JP2000124434A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光電変換の均一性の向上により感度のばらつ
きのない固体撮像素子を実現し、さらに光電変換効率の
向上して感度の高い固体撮像素子を実現する。 【解決手段】 固体撮像素子１は、シリコン基板（基
体）２の表層部に設けられて光電変換をなす受光センサ
部３と、シリコン基板２上における受光センサ部３の直
上位置に設けられて入射する光を受光センサ部３に集光
する層内レンズ９と、層内レンズ９上に形成されたカラ
ーフィルタ１０とを備え、さらにこのカラーフィルタ１
０上に、層内レンズ９に入射する光の光路が層内レンズ
９の中心垂線に対して略平行に近づくように光の入射角
を補正する補正用レンズ１３が設けられた構成となって
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子に関
し、詳細には受光センサ部での光電変換の均一性や光電
変換効率の向上を図った固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の固体撮像素子としては、例えば図
６に示すように、シリコン基板２の表層部に光電変換を
なす受光センサ部３が形成され、受光センサ部３の直上
に、層間絶縁膜７および保護膜８を介して層内レンズ９
が形成された構造のものが知られている。この固体撮像
素子３０では、層内レンズ９上にカラーフィルタ１０を
介してオンチップレンズ１１が設けられており、オンチ
ップレンズ１１で集光されて入射した光を層内レンズ９
で再度集光し、受光センサ部３上に入射させることによ
り、集光効率を高めて感度向上を図っている。

【０００３】なお、固体撮像素子３０では、受光センサ
部３の側方に電荷電送部４が形成されているとともに、
シリコン基板２上の電荷転送部４の略直上位置に絶縁膜
５を介して転送電極６が形成されている。またシリコン
基板２上には転送電極６を覆う状態で上記の層間絶縁膜
７が形成され、この層間絶縁膜７と上記の保護膜８との
間には転送電極を覆いかつ受光センサ部３の直上部の一
部を開口した遮光膜（図示略）が形成されている。よっ
て、層内レンズ９で集光された光を、遮光膜の開口（以
下、センサ開口と記す）に臨む層間絶縁膜７を介して受
光センサ部３に入射させるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図６に示し
た従来の固体撮像素子３０では、最上層のオンチップレ
ンズ１１における光の入射面１１ａが、その中央部が外
方に膨出した凸面状に形成されている。このため、オン
チップレンズ１１への光の入射角が変動した場合、図７
（ａ），（ｂ）に示すようにセンサ開口で結ばれる焦点
の位置の変動が大きくなり、オンチップレンズ１１で集
光した光Ｒの特に周辺光線Ｒがセンサ開口から外れると
いう不具合が生じる。つまり、オンチップレンズ１１へ
の光Ｒの入射角の変動によって集光効率が変化してしま
うのである。その結果、受光センサ部３での光電変換が
均一になされなくなって固体撮像素子３０の感度がばら
ついてしまう。

【０００５】また固体撮像素子３０では、オンチップレ
ンズ１１と層内レンズ９との２つの集光用レンズを設
け、さらにこれらとは別にカラーフィルタ１０を設ける
ことから、図５（ａ）に示すように固体撮像素子３０に
入射した光がセンサ開口に到達するまでの光経路Ｌ₁ が
長くなる。よって、センサ開口に到達し受光センサ部３
に入射するまでに失われる光量が大きく、これによりセ
ンサ開口における集光効率が低下して光電変換の変換効
率の低下し、感度が低下するといった不具合も生じてい
る。

【０００６】したがって、光電変換の均一性の向上によ
り感度のばらつきのない固体撮像素子を実現でき、さら
に光電変換効率の向上して感度の高い固体撮像素子を実
現できる技術の開発が切望されている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで上記課題を解決す
るために本発明における請求項１の発明の固体撮像素子
は、基体の表層部に設けられて光電変換をなす受光セン
サ部と、基体上における受光センサ部の直上位置に設け
られて入射する光を受光センサ部に集光する層内レンズ
と、層内レンズ上に形成されたカラーフィルタとを備
え、さらにこのカラーフィルタ上に、層内レンズに入射
する光の光路が層内レンズの中心垂線に対して略平行に
近づくように光の入射角を補正する補正用レンズが設け
られた構成となっている。

【０００８】上記の発明では、層内レンズ上のカラーフ
ィルタ上の集光目的であるオンチップレンズに替えて集
光前の光路補正が主目的である補正用レンズが設けられ
ているため、オンチップレンズにより受光センサ部の直
上位置にて結ばれる光の焦点の位置が変動するという不
具合が起きない。そして補正用レンズに入射した光は、
補正用レンズによって光路が層内レンズの中心垂線に対
して略平行に近づくように補正され、その後にカラーフ
ィルタを通過して層内レンズに入射することになる。よ
って、補正用レンズへの光の入射角が変動しても、従来
に比較して光の焦点位置の変動が抑制されるため、集光
効率の変化が抑えられる。

【０００９】また本発明における請求項３の発明の固体
撮像素子は、基体の表層部に設けられて光電変換をなす
受光センサ部と、基体上に形成されたカラーフィルタと
を備え、このカラーフィルタの光の入射面と射出面との
少なくとも一方が外方に膨出した凸面状に形成されてカ
ラーフィルタが集光用レンズ機能を有したものとされ、
このカラーフィルタからなる集光用レンズ上には、集光
用レンズに入射する光の入射方向が集光用レンズの中心
垂線に対して略平行に近づくように光の入射角を補正す
る補正用レンズが設けられた構成となっている。

【００１０】上記の発明では、カラーフィルタが集光用
レンズ機能を有し、集光用レンズ上にはオンチップレン
ズに替えて補正用レンズが設けられているため、オンチ
ップレンズにより受光センサ部の直上位置にて結ばれる
光の焦点の位置が変動するという不具合が起きない。そ
して補正用レンズに入射した光は、補正用レンズによっ
て光路が集光用レンズの中心垂線に対して略平行に近づ
くように補正された後、カラーフィルタからなる集光用
レンズで集光されて受光センサ部の直上位置に導かれ
る。よって補正用レンズへの光の入射角が変動しても、
従来に比較して光の焦点位置の変動が抑制されるため、
集光効率の変化が抑えられる。

【００１１】またカラーフィルタが集光用レンズ機能を
有してカラーフィルタと集光用レンズとが一体化されて
おり、また層内レンズが設けられていないため、カラー
フィルタとオンチップレンズおよび層内レンズの２つの
集光用レンズとが別々に形成された従来に比較して光路
長が短くなる。この結果、固体撮像素子に入射した光が
受光センサ部に入射するまでに失われる光量が低減す
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明に係る固体撮像素子の
第１実施形態を示す要部側断面図であり、請求項１，２
の発明の一例を示す図である。

【００１３】図１に示すように固体撮像素子１では、基
体となるシリコン基板２の表層部に受光センサ部３が形
成されている。またシリコン基板２における受光センサ
部３の一方の側には、読み出し部（図示略）を介して電
荷転送部４が形成され、他方の側にはチャネルストップ
（図示略）を介して別の電荷転送部４が形成されてい
る。そして、このような構成により受光センサ部３で光
電変換されて得られた信号電荷は読み出し部を介して電
荷転送部４に読みだされ、さらに電荷転送部４にて転送
されるようになっている。

【００１４】一方、シリコン基板２の表面には 熱酸化
法やＣＶＤ法等によって形成された酸化シリコンからな
る絶縁膜５が形成されている。なお、この絶縁膜５は、
酸化シリコン膜の単層膜でなく、酸化シリコン膜と窒化
シリコン膜と酸化シリコン膜との３層からなるいわゆる
ＯＮＯ構造の積層膜としてもよい。絶縁膜５上には、電
荷転送部４の略直上位置に、例えばポリシリコンからな
る転送電極６が形成されており、さらにシリコン基板２
上には転送電極６を覆った状態で層間絶縁膜７が形成さ
れている。転送電極６は、第１転送電極と第２転送電極
とからなる２層構造、あるいは第１，第２，第３の転送
電極からなる３層構造となっており、各転送電極間には
酸化シリコン等からなる層間膜（図示略）が形成されて
いる。

【００１５】層間絶縁膜７上には、転送電極６を覆った
状態で遮光膜（図示略）が形成されている。この遮光膜
は、スミアを抑えるため受光センサ部３の直上にまで張
り出した張り出し部を形成し、受光センサ部３の直上に
この張り出し部分で囲った状態に矩形の開口（センサ開
口）を形成したものである。遮光膜は、後述するごと
く、遮光膜の形成後でかつ層内レンズの形成前に熱処理
によるリフロー処理がなされていることから、このリフ
ロー処理の際に悪影響を受けない材料で形成されてい
る。そのような材料としては、例えば、タングステンシ
リサイドやモリブデンシリサイド、チタンシリサイド等
の金属シリサイドや、タングステン、モリブデン、チタ
ン等の高融点金属等が挙げられる。

【００１６】遮光膜上には、遮光膜とこの遮光膜の開口
に臨む層間絶縁膜７を覆ってリン−ホウ素シリケートガ
ラス（ＢＰＳＧ）からなる保護膜８（以下、これを下保
護膜８と記す）が形成されている。下保護膜８は、リフ
ロー膜として機能するものであり、遮光膜および層間絶
縁膜７を介して転送電極６等を覆うことによって転送電
極６，６間の受光センサ部３上に凹部８ａを形成したも
のである。凹部８ａは、下保護膜８がリフロー処理され
ることによって、層内レンズ形成のための所定の曲率に
調整加工されたものとなっている。

【００１７】下保護膜８上には、その凹部８ａを埋め込
んだ状態に層内レンズ材が成膜され、これによって層内
レンズ９が形成されている。層内レンズ９は、固体撮像
素子１に入射する光を受光センサ部３に集光するために
もので、下保護膜８の屈折率よりも高い屈折率の材料で
形成されている。本第１実施形態では、下保護膜８が屈
折率１．４５のＢＰＳＧで形成されていることから、こ
の屈折率よりも高い材料、例えば、屈折率が１．９〜
２．０程度のプラズマＣＶＤ法による窒化シリコン（Ｐ
−ＳｉＮ）、または屈折率が１．５〜１．９程度のプラ
ズマＣＶＤ法による窒化酸化シリコン（Ｐ−ＳｉＯＮ）
で形成されている。

【００１８】したがって、下保護膜８と層内レンズ９と
の間に屈折率差があるため、これらの界面で入射光が受
光センサ部３側に屈折するようになっており、これによ
って層内レンズ９がその機能を発揮するようになってい
る。なお、層内レンズ９は、その表面が平坦化されてい
る。

【００１９】層内レンズ９上には、樹脂等からなるカラ
ーフィルタ１０が形成されている。そして、カラーフィ
ルタ１０上には上保護膜１２を介して補正用レンズ１３
が設けられている。上保護膜１２は、請求項２の発明に
おける保護膜となるもので、補正用レンズ１３の屈折率
よりも低い屈折率の材料で形成されている。例えば、補
正用レンズ１３が樹脂等で形成されて屈折率が１．５〜
１．８程度である場合には、これよりも屈折率が低い材
料が選択される。

【００２０】補正用レンズ１３は、層内レンズ９に入射
する光の光路が層内レンズ９の中心垂線に対して略平行
に近づくように光の入射角を補正するためのものであ
る。このような補正用レンズ１３は、例えば光の入射面
１３ａが平面に形成されているとともに、光の射出面１
３ｂの略中央部（センサ開口の略中心に対応する部分）
が外方に最も膨出した凸面状、つまりカラーフィルタ１
０側に向けて凸となる凸面状に形成されている。また、
前述したように補正用レンズ１３は、上保護膜１２の屈
折率よりも高い屈折率の材料で形成されている。

【００２１】したがって、補正用レンズ１３は、平面な
入射面１３ａにおいて入射した光を集光することなく、
層内レンズ９中心垂線に対して略平行に近づける補正機
能を有する。また上保護膜１２と補正用レンズ１３との
間に屈折率差があるため、これらの界面で入射光が受光
センサ部３側に屈折するようになっており、これによっ
て固体撮像素子１は上保護膜１２と補正用レンズ１３と
の界面にて集光機能も有したものとなっている。

【００２２】上記のような固体撮像素子１を作製するに
は、従来と同様の手法により層間絶縁膜７上の遮光膜ま
でを形成し、ＣＶＤ法等によって遮光膜を覆う状態に下
保護膜８の材料であるＢＰＳＧを堆積する。その後、予
め設定した条件にてリフロー処理することにより、その
凹部８ａの曲率を所望する層内レンズ９の形状となるよ
うに形成する。層内レンズ９の最適な形状については、
カラーフィルタ１０を通過して層内レンズ９に入射した
光を遮光膜の開口、つまりセンサ開口に導くように入射
光の位置や入射角に応じて適宜に屈折する形状とされ
る。

【００２３】続いて、得られた下保護膜８の凹部８ａを
埋め込んだ状態に層内レンズ材を堆積し、さらにその表
面をレジストエッチバック法またはＣＭＰ（化学機械研
磨）法により平坦化して層内レンズ９を得る。次いで、
層内レンズ９上に、染色法やカラーレジスト法等の公知
の方法によってカラーフィルタ１０を形成する。

【００２４】その後、カラーフィルタ１０上に上保護膜
１２を形成する。このとき、上保護膜１２の上面でかつ
センサ開口の略中心に対応する部分が、カラーフィルタ
１０側に向けて最も凹んだ凹面状になるように形成す
る。このような上保護膜１２の形成方法としては、例え
ば、カラーフィルタ１０上における各転送電極９の直上
位置にダミーパターン（図示略）を形成し、次いでダミ
ーパターンを覆うようにカラーフィルタ１０上に上保護
膜１２を形成する方法を採用することができる。上保護
膜１２の形成では、リフロー等を行ってもよい。

【００２５】この方法によれば、ダミーパターンによっ
て上面が凹面状の上保護膜１２を得ることができる。ま
たこのダミーパターンの高さによって、上保護膜１２の
上面の曲率、すなわち補正用レンズ１３の凸面である射
出面１３の曲率も調整できることになる。なお、上保護
膜１２の形成方法はこの方法に限定されず、上面が凹面
状に形成されれば種々の方法を用いることができる。そ
の後、上保護膜１２上にその凹面を埋め込むように厚く
補正用レンズ材を成膜した後、その表面をレジストエッ
チバック法またはＣＭＰ法により平坦化することにより
補正用レンズ１３を得る。

【００２６】上記のようにして作製される固体撮像素子
１にあっては、図２（ａ），（ｂ）に示すように、まず
補正用レンズ１３に光Ｒが入射し、ここで光路が層内レ
ンズ９の中心垂線に対して略平行に近づくように補正さ
れて出射される。そしてカラーフィルタ１０を通過して
層内レンズ９に入射して集光され、集光された光Ｒがセ
ンサ開口から層間絶縁膜７を通過して受光センサ部３に
到達し、ここで光電変換される。

【００２７】よって、層内レンズ９上のカラーフィルタ
１０上にオンチップレンズが設けられていないため、オ
ンチップレンズにより受光センサ部３の直上位置のセン
サ開口にて結ばれる光Ｒの焦点の位置が変動するのを防
止できる。また入射面１３ａが平面の補正用レンズ１３
によって集光せずに光路が補正されることにより、補正
用レンズ１３への光Ｒの入射角が図２（ｂ）のように変
動して斜め光となっても、従来に比較して光Ｒの焦点位
置の変動を抑制することができる。この結果、集光効率
が変化するのを抑えることができるため、受光センサ部
３での光電変換の均一性を向上できる。

【００２８】また、補正用レンズ１３の下層の上保護膜
１２を補正用レンズ１３よりも屈折率に低い材料で形成
して、上保護膜１２と補正用レンズ１３との界面で入射
光が受光センサ部３側に屈折するように構成すること
で、上記界面に集光機能を持たせており、しかも層内レ
ンズ９の曲率の設定により、層内レンズ９による集光効
率を一層高めることができるため、オンチップレンズに
替えて補正用レンズ１３を設けたことによる集光効率の
低下はない。むしろ、補正用レンズ１３による光路の補
正によって、センサ開口から外れる光量を低減できるた
め、集光効率の向上を図ることができる。

【００２９】したがって、第１実施形態の固体撮像素子
１によれば、光電変換の均一性の向上によって感度のば
らつきを低減できるとともに、集光効率の向上に伴う光
電変換効率の向上により、感度向上を図ることができ
る。

【００３０】次に、本発明に係る固体撮像素子の第２実
施形態を説明する。図３は第２実施形態の固体撮像素子
を示す要部側断面図であり、請求項３，４の発明の一例
を示す図である。

【００３１】図３に示すように第２実施形態の固体撮像
素子２１において、第１実施形態の固体撮像素子１と相
違するところは、第１実施形態の層内レンズ９が下保護
膜８上に設けられておらず、下保護膜８上にこれ接触す
る状態でカラーフィルタ２２が形成されている点、およ
びカラーフィルタ２２が従来通りの色信号の分離機能と
ともに集光用レンズ機能を有している点にある。なお、
図３において第１実施形態と同一の形成要素には同一の
符号を付してここでの説明を省略する。

【００３２】すなわち、固体撮像素子２１において下保
護膜８上には、その光の入射面２２ａと出射面２２ｂと
の少なくとも一方が、その中央部（センサ開口の略中心
に対応する部分）が最も外方に膨出した凸面状に形成さ
れて集光用レンズ機能を有したカラーフィルタ２２が形
成されている（以下、カラーフィルタ２２を集光用レン
ズ２２と記す）。本第２実施形態では、集光用レンズ２
２の入射面２２ａおよび出射面２２ｂの双方が凸面状に
形成されており、したがって下保護膜８は第１実施形態
と同様に、転送電極６，６間の受光センサ部３上に凹部
８ａを形成したものとなっている。

【００３３】そして下保護膜８の凹部８ａを埋め込んだ
状態にカラーフィルタ材が成膜され、さらにカラーフィ
ルタ材の上面が、熱処理によってあるいはリソグラフィ
技術によって加工されて、入射面２２ａと出射面２２ｂ
との双方が凸面状に形成された集光用レンズ２２が形成
されている。集光用レンズ２２は、下保護膜８の屈折率
よりも高い屈折率の材料で形成されている。第１実施形
態と同様に、下保護膜８が屈折率１．４５のＢＰＳＧで
形成されている場合には、この屈折率よりも高い材料、
例えばカラーフィルタ機能を発揮する染料等を含んだ樹
脂等により形成されている。

【００３４】したがって、下保護膜８と集光用レンズ２
２との間に屈折率差があるため、これらの界面で入射光
が受光センサ部３側に屈折するようになっており、これ
によって固体撮像素子２１は集光用レンズ２２のその凸
レンズによる集光機能に加えて、下保護膜８と集光用レ
ンズ２２との界面にて集光機能を有する構造になってい
る。

【００３５】集光用レンズ２２上には、上保護膜１２を
介して補正用レンズ１３が設けられている。上保護膜１
２は、補正用レンズ１３および集光用レンズ２２の各屈
折率よりも低い屈折率の材料で形成されている。また補
正用レンズ１３は、集光用レンズ２２に入射する光の光
路が集光用レンズ２２の中心垂線に対して略平行に近づ
くように光の入射角を補正するためのものである。

【００３６】このような補正用レンズ１３は、第１実施
形態と同様に、例えば光の入射面１３ａが平面に形成さ
れているとともに、光の射出面１３ｂの略中央部（セン
サ開口の略中心に対応する部分）が外方に最も膨出した
凸面状、つまり集光用レンズ２２側に向けて凸となる凸
面状に形成されている。また、前述したように補正用レ
ンズ１３は、上保護膜１２の屈折率よりも高い屈折率の
材料で形成されている。したがって、上保護膜１２と補
正用レンズ１３との間、また上保護膜１２と集光用レン
ズ９との間に屈折率差があるため、固体撮像素子２１は
これらの界面においても、入射光が受光センサ部３側に
屈折する集光機能を有したものとなっている。

【００３７】上記のような固体撮像素子２１を作製する
には、従来と同様の手法により層間絶縁膜７上の遮光膜
までを形成し、ＣＶＤ法等によって遮光膜を覆う状態に
下保護膜８の材料であるＢＰＳＧを堆積する。その後、
予め設定した条件にてリフロー処理することにより、そ
の凹部８ａの曲率を所望する集光用レンズ２２の出射面
２２ｂ側形状となるように形成する。集光用レンズ２２
の最適な形状については、第１実施形態の層内レンズ９
と同様に、入射した光をセンサ開口に導くように入射光
の位置や入射角に応じて適宜に屈折する形状とされる。

【００３８】続いて、得られた下保護膜８の凹部８ａを
埋め込んだ状態にカラーフィルタ材を堆積する。このこ
とによって、必然的にカラーフィルタ材の下面が凸面状
に形成される。その後、熱処理によってカラーフィルタ
材の上面を凸面状に形成する。なお、熱処理によってカ
ラーフィルタ材の上面を凸面状に形成した後、さらにリ
ソグラフィおよびエッチング技術によってカラーフィル
タ材の不要な部分を除去する工程を行ってもよい。

【００３９】また、カラーフィルタ材に感光性を有する
材料を用いて下保護膜８の凹部８ａを埋め込んだ状態に
カラーフィルタ材を成膜した後、このカラーフィルタ材
に対してフォーカスをずらして露光するデフォーカス露
光を行い、現像するといったリソグラフィ技術によっ
て、カラーフィルタ材の上面を所望の曲率の凸面状に形
成し、集光用レンズ２２を得ることも可能である。カラ
ーフィルタ材には、染料等を含んだ材料を用いてもよ
く、また染料等を含まない材料を用いてもよい。染料等
を含まない材料を用いた場合には、入射面２２ａおよび
出射面２２ｂの双方を上記のように凸面状に形成した
後、染料等を用いて染色する工程を行うことになる。

【００４０】次いで、集光用レンズ２２上に第１実施形
態と同様にして上保護膜１２を形成し、続いて上保護膜
１２上に補正用レンズ材を成膜した後、その表面をレジ
ストエッチバック法またはＣＭＰ法により平坦化するこ
とにより補正用レンズ１３を得る。

【００４１】上記のようにして作製される固体撮像素子
２１にあっては、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ま
ず補正用レンズ１３に光Ｒが入射し、ここで光路が集光
用レンズ２２の中心垂線に対して略平行に近づくように
補正されて出射される。そして上保護膜１２を介して集
光用レンズ２２に入射して集光され、集光された光Ｒが
下保護膜８を通過し、センサ開口から層間絶縁膜７を通
過して受光センサ部３に到達し、ここで光電変換され
る。

【００４２】よって、この固体撮像素子２１において
も、オンチップレンズが設けられていないため、オンチ
ップレンズにより受光センサ部３の直上位置のセンサ開
口にて結ばれる光Ｒの焦点の位置が変動するのを防止で
きる。また入射面１３ａが平面に形成された補正用レン
ズ１３によって、集光せずに光路が補正されることによ
り、補正用レンズ１３への光Ｒの入射角が図４（ｂ）の
ように変動して斜め光となっても、従来に比較して光Ｒ
の焦点位置の変動を抑制することができる。この結果、
集光効率が変化するのを抑えることができるため、受光
センサ部３での光電変換の均一性を向上できる。

【００４３】また、カラーフィルタが集光用レンズ機能
を有した集光用レンズ２２とされてカラーフィルタと集
光用レンズとが一体化されており、しかも層内レンズが
設けられていないため、図５（ａ）に示したようなカラ
ーフィルタ１０とオンチップレンズ１１および層内レン
ズ９の２つの集光用レンズとが別々に形成された従来の
固体撮像素子３０の光路長Ｌ₁ に比較して、図５（ｂ）
に示す第２実施形態の固体撮像素子２１の光路長Ｌ₂ を
ｄ分短くすることができる。この結果、固体撮像素子２
１に入射した光Ｒが受光センサ部３に入射するまでに損
失する光量を低減できるため、集光効率を向上でき、こ
れにより光電変換効率を高めることができる。

【００４４】さらに、補正用レンズ１３の下層の上保護
膜１２を補正用レンズ１３および集光用レンズ２２より
も屈折率に低い材料で形成して、これらの界面に集光機
能を持たせるとともに、集光用レンズ２２の下層の下保
護膜８を集光用レンズ２２よりも屈折率に低い材料で形
成して、上保護膜１２と集光用レンズ２２との界面にも
集光機能を持たせているため、集光効率の一層の向上を
図ることができる。

【００４５】したがって、第２実施形態によれば、光電
変換の均一性の向上によって感度のばらつきを低減でき
るとともに、集光効率の向上に伴う光電変換効率を一層
向上でき、極めて感度の高い固体撮像素子２１を実現で
きる。

【００４６】なお、第２実施形態では、カラーフィルタ
からなる集光用レンズの入射面および出射面の双方を凸
面状に形成した例を述べたが、どちらか一方を凸面状に
形成することも可能であり、この場合にも上記第２実施
形態と同様の効果を得ることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
係る固体撮像素子によれば、層内レンズ上のカラーフィ
ルタ上に補正用レンズを設けて、固体撮像素子に入射す
る光の光路が層内レンズの中心垂線に対して略平行に近
づくように補正した後、層内レンズに入射させる構成と
したので、補正用レンズへの光の入射角が変動しても光
の焦点位置の変動を抑制でき、集光効率の変化を抑える
ことができる。よって、受光センサ部での光電変換の均
一性を向上でき、これにより感度のばらつきを低減でき
る。

【００４８】また請求項３に係る固体撮像素子によれ
ば、カラーフィルタが集光用レンズ機能を有し、このカ
ラーフィルタからなる集光用レンズ上に補正用レンズが
設けられている構成となっているので、上記発明と同様
に、補正用レンズへの光の入射角が変動しても従来に比
較して光の焦点位置の変動が抑制でき、集光効率の変化
を抑えることができる効果が得られる。またカラーフィ
ルタと集光用レンズとが一体化されており、かつ層内レ
ンズが設けられていない構成のため、従来に比較して光
路長を短くできる。したがって、固体撮像素子に入射し
た光が受光センサ部に入射するまでに失われる光量を低
減できるので、光電変換効率を向上でき感度の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像素子の第１実施形態を示
す要部側断面図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は第１実施形態の固体撮像素子
に入射する光の光路を示す図である。

【図３】本発明に係る固体撮像素子の第２実施形態を示
す要部側断面図である。

【図４】（ａ），（ｂ）は第２実施形態の固体撮像素子
に入射する光の光路を示す図である。

【図５】従来の固体撮像素子と第２実施形態の固体撮像
素子との光路長を比較した図であり、（ａ）は従来の固
体撮像素子、（ｂ）は第２実施形態の固体撮像素子であ
る。

【図６】従来の固体撮像素子の一例を示す要部側断面図
である。

【図７】（ａ），（ｂ）は従来の固体撮像素子に入射す
る光の光路を示す図である。

【符号の説明】

１，２１，３０…固体撮像素子、２…シリコン基板、３
…受光センサ部、８…下保護膜、９…層内レンズ、１０
…カラーフィルタ、１２…上保護膜、１３…補正用レン
ズ、１３ａ，２２ａ…入射面、１３ｂ，２２ｂ…出射
面、２２…集光用レンズ、Ｒ…光

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体の表層部に設けられて光電変換をな
   す受光センサ部と、前記基体上における前記受光センサ
   部の直上位置に設けられて入射する光を受光センサ部に
   集光する層内レンズと、該層内レンズ上に形成されたカ
   ラーフィルタとを備えてなる固体撮像素子において、 前記カラーフィルタ上には、前記層内レンズに入射する
   光の光路が層内レンズの中心垂線に対して略平行に近づ
   くように光の入射角を補正する補正用レンズが設けられ
   ていることを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記補正用レンズは、光の入射面が平面
   に形成されているとともに光の射出面が外方に膨出した
   凸面状に形成され、 前記補正用レンズと前記カラーフィルタとの間には、補
   正用レンズに接触した状態で補正用レンズの屈折率より
   も低い屈折率の保護膜が設けられていることを特徴とす
   る請求項１記載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 基体の表層部に設けられて光電変換をな
   す受光センサ部と、前記基体上に形成されたカラーフィ
   ルタとを備えてなる固体撮像素子において、 前記カラーフィルタは、光の入射面と射出面との少なく
   とも一方が外方に膨出した凸面状に形成されて集光用レ
   ンズ機能を有し、 前記カラーフィルタからなる集光用レンズ上には、この
   集光用レンズに入射する光の光路が集光用レンズの中心
   垂線に対して略平行に近づくように光の入射角を補正す
   る補正用レンズが設けられていることを特徴とする固体
   撮像素子。
4. 【請求項４】 前記補正用レンズは、光の入射面が平面
   に形成されているとともに光の射出面が外方に膨出した
   凸面状に形成され、 前記補正用レンズと前記集光用レンズとの間には、補正
   用レンズおよび集光用レンズの各屈折率よりも低い屈折
   率の上保護膜が設けられ、 前記集光用レンズと前記基体との間には、集光用レンズ
   に接触した状態で集光用レンズの屈折率よりも低い屈折
   率の下保護膜が設けられていることを特徴とする請求項
   ３記載の固体撮像素子。