With this, the shading state can be effectively improved.

固体撮像素子のマイクロレンズに対して平行光が垂直(入射角度=0°)で入射した場合の光線追跡図である。FIG. 6 is a ray tracing diagram when parallel light is incident perpendicularly (incident angle = 0 °) with respect to the microlens of the solid-state imaging device. 図1と同様の条件における、受光部に入射する光の相対的強度レベルを示すグラフである(F値=2.8)。It is a graph which shows the relative intensity level of the light which injects into a light-receiving part on the conditions similar to FIG. 1 (F value = 2.8). 固体撮像素子のマイクロレンズに対して平行光が入射角度20°で入射した場合の光線追跡図である。It is a ray tracing figure in case parallel light injects with respect to the micro lens of a solid-state image sensor at the incident angle of 20 degrees. 図3と同様の条件における、受光部に入射する光の相対的強度レベルを示すグラフである(F値=2.8)。4 is a graph showing a relative intensity level of light incident on a light receiving unit under the same conditions as in FIG. 3 (F value = 2.8). 図3と同様の条件における、受光部に入射する光の相対的強度レベルを示すグラフである(F値=2.8、入射角度30°)。4 is a graph showing a relative intensity level of light incident on a light receiving unit under the same conditions as in FIG. 3 (F value = 2.8, incident angle 30 °). 本発明におけるマイクロレンズのずらし距離を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the shift distance of the micro lens in this invention. 本発明におけるマイクロレンズのずらし距離を説明する概略平面図である。It is a schematic plan view explaining the shift distance of the microlens in this invention. 画素領域の中心を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the center of a pixel area. 光学シミュレーションによる理論主光線ずらし距離の算出方法を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the calculation method of the theoretical principal ray shifting distance by optical simulation. マイクロレンズの中心に所定の角度から入射した光が機能層を通過して受光部に到達する際に、受光部上にその光線がヒットする確率(相対値)を光学シミュレーションにより求めたものの一例である。An example of an optical simulation that determines the probability (relative value) that a light hits the center of a microlens when the light incident on the center of the microlens passes through the functional layer and reaches the light receiver. is there. 本発明に用いられるマイクロレンズの一例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining an example of the micro lens used for this invention. 図11に示されるマイクロレンズのSEM写真である。It is a SEM photograph of the microlens shown in FIG. 実施例1における固体撮像素子のマイクロレンズに対して、所定の入射角度で平行光が入射した場合の光線追跡図である。FIG. 6 is a ray tracing diagram when parallel light is incident on the microlens of the solid-state imaging device according to the first embodiment at a predetermined incident angle. 本発明におけるシミュレーションを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the simulation in this invention. 実施例1における、主光線入射角度20°の場合のヒット率を示すグラフである。6 is a graph showing the hit rate when the chief ray incident angle is 20 ° in Example 1. 実施例1における、主光線入射角度30°の場合のヒット率を示すグラフである。6 is a graph showing the hit rate when the chief ray incident angle is 30 ° in Example 1. 実施例1における、aの値によるシェーディング状態の変化を評価したグラフである。6 is a graph showing an evaluation of a change in shading state depending on a value in Example 1. 実施例2における固体撮像素子のマイクロレンズに対して、所定の入射角度で平行光が入射した場合の光線追跡図である。FIG. 10 is a ray tracing diagram when parallel light is incident on the microlens of the solid-state imaging device according to the second embodiment at a predetermined incident angle. 実施例2における、主光線入射角度20°の場合のヒット率を示すグラフである。It is a graph which shows the hit rate in Example 2 in case the chief ray incident angle is 20 degrees. 実施例2における、主光線入射角度30°の場合のヒット率を示すグラフである。It is a graph which shows the hit rate in Example 2 in case the chief ray incident angle is 30 degrees. 実施例2における、aの値によるシェーディング状態の変化を評価したグラフである。6 is a graph showing an evaluation of a change in shading state depending on a value in Example 2. 実施例3における固体撮像素子のマイクロレンズに対して、所定の入射角度で平行光が入射した場合の光線追跡図である。FIG. 10 is a ray tracing diagram when parallel light is incident at a predetermined incident angle on the microlens of the solid-state imaging element according to the third embodiment. 実施例3における、主光線入射角度20°の場合のヒット率を示すグラフである。It is a graph which shows the hit rate in Example 3 in case the chief ray incident angle is 20 degrees. 実施例3における、主光線入射角度30°の場合のヒット率を示すグラフである。It is a graph which shows the hit rate in Example 3 in case the chief ray incident angle is 30 degrees. 実施例3における、aの値によるシェーディング状態の変化を評価したグラフである。10 is a graph showing an evaluation of a change in shading state depending on a value in Example 3. 実施例4における固体撮像素子のマイクロレンズに対して、所定の入射角度で平行光が入射した場合の光線追跡図である。FIG. 10 is a ray tracing diagram when parallel light is incident at a predetermined incident angle on the microlens of the solid-state imaging element according to the fourth embodiment. 実施例4における、主光線入射角度20°の場合のヒット率を示すグラフである。It is a graph which shows the hit rate in Example 4 in case the chief ray incident angle is 20 degrees. 実施例4における、主光線入射角度30°の場合のヒット率を示すグラフである。It is a graph which shows the hit rate in the case of Example 4 in case the chief ray incident angle is 30 degrees. 実施例4における、aの値によるシェーディング状態の変化を評価したグラフである。It is the graph which evaluated the change of the shading state by the value of a in Example 4. FIG. 実施例5における固体撮像素子のマイクロレンズに対して、所定の入射角度で平行光が入射した場合の光線追跡図である。FIG. 10 is a ray tracing diagram when parallel light is incident on the microlens of the solid-state imaging device in Example 5 at a predetermined incident angle. 実施例5における、主光線入射角度20°の場合のヒット率を示すグラフである。It is a graph which shows the hit rate in Example 5 in case the chief ray incident angle is 20 degrees. 実施例5における、主光線入射角度30°の場合のヒット率を示すグラフである。It is a graph which shows the hit rate in Example 5 in case the chief ray incident angle is 30 degrees. 実施例5における、aの値によるシェーディング状態の変化を評価したグラフである。10 is a graph showing an evaluation of a change in shading state depending on a value in Example 5. マイクロレンズのずらしを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the shift of a micro lens. マイクロレンズのずらしを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the shift of a micro lens. マイクロレンズのずらしを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the shift of a micro lens. 本発明によるマイクロレンズのずらし距離の基本的概念を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the basic concept of the shift distance of the micro lens by this invention.

以下、本発明の固体撮像素子について詳細に説明する。   Hereinafter, the solid-state imaging device of the present invention will be described in detail.

本発明の固体撮像素子は、複数の受光部と、上記複数の受光部上に形成された機能層と、上記機能層上に形成され、上記複数の受光部に対応する複数のマイクロレンズと、を有する固体撮像素子であって、平面視上、マイクロレンズの中心位置と受光部の中心位置とが一致している状態を基準状態とした場合に、上記マイクロレンズの中心位置を、上記基準状態でのマイクロレンズの中心位置と比べて、画素領域の中心方向にずらしており、上記マイクロレンズの中心位置を上記画素領域の中心方向にずらしたずらし距離は、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線が機能層を通過して受光部の中心位置に到達する理論的な位置から規定されるずらし距離を理論主光線ずらし距離とした場合に、上記理論主光線ずらし距離よりも短い範囲内にあることを特徴とするものである。   The solid-state imaging device of the present invention includes a plurality of light receiving units, a functional layer formed on the plurality of light receiving units, a plurality of microlenses formed on the functional layer and corresponding to the plurality of light receiving units, When the state where the center position of the microlens coincides with the center position of the light receiving portion in a plan view is set as the reference state, the center position of the microlens is set to the reference state. Compared to the center position of the microlens at the center of the pixel area, the shift distance by shifting the center position of the microlens toward the center of the pixel area is from the center of the exit pupil of the camera lens to the microlens. When the shift distance specified from the theoretical position where the principal ray incident on the center position of the light beam passes through the functional layer and reaches the center position of the light receiving unit is the theoretical principal ray shift distance, It is characterized in that within a range shorter than the linear displacement distance.

本発明によれば、マイクロレンズの中心位置を画素領域の中心方向にずらしたずらし距離を、理論主光線ずらし距離よりも短い範囲内とすることにより、受光部における光強度の観点で、マイクロレンズが有する収差の影響を考慮してマイクロレンズのずらし距離が設定されることになるため、シェーディング状態の改善を図ることができる。また、光の入射角度に応じて、マイクロレンズのずらし距離が設定されるため、特にシェーディングの影響が大きい画素領域の外周部で効果的にシェーディング状態を改善することができる。なお、特許文献2には、光学シミュレーションで求めたずらし距離の最適値に対して、±30%の範囲を許容する旨記載されている(例えば特許文献2の0047段落)。しかしながら、これは、計算上の省略および近似、実際の製造上の精度を考慮して±30%の誤差を認めたに過ぎないものである。これに対して、本発明は、収差の影響を考慮してマイクロレンズのずらし距離の範囲を設定したものであり、そのずらし距離は、上記の特許文献2の表現を用いると、ずらし距離の最適値に対して短い範囲としたものである。そのような概念は、特許文献2に記載も示唆もされていない。すなわち、従来、収差の影響を考慮したマイクロレンズのずらしが知られていなかったため、当然その収差の影響が、ずらし距離の最適値に対して長くなるのか、短くなるのか、判断することは困難であった。これに対して、本発明においては、収差の影響が、ずらし距離の最適値に対して短い側にでるという知見に基づいて、マイクロレンズのずらし距離を設定したものである。すなわち、本発明では、収差の影響によって、ずらし距離の最適値に対して短い側の入射光強度レベルが高くなる、という新たな知見に基づいて各マイクロレンズのずらし距離を設定することが大きな特徴である。   According to the present invention, by setting the shift distance by which the center position of the microlens is shifted in the center direction of the pixel region to be within a range shorter than the theoretical principal ray shift distance, the microlens can be obtained from the viewpoint of light intensity in the light receiving unit. Since the shift distance of the microlens is set in consideration of the influence of the aberration of the shading, the shading state can be improved. In addition, since the shift distance of the microlens is set according to the incident angle of light, the shading state can be effectively improved particularly in the outer peripheral portion of the pixel region where the influence of shading is large. Note that Patent Document 2 describes that a range of ± 30% is allowed for the optimum value of the shift distance obtained by optical simulation (for example, paragraph 0047 of Patent Document 2). However, this only allows an error of ± 30% in consideration of calculation omission and approximation, and actual manufacturing accuracy. On the other hand, the present invention sets the range of the shift distance of the microlens in consideration of the influence of aberration, and the shift distance is the optimum shift distance using the expression of the above-mentioned Patent Document 2. It is a short range for the value. Such a concept is neither described nor suggested in Patent Document 2. In other words, since there has been no known shift of the micro lens in consideration of the influence of the aberration, it is naturally difficult to determine whether the influence of the aberration is longer or shorter than the optimum value of the shift distance. there were. On the other hand, in the present invention, the shift distance of the microlens is set based on the knowledge that the influence of the aberration appears on the short side with respect to the optimum value of the shift distance. That is, in the present invention, the shift distance of each microlens is set based on the new finding that the incident light intensity level on the short side becomes higher than the optimum shift distance due to the influence of aberration. It is.

次に、本発明の固体撮像素子の概念について、図面を用いて順を追って説明する。まず、図1は、固体撮像素子のマイクロレンズに対して平行光が垂直(入射角度=0°)で入射した場合の光線追跡図である。より具体的には、ピッチ2μmの受光部上に、無機デバイス層(7層のSiO層(その中の3層は配線層または遮光層、残りの4層は層間絶縁層)およびパッシベーション層)、第一平坦化層、カラーフィルタ層、第二平坦化層およびマイクロレンズ(ギャップレス連続型)が積層された固体撮像素子を用いた場合の光線追跡図である。なお、図1で示す配線層または遮光層は、配線部または遮光部(図面における斜線部)と、透過部(図面における透明部)とで膜厚が一致している。そのため、隣接するSiO層(層間絶縁層)との間の界面は、配線部または遮光部と透過部とで段差がなく、直線状に形成されている。実際の製造において、配線部または遮光部の膜厚が、透過部の膜厚よりも小さく、配線部または遮光部の表面上に、透過部の一部が残留することがある。これは、配線層または遮光層を形成する際に、まず配線部または遮光部を形成し、次に配線部または遮光部を覆うように透過部をCVD法等により形成し、最後に凹凸を緩和する平坦化処理を行うという作業を行うが、その平坦化処理の際に、配線部または遮光部の膜厚と、透過部の膜厚とが完全に一致するまで平坦化を行わずに、配線部または遮光部の表面上に、透過部の一部が残留する程度で平坦化を終える場合があるからである。このような膜厚の不一致がある場合であっても、その不一致による誤差は僅かであるので、光学シミュレーション上では無視することができる。 Next, the concept of the solid-state imaging device of the present invention will be described in order with reference to the drawings. First, FIG. 1 is a ray tracing diagram in the case where parallel light is incident on the microlens of the solid-state imaging device at a vertical angle (incident angle = 0 °). More specifically, an inorganic device layer (seven SiO 2 layers (three layers of which are a wiring layer or a light shielding layer, and the remaining four layers are interlayer insulating layers) and a passivation layer) on a light receiving portion having a pitch of 2 μm) FIG. 6 is a ray tracing diagram in the case of using a solid-state imaging device in which a first planarization layer, a color filter layer, a second planarization layer, and a microlens (gapless continuous type) are stacked. Note that the wiring layer or the light shielding layer shown in FIG. 1 has the same film thickness between the wiring portion or the light shielding portion (shaded portion in the drawing) and the transmission portion (transparent portion in the drawing). Therefore, the interface between adjacent SiO 2 layers (interlayer insulating layers) is formed in a straight line with no step between the wiring portion or the light shielding portion and the transmission portion. In actual manufacture, the film thickness of the wiring part or the light shielding part is smaller than the film thickness of the transmission part, and a part of the transmission part may remain on the surface of the wiring part or the light shielding part. When forming a wiring layer or a light shielding layer, the wiring part or the light shielding part is first formed, and then the transmission part is formed by a CVD method or the like so as to cover the wiring part or the light shielding part. However, during the flattening process, wiring is performed without performing flattening until the film thickness of the wiring part or the light-shielding part completely matches the film thickness of the transmission part. This is because the planarization may be finished to the extent that a part of the transmission part remains on the surface of the part or the light shielding part. Even when there is such a mismatch in film thickness, the error due to the mismatch is slight and can be ignored in the optical simulation.

図1に示されるように、入射された平行光は、マイクロレンズや他の層を通過し、受光部の表面上で焦点を結ぶ。ここで、図2は、図1と同様の条件における、受光部に入射する光の相対的強度レベルを示す図であり、図中の数値は入射光の相対的強度を表す。但し、マイクロレンズに入射する光線は平行光ではなく、F値=2.8のカメラレンズより入射する光束とした。図2に示される光の相対強度レベルは、平行光ではないため一点に集光することはなく、ある広がりを持つが、マイクロレンズの中心を通過する光線が到達する点(図2における十字の中央部分)を中心に上下左右対称な円形の広がりを有する。   As shown in FIG. 1, the incident parallel light passes through the microlens and other layers, and is focused on the surface of the light receiving unit. Here, FIG. 2 is a diagram showing the relative intensity level of light incident on the light receiving unit under the same conditions as in FIG. 1, and the numerical values in the figure represent the relative intensity of incident light. However, the light beam incident on the microlens is not parallel light but a light beam incident from a camera lens having an F value = 2.8. The relative intensity level of the light shown in FIG. 2 is not parallel light, so it does not converge on one point and has a certain spread, but the point where the light beam passing through the center of the microlens reaches (the cross-shaped point in FIG. 2). It has a circular spread that is symmetrical in the vertical and horizontal directions with the center portion as the center.

一方、図3は、固体撮像素子のマイクロレンズに対して平行光が入射角度20°で入射した場合の光線追跡図である。ここでは、後述するように、受光部に対して、マイクロレンズ、第二平坦化層、カラーフィルタ層、第一平坦化層、および無機デバイス層を構成する各層を所定のずらし距離でずらしているものとする。図3に示すように平行光の入射角度が大きくなると、上述した図1のように平行光が受光部上で一点に集光せず、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線が機能層を通過して受光部の中心位置に到達する点(図3における符号Aで示す点;以下、「理論的な位置」とも表現する)より図面下側、すなわち画素領域の中心方向へ到達する光線が観察されることが分かる。これは、マイクロレンズが有すると考えられる収差のうち、いわゆる「コマ収差」による影響が強く現れた現象であると推測できる。
以下、このコマ収差が固体撮像素子の受光部における光強度分布に及ぼす影響を説明する。
On the other hand, FIG. 3 is a ray tracing diagram when parallel light is incident on the microlens of the solid-state imaging device at an incident angle of 20 °. Here, as will be described later, the layers constituting the microlens, the second planarization layer, the color filter layer, the first planarization layer, and the inorganic device layer are shifted by a predetermined shift distance with respect to the light receiving portion. Shall. As shown in FIG. 3, when the incident angle of the parallel light is increased, the parallel light is not collected at one point on the light receiving unit as shown in FIG. 1, but is incident on the center position of the microlens from the center of the exit pupil of the camera lens. The principal ray passes through the functional layer and reaches the center position of the light receiving unit (a point indicated by symbol A in FIG. 3; hereinafter, also expressed as “theoretical position”), that is, below the drawing, that is, in the pixel region It can be seen that a light beam reaching the center direction is observed. This can be presumed to be a phenomenon in which the influence of so-called “coma aberration” appears strongly among the aberrations considered to be possessed by the microlens.
Hereinafter, the effect of this coma aberration on the light intensity distribution in the light receiving portion of the solid-state imaging device will be described.

図4は、図3と同様の条件における、受光部に入射する光の相対的強度レベルを示す図であり、図中の数値は入射光の相対的強度を表す。但し、マイクロレンズに入射する光線は平行光ではなく、F値=2.8のカメラレンズより入射する光束とした。また、図5は、入射角度を30°に変更した場合の図である。これらの図で示された光の相対的強度レベルから理解されるとおり、いずれも、カメラレンズより入射する光束の広がりが上下方向でいびつになり、入射光強度レベルの高い部分(図4、図5で0.8〜1.0の領域)は、マイクロレンズの中心を通過する主光線が受光部に到達する点(図4、図5における十字の中央部分)より図面下側、すなわち画素領域の中心方向へずれており、主光線入射角度が大きくなると入射光強度レベルの高い領域のずれ量も大きくなる。このように固体撮像素子で使用されるマイクロレンズは、画素領域の中心方向にコマ収差が生じる特性、すなわち、受光部に入射する光の入射光強度レベルの高い領域が、画素領域の中心方向にずれる特性を有するのである。   FIG. 4 is a diagram showing the relative intensity level of light incident on the light receiving unit under the same conditions as in FIG. 3, and the numerical values in the figure represent the relative intensity of incident light. However, the light beam incident on the microlens is not parallel light but a light beam incident from a camera lens having an F value = 2.8. FIG. 5 is a diagram when the incident angle is changed to 30 °. As understood from the relative intensity levels of the light shown in these figures, the spread of the light beam incident from the camera lens is distorted in the vertical direction, and the portion with the high incident light intensity level (FIGS. 4 and 4). 5 is an area from 0.8 to 1.0) below the point from the point where the chief ray passing through the center of the microlens reaches the light receiving part (the central part of the cross in FIGS. 4 and 5), that is, the pixel area As the chief ray incident angle increases, the amount of shift in a region with a high incident light intensity level also increases. As described above, the microlens used in the solid-state imaging device has a characteristic in which coma aberration occurs in the center direction of the pixel region, that is, a region where the incident light intensity level of light incident on the light receiving unit is high in the center direction of the pixel region. It has a deviating characteristic.

以上、図3〜図5を用いて本発明における新たな知見を具体的に説明した。すなわち、先に述べたとおり、本発明では、マイクロレンズの収差の影響によって、従来考えられていたずらし距離の最適値に対して短い側(画素領域の中心方向寄り)の入射光強度レベルが高くなることが新たな知見である。そして、本発明は、この新たな知見に基づいて、マイクロレンズのずらし距離(あるマイクロレンズとそれに対応する受光部との位置関係)を設定することが大きな特徴である。   As described above, the new knowledge in the present invention has been specifically described with reference to FIGS. That is, as described above, in the present invention, the incident light intensity level on the short side (near the center direction of the pixel region) is higher than the optimum value of the shift distance considered conventionally due to the influence of the aberration of the microlens. This is a new finding. A major feature of the present invention is that the shift distance of the microlens (the positional relationship between a certain microlens and the corresponding light receiving unit) is set based on this new knowledge.

従って、本発明におけるマイクロレンズのずらし距離は、カメラレンズの射出瞳中心から、マイクロレンズの中心に入射される光線をスネルの法則に基づいた光線追跡を行い、その光線が受光部中心に入射するように設定するのではなく、従来考慮されていなかった収差に配慮して設定するのである。すなわち、本発明におけるマイクロレンズのずらし距離は、マイクロレンズの収差の影響により生じる入射光強度レベルの高い領域を考慮して設定されることが大きな特徴なのである。   Therefore, the shift distance of the microlens in the present invention is that the light ray incident on the center of the microlens is traced based on Snell's law from the center of the exit pupil of the camera lens, and the light ray is incident on the center of the light receiving unit. Rather than setting in this way, the setting is made in consideration of aberrations that have not been considered in the past. That is, the major feature of the present invention is that the microlens shift distance in the present invention is set in consideration of a region where the incident light intensity level is high due to the influence of the aberration of the microlens.

より具体的には、マイクロレンズのずらし距離は、上述の理論的な位置(図4、5における十字の中央部分で表される点)の入射光強度レベルより高い入射光強度レベルの領域が、受光部の中心となるように設定されるのである。   More specifically, the shift distance of the microlens is a region having an incident light intensity level higher than the incident light intensity level at the above-described theoretical position (the point represented by the central portion of the cross in FIGS. 4 and 5). It is set to be the center of the light receiving part.

図37は、本発明におけるマイクロレンズのずらし距離の基本的概念を説明するための図である。図37において、実線は図4に対応する入射光強度レベルを表し、符号×は受光部の中心位置、符号+は上述の理論的な位置(図4、5における十字の中心部分)をそれぞれ示している。図37に示すように、受光部の中心位置(符号×)を、上述の理論的な位置(符号+)から画素領域の中心方向にずらし、入射光強度レベルがより高い領域内の位置とするのである。これにより、受光部の中心位置が、入射光強度レベルが0.6〜0.8の領域ではなく、入射光強度レベルが0.8〜1.0の領域内に設定される。なお、ここで、「領域」とは、厳密な意味での領域ではなく、上述の理論的な位置の入射光強度レベルより相対的に高い入射光強度レベルである場所(部分)を意味するものである。このように各マイクロレンズのずらし距離を設定することにより、受光部の中心位置における光の相対的強度レベルが強くなるため、シェーディング状態が改善されるのである。特にシェーディングの影響が大きい画素領域の外周部で効果的にシェーディング状態を改善することができる。このマイクロレンズのずらし距離の決め方の一例は、理論主光線ずらし距離でマイクロレンズをずらした場合よりも高いヒット率が得られる範囲とするものである。このヒット率を用いたマイクロレンズのずらし距離の決め方については後述する。
以下、本発明の固体撮像素子について、さらに詳細に説明する。
FIG. 37 is a diagram for explaining the basic concept of the shift distance of the microlens in the present invention. In FIG. 37, the solid line represents the incident light intensity level corresponding to FIG. 4, the symbol x represents the center position of the light receiving unit, and the symbol + represents the theoretical position described above (the center portion of the cross in FIGS. 4 and 5). ing. As shown in FIG. 37, the center position (symbol x) of the light receiving unit is shifted from the above-described theoretical position (symbol +) toward the center of the pixel region to be a position in a region where the incident light intensity level is higher. It is. Thereby, the center position of the light receiving unit is set not in the region where the incident light intensity level is 0.6 to 0.8 but in the region where the incident light intensity level is 0.8 to 1.0. Here, the “region” is not a region in a strict sense, but means a place (part) where the incident light intensity level is relatively higher than the above-described theoretical incident light intensity level. It is. By setting the shift distance of each microlens in this manner, the relative intensity level of light at the center position of the light receiving unit is increased, and the shading state is improved. In particular, it is possible to effectively improve the shading state at the outer peripheral portion of the pixel area where the influence of shading is large. An example of how to determine the shift distance of the micro lens is a range in which a higher hit rate can be obtained than when the micro lens is shifted by the theoretical principal ray shift distance. A method for determining the shift distance of the microlens using this hit rate will be described later.
Hereinafter, the solid-state imaging device of the present invention will be described in more detail.

1.マイクロレンズおよび受光部の位置関係について
まず、本発明における、マイクロレンズおよび受光部の位置関係について、図6および図7を用いて説明する。図6は、本発明におけるマイクロレンズおよび受光部の位置関係を説明する概略断面図であり、図7はその概略平面図である。本発明の固体撮像素子においては、平面視上、マイクロレンズの中心位置と受光部の中心位置とが一致している状態を基準状態とした場合に、マイクロレンズの中心位置を、基準状態でのマイクロレンズの中心位置と比べて、画素領域の中心方向にずらしている。ここで、「マイクロレンズの中心位置」とは、マイクロレンズの接地面における重心の位置をいう。「受光部の中心位置」とは、受光部の感光面における重心の位置をいう。「基準状態」とは、平面視上、マイクロレンズの中心位置と受光部の中心位置とが一致している状態をいい、具体的には図6(a)および図7(a)に示すように、マイクロレンズ6の中心位置と、受光部1の中心位置とが平面視上一致している状態をいう。
1. Regarding the positional relationship between the microlens and the light receiving unit First, the positional relationship between the microlens and the light receiving unit in the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the positional relationship between the microlens and the light receiving portion in the present invention, and FIG. 7 is a schematic plan view thereof. In the solid-state imaging device of the present invention, when the state in which the center position of the microlens and the center position of the light receiving unit coincide with each other in the plan view is the reference state, the center position of the microlens is Compared with the center position of the microlens, it is shifted toward the center of the pixel region. Here, the “center position of the microlens” refers to the position of the center of gravity on the ground contact surface of the microlens. The “center position of the light receiving portion” refers to the position of the center of gravity on the photosensitive surface of the light receiving portion. The “reference state” refers to a state in which the center position of the microlens and the center position of the light receiving unit coincide in plan view, and specifically, as shown in FIGS. 6 (a) and 7 (a). In addition, the center position of the microlens 6 and the center position of the light receiving unit 1 coincide with each other in plan view.

上述したように、本発明においては、マイクロレンズの中心位置を、基準状態でのマイクロレンズの中心位置と比べて、画素領域の中心方向にずらしている。ここで、「画素領域の中心」とは、カメラレンズの光軸と画素領域とが交わる位置をいい、具体的には図8に示すように、カメラレンズの光軸と、固体撮像素子10の画素領域とが交わる位置をいう。なお、「画素領域の中心方向」とは、平面視上、受光部の中心と画素領域の中心とを結ぶ直線上に限定されるものではなく、上述した収差の影響が及ぶ方向をも包含するものである。   As described above, in the present invention, the center position of the microlens is shifted in the center direction of the pixel region compared to the center position of the microlens in the reference state. Here, the “center of the pixel region” refers to a position where the optical axis of the camera lens and the pixel region intersect. Specifically, as shown in FIG. 8, the optical axis of the camera lens and the solid-state imaging device 10 The position where the pixel area intersects. The “center direction of the pixel region” is not limited to a straight line connecting the center of the light receiving unit and the center of the pixel region in a plan view, but also includes a direction in which the above-described aberration affects. Is.

一方、本発明において、「理論主光線ずらし距離」とは、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線が機能層を通過して受光部の中心位置に到達する理論的な位置から規定されるものをいう。通常は、マイクロレンズおよび機能層の厚さおよび屈折率等により決定される。このように、主光線が受光部に到達する位置に基づいてマイクロレンズをずらす技術は、従来から行われてきたものである(図6(b)および図7(b)参照)。   On the other hand, in the present invention, the “theoretical principal ray shifting distance” is the theoretical amount by which the principal ray incident on the center position of the microlens from the center of the exit pupil of the camera lens passes through the functional layer and reaches the center position of the light receiving unit. It is defined from the right position. Usually, it is determined by the thickness and refractive index of the microlens and the functional layer. As described above, the technique of shifting the microlens based on the position where the chief ray reaches the light receiving unit has been conventionally performed (see FIGS. 6B and 7B).

これに対して、本発明におけるマイクロレンズのずらし距離は、理論主光線ずらし距離よりも短い範囲内にあることを特徴とするものである。具体的には、図6(c)および図7(c)に示すように、マイクロレンズ6のずらし距離は、通常、理論主光線ずらし距離と、基準状態でのマイクロレンズのずらし距離(ずらし量=0)との間になるように設定される。なお、本発明におけるマイクロレンズのずらし距離でマイクロレンズをずらすと、図6(c)に示すように、主光線は受光部1の中心位置から外れた位置に到達するが、このような状態であっても、上述した図3〜図5および図37で説明したように、受光部の中心位置が相対的に入射光強度レベルの高い領域に設定されているため、受光部の中心位置における光の相対的強度レベルは強くなる。   On the other hand, the shift distance of the microlens in the present invention is characterized by being in a range shorter than the theoretical principal ray shift distance. Specifically, as shown in FIGS. 6C and 7C, the shift distance of the microlens 6 is usually the theoretical principal ray shift distance and the shift distance (shift amount) of the microlens in the reference state. = 0). When the microlens is displaced by the microlens displacement distance in the present invention, the principal ray reaches a position deviating from the center position of the light receiving unit 1 as shown in FIG. Even in such a case, as described with reference to FIGS. 3 to 5 and 37 described above, since the center position of the light receiving unit is set to a region having a relatively high incident light intensity level, the light at the center position of the light receiving unit is set. The relative intensity level of becomes stronger.

本実施形態におけるマイクロレンズは、既に述べたように、画素領域の中心方向にコマ収差が生じる特性(すなわち、受光部に入射する光の入射光強度レベルの高い領域が、画素領域の中心方向にずれる特性)を有するものが好適に用いられる。このようなマイクロレンズの形状の一例は、回転楕円体の一部を切り取った形状である。ここで、「コマ収差」とは、ザイデルの五収差の一つに分類され、光軸外の1点から出た光線が像面において1点に集束しない収差をいうもので、収差の形状としては主光線に対して非対称なコメット状のものである。なお、コマ収差については、例えば「実用光キーワード辞典」(2005年10月発行、日本光学測定機工業会編、朝倉書店)および「光学」(1979年10月発行、村田和美著、サイエンス社)等に詳細に記載されている。ただし、本実施形態におけるマイクロレンズは、画素領域の中心方向にコマ収差が生じる特性(すなわち、受光部に入射する光の入射光強度レベルの高い領域が、画素領域の中心方向にずれる特性)を有すれば良く、上記辞典等に定義されている意味での「コマ収差」を有するもののみに限定されるわけではない。   As described above, the microlens in this embodiment has a characteristic in which coma aberration occurs in the center direction of the pixel region (that is, a region having a high incident light intensity level of light incident on the light receiving unit is in the center direction of the pixel region. Those having a characteristic of shifting) are preferably used. An example of the shape of such a microlens is a shape obtained by cutting a part of a spheroid. Here, “coma aberration” is classified as one of Seidel's five aberrations, and refers to an aberration in which a light beam emitted from one point outside the optical axis does not converge to one point on the image plane. Is a comet shape asymmetric with respect to the chief ray. As for coma aberration, for example, “Practical Light Keyword Dictionary” (issued in October 2005, edited by Japan Optical Measuring Instruments Manufacturers Association, Asakura Shoten) and “Optics” (issued in October 1979, by Kazumi Murata, Science) Are described in detail. However, the microlens in this embodiment has a characteristic in which coma aberration occurs in the center direction of the pixel area (that is, a characteristic in which an area having a high incident light intensity level of light incident on the light receiving unit is shifted in the center direction of the pixel area). It is not limited to only having “coma aberration” in the meaning defined in the above dictionary.

本発明における理論主光線ずらし距離は、固体撮像素子の構成等によって異なるものであり、光学シミュレーションにより算出することが好ましい。中でも、本発明においては、下記の2種類の算出方法のいずれかにより、理論主光線ずらし距離を規定することが好ましい。   The theoretical principal ray shifting distance in the present invention varies depending on the configuration of the solid-state imaging device and is preferably calculated by optical simulation. Among them, in the present invention, it is preferable to define the theoretical principal ray shift distance by one of the following two types of calculation methods.

まず、本発明における理論主光線ずらし距離の第一の算出方法について説明する。この算出方法において、理論主光線ずらし距離は、マイクロレンズおよび機能層をまとめてm層積層部材とし、マイクロレンズをm層積層部材の1層目とした場合に、下記関係式(1)により規定されるものである。
=Σj=1 tanθ …関係式(1)
(式中、Sは理論主光線ずらし距離、dはj層の厚さ、θ=sin−1((nj−1/n)sinθj−1)、nはj層の屈折率、nは大気の屈折率(n=1)、θはカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線入射角度である)
First, the first calculation method of the theoretical principal ray shifting distance in the present invention will be described. In this calculation method, the theoretical principal ray shifting distance is defined by the following relational expression (1) when the microlens and the functional layer are combined into an m-layer laminated member and the microlens is the first layer of the m-layer laminated member. It is what is done.
S m = Σ j = 1 m d j tan θ j ... Relational expression (1)
(Where S m is the theoretical principal ray shifting distance, d j is the thickness of the j layer, θ j = sin −1 ((n j−1 / n j ) sin θ j−1 ), n j is the j layer The refractive index, n 0 is the refractive index of the atmosphere (n 0 = 1), and θ 0 is the chief ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens to the center position of the microlens)

この算出方法は、予め決めた特定の光学系の状態で、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心に主光線入射角度にて入射した主光線が、マイクロレンズへ入射する境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し、その後も異なる材質の境界を通過する毎に、境界両側の屈折率の違いに対応して屈折し、受光部の中心に至る光路を取るものと想定して、理論主光線ずらし距離を求める方法である。具体的には、図9に示すように、マイクロレンズおよび機能層(第二平坦化層、カラーフィルタ層、第一平坦化層および無機デバイス層)という特定の光学系の状態で、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心に主光線入射角度θにて入射した主光線が、マイクロレンズへ入射する境界において、境界両側の材質(大気およびマイクロレンズ)の屈折率の違いに対応して屈折し、その後も異なる材質の境界を通過する毎に、境界両側の屈折率の違いに対応して屈折し、受光部の中心に至る光路を取るものと想定して、理論主光線ずらし距離Sを求める方法である。この算出方法は、m層構成部材を構成する各部材の屈折率および厚さを用いて理論主光線ずらし距離を算出することから、精度良く理論主光線ずらし距離を規定することができる。 In this calculation method, the principal ray incident at the chief ray incident angle from the center of the exit pupil of the camera lens to the center of the microlens is incident to the microlens at the boundary of both sides of the boundary in the state of a predetermined specific optical system. Refracted according to the difference in refractive index of the material, and then refracted according to the difference in refractive index on both sides of the boundary each time it passes through the boundary between different materials, taking an optical path to the center of the light receiving unit This is a method for obtaining the theoretical principal ray shift distance. Specifically, as shown in FIG. 9, in the state of a specific optical system such as a microlens and a functional layer (second planarization layer, color filter layer, first planarization layer, and inorganic device layer), the camera lens Corresponding to the difference in refractive index of the material (atmosphere and microlens) on both sides of the boundary at the boundary where the chief ray incident at the chief ray incident angle θ 0 from the exit pupil center to the center of the microlens enters the microlens The theoretical principal ray shifting distance S is assumed assuming that each time the light passes through the boundary between different materials, it is refracted corresponding to the difference in refractive index on both sides of the boundary and takes an optical path to the center of the light receiving unit. This is a method for obtaining m . Since this calculation method calculates the theoretical principal ray shift distance using the refractive index and thickness of each member constituting the m-layer constituent member, the theoretical principal ray shift distance can be defined with high accuracy.

関係式(1)は、以下のようにして求められる(図9参照)。
まず、マイクロレンズおよび機能層をまとめてm層積層部材とし、マイクロレンズをm層積層部材の1層目とする。なお、mの値は、例えば1〜10の範囲内である。さらに、nを大気の屈折率(n=1)とし、nをマイクロレンズの屈折率とし、θをカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線入射角度とし、θをマイクロレンズから出射する主光線の出射角度とする。スネルの法則により、n、n、θ、θは以下の関係を有する。
sinθ=nsinθ
よって、θ=sin−1((n/n)sinθ)となる。
同様に、j−1層およびj層の界面におけるθ(j層から出射する主光線の出射角度)は、θ=sin−1((nj−1/n)sinθj−1)となる。
また、マイクロレンズのずらし量dS(2層目である第二平坦化層に対するマイクロレンズのずらし量)について、dS/d=tanθであるから、dS=dtanθとなる。
同様にj層のj−1層に対するずらし量dSは、dS=dtanθとなる。
ここで、理論主光線ずらし距離をSとした場合、Sは、1層からm層までのdSの累積であることから、
=Σj=1 dS=Σj=1 tanθとなる。
Relational expression (1) is obtained as follows (see FIG. 9).
First, the microlens and the functional layer are collectively used as an m-layer laminated member, and the microlens is defined as the first layer of the m-layer laminated member. In addition, the value of m is in the range of 1-10, for example. Furthermore, n 0 is the refractive index of the atmosphere (n 0 = 1), n 1 is the refractive index of the microlens, and θ 0 is the principal ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens to the center position of the microlens. , Θ 1 is the emission angle of the chief ray emitted from the microlens. According to Snell's law, n 0 , n 1 , θ 0 , and θ 1 have the following relationship.
n 0 sin θ 0 = n 1 sin θ 1
Therefore, θ 1 = sin −1 ((n 0 / n 1 ) sin θ 0 ).
Similarly, θ j at the interface between the j−1 layer and the j layer (the emission angle of the chief ray emitted from the j layer) is θ j = sin −1 ((n j−1 / n j ) sin θ j−1 ). It becomes.
Further, since the shift amount dS 1 of the microlens (the shift amount of the microlens with respect to the second flattening layer as the second layer) is dS 1 / d 1 = tan θ 1 , dS 1 = d 1 tanθ 1 .
Similarly, the shift amount dS j of the j layer with respect to the j−1 layer is dS j = d j tan θ j .
Here, when the theoretical principal ray shifting distance is S m , S m is the accumulation of dS j from the first layer to the m layer.
S m = Σ j = 1 m dS j = Σ j = 1 m d j tan θ j

次に、本発明における理論主光線ずらし距離の第二の算出方法について説明する。この算出方法において、理論主光線ずらし距離は、マイクロレンズおよび機能層をまとめてm層積層部材とし、マイクロレンズをm層積層部材の1層目とした場合に、下記関係式(2)により規定されるものである。
=tanθΣj=1 …関係式(2)
(式中、Sは理論主光線ずらし距離、dはj層の厚さ、θ=sin−1((n/n)sinθ)、nはマイクロレンズの屈折率、nは大気の屈折率(n=1)、θはカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線入射角度である)
Next, a second calculation method of the theoretical principal ray shifting distance in the present invention will be described. In this calculation method, the theoretical principal ray shifting distance is defined by the following relational expression (2) when the microlens and the functional layer are combined into an m-layer laminated member and the microlens is the first layer of the m-layer laminated member. It is what is done.
S m = tan θ 1 Σ j = 1 m d j ... (2)
Where S m is the theoretical principal ray shifting distance, dj is the thickness of the j layer, θ 1 = sin −1 ((n 0 / n 1 ) sin θ 0 ), n 1 is the refractive index of the microlens, n 0 is the refractive index of the atmosphere (n 0 = 1), and θ 0 is the principal ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens to the center position of the microlens)

この算出方法は、予め決めた特定の光学系の状態で、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心に、主光線入射角度にて入射した主光線が、マイクロレンズへ入射する境界において、境界両側の材質の屈折率の違いに対応して屈折し、その後直進し、受光部の中心に至る光路を取るものと想定して理論主光線ずらし距離を求める方法である。この算出方法は、大気の屈折率と、m層構成部材の1層目に位置するマイクロレンズの屈折率とを用いて、マイクロレンズから出射する主光線の出射角度を求め、その後、その出射角度で主光線が直進して機能層を通過するという仮定の下、m層構成部材を構成する各部材の厚さから理論主光線ずらし距離を算出する方法である。この算出方法は、理論主光線ずらし距離が簡便に求めることができ、例えば機能層による主光線の屈折が小さい場合には、精度良く理論主光線ずらし距離を規定することができる。   This calculation method uses a boundary at which the principal ray incident at the chief ray incident angle from the center of the exit pupil of the camera lens to the center of the microlens enters the microlens in the state of a predetermined specific optical system. This is a method for obtaining the theoretical principal ray shifting distance on the assumption that the light is refracted corresponding to the difference in refractive index between the materials on both sides, then travels straight, and takes the optical path to the center of the light receiving portion. This calculation method uses the refractive index of the atmosphere and the refractive index of the microlens located in the first layer of the m-layer constituent member to determine the emission angle of the principal ray emitted from the microlens, and then the emission angle. In this method, the theoretical principal ray shift distance is calculated from the thickness of each member constituting the m-layer constituent member under the assumption that the principal ray goes straight and passes through the functional layer. In this calculation method, the theoretical principal ray shift distance can be easily obtained. For example, when the refraction of the principal ray by the functional layer is small, the theoretical principal ray shift distance can be accurately defined.

関係式(2)は、以下のようにして求められる。
まず、マイクロレンズおよび機能層をまとめてm層積層部材とし、マイクロレンズをm層積層部材の1層目とする。なお、mの値は、例えば1〜10の範囲内である。さらに、nを大気の屈折率(n=1)とし、nをマイクロレンズの屈折率とし、θをカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線入射角度とし、θをマイクロレンズから出射する主光線の出射角度とする。ここで、スネルの法則により、n、n、θ、θは以下の関係を有する。
sinθ=nsinθ
よって、θ=sin−1((n/n)sinθ)となる。
ここで、マイクロレンズから出射する主光線は直進して機能層を通過することを仮定しているため、
=tanθ×(m層構成部材の厚さの総和)=tanθΣj=1 となる。
Relational expression (2) is obtained as follows.
First, the microlens and the functional layer are collectively used as an m-layer laminated member, and the microlens is defined as the first layer of the m-layer laminated member. In addition, the value of m is in the range of 1-10, for example. Furthermore, n 0 is the refractive index of the atmosphere (n 0 = 1), n 1 is the refractive index of the microlens, and θ 0 is the principal ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens to the center position of the microlens. , Θ 1 is the emission angle of the chief ray emitted from the microlens. Here, according to Snell's law, n 0 , n 1 , θ 0 , and θ 1 have the following relationship.
n 0 sin θ 0 = n 1 sin θ 1
Therefore, θ 1 = sin −1 ((n 0 / n 1 ) sin θ 0 ).
Here, since it is assumed that the chief ray emitted from the microlens goes straight through the functional layer,
S m = tan θ 1 × (total thickness of m layer constituent members) = tan θ 1 Σ j = 1 m d j .

本発明においては、マイクロレンズのずらし距離が、理論主光線ずらし距離よりも短い。さらに、本発明においては、マイクロレンズのずらし距離が、理論主光線ずらし距離でマイクロレンズをずらした場合よりも高いヒット率が得られる範囲内であることが好ましい。図10は、マイクロレンズの中心に所定の角度から入射した光が機能層を通過して受光部に到達する際に、その光線のヒット率を光学シミュレーションにより求めたものの一例である。なお、後述するように、aの値が100%である場合のずらし距離が理論主光線ずらし距離に該当する。本発明においては、マイクロレンズのずらし距離が、理論主光線ずらし距離よりも短い範囲内にある。さらに、マイクロレンズのずらし距離は、理論主光線ずらし距離でマイクロレンズをずらした場合よりも高いヒット率が得られる範囲内であることが好ましい。図10においては、マイクロレンズのずらし距離が、理論主光線ずらし距離の85%より大きく、理論主光線ずらし距離の100%より小さい範囲内にあれば、理論主光線ずらし距離でマイクロレンズをずらした場合よりも高いヒット率を得ることができる。本発明の固体撮像素子は、このような範囲で、マイクロレンズをずらすことが好ましい。   In the present invention, the shift distance of the microlens is shorter than the theoretical principal ray shift distance. Furthermore, in the present invention, it is preferable that the shift distance of the microlens is within a range in which a higher hit rate can be obtained than when the microlens is shifted by the theoretical principal ray shift distance. FIG. 10 shows an example of the light hit rate obtained by optical simulation when light incident on the center of the microlens from a predetermined angle passes through the functional layer and reaches the light receiving unit. As will be described later, the shift distance when the value of a is 100% corresponds to the theoretical principal ray shift distance. In the present invention, the shift distance of the microlens is in a range shorter than the theoretical principal ray shift distance. Furthermore, it is preferable that the shift distance of the microlens is within a range in which a higher hit rate can be obtained than when the microlens is shifted by the theoretical principal ray shift distance. In FIG. 10, if the shift distance of the micro lens is within a range that is greater than 85% of the theoretical principal ray shift distance and less than 100% of the theoretical principal ray shift distance, the micro lens is shifted by the theoretical principal ray shift distance. A higher hit rate than the case can be obtained. In the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable to shift the microlens within such a range.

中でも、マイクロレンズのずらし距離の範囲は、理論主光線ずらし距離でマイクロレンズをずらした場合のヒット率と比較して、例えば1%以上、中でも5%以上、特に10%以上高いヒット率となる範囲が好ましい。より効果的にシェーディング状態を改善することができるからである。   In particular, the range of the shift distance of the microlens is, for example, 1% or more, especially 5% or more, particularly 10% or more higher than the hit rate when the microlens is shifted by the theoretical principal ray shift distance. A range is preferred. This is because the shading state can be improved more effectively.

本発明において、マイクロレンズのずらし距離は、固体撮像素子の構成等により大きく異なるものである。なお、マイクロレンズのずらし距離の詳細については、後述する「3.機能層を構成する各層のずらしについて」で詳細に説明する。   In the present invention, the shift distance of the microlens varies greatly depending on the configuration of the solid-state imaging device. The details of the shift distance of the microlens will be described in detail in “3. Shift of each layer constituting the functional layer” described later.

本発明においては、複数のマイクロレンズが配列することにより、マイクロレンズアレイが形成されている。本発明においては、マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの中で、上述した所定のずらし距離の範囲に属するマイクロレンズが、50%以上存在することが好ましく、75%以上存在することがより好ましく、90%以上存在することがさらに好ましい。特に、本発明においては、マイクロレンズアレイを構成する全てのマイクロレンズが、上述した所定のずらし距離の範囲に属することが好ましい。一方、本発明においては、シェーディングの影響が大きい画素領域の外周部に位置するマイクロレンズが、上述した所定のずらし距離の範囲にあることが好ましい。画素領域の全領域を、画素領域の中心を含む矩形状の中心領域と、その中心領域の周囲に位置する外周領域とに分けると、本発明においては、シェーディングの影響が大きい画素領域の外周領域に位置するマイクロレンズが、上述した所定のずらし距離の範囲にあることが好ましい。この場合、中心領域の一辺の長さは、対応する画素領域の一辺の長さに対して、例えば70%以下、中でも50%以下、特に30%以下であることが好ましい。   In the present invention, a microlens array is formed by arranging a plurality of microlenses. In the present invention, among the microlenses constituting the microlens array, the microlens belonging to the above-described predetermined shift distance range is preferably 50% or more, more preferably 75% or more, More preferably, it is 90% or more. In particular, in the present invention, it is preferable that all the microlenses constituting the microlens array belong to the predetermined shift distance range described above. On the other hand, in the present invention, it is preferable that the microlens located in the outer peripheral portion of the pixel region where the influence of shading is large is in the range of the predetermined shift distance described above. When the entire area of the pixel area is divided into a rectangular central area including the center of the pixel area and an outer peripheral area located around the central area, in the present invention, the outer peripheral area of the pixel area having a large influence of shading. It is preferable that the microlens located in the range of the predetermined shift distance described above. In this case, the length of one side of the central region is preferably 70% or less, particularly 50% or less, particularly 30% or less, with respect to the length of one side of the corresponding pixel region.

なお、本発明においては、上述した所定のずらし距離の範囲内であれば、マイクロレンズをずらしても良く、受光部をずらしても良く、マイクロレンズおよび受光部の両方をずらしても良い。   In the present invention, the microlens may be shifted, the light receiving unit may be shifted, or both the microlens and the light receiving unit may be shifted within the range of the predetermined shift distance described above.

2.固体撮像素子に用いられる部材
次に、本発明に用いられる固体撮像素子に用いられる部材について説明する。本発明の固体撮像素子は、通常、複数の受光部と、上記複数の受光部上に形成された機能層と、上記機能層上に形成され、上記複数の受光部に対応する複数のマイクロレンズとを有する。
2. Next, members used for the solid-state imaging device used in the present invention will be described. The solid-state imaging device of the present invention typically includes a plurality of light receiving units, a functional layer formed on the plurality of light receiving units, and a plurality of microlenses formed on the functional layer and corresponding to the plurality of light receiving units. And have.

本発明に用いられるマイクロレンズは、入射光を集光する機能を有し、斜光に対して収差を生じさせるものであれば特に限定されるものではない。本発明に用いられるマイクロレンズの一例としては、例えば図11および図12に示すように、その上面は回転楕円体の一部を切り取った形状であり、その底面は平坦であり、かつ、隣接するマイクロレンズとの境界に隙間の無い形状であるもの等を挙げることができる。なお、図12は、図11に示されるマイクロレンズのSEM写真である。このような形状は集光効率の観点から理想に近い形状であり、このような形状のマイクロレンズの設計、製造方法は、例えば特開2004−70087および特開2004−296590に開示されている。このように、本発明においては、図11および図12に示したマイクロレンズを、図1等に示した固体撮像素子に用いることが好ましいのである。その理由は、マイクロレンズが回転楕円体の一部を切り取った形状であると、球面収差が取れるからである。なお、図1、図9等に示されるマイクロレンズは、図11の断面図に示すように、A−A´方向断面およびC−C´方向断面を重ね合わせて表示したものである。   The microlens used in the present invention is not particularly limited as long as it has a function of condensing incident light and causes aberrations with respect to oblique light. As an example of the microlens used in the present invention, for example, as shown in FIGS. 11 and 12, the upper surface has a shape obtained by cutting out a part of a spheroid, the bottom surface is flat, and is adjacent. Examples include a shape having no gap at the boundary with the microlens. FIG. 12 is an SEM photograph of the microlens shown in FIG. Such a shape is an ideal shape from the viewpoint of light collection efficiency, and a design and manufacturing method of such a microlens are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2004-70087 and 2004-296590. As described above, in the present invention, it is preferable to use the microlens shown in FIGS. 11 and 12 for the solid-state imaging device shown in FIG. The reason is that if the microlens has a shape obtained by cutting out a part of the spheroid, spherical aberration can be obtained. The microlens shown in FIGS. 1 and 9 and the like is one in which the AA ′ direction cross section and the CC ′ direction cross section are superimposed and displayed as shown in the cross sectional view of FIG.

本発明に用いられる受光部は、特に限定されるものではなく、一般的な固体撮像素子に用いられる受光部と同様のものを用いることができる。通常は、受光部としてフォトダイオードが用いられる。また、受光部を支持する基板についても、一般的な固体撮像素子に用いられる基板と同様のものを用いることができる。   The light receiving unit used in the present invention is not particularly limited, and the same light receiving unit as that used in a general solid-state image sensor can be used. Usually, a photodiode is used as the light receiving portion. In addition, as the substrate that supports the light receiving unit, the same substrate as that used in a general solid-state image sensor can be used.

本発明に用いられる機能層は、複数の受光部と複数のマイクロレンズアレイとの間に配置される層の総称であり、固体撮像素子の構成に応じて、その構成は大きく異なる。本発明における機能層は、通常複層構造を有する。機能層を構成する各層を機能層構成用層とした場合、機能層構成用層としては、具体的には、有機層および無機デバイス層等を挙げることができる。有機層を構成する層としては、具体的には、平坦化層、カラーフィルタ層および層内レンズ層等を挙げることができる。無機デバイス層を構成する層としては、具体的には、パッシベーション層、層間絶縁層(例えばSiO層)、配線層および遮光層等を挙げることができる。これらの部材については、一般的な固体撮像素子に用いられる部材と同様のものを用いることができる。 The functional layer used in the present invention is a general term for layers arranged between a plurality of light receiving units and a plurality of microlens arrays, and the configuration thereof varies greatly depending on the configuration of the solid-state imaging device. The functional layer in the present invention usually has a multilayer structure. When each layer constituting the functional layer is a functional layer constituting layer, specific examples of the functional layer constituting layer include an organic layer and an inorganic device layer. Specific examples of the layer constituting the organic layer include a flattening layer, a color filter layer, an in-layer lens layer, and the like. Specific examples of the layer constituting the inorganic device layer include a passivation layer, an interlayer insulating layer (for example, SiO 2 layer), a wiring layer, a light shielding layer, and the like. About these members, the thing similar to the member used for a general solid-state image sensor can be used.

本発明において、機能層がどのような構成であっても、機能層を構成する各層の厚さおよび屈折率等に基づいて、光学シミュレーションにより理論主光線ずらし距離を規定することができる。そのため、機能層の層構成は特に限定されるものではない。本発明における機能層の構成(受光部側から順に)としては、例えば、無機デバイス層、第一平坦化層、カラーフィルタ層および第二平坦化層である構成、第一平坦化層、カラーフィルタ層および第二平坦化層である構成、無機デバイス層、第一平坦化層、層内レンズ層、第二平坦化層、カラーフィルタ層および第三平坦化層である構成等を挙げることができる。   In the present invention, regardless of the configuration of the functional layer, the theoretical principal ray shifting distance can be defined by optical simulation based on the thickness and refractive index of each layer constituting the functional layer. Therefore, the layer structure of the functional layer is not particularly limited. Examples of the configuration of the functional layer in the present invention (in order from the light receiving unit side) include, for example, an inorganic device layer, a first planarization layer, a color filter layer, and a second planarization layer, a first planarization layer, and a color filter. The structure which is a layer and a 2nd planarization layer, the structure which is an inorganic device layer, a 1st planarization layer, an inner lens layer, a 2nd planarization layer, a color filter layer, and a 3rd planarization layer etc. can be mentioned. .

3.機能層を構成する各層のずらしについて
本発明の固体撮像素子は、上述したように、マイクロレンズの中心位置を、上述した基準状態でのマイクロレンズの中心位置と比べて、画素領域の中心方向にずらしたものであり、そのずらし距離が理論主光線ずらし距離よりも短い範囲内にあるものである。そのため、マイクロレンズおよび受光部の間に位置する機能層(機能層構成用層)を、所定のずらし距離でずらしても良く、一切ずらさなくても良い。中でも、本発明においては、機能層を構成する機能層構成用層の少なくとも一層を、画素領域の中心方向にずらしていることが好ましい。シェーディング状態をさらに改善することができるからである。
3. As described above, the solid-state imaging device according to the present invention is configured such that the center position of the microlens is compared with the center position of the microlens in the reference state described above in the center direction of the pixel region. That is, the shift distance is in a range shorter than the theoretical principal ray shift distance. Therefore, the functional layer (functional layer constituting layer) positioned between the microlens and the light receiving unit may be shifted by a predetermined shift distance or not at all. In particular, in the present invention, it is preferable that at least one of the functional layer constituting layers constituting the functional layer is shifted in the center direction of the pixel region. This is because the shading state can be further improved.

シェーディング状態を改善する観点から見ると、機能層構成用層の多くを、画素領域の中心方向にずらしていることが好ましく、機能層構成用層の全てを、画素領域の中心方向にずらしていることがより好ましい。なお、機能層構成用層が、パッシベーション層、層間絶縁層、平坦化層等の透明な連続層を有する場合、これらは隣接画素間の境界を有しないため、適正にずれたものとみなすことができる。   From the viewpoint of improving the shading state, it is preferable that most of the functional layer constituting layers are shifted in the center direction of the pixel region, and all of the functional layer constituting layers are shifted in the center direction of the pixel region. It is more preferable. In addition, when the functional layer constituting layer has a transparent continuous layer such as a passivation layer, an interlayer insulating layer, a planarization layer, etc., since these do not have a boundary between adjacent pixels, they can be regarded as appropriately shifted. it can.

一方、固体撮像素子の設計が容易になるという観点からは、無機デバイス層以外の機能層構成用層を、画素領域の中心方向にずらしていることが好ましい。なお、固体撮像素子の設計が容易になる理由は、以下の通りである。すなわち、無機デバイス層は、通常、配線層および遮光層を有する。この配線層および遮光層は不用意に配置すると入射光を遮るため、マイクロレンズで集光された入射光の光路をなるべく避けて配置する必要がある。言い換えると、配線層および遮光層により遮光されない領域を、光線の入射角度を考慮して配置する必要があり、マイクロレンズと同じく主光線入射角度を考慮して、遮光されない領域の中心をずらすことが必要になる。その結果、無機デバイス層の設計や製造工程が複雑化してしまう。本発明においては、上述したように、無機デバイス層以外の機能層構成用層を、画素領域の中心方向にずらしていることが好ましく、特に、カラーフィルタ層を、画素領域の中心方向にずらしていることがより好ましい。カラーフィルタ層の製造工程は、無機デバイス層の製造工程よりもシンプルであるため、設計が容易であり、さらにシェーディング状態を改善する効果も大きいからである。   On the other hand, from the viewpoint of facilitating the design of the solid-state imaging device, it is preferable that the functional layer constituting layer other than the inorganic device layer is shifted in the center direction of the pixel region. The reason why the design of the solid-state imaging device is facilitated is as follows. That is, the inorganic device layer usually has a wiring layer and a light shielding layer. If the wiring layer and the light shielding layer are arranged carelessly, the incident light is blocked. Therefore, it is necessary to avoid the optical path of the incident light collected by the microlens as much as possible. In other words, it is necessary to arrange the region that is not shielded by the wiring layer and the light shielding layer in consideration of the incident angle of the light beam, and in the same way as the microlens, the center of the region that is not shielded can be shifted in consideration of the principal ray incident angle. I need it. As a result, the design and manufacturing process of the inorganic device layer are complicated. In the present invention, as described above, the functional layer constituting layer other than the inorganic device layer is preferably shifted in the center direction of the pixel region, and in particular, the color filter layer is shifted in the center direction of the pixel region. More preferably. This is because the manufacturing process of the color filter layer is simpler than the manufacturing process of the inorganic device layer, so that the design is easy and the effect of improving the shading state is great.

機能層構成用層のずらし距離は、例えば、上述した関係式(1)または関係式(2)に基づいて算出することができる。例えば関係式(1)においては、機能層およびマイクロレンズをまとめてm層積層部材として、理論主光線ずらし距離を求めている。その関係式を用いれば、m層積層部材のi層目の機能層構成用層の理論主光線ずらし距離Sは、S=Σj=i tanθにより求めることができる。同様に、関係式(2)において、m層積層部材のi層目の機能層構成用層の理論主光線ずらし距離Sは、S=tanθΣj=i により求めることができる。なお、機能層構成用層のずらし距離は、後述する関係式(I)のように、収差係数aを用いて、Siac=aSのようにして算出しても良い。また、例えばaの範囲が85%<a<100%である場合、m層積層部材のi層目の機能層構成用層のずらし距離は、理論主光線ずらし距離Sの85%より大きく、理論主光線ずらし距離Sの100%の小さい範囲内であることを意味する。なお、後述の実施例1〜5にて、マイクロレンズおよび各機能層のずらし距離は、表2、4、5、6、7にてa=100%の時のY−Shiftの値に、同じaの値を掛け算して算出した値を用いている。しかしながら、本発明における各機能層のずらし距離は、必ずしもマイクロレンズのずらし距離の算出に用いるaの値と同じaの値を掛け算する必要はなく、異なる値であっても良い。 The shift distance of the functional layer constituting layer can be calculated based on, for example, the relational expression (1) or the relational expression (2) described above. For example, in relational expression (1), the theoretical principal ray shift distance is obtained by combining the functional layer and the microlens as an m-layer laminated member. Using the relational expression, the theoretical principal ray shifting distance S i of the i - th functional layer constituting layer of the m-layer laminated member can be obtained by S i = Σ j = i m d j tan θ j . Similarly, in the relational expression (2), the theoretical principal ray shifting distance S i of the i - th functional layer constituting layer of the m-layer laminated member can be obtained by S i = tan θ 1 Σ j = i m d j it can. Note that the shift distance of the functional layer constituting layer may be calculated as S iac = aS i using the aberration coefficient a as in relational expression (I) described later. For example, when the range of a is 85% <a <100%, the shift distance of the functional layer constituting layer of the i-th layer of the m-layer laminated member is larger than 85% of the theoretical principal ray shift distance S i , This means that it is within a small range of 100% of the theoretical principal ray shifting distance S i . In Examples 1 to 5 described later, the shift distance between the microlens and each functional layer is the same as the Y-Shift value when a = 100% in Tables 2, 4, 5, 6, and 7. The value calculated by multiplying the value of a is used. However, the shift distance of each functional layer in the present invention does not necessarily have to be multiplied by the same value of a used for calculation of the shift distance of the microlens, and may be a different value.

ここで、本発明の固体撮像素子が、マイクロレンズのみをずらした固体撮像素子である場合を考える。これは、マイクロレンズをずらし、機能層はずらさない場合である。この場合、マイクロレンズのずらし距離は、理論主光線ずらし距離に対して、例えば38%より大きく、中でも45%以上、特に50%以上であることが好ましい。同様に、マイクロレンズのずらし距離は、理論主光線ずらし距離に対して、通常100%より小さい範囲、中でも95%以下、特に90%以下であることが好ましい。   Here, consider a case where the solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device in which only the microlens is shifted. This is a case where the microlens is shifted and the functional layer is not shifted. In this case, the shifting distance of the microlens is, for example, larger than 38%, more preferably 45% or more, and particularly preferably 50% or more with respect to the theoretical principal ray shifting distance. Similarly, the shift distance of the microlens is preferably in a range that is usually less than 100%, particularly 95% or less, particularly 90% or less with respect to the theoretical principal ray shift distance.

次に、本発明の固体撮像素子が、機能層を構成する機能層構成用層としてカラーフィルタ層を有し、カラーフィルタ層を画素領域の中心方向にずらした固体撮像素子である場合を考える。これは、マイクロレンズおよびカラーフィルタ層をずらし、カラーフィルタ層以外の機能層をずらさない場合である。この場合、マイクロレンズのずらし距離は、理論主光線ずらし距離に対して、例えば65%より大きく、中でも70%以上、特に80%以上であることが好ましい。同様に、マイクロレンズのずらし距離は、理論主光線ずらし距離に対して、通常100%より小さい範囲、中でも95%以下、特に90%以下であることが好ましい。   Next, consider a case where the solid-state image pickup device of the present invention is a solid-state image pickup device having a color filter layer as a functional layer constituting layer constituting the functional layer and the color filter layer being shifted in the center direction of the pixel region. This is a case where the microlens and the color filter layer are shifted, and the functional layers other than the color filter layer are not shifted. In this case, the shifting distance of the microlens is, for example, larger than 65% with respect to the theoretical principal ray shifting distance, more preferably 70% or more, and particularly preferably 80% or more. Similarly, the shift distance of the microlens is preferably in a range that is usually less than 100%, particularly 95% or less, particularly 90% or less with respect to the theoretical principal ray shift distance.

次に、本発明の固体撮像素子が、機能層を構成する機能層構成用層としてカラーフィルタ層および無機デバイス層を有し、無機デバイス層は配線層または遮光層を有し、カラーフィルタ層と、無機デバイス層の中で最もマイクロレンズに近い位置にある配線層または遮光層の遮光部とを、画素領域の中心方向にずらした固体撮像素子である場合を考える。これは、マイクロレンズ、カラーフィルタ層、および無機デバイス層の中で最もマイクロレンズに近い位置にある配線層または遮光層の遮光部をずらし、これら以外の機能層はずらさない場合である。なお、「遮光部をずらすこと」は、言い換えると、配線層および遮光層により遮光されない領域を、マイクロレンズで集光された入射光の光路を遮らないようにずらすことである。この場合、マイクロレンズのずらし距離は、理論主光線ずらし距離に対して、例えば82%より大きく、中でも85%以上、特に90%以上であることが好ましい。同様に、マイクロレンズのずらし距離は、理論主光線ずらし距離に対して、通常100%より小さい範囲、中でも98%以下、中でも95%以下であることが好ましい。   Next, the solid-state imaging device of the present invention has a color filter layer and an inorganic device layer as a functional layer constituting layer constituting the functional layer, the inorganic device layer has a wiring layer or a light shielding layer, Consider a case in which the wiring layer or the light shielding portion of the light shielding layer located closest to the microlens in the inorganic device layer is a solid-state imaging device that is shifted in the center direction of the pixel region. This is a case where the light shielding portion of the wiring layer or the light shielding layer located closest to the microlens among the microlens, the color filter layer, and the inorganic device layer is shifted, and other functional layers are not shifted. Note that “shifting the light shielding portion” is, in other words, shifting the region that is not shielded by the wiring layer and the light shielding layer so as not to block the optical path of the incident light collected by the microlens. In this case, the shift distance of the microlens is preferably greater than 82%, for example, 85% or more, particularly 90% or more, relative to the theoretical principal ray shift distance. Similarly, the shift distance of the microlens is preferably in a range that is usually less than 100%, in particular 98% or less, especially 95% or less with respect to the theoretical principal ray shift distance.

次に、本発明の固体撮像素子が、機能層を構成する機能層構成用層の全てを、画素領域の中心方向にずらした固体撮像素子である場合を考える。これは、マイクロレンズ、および機能層を構成する機能層構成用層の全てをずらした場合である。なお、上述したように、機能層構成用層が、パッシベーション層、層間絶縁層、平坦化層等の透明な連続層を有する場合、これらは隣接画素間の境界を有しないため、適正にずれたものとみなすことができる。この場合、マイクロレンズのずらし距離は、理論主光線ずらし距離に対して、例えば85%より大きく、中でも88%以上であることが好ましい。同様に、マイクロレンズのずらし距離は、理論主光線ずらし距離に対して、通常100%より小さい範囲、中でも95%以下、特に90%以下であることが好ましい。   Next, consider a case where the solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device in which all of the functional layer constituting layers constituting the functional layer are shifted in the center direction of the pixel region. This is a case where the microlens and all of the functional layer constituting layers constituting the functional layer are shifted. In addition, as described above, when the functional layer constituting layer has a transparent continuous layer such as a passivation layer, an interlayer insulating layer, a planarization layer, etc., these do not have a boundary between adjacent pixels, so that they are appropriately shifted. It can be regarded as a thing. In this case, the shift distance of the microlens is, for example, greater than 85%, preferably 88% or more, with respect to the theoretical principal ray shift distance. Similarly, the shift distance of the microlens is preferably in a range that is usually less than 100%, particularly 95% or less, particularly 90% or less with respect to the theoretical principal ray shift distance.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the technical idea described in the claims of the present invention has substantially the same configuration and exhibits the same function and effect regardless of the case. It is included in the technical scope of the invention.

以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
[実施例1]
図13に示す構成の固体撮像素子について、光学シミュレーションを行った。この固体撮像素子は、受光部側から、7層のSiO層、パッシベーション層、第一平坦化層、カラーフィルタ層、第二平坦化層およびマイクロレンズを有している。さらに、この固体撮像素子は、マイクロレンズのみ画素領域の中心方向にずれている。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[Example 1]
An optical simulation was performed on the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. This solid-state imaging device has seven layers of SiO 2 , a passivation layer, a first planarizing layer, a color filter layer, a second planarizing layer, and a microlens from the light receiving unit side. Further, in this solid-state imaging device, only the microlens is shifted in the center direction of the pixel region.

関係式(1)に基づき、i層目のずらし量Siacは、下記関係式(I)で規定することができる。
iac=aΣj=i tanθ …関係式(I)
(式中、aは収差係数、iは1〜mの自然数、dはj層の厚さ、θ=sin−1((nj−1/n)sinθj−1)、nはj層の屈折率、nは大気の屈折率(n=1)、θはカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線入射角度である)
なお、a=1(100%)の時が、i層の理論主光線ずらし距離Sになる。また、例えばaの範囲が85%<a<100%である場合、マイクロレンズのずらし距離は、理論主光線ずらし距離の85%より大きく、理論主光線ずらし距離の100%の小さい範囲内であることを意味する。
Based on the relational expression (1), the shift amount S iac of the i-th layer can be defined by the following relational expression (I).
S iaac = aΣ j = i m d j tan θ j ... Relational expression (I)
(Where, a is an aberration coefficient, i is a natural number of 1 to m , d j is the thickness of the j layer, θ j = sin −1 ((n j−1 / n j ) sin θ j−1 ), n j Is the refractive index of the j layer, n 0 is the refractive index of the atmosphere (n 0 = 1), and θ 0 is the principal ray incident angle incident on the center position of the microlens from the center of the exit pupil of the camera lens)
When a = 1 (100%), the i-layer theoretical principal ray shift distance S i is used. For example, when the range of a is 85% <a <100%, the shift distance of the micro lens is larger than 85% of the theoretical principal ray shift distance and is within a small range of 100% of the theoretical principal ray shift distance. Means that.

シミュレーション条件を表1に示す。   Table 1 shows the simulation conditions.

なお、表1の曲率半径における「Infinity」とは、曲率半径が無限大であること、すなわち、平坦面であることを意味する。また、図13に見られるように、表1の1)、2)で規定した領域外に到達した光線は蹴られたものとみなす。   Note that “Infinity” in the radius of curvature in Table 1 means that the radius of curvature is infinite, that is, a flat surface. Further, as seen in FIG. 13, the light beam that has reached the outside of the area defined in 1) and 2) of Table 1 is considered to have been kicked.

シミュレーションを行うソフトウェアとして、ZEMAX Development Corporation社製ZEMAX-EE(Version April 2, 2004 rev.b)を使用した。ソフトウェア(ZEMAX)上の計算結果(efficiency)は、単純に入力光線の本数と、受光部に到達した光線の本数の比ではなく、受光部への入射角度を加味してエネルギーとして処理している。即ち、受光部に到達した光線の一本一本に、入射角のCOSを掛け算して、エネルギーとして扱える形とし、入射光のエネルギーと比較してefficincyとして表している。ヒット率は、主光線入射角度0°のときにマイクロレンズ表面に達するエネルギー(efficiency)Eと、所定の条件で受光部に達するエネルギー(efficiency)Eの比E/Eで表される。また、入射光については、図14に示すように、ZEMAX上のOBJECT面がマイクロレンズ表面(ZEMAX上の第1層)に接して設定される。これを均一な明るさを持つ光源(サイズはマイクロレンズが2×2μm□のとき、これに外接する半径√2の円)と見立て、OBJECT面からの光線の角度は、0°からカメラレンズのF値から求められる見込み角度までの範囲でランダムであり、OBJECT面の全面からランダムに光線を発生させる(但し、OBJECT面周辺の光線の処理は、図14に示すように系外へ出る光線は考慮されない)。 ZEMAX-EE (Version April 2, 2004 rev.b) manufactured by ZEMAX Development Corporation was used as the simulation software. The calculation result (efficiency) on the software (ZEMAX) is processed as energy by taking into account the incident angle to the light receiving part, not simply the ratio of the number of input light rays and the number of light rays reaching the light receiving part. . That is, each light beam reaching the light receiving unit is multiplied by the incident angle COS to be treated as energy, and is represented as efficycy compared to the incident light energy. The hit rate is expressed as a ratio E 2 / E 1 between the energy E 1 reaching the microlens surface when the chief ray incident angle is 0 ° and the energy E 2 reaching the light receiving part under a predetermined condition. The For incident light, as shown in FIG. 14, the OBJECT surface on ZEMAX is set in contact with the microlens surface (first layer on ZEMAX). Think of this as a light source with uniform brightness (the size is a circle of radius √2 circumscribing it when the microlens is 2 × 2 μm □), and the angle of the ray from the OBJECT plane is from 0 ° to the camera lens Random in the range from the F value to the expected angle, and randomly generating light rays from the entire surface of the OBJECT surface (however, the light rays around the OBJECT surface are processed as shown in FIG. Not considered).

上記の関係式(I)を用いて、図13に示す構成の固体撮像素子の理論主光線ずらし距離を算出した。その結果を表2に示す。なお、表中でのY-Shiftの値は、図13の上下方向のずらし量を意味し、マイクロレンズ等の中心の受光部中心に対してのずらし量である。また、表2においては、第二平坦化層にもY-Shiftの値を設定しているが、第二平坦化層は、通常、透明な連続層であるので、適正にずれたものとみなすことができる。   Using the above relational expression (I), the theoretical principal ray shifting distance of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 13 was calculated. The results are shown in Table 2. Note that the value of Y-Shift in the table means the amount of shift in the vertical direction in FIG. 13, and is the amount of shift with respect to the center of the light receiving unit at the center of the microlens or the like. In Table 2, the Y-Shift value is also set for the second flattening layer. However, since the second flattening layer is usually a transparent continuous layer, it is regarded as being appropriately deviated. be able to.

なお、表2における「CRA」とは、主光線入射角度(Chief Ray Angle)を意味する。以下、表4〜表7においても同様である。そして、関係式(I)および上記シミュレーション条件を用いて、ヒット率を算出した。   In Table 2, “CRA” means chief ray angle. The same applies to Tables 4 to 7 below. The hit rate was calculated using the relational expression (I) and the simulation conditions.

図15は、主光線入射角度20°の場合の光線のヒット率(相対値)を示すグラフである。図15に示されるように、主光線入射角度20°では、aの値が75%の時にヒット率が最大となり、aの値が100%の時よりヒット率が25.8%向上した。また、aの値が48%よりも大きく、100%よりも小さい範囲内で、aの値が100%の時よりヒット率は大きくなった。aの値が51%〜97%の範囲内であれば、aの値が100%の時よりヒット率が5%以上向上した。aの値が54%〜95%の範囲内であれば、aの値が100%の時よりヒット率が10%以上向上した。   FIG. 15 is a graph showing the hit rate (relative value) of rays when the chief ray incident angle is 20 °. As shown in FIG. 15, at the chief ray incident angle of 20 °, the hit rate is maximum when the value of a is 75%, and the hit rate is improved by 25.8% when the value of a is 100%. Further, the hit rate was larger than that when the value of a was 100% within a range where the value of a was larger than 48% and smaller than 100%. When the value of a was in the range of 51% to 97%, the hit rate was improved by 5% or more than when the value of a was 100%. When the value of a was in the range of 54% to 95%, the hit rate was improved by 10% or more than when the value of a was 100%.

図16は、主光線入射角度30°の場合の光線のヒット率(相対値)を示すグラフである。図16に示されるように、主光線入射角度30°では、aの値が70%の時にヒット率が最大となり、aの値が100%の時よりヒット率が220%向上した。また、aの値が43%よりも大きく、100%よりも小さい範囲内で、aの値が100%の時よりヒット率は大きくなった。aの値が43%〜99%の範囲内であれば、aの値が100%の時よりヒット率が10%以上向上した。   FIG. 16 is a graph showing the hit rate (relative value) of rays when the chief ray incident angle is 30 °. As shown in FIG. 16, at the chief ray incident angle of 30 °, the hit rate was maximum when the value of a was 70%, and the hit rate was improved by 220% compared to when the value of a was 100%. In addition, the hit rate was larger than that when the value of a was 100% within a range where the value of a was larger than 43% and smaller than 100%. When the value of a was in the range of 43% to 99%, the hit rate was improved by 10% or more than when the value of a was 100%.

また、同様にして得られた結果から、aの値によるシェーディング状態の変化を評価した。その結果を図17に示す。このようにして、カメラレンズの射出瞳中心から入射される主光線入射角度に応じて、好ましいaの範囲を設定することができる。   Moreover, the change of the shading state by the value of a was evaluated from the result obtained similarly. The result is shown in FIG. In this way, a preferable range of a can be set according to the chief ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens.

[実施例2]
図18に示す構成の固体撮像素子について、光学シミュレーションを行った。この固体撮像素子は、受光部側から、2層のSiO層、パッシベーション層、第一平坦化層、カラーフィルタ層、第二平坦化層およびマイクロレンズを有している。さらに、この固体撮像素子は、マイクロレンズのみ画素領域の中心方向にずれており、画素サイズが上述した図13よりも大きいものである。
[Example 2]
An optical simulation was performed on the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. This solid-state imaging device has two SiO 2 layers, a passivation layer, a first planarizing layer, a color filter layer, a second planarizing layer, and a microlens from the light receiving unit side. Further, in this solid-state imaging device, only the microlens is shifted in the center direction of the pixel region, and the pixel size is larger than that in FIG.

シミュレーション条件を表3に示す。   Table 3 shows the simulation conditions.

なお、表3の曲率半径における「Infinity」とは、曲率半径が無限大であること、すなわち、平坦面であることを意味する。また、図13に見られるように、表1の1)、2)で規定した領域外に到達した光線は蹴られたものとみなす。   Note that “Infinity” in the radius of curvature in Table 3 means that the radius of curvature is infinite, that is, a flat surface. Further, as seen in FIG. 13, the light beam that has reached the outside of the area defined in 1) and 2) of Table 1 is considered to have been kicked.

実施例1で用いた関係式(I)を用いて、図18に示す構成の固体撮像素子の理論主光線ずらし距離を算出した。その結果を表4に示す。なお、表中でのY-Shiftの値は、図18の上下方向のずらし量を意味し、マイクロレンズ等の中心の受光部中心に対してのずらし量である。また、表4においては、第二平坦化層にもY-Shiftの値を設定しているが、第二平坦化層は、通常、透明な連続層であるので、適正にずれたものとみなすことができる。   Using the relational expression (I) used in Example 1, the theoretical principal ray shift distance of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 18 was calculated. The results are shown in Table 4. Note that the value of Y-Shift in the table means the shift amount in the vertical direction in FIG. 18, and is the shift amount with respect to the center of the light receiving unit at the center of the microlens or the like. In Table 4, the Y-Shift value is also set for the second flattening layer. However, since the second flattening layer is usually a transparent continuous layer, it is regarded as being appropriately deviated. be able to.

関係式(I)および上記シミュレーション条件を用いて、ヒット率を算出した。   The hit rate was calculated using the relational expression (I) and the simulation conditions.

図19は、主光線入射角度20°の場合の光線のヒット率(相対値)を示すグラフである。図19に示されるように、主光線入射角度20°では、aの値が67%の時にヒット率が最大となり、aの値が100%の時よりヒット率が6.8%向上した。また、aの値が38%よりも大きく、100%よりも小さい範囲内で、aの値が100%の時よりヒット率は大きくなった。aの値が51%〜84%の範囲内であれば、aの値が100%の時よりヒット率が5%以上向上した。   FIG. 19 is a graph showing the hit rate (relative value) of rays when the chief ray incident angle is 20 °. As shown in FIG. 19, at the chief ray incident angle of 20 °, the hit rate was maximum when the value of a was 67%, and the hit rate was improved by 6.8% compared to when the value of a was 100%. Further, the hit rate was larger than that when the value of a was 100% within a range where the value of a was larger than 38% and smaller than 100%. When the value of a was in the range of 51% to 84%, the hit rate was improved by 5% or more than when the value of a was 100%.

図20は、主光線入射角度30°の場合の光線のヒット率(相対値)を示すグラフである。図20に示されるように、主光線入射角度30°では、aの値が74%の時にヒット率が最大となり、aの値が100%の時よりヒット率が22%向上した。また、aの値が45%よりも大きく、100%よりも小さい範囲内で、aの値が100%の時よりヒット率は大きくなった。aの値が48%〜96%の範囲内であれば、aの値が100%の時よりヒット率が5%以上向上した。aの値が53%〜92%の範囲内であれば、aの値が100%の時よりヒット率が10%以上向上した。   FIG. 20 is a graph showing the hit rate (relative value) of rays when the chief ray incident angle is 30 °. As shown in FIG. 20, at the chief ray incident angle of 30 °, the hit rate is maximized when the value of a is 74%, and the hit rate is improved by 22% compared to when the value of a is 100%. In addition, the hit rate was larger than that when the value of a was 100% within a range where the value of a was larger than 45% and smaller than 100%. When the value of a was in the range of 48% to 96%, the hit rate was improved by 5% or more than when the value of a was 100%. When the value of a was in the range of 53% to 92%, the hit rate was improved by 10% or more than when the value of a was 100%.

また、同様にして得られた結果から、aの値によるシェーディング状態の変化を評価した。その結果を図21に示す。このようにして、カメラレンズの射出瞳中心から入射される主光線入射角度に応じて、好ましいaの範囲を設定することができる。   Moreover, the change of the shading state by the value of a was evaluated from the result obtained similarly. The result is shown in FIG. In this way, a preferable range of a can be set according to the chief ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens.

[実施例3]
図22に示す構成の固体撮像素子について、光学シミュレーションを行った。この固体撮像素子は、受光部側から、7層のSiO層、パッシベーション層、第一平坦化層、カラーフィルタ層、第二平坦化層およびマイクロレンズを有している。さらに、この固体撮像素子は、マイクロレンズおよびカラーフィルタ層が画素領域の中心方向にずれている。
[Example 3]
Optical simulation was performed on the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. This solid-state imaging device has seven layers of SiO 2 , a passivation layer, a first planarizing layer, a color filter layer, a second planarizing layer, and a microlens from the light receiving unit side. Further, in this solid-state imaging device, the microlens and the color filter layer are shifted in the center direction of the pixel region.

実施例1で用いた、関係式(I)およびシミュレーション条件を用いて、図22に示す構成の固体撮像素子の理論主光線ずらし距離を算出した。その結果を表5に示す。なお、表中でのY-Shiftの値は、図22の上下方向のずらし量を意味し、マイクロレンズ等の中心の受光部中心に対してのずらし量である。また、表5においては、第一平坦化層、第二平坦化層およびパッシベーション層にもY-Shiftの値を設定しているが、これらの層は、通常、透明な連続層であるので、適正にずれたものとみなすことができる。   Using the relational expression (I) and simulation conditions used in Example 1, the theoretical principal ray shifting distance of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 22 was calculated. The results are shown in Table 5. Note that the value of Y-Shift in the table means the amount of shift in the vertical direction in FIG. Moreover, in Table 5, although the value of Y-Shift is set also to the 1st planarization layer, the 2nd planarization layer, and the passivation layer, since these layers are usually transparent continuous layers, It can be regarded as having shifted appropriately.

関係式(I)および上記シミュレーション条件を用いて、ヒット率を算出した。   The hit rate was calculated using the relational expression (I) and the simulation conditions.

図23は、主光線入射角度20°の場合の光線のヒット率(相対値)を示すグラフである。図23に示されるように、主光線入射角度20°では、aの値が90%の時にヒット率が最大となり、aの値が100%の時よりヒット率が5.5%向上した。また、aの値が79%よりも大きく、100%よりも小さい範囲内で、aの値が100%の時よりヒット率は大きくなった。   FIG. 23 is a graph showing the hit rate (relative value) of rays when the chief ray incident angle is 20 °. As shown in FIG. 23, at a chief ray incident angle of 20 °, the hit rate was maximized when the value of a was 90%, and the hit rate was improved by 5.5% compared to when the value of a was 100%. Further, the hit rate was larger than that when the value of a was 100% within a range where the value of a was larger than 79% and smaller than 100%.

図24は、主光線入射角度30°の場合の光線のヒット率(相対値)を示すグラフである。図24に示されるように、主光線入射角度30°では、aの値が85%の時にヒット率が最大となり、aの値が100%の時よりヒット率が35%向上した。また、aの値が65%よりも大きく、100%よりも小さい範囲内で、aの値が100%の時よりヒット率は大きくなった。aの値が67%〜98%の範囲内であれば、aの値が100%の時よりヒット率が5%以上向上した。aの値が69%〜97%の範囲内であれば、aの値が100%の時よりヒット率が10%以上向上した。   FIG. 24 is a graph showing the hit rate (relative value) of light rays when the chief ray incident angle is 30 °. As shown in FIG. 24, at the chief ray incident angle of 30 °, the hit rate is maximized when the value of a is 85%, and the hit rate is improved by 35% compared to when the value of a is 100%. Further, the hit rate was larger than that when the value of a was 100% within a range where the value of a was larger than 65% and smaller than 100%. When the value of a was in the range of 67% to 98%, the hit rate was improved by 5% or more than when the value of a was 100%. When the value of a was in the range of 69% to 97%, the hit rate was improved by 10% or more than when the value of a was 100%.

また、同様にして得られた結果から、aの値によるシェーディング状態の変化を評価した。その結果を図25に示す。このようにして、カメラレンズの射出瞳中心から入射される主光線入射角度に応じて、好ましいaの範囲を設定することができる。   Moreover, the change of the shading state by the value of a was evaluated from the result obtained similarly. The result is shown in FIG. In this way, a preferable range of a can be set according to the chief ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens.

[実施例4]
図26に示す構成の固体撮像素子について、光学シミュレーションを行った。この固体撮像素子は、受光部側から、7層のSiO層、パッシベーション層、第一平坦化層、カラーフィルタ層、第二平坦化層およびマイクロレンズを有している。さらに、この固体撮像素子は、マイクロレンズ、カラーフィルタ層および遮光層が画素領域の中心方向にずれている。なお、遮光層は、遮光されない領域を、マイクロレンズで集光された入射光の光路を遮らないようにずらしている。
[Example 4]
An optical simulation was performed on the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. This solid-state imaging device has seven layers of SiO 2 , a passivation layer, a first planarizing layer, a color filter layer, a second planarizing layer, and a microlens from the light receiving unit side. Further, in this solid-state imaging device, the microlens, the color filter layer, and the light shielding layer are shifted in the center direction of the pixel region. In addition, the light shielding layer is shifted so that the area not shielded from light does not block the optical path of the incident light collected by the microlens.

実施例1で用いた、関係式(I)およびシミュレーション条件を用いて、図26に示す構成の固体撮像素子の理論主光線ずらし距離を算出した。その結果を表6に示す。なお、表中でのY-Shiftの値は、図26の上下方向のずらし量を意味し、マイクロレンズ等の中心の受光部中心に対してのずらし量である。また、表6においては、第一平坦化層、第二平坦化層、パッシベーション層およびSiO層にもY-Shiftの値を設定しているが、これらの層は、通常、透明な連続層であるので、適正にずれたものとみなすことができる。 Using the relational expression (I) and the simulation conditions used in Example 1, the theoretical principal ray shifting distance of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 26 was calculated. The results are shown in Table 6. Note that the value of Y-Shift in the table means the shift amount in the vertical direction in FIG. 26, and is the shift amount with respect to the center of the light receiving unit at the center of the microlens or the like. In Table 6, the Y-Shift value is also set for the first planarization layer, the second planarization layer, the passivation layer, and the SiO 2 layer. These layers are usually transparent continuous layers. Therefore, it can be considered that it shifted | deviated appropriately.

関係式(I)および上記シミュレーション条件を用いて、ヒット率を算出した。   The hit rate was calculated using the relational expression (I) and the simulation conditions.

図27は、主光線入射角度20°の場合の光線のヒット率(相対値)を示すグラフである。図27に示されるように、主光線入射角度20°では、aの値が94%の時にヒット率が最大となり、aの値が100%の時よりヒット率が2.3%向上した。また、aの値が88%よりも大きく、100%よりも小さい範囲内で、aの値が100%の時よりヒット率は大きくなった。   FIG. 27 is a graph showing the hit rate (relative value) of rays when the chief ray incident angle is 20 °. As shown in FIG. 27, at the chief ray incident angle of 20 °, the hit rate was maximum when the value of a was 94%, and the hit rate was improved by 2.3% compared to when the value of a was 100%. Further, the hit rate was larger than that when the value of a was 100% within a range where the value of a was larger than 88% and smaller than 100%.

図28は、主光線入射角度30°の場合の光線のヒット率(相対値)を示すグラフである。図28に示されるように、主光線入射角度30°では、aの値が92%の時にヒット率が最大となり、aの値が100%の時よりヒット率が7.7%向上した。また、aの値が82%よりも大きく、100%よりも小さい範囲内で、aの値が100%の時よりヒット率は大きくなった。aの値が87%〜96%の範囲内であれば、aの値が100%の時よりヒット率が5%以上向上した。   FIG. 28 is a graph showing the hit rate (relative value) of rays when the chief ray incident angle is 30 °. As shown in FIG. 28, at the chief ray incident angle of 30 °, the hit rate is maximized when the value of a is 92%, and the hit rate is improved by 7.7% compared to when the value of a is 100%. Further, the hit rate was larger than that when the value of a was 100% within a range where the value of a was larger than 82% and smaller than 100%. When the value of a was in the range of 87% to 96%, the hit rate was improved by 5% or more than when the value of a was 100%.

また、同様にして得られた結果から、aの値によるシェーディング状態の変化を評価した。その結果を図29に示す。このようにして、カメラレンズの射出瞳中心から入射される主光線入射角度に応じて、好ましいaの範囲を設定することができる。   Moreover, the change of the shading state by the value of a was evaluated from the result obtained similarly. The result is shown in FIG. In this way, a preferable range of a can be set according to the chief ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens.

[実施例5]
図30に示す構成の固体撮像素子について、光学シミュレーションを行った。この固体撮像素子は、受光部側から、7層のSiO層、パッシベーション層、第一平坦化層、カラーフィルタ層、第二平坦化層およびマイクロレンズを有している。さらに、この固体撮像素子は、全ての機能層構成用層(7層のSiO層、パッシベーション層、第一平坦化層、カラーフィルタ層および第二平坦化層)が画素領域の中心方向にずれている。
[Example 5]
An optical simulation was performed on the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. This solid-state imaging device has seven layers of SiO 2 , a passivation layer, a first planarizing layer, a color filter layer, a second planarizing layer, and a microlens from the light receiving unit side. Further, in this solid-state imaging device, all the functional layer constituting layers (seven SiO 2 layers, passivation layer, first planarizing layer, color filter layer, and second planarizing layer) are shifted in the center direction of the pixel region. ing.

実施例1で用いた、関係式(I)およびシミュレーション条件を用いて、図30に示す構成の固体撮像素子の理論主光線ずらし距離を算出した。その結果を表7に示す。なお、表中でのY-Shiftの値は、図30の上下方向のずらし量を意味し、マイクロレンズ等の中心の受光部中心に対してのずらし量である。また、表7においては、第一平坦化層、第二平坦化層、パッシベーション層およびSiO層にもY-Shiftの値を設定しているが、これらの層は、通常、透明な連続層であるので、適正にずれたものとみなすことができる。 Using the relational expression (I) and the simulation conditions used in Example 1, the theoretical principal ray shifting distance of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 30 was calculated. The results are shown in Table 7. Note that the value of Y-Shift in the table means the amount of shift in the vertical direction in FIG. 30, and is the amount of shift with respect to the center of the light receiving unit at the center of the microlens or the like. In Table 7, the Y-Shift value is also set for the first planarization layer, the second planarization layer, the passivation layer, and the SiO 2 layer, but these layers are usually transparent continuous layers. Therefore, it can be considered that it shifted | deviated appropriately.

関係式(I)および上記シミュレーション条件を用いて、ヒット率を算出した。   The hit rate was calculated using the relational expression (I) and the simulation conditions.

図31は、主光線入射角度20°の場合の光線のヒット率(相対値)を示すグラフである。図31に示されるように、主光線入射角度20°では、aの値が95%の時にヒット率は最大となった。また、aの値が88%よりも大きく、100%よりも小さい範囲内で、aの値が100%の時よりヒット率は大きくなった。   FIG. 31 is a graph showing the hit rate (relative value) of rays when the chief ray incident angle is 20 °. As shown in FIG. 31, at the chief ray incident angle of 20 °, the hit rate became maximum when the value of a was 95%. Further, the hit rate was larger than that when the value of a was 100% within a range where the value of a was larger than 88% and smaller than 100%.

図32は、主光線入射角度30°の場合の光線のヒット率(相対値)を示すグラフである。図32に示されるように、主光線入射角度30°では、aの値が93%の時にヒット率は最大となった。また、aの値が85%よりも大きく、100%よりも小さい範囲内で、aの値が100%の時よりヒット率は大きくなった。   FIG. 32 is a graph showing the hit rate (relative value) of rays when the chief ray incident angle is 30 °. As shown in FIG. 32, at the chief ray incident angle of 30 °, the hit rate was maximum when the value of a was 93%. Further, the hit rate was larger than that when the value of a was 100% within a range where the value of a was larger than 85% and smaller than 100%.

また、同様にして得られた結果から、aの値によるシェーディング状態の変化を評価した。その結果を図33に示す。このようにして、カメラレンズの射出瞳中心から入射される主光線入射角度に応じて、好ましいaの範囲を設定することができる。   Moreover, the change of the shading state by the value of a was evaluated from the result obtained similarly. The result is shown in FIG. In this way, a preferable range of a can be set according to the chief ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens.

[考察]
実施例5にて全ての機能層をずらし、実施例4、実施例3、の順でずらす機能層の数を減らし、実施例1、2にてマイクロレンズのみをずらす構成としている。ヒット率の高いaの範囲は、実施例5にて最も100%に近く、実施例4、3、1、2の順で小さくなり、ヒット率自体もこの順で小さくなる。即ち、ずらす機能層の数が少ない場合は、ずらしていない機能層との境界部で光線が蹴られる現象が生じているものと考えられる(例えば図13において、カラーフィルタ層の隣接色に入射する光線は蹴られた光線として処理される)。蹴られは、ずらす層とずらさない層との段差(例えば図13において、第二平坦化層のマイクロレンズ側表面と、カラーフィルタ層のマイクロレンズ側表面との図中上下方向の段差)が大きければ当然大きくなり、結果、ずらしすぎとなり、aの値が小さい方が有利となることが考えられる。実施例4、5は蹴られの要素が少なくなるため、収差の効果が明白に現れやすく、a=90%程度で良好な結果が得られる。
[Discussion]
In Example 5, all the functional layers are shifted, and the number of functional layers shifted in the order of Example 4 and Example 3 is reduced. In Examples 1 and 2, only the microlens is shifted. The range of a having a high hit rate is closest to 100% in Example 5, and decreases in the order of Examples 4, 3, 1, 2, and the hit rate itself also decreases in this order. That is, when the number of functional layers to be shifted is small, it is considered that a phenomenon occurs in which the light beam is kicked at the boundary with the functional layers that are not shifted (for example, in FIG. 13, the light enters the color adjacent to the color filter layer). The rays are processed as kicked rays). Kicking has a large step between the shifting layer and the non-shifting layer (for example, the step in the vertical direction in the drawing between the microlens side surface of the second planarization layer and the microlens side surface of the color filter layer in FIG. 13). Naturally, it becomes large, and as a result, it is considered that the value is excessively shifted and it is advantageous that the value of a is small. In Examples 4 and 5, since the number of kicking elements is reduced, the effect of aberration is easily apparent, and good results are obtained when a = 90%.

1 … 受光部
2 … 第一平坦化層
3 … カラーフィルタ層
4 … 第二平坦化層
5 … マイクロレンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light-receiving part 2 ... 1st planarization layer 3 ... Color filter layer 4 ... 2nd planarization layer 5 ... Micro lens

Claims (13)

複数の受光部と、前記複数の受光部上に形成された機能層と、前記機能層上に形成され、前記複数の受光部に対応する複数のマイクロレンズと、を有する固体撮像素子であって、
平面視上、マイクロレンズの中心位置と受光部の中心位置とが一致している状態を基準状態とした場合に、前記マイクロレンズの中心位置を、前記基準状態でのマイクロレンズの中心位置と比べて、画素領域の中心方向にずらしており、
前記マイクロレンズの中心位置を前記画素領域の中心方向にずらしたずらし距離は、カメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線が機能層を通過して受光部の中心位置に到達する理論的な位置から規定されるずらし距離を理論主光線ずらし距離とした場合に、前記理論主光線ずらし距離よりも短い範囲内にあることを特徴とする固体撮像素子。
A solid-state imaging device comprising: a plurality of light receiving parts; a functional layer formed on the plurality of light receiving parts; and a plurality of microlenses formed on the functional layer and corresponding to the plurality of light receiving parts. ,
When the state in which the center position of the microlens and the center position of the light receiving unit coincide with each other in a plan view is set as the reference state, the center position of the microlens is compared with the center position of the microlens in the reference state. Shifted toward the center of the pixel area,
The shift distance by which the center position of the microlens is shifted in the center direction of the pixel region is such that the principal ray incident on the center position of the microlens from the center of the exit pupil of the camera lens passes through the functional layer and reaches the center position of the light receiving unit. A solid-state imaging device, wherein a shift distance defined from a theoretical position to reach is a theoretical principal ray shift distance, and is within a range shorter than the theoretical principal ray shift distance.
前記マイクロレンズのずらし距離は、前記理論的な位置の入射光強度レベルより高い入射光強度レベルの領域が、前記受光部の中心となるようなずらし距離であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The shift distance of the micro lens is a shift distance such that a region having an incident light intensity level higher than the incident light intensity level at the theoretical position is the center of the light receiving unit. The solid-state imaging device described. 前記マイクロレンズのずらし距離は、前記理論主光線ずらし距離で前記マイクロレンズをずらした場合よりも高いヒット率が得られる範囲内であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体撮像素子。   3. The solid according to claim 1, wherein the shift distance of the microlens is within a range in which a higher hit rate is obtained than when the microlens is shifted by the theoretical principal ray shift distance. Image sensor. 前記マイクロレンズは、前記画素領域の中心方向にコマ収差が生じる特性であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の固体撮像素子。   4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the microlens has a characteristic in which coma aberration occurs in a center direction of the pixel region. 5. 前記理論主光線ずらし距離は、前記マイクロレンズおよび前記機能層をまとめてm層積層部材とし、前記マイクロレンズを前記m層積層部材の1層目とした場合に、下記関係式(1)により規定されるものであることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の固体撮像素子。
=Σj=1 tanθ …関係式(1)
(式中、Sは理論主光線ずらし距離、dはj層の厚さ、θ=sin−1((nj−1/n)sinθj−1)、nはj層の屈折率、nは大気の屈折率(n=1)、θはカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線入射角度である)
The theoretical principal ray shifting distance is defined by the following relational expression (1) when the microlens and the functional layer are combined into an m-layer laminated member, and the microlens is the first layer of the m-layer laminated member. The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4, wherein the solid-state imaging device is provided.
S m = Σ j = 1 m d j tan θ j ... Relational expression (1)
(Where S m is the theoretical principal ray shifting distance, d j is the thickness of the j layer, θ j = sin −1 ((n j−1 / n j ) sin θ j−1 ), n j is the j layer The refractive index, n 0 is the refractive index of the atmosphere (n 0 = 1), and θ 0 is the chief ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens to the center position of the microlens)
前記理論主光線ずらし距離は、前記マイクロレンズおよび前記機能層をまとめてm層積層部材とし、前記マイクロレンズを前記m層積層部材の1層目とした場合に、下記関係式(2)により規定されるものであることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の固体撮像素子。
=tanθΣj=1 …関係式(2)
(式中、Sは理論主光線ずらし距離、dはj層の厚さ、θ=sin−1((n/n)sinθ)、nはマイクロレンズの屈折率、nは大気の屈折率(n=1)、θはカメラレンズの射出瞳中心からマイクロレンズの中心位置に入射した主光線入射角度である)
The theoretical principal ray shifting distance is defined by the following relational expression (2) when the microlens and the functional layer are combined into an m-layer laminated member, and the microlens is the first layer of the m-layer laminated member. The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4, wherein the solid-state imaging device is provided.
S m = tan θ 1 Σ j = 1 m d j ... (2)
Where S m is the theoretical principal ray shifting distance, dj is the thickness of the j layer, θ 1 = sin −1 ((n 0 / n 1 ) sin θ 0 ), n 1 is the refractive index of the microlens, n 0 is the refractive index of the atmosphere (n 0 = 1), and θ 0 is the principal ray incident angle incident from the center of the exit pupil of the camera lens to the center position of the microlens)
前記機能層を構成する機能層構成用層の少なくとも一層を、前記画素領域の中心方向にずらしていることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の固体撮像素子。   7. The solid-state imaging according to claim 1, wherein at least one of the functional layer constituting layers constituting the functional layer is shifted in a center direction of the pixel region. element. 前記画素領域の中心方向にずらした機能層構成用層が、カラーフィルタ層であることを特徴とする請求項7に記載の固体撮像素子。   8. The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the functional layer constituting layer shifted in the center direction of the pixel region is a color filter layer. 前記機能層が、前記受光部側から順に、無機デバイス層、第一平坦化層、カラーフィルタ層、第二平坦化層であることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれかの請求項に記載の固体撮像素子。   The said functional layer is an inorganic device layer, a 1st planarization layer, a color filter layer, and a 2nd planarization layer in order from the said light-receiving part side, The any one of Claim 1-8 characterized by the above-mentioned. A solid-state imaging device according to claim. 前記マイクロレンズのみをずらした固体撮像素子であり、
前記マイクロレンズのずらし距離は、前記理論主光線ずらし距離の38%より大きく、前記理論主光線ずらし距離の100%より小さい範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の固体撮像素子。
A solid-state imaging device in which only the microlens is displaced;
The shift distance of the microlens is in a range larger than 38% of the theoretical principal ray shift distance and smaller than 100% of the theoretical principal ray shift distance. A solid-state imaging device according to any one of the claims.
前記機能層を構成する機能層構成用層としてカラーフィルタ層を有し、前記カラーフィルタ層を前記画素領域の中心方向にずらした固体撮像素子であり、
前記マイクロレンズのずらし距離は、前記理論主光線ずらし距離の65%より大きく、前記理論主光線ずらし距離の100%より小さい範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の固体撮像素子。
A solid-state imaging device having a color filter layer as a functional layer constituting layer constituting the functional layer, wherein the color filter layer is shifted in a center direction of the pixel region;
7. The shift distance of the microlens is within a range that is greater than 65% of the theoretical principal ray shift distance and less than 100% of the theoretical principal ray shift distance. A solid-state imaging device according to any one of the claims.
前記機能層を構成する機能層構成用層としてカラーフィルタ層および無機デバイス層を有し、前記無機デバイス層は配線層または遮光層を有し、前記カラーフィルタ層と、前記無機デバイス層の中で最も前記マイクロレンズに近い位置にある配線層または遮光層の遮光部とを、前記画素領域の中心方向にずらした固体撮像素子であり、
前記マイクロレンズのずらし距離は、前記理論主光線ずらし距離の82%より大きく、前記理論主光線ずらし距離の100%より小さい範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の固体撮像素子。
As the functional layer constituting layer constituting the functional layer, a color filter layer and an inorganic device layer are included. The inorganic device layer has a wiring layer or a light shielding layer. Among the color filter layer and the inorganic device layer, A solid-state imaging device in which a wiring layer or a light shielding part of a light shielding layer closest to the microlens is shifted in the center direction of the pixel region,
The shift distance of the microlens is within a range that is greater than 82% of the theoretical principal ray shift distance and less than 100% of the theoretical principal ray shift distance. A solid-state imaging device according to any one of the claims.
前記機能層を構成する機能層構成用層の全てを、前記画素領域の中心方向にずらした固体撮像素子であり、
前記マイクロレンズのずらし距離は、前記理論主光線ずらし距離の85%より大きく、前記理論主光線ずらし距離の100%より小さい範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の固体撮像素子。
A solid-state imaging device in which all of the functional layer constituting layers constituting the functional layer are shifted in the center direction of the pixel region,
The shift distance of the microlens is within a range that is greater than 85% of the theoretical principal ray shift distance and less than 100% of the theoretical principal ray shift distance. A solid-state imaging device according to any one of the claims.
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