JP2001060678A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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Links
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 カメラに組み込まれた場合に、カメラ側のレ
ンズの絞りに対応して常に受光センサ部で受光できるよ
うにした、固体撮像素子の提供が望まれている。 【解決手段】 基体２の表層部に光電変換をなす受光セ
ンサ部３が設けられ、基体２上に受光センサ部３で形成
された電荷を転送するための転送電極５と転送電極を覆
う遮光膜６とが設けられてなる固体撮像素子２０であ
る。遮光膜６および受光センサ部３の上方に透明導電材
料からなる下部透明電極膜２２が形成され、下部透明電
極膜２２上に、電気光学セラミックスからなる屈折率可
変材料層２４（２１）が形成され、屈折率可変材料層上
に透明導電材料からなる上部透明電極膜２３が形成され
てなる。屈折率可変材料層２４は、各画素毎でレンズ形
状に加工されてなり、かつ下部透明電極膜２２と上部透
明電極膜２３との間に印加される電圧に応じて屈折率が
変化するよう構成されている。
ンズの絞りに対応して常に受光センサ部で受光できるよ
うにした、固体撮像素子の提供が望まれている。 【解決手段】 基体２の表層部に光電変換をなす受光セ
ンサ部３が設けられ、基体２上に受光センサ部３で形成
された電荷を転送するための転送電極５と転送電極を覆
う遮光膜６とが設けられてなる固体撮像素子２０であ
る。遮光膜６および受光センサ部３の上方に透明導電材
料からなる下部透明電極膜２２が形成され、下部透明電
極膜２２上に、電気光学セラミックスからなる屈折率可
変材料層２４（２１）が形成され、屈折率可変材料層上
に透明導電材料からなる上部透明電極膜２３が形成され
てなる。屈折率可変材料層２４は、各画素毎でレンズ形
状に加工されてなり、かつ下部透明電極膜２２と上部透
明電極膜２３との間に印加される電圧に応じて屈折率が
変化するよう構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集光効率を高めた
固体撮像素子に関する。
固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体撮像素子としては、例えば図
６に示す構造のものが知られている。この固体撮像素子
１は、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と光電変換された電荷を転送するための電荷
転送部４とを有し、またシリコン基板２の上に、電荷転
送部４での電荷転送をなさせるための転送電極５とこれ
を覆う遮光膜６とを有して概略構成されたものである。
このような固体撮像素子では、各受光センサ部毎に単位
画素が形成されており、したがって受光センサ部間には
各画素を分離する画素間部が形成されている。
６に示す構造のものが知られている。この固体撮像素子
１は、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と光電変換された電荷を転送するための電荷
転送部４とを有し、またシリコン基板２の上に、電荷転
送部４での電荷転送をなさせるための転送電極５とこれ
を覆う遮光膜６とを有して概略構成されたものである。
このような固体撮像素子では、各受光センサ部毎に単位
画素が形成されており、したがって受光センサ部間には
各画素を分離する画素間部が形成されている。
【０００３】ところで、固体撮像素子の感度を向上させ
るためには、各画素に入射した光を効率良く受光センサ
部に集光する必要があり、そのため従来では、図６に示
したように遮光膜６および受光センサ部３上にパッシベ
ーション膜７、平坦化膜８が形成され、さらにこの上に
オンチップレンズ９が形成されている。すなわち、各画
素上に個別のレンズを形成する、いわゆるオンチップレ
ンズ構造が採用されているのである。
るためには、各画素に入射した光を効率良く受光センサ
部に集光する必要があり、そのため従来では、図６に示
したように遮光膜６および受光センサ部３上にパッシベ
ーション膜７、平坦化膜８が形成され、さらにこの上に
オンチップレンズ９が形成されている。すなわち、各画
素上に個別のレンズを形成する、いわゆるオンチップレ
ンズ構造が採用されているのである。
【０００４】このような構造の固体撮像素子を作製する
には、図７（ａ）に示すようにシリコン基板２の表層部
に受光センサ部３、電荷転送部４をそれぞれ形成した
後、シリコン基板２上にポリシリコンからなる転送電極
５を形成し、さらに該転送電極５を覆ってＡｌ等の遮光
材料を成膜して遮光材料膜６ａを形成する。次に、遮光
材料膜６ａをパターニングして図７（ｂ）に示すように
受光センサ部３の直上を一部開口し、遮光膜６を形成す
ると同時に、受光センサ部３の実質的な受光面となる開
口部１０を形成する。
には、図７（ａ）に示すようにシリコン基板２の表層部
に受光センサ部３、電荷転送部４をそれぞれ形成した
後、シリコン基板２上にポリシリコンからなる転送電極
５を形成し、さらに該転送電極５を覆ってＡｌ等の遮光
材料を成膜して遮光材料膜６ａを形成する。次に、遮光
材料膜６ａをパターニングして図７（ｂ）に示すように
受光センサ部３の直上を一部開口し、遮光膜６を形成す
ると同時に、受光センサ部３の実質的な受光面となる開
口部１０を形成する。
【０００５】次いで、図７（ｃ）に示すように遮光膜６
上および開口部１０内に臨む受光センサ部３上にＰ−Ｓ
ｉＮからなるパッシベーション膜７を形成し、さらに図
７（ｄ）に示すようにこのパッシベーション膜７上にア
クリル系樹脂からなる平坦化膜８を形成する。
上および開口部１０内に臨む受光センサ部３上にＰ−Ｓ
ｉＮからなるパッシベーション膜７を形成し、さらに図
７（ｄ）に示すようにこのパッシベーション膜７上にア
クリル系樹脂からなる平坦化膜８を形成する。
【０００６】次いで、平坦化膜８の上に感光性樹脂膜を
塗布し、続いてこれを露光現像してパターニングし、図
７（ｅ）に示すように各画素毎に平面視矩形状の樹脂パ
ターン１１を形成する。その後、熱処理によって樹脂パ
ターン１１を半球状に変形させ、図６に示したように凸
状のオンチップレンズ９を形成する。このようにして形
成されたオンチップレンズ９では、焦点距離が、用いる
感光性樹脂膜の屈折率と、その塗布厚および熱処理条件
によって決定されるレンズ形状とによって決定される。
塗布し、続いてこれを露光現像してパターニングし、図
７（ｅ）に示すように各画素毎に平面視矩形状の樹脂パ
ターン１１を形成する。その後、熱処理によって樹脂パ
ターン１１を半球状に変形させ、図６に示したように凸
状のオンチップレンズ９を形成する。このようにして形
成されたオンチップレンズ９では、焦点距離が、用いる
感光性樹脂膜の屈折率と、その塗布厚および熱処理条件
によって決定されるレンズ形状とによって決定される。
【０００７】このようなオンチップレンズ構造の固体撮
像素子１にあって、最も効率良く集光するためには、図
８（ａ）に示すように入射光を常に開口部１０内の受光
センサ部３に集光できるよう、オンチップレンズ９の焦
点距離を決定しておく必要がある。
像素子１にあって、最も効率良く集光するためには、図
８（ａ）に示すように入射光を常に開口部１０内の受光
センサ部３に集光できるよう、オンチップレンズ９の焦
点距離を決定しておく必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固体撮
像素子をビデオカメラなどに組み込んだ場合、カメラ側
のレンズの開口数は、その撮影状況に応じて適切な露出
となるように変化する。したがって、カメラのレンズを
経て固体撮像素子に入射する光は、カメラのレンズの絞
りによってその角度が変化し、例えば図８（ｂ）に示す
ように平行光だけでなく斜め光も固体撮像素子に入射す
るようになっており、その場合に焦点は受光センサ部３
の面上でなく例えば受光センサ部３の受光面の上方にな
ってしまうのである。
像素子をビデオカメラなどに組み込んだ場合、カメラ側
のレンズの開口数は、その撮影状況に応じて適切な露出
となるように変化する。したがって、カメラのレンズを
経て固体撮像素子に入射する光は、カメラのレンズの絞
りによってその角度が変化し、例えば図８（ｂ）に示す
ように平行光だけでなく斜め光も固体撮像素子に入射す
るようになっており、その場合に焦点は受光センサ部３
の面上でなく例えば受光センサ部３の受光面の上方にな
ってしまうのである。
【０００９】しかして、前述した従来の固体撮像素子１
では、オンチップレンズ９の焦点距離は製造時に決定さ
れていることから、この固体撮像素子１がカメラに組み
込まれた場合、カメラによる撮影状況に合わせてオンチ
ップレンズ９の焦点距離を変化させることは不可能であ
った。したがって、画素への入射角度によっては最適な
集光状態とならず、これにより十分な感度が得られない
場合が多々あった。
では、オンチップレンズ９の焦点距離は製造時に決定さ
れていることから、この固体撮像素子１がカメラに組み
込まれた場合、カメラによる撮影状況に合わせてオンチ
ップレンズ９の焦点距離を変化させることは不可能であ
った。したがって、画素への入射角度によっては最適な
集光状態とならず、これにより十分な感度が得られない
場合が多々あった。
【００１０】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、カメラに組み込まれた場
合に、このカメラ側のレンズの絞りに対応して常に受光
センサ部で受光できるようにした、固体撮像素子を提供
することにある。
で、その目的とするところは、カメラに組み込まれた場
合に、このカメラ側のレンズの絞りに対応して常に受光
センサ部で受光できるようにした、固体撮像素子を提供
することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子で
は、基体の表層部に光電変換をなす受光センサ部が設け
られ、基体上に受光センサ部で形成された電荷を転送す
るための転送電極と該転送電極を覆う遮光膜とが設けら
れ、前記遮光膜および受光センサ部の上方に透明導電材
料からなる下部透明電極膜が形成され、前記下部透明電
極膜上に、電気光学セラミックスからなる屈折率可変材
料層が形成され、前記屈折率可変材料層上に透明導電材
料からなる上部透明電極膜が形成され、前記屈折率可変
材料層は、各画素毎でレンズ形状に加工されてなり、か
つ前記下部透明電極膜と上部透明電極膜との間に印加さ
れる電圧に応じて屈折率が変化するものであることを前
記課題の解決手段とした。
は、基体の表層部に光電変換をなす受光センサ部が設け
られ、基体上に受光センサ部で形成された電荷を転送す
るための転送電極と該転送電極を覆う遮光膜とが設けら
れ、前記遮光膜および受光センサ部の上方に透明導電材
料からなる下部透明電極膜が形成され、前記下部透明電
極膜上に、電気光学セラミックスからなる屈折率可変材
料層が形成され、前記屈折率可変材料層上に透明導電材
料からなる上部透明電極膜が形成され、前記屈折率可変
材料層は、各画素毎でレンズ形状に加工されてなり、か
つ前記下部透明電極膜と上部透明電極膜との間に印加さ
れる電圧に応じて屈折率が変化するものであることを前
記課題の解決手段とした。
【００１２】この固体撮像素子によれば、電気光学セラ
ミックスからなる屈折率可変材料層が、各画素毎でレン
ズ形状に加工され、さらに下部透明電極膜と上部透明電
極膜との間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する
よう構成されていることから、この屈折率可変材料層か
らなるレンズの焦点距離をこれに印加する電圧によって
変化させることが可能になる。
ミックスからなる屈折率可変材料層が、各画素毎でレン
ズ形状に加工され、さらに下部透明電極膜と上部透明電
極膜との間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する
よう構成されていることから、この屈折率可変材料層か
らなるレンズの焦点距離をこれに印加する電圧によって
変化させることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の固体撮像素子を詳
しく説明する。図１は本発明の固体撮像素子の第１の実
施形態例を示す図であり、図１において符号２０は固体
撮像素子である。この固体撮像素子２０が図６に示した
固体撮像素子１と主に異なるところは、電気光学セラミ
ックスからなる屈折率可変材料層によって上に凸状のレ
ンズ２１を形成した点である。
しく説明する。図１は本発明の固体撮像素子の第１の実
施形態例を示す図であり、図１において符号２０は固体
撮像素子である。この固体撮像素子２０が図６に示した
固体撮像素子１と主に異なるところは、電気光学セラミ
ックスからなる屈折率可変材料層によって上に凸状のレ
ンズ２１を形成した点である。
【００１４】すなわち、この固体撮像素子２０において
は、平坦化膜８の上にＩＴＯ等の透明導電材料からなる
下部透明電極膜２２が形成され、この下部透明電極膜２
２上に上に凸状のレンズ２１が形成され、さらにこのレ
ンズ２１上にこれを覆ってＩＴＯ等の透明導電材料から
なる上部透明電極膜２３が形成されている。ここで、レ
ンズ２１は各単位画素毎に形成されており、また下部透
明電極膜２２、上部透明電極膜２３も各単位画素毎に形
成されている。このような構成のもとにレンズ２１は、
これの上下に配置された上部透明電極膜２３、下部透明
電極膜２２間に電圧が印加されることによってその屈折
率が変化し、各単位画素毎にその焦点距離が制御される
ようになっている。
は、平坦化膜８の上にＩＴＯ等の透明導電材料からなる
下部透明電極膜２２が形成され、この下部透明電極膜２
２上に上に凸状のレンズ２１が形成され、さらにこのレ
ンズ２１上にこれを覆ってＩＴＯ等の透明導電材料から
なる上部透明電極膜２３が形成されている。ここで、レ
ンズ２１は各単位画素毎に形成されており、また下部透
明電極膜２２、上部透明電極膜２３も各単位画素毎に形
成されている。このような構成のもとにレンズ２１は、
これの上下に配置された上部透明電極膜２３、下部透明
電極膜２２間に電圧が印加されることによってその屈折
率が変化し、各単位画素毎にその焦点距離が制御される
ようになっている。
【００１５】レンズ２１を形成する電気光学セラミック
スとしては、ＰＬＺＴ〔（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ3 〕やＬｉＮｂＯ3 結晶などが使用可能であるが、本
例ではＰＬＺＴが用いられる。このＰＬＺＴは、ＰＺＴ
（チタン酸・ジルコン酸鉛固溶体（ＰｂＴｉＯ3 ・Ｐｂ
ＺｒＯ3 ）のＰｂの一部をＬａで置換した透光性圧電材
料であり、印加された電圧に応じてその屈折率を変化さ
せるものである。
スとしては、ＰＬＺＴ〔（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ3 〕やＬｉＮｂＯ3 結晶などが使用可能であるが、本
例ではＰＬＺＴが用いられる。このＰＬＺＴは、ＰＺＴ
（チタン酸・ジルコン酸鉛固溶体（ＰｂＴｉＯ3 ・Ｐｂ
ＺｒＯ3 ）のＰｂの一部をＬａで置換した透光性圧電材
料であり、印加された電圧に応じてその屈折率を変化さ
せるものである。
【００１６】このような構成の固体撮像素子２０を作製
するには、従来と同様にして図２（ａ）に示すようにシ
リコン基板２表層部に受光センサ部３、電荷転送部４を
形成し、さらにシリコン基板２上に転送電極５、遮光膜
６、パッシベーション膜７、平坦化膜８を形成する。
するには、従来と同様にして図２（ａ）に示すようにシ
リコン基板２表層部に受光センサ部３、電荷転送部４を
形成し、さらにシリコン基板２上に転送電極５、遮光膜
６、パッシベーション膜７、平坦化膜８を形成する。
【００１７】なお、転送電極５の上にはＳｉＯ2 等の絶
縁膜（図示略）を介してアルミニウム等からなる遮光膜
６を形成する。また、この遮光膜６の開口部１０の形成
については、従来公知のフォトリソグラフィー技術、エ
ッチング技術が用いられ、具体的には、「フォトレジス
ト塗布→露光→現像→ドライエッチング→レジスト除
去」の順に各処理がなされる。ここで、ドライエッチン
グとしては反応性イオンエッチングが採用され、その際
反応ガスとしてはＣｌ2 ＋ＢＣｌ3 ガスが用いられる。
また、平坦化膜８の形成については、アクリル系樹脂を
回転塗布してこの樹脂を平坦に成膜するといった方法が
採られる。
縁膜（図示略）を介してアルミニウム等からなる遮光膜
６を形成する。また、この遮光膜６の開口部１０の形成
については、従来公知のフォトリソグラフィー技術、エ
ッチング技術が用いられ、具体的には、「フォトレジス
ト塗布→露光→現像→ドライエッチング→レジスト除
去」の順に各処理がなされる。ここで、ドライエッチン
グとしては反応性イオンエッチングが採用され、その際
反応ガスとしてはＣｌ2 ＋ＢＣｌ3 ガスが用いられる。
また、平坦化膜８の形成については、アクリル系樹脂を
回転塗布してこの樹脂を平坦に成膜するといった方法が
採られる。
【００１８】このようにして平坦化膜８を形成したら、
透明導電材料、本例ではＩＴＯをターゲットとし、ガス
種とその流量をＡｒ；３０ｓｃｃｍ、ＡｒＨ2 （３
％）；７０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；４ｓｃｃｍとする条件でス
パッタリングを行い、図２（ｂ）に示すように平坦化膜
８の上にＩＴＯを厚さ１００ｎｍ程度に成膜する。続い
て、得られたＩＴＯ膜を従来公知のフォトリソグラフィ
ー技術、エッチング技術によってパターニングし、各単
位画素毎に独立した多数の下部透明電極膜２２…を形成
する。このパターニングとして具体的には、「フォトレ
ジスト塗布→露光→現像→ウエットエッチング→レジス
ト除去」の順に各処理がなされる。ウエットエッチング
としては、Ｈ3 ＰＯ4 とＨ2 Ｏとを用いてこれに５５℃
で４０秒間接触させる条件が採用される。
透明導電材料、本例ではＩＴＯをターゲットとし、ガス
種とその流量をＡｒ；３０ｓｃｃｍ、ＡｒＨ2 （３
％）；７０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；４ｓｃｃｍとする条件でス
パッタリングを行い、図２（ｂ）に示すように平坦化膜
８の上にＩＴＯを厚さ１００ｎｍ程度に成膜する。続い
て、得られたＩＴＯ膜を従来公知のフォトリソグラフィ
ー技術、エッチング技術によってパターニングし、各単
位画素毎に独立した多数の下部透明電極膜２２…を形成
する。このパターニングとして具体的には、「フォトレ
ジスト塗布→露光→現像→ウエットエッチング→レジス
ト除去」の順に各処理がなされる。ウエットエッチング
としては、Ｈ3 ＰＯ4 とＨ2 Ｏとを用いてこれに５５℃
で４０秒間接触させる条件が採用される。
【００１９】次いで、屈折率可変材料である電気光学セ
ラミックス、本例ではＰＬＺＴ（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 をターゲットとし、ガス種とその流量として
Ａｒ；１００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；１０ｓｃｃｍとする条件
でスパッタリングを行い、下部透明電極膜２２…の上に
ＰＬＺＴを厚さ１．５μｍ程度に成膜して屈折率可変材
料層２４を形成する。
ラミックス、本例ではＰＬＺＴ（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 をターゲットとし、ガス種とその流量として
Ａｒ；１００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；１０ｓｃｃｍとする条件
でスパッタリングを行い、下部透明電極膜２２…の上に
ＰＬＺＴを厚さ１．５μｍ程度に成膜して屈折率可変材
料層２４を形成する。
【００２０】次いで、この屈折率可変材料層２４上にフ
ォトレジストを厚さ１．５μｍ程度に成膜し、さらにこ
れを露光・現像して図２（ｃ）に示すように各単位画素
毎に独立した多数の矩形のレジストパターン２５…を形
成する。次いで、ホットプレートを用いて１５０℃〜２
００℃で３０秒〜９０秒のベークを行い、前記レジスト
パターン２５をリフローさせ、図２（ｄ）に示すように
半球状の凸レンズ形状２５ａを得る。
ォトレジストを厚さ１．５μｍ程度に成膜し、さらにこ
れを露光・現像して図２（ｃ）に示すように各単位画素
毎に独立した多数の矩形のレジストパターン２５…を形
成する。次いで、ホットプレートを用いて１５０℃〜２
００℃で３０秒〜９０秒のベークを行い、前記レジスト
パターン２５をリフローさせ、図２（ｄ）に示すように
半球状の凸レンズ形状２５ａを得る。
【００２１】次いで、反応性イオンエッチングによって
全面エッチバックを行い、凸レンズ形状２５ａを屈折率
可変材料層２４に転写し、図１に示したようにこの屈折
率可変材料層２４を上に凸形状のレンズ２１に加工す
る。なお、全面エッチバック時のガスとしてはＣｌ2 ＋
Ｏ2 ガスが用いられる。次いで、下部透明電極膜２２へ
導通をとるためのコンタクトホールをフォトエッチング
で形成する。このフォトエッチングとして具体的には、
「フォトレジスト塗布→露光→現像→ドライエッチング
→レジスト除去」の順で各処理を行う。ドライエッチン
グとしては、反応性イオンエッチングが採用され、その
際反応ガスとしてはＣｌ2 ＋ＢＣｌ3 ガスが用いられ
る。
全面エッチバックを行い、凸レンズ形状２５ａを屈折率
可変材料層２４に転写し、図１に示したようにこの屈折
率可変材料層２４を上に凸形状のレンズ２１に加工す
る。なお、全面エッチバック時のガスとしてはＣｌ2 ＋
Ｏ2 ガスが用いられる。次いで、下部透明電極膜２２へ
導通をとるためのコンタクトホールをフォトエッチング
で形成する。このフォトエッチングとして具体的には、
「フォトレジスト塗布→露光→現像→ドライエッチング
→レジスト除去」の順で各処理を行う。ドライエッチン
グとしては、反応性イオンエッチングが採用され、その
際反応ガスとしてはＣｌ2 ＋ＢＣｌ3 ガスが用いられ
る。
【００２２】次いで、透明導電材料、本例ではＩＴＯを
ターゲットとし、ガス種とその流量をＡｒ；３０ｓｃｃ
ｍ、ＡｒＨ2 （３％）；７０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；４ｓｃｃ
ｍとする条件でスパッタリングを行い、レンズ２１の上
にＩＴＯを厚さ１００ｎｍ程度に成膜する。続いて、得
られたＩＴＯ膜を従来公知のフォトリソグラフィー技
術、エッチング技術によってパターニングし、各単位画
素毎に独立した多数の上部透明電極膜２３…を形成す
る。このパターニングとして具体的には、「フォトレジ
スト塗布→露光→現像→ウエットエッチング→レジスト
除去」の順に各処理がなされる。ウエットエッチングと
しては、Ｈ3 ＰＯ4 とＨ2 Ｏとを用いてこれに５５℃で
４０秒間接触させる条件が採用される。
ターゲットとし、ガス種とその流量をＡｒ；３０ｓｃｃ
ｍ、ＡｒＨ2 （３％）；７０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；４ｓｃｃ
ｍとする条件でスパッタリングを行い、レンズ２１の上
にＩＴＯを厚さ１００ｎｍ程度に成膜する。続いて、得
られたＩＴＯ膜を従来公知のフォトリソグラフィー技
術、エッチング技術によってパターニングし、各単位画
素毎に独立した多数の上部透明電極膜２３…を形成す
る。このパターニングとして具体的には、「フォトレジ
スト塗布→露光→現像→ウエットエッチング→レジスト
除去」の順に各処理がなされる。ウエットエッチングと
しては、Ｈ3 ＰＯ4 とＨ2 Ｏとを用いてこれに５５℃で
４０秒間接触させる条件が採用される。
【００２３】このようにして上部透明電極膜２３…を形
成したら、以降、図示しないものの、これら上部透明電
極膜２３…上にプラズマＣＶＤによってＳｉＮを厚さ２
００ｎｍ程度に成膜し、層間絶縁膜を形成する。次い
で、上部透明電極膜２３へ導通をとるためのコンタクト
ホールをフォトエッチングで形成する。このフォトエッ
チングとして具体的には、「フォトレジスト塗布→露光
→現像→ドライエッチング→レジスト除去」の順で各処
理を行う。ドライエッチングとしては、反応性イオンエ
ッチングが採用され、その際反応ガスとしてはＣＦ4 ＋
Ｏ2 ガスが用いられる。
成したら、以降、図示しないものの、これら上部透明電
極膜２３…上にプラズマＣＶＤによってＳｉＮを厚さ２
００ｎｍ程度に成膜し、層間絶縁膜を形成する。次い
で、上部透明電極膜２３へ導通をとるためのコンタクト
ホールをフォトエッチングで形成する。このフォトエッ
チングとして具体的には、「フォトレジスト塗布→露光
→現像→ドライエッチング→レジスト除去」の順で各処
理を行う。ドライエッチングとしては、反応性イオンエ
ッチングが採用され、その際反応ガスとしてはＣＦ4 ＋
Ｏ2 ガスが用いられる。
【００２４】その後、配線層となるＡｌをスパッタリン
グによって厚さ８００ｎｍ程度に成膜し、さらに得られ
たＡｌ薄膜をフォトエッチングで形成する。このフォト
エッチングとして具体的には、「フォトレジスト塗布→
露光→現像→ドライエッチング→レジスト除去」の順で
各処理を行う。ドライエッチングとしては、反応性イオ
ンエッチングが採用され、その際反応ガスとしてはＣｌ
2 ＋ＢＣｌ3 ガスが用いられる。
グによって厚さ８００ｎｍ程度に成膜し、さらに得られ
たＡｌ薄膜をフォトエッチングで形成する。このフォト
エッチングとして具体的には、「フォトレジスト塗布→
露光→現像→ドライエッチング→レジスト除去」の順で
各処理を行う。ドライエッチングとしては、反応性イオ
ンエッチングが採用され、その際反応ガスとしてはＣｌ
2 ＋ＢＣｌ3 ガスが用いられる。
【００２５】このようにして得られた固体撮像素子２０
にあっては、ＰＬＺＴからなるレンズ２１…が、下部透
明電極膜２２と上部透明電極膜２３との間に印加される
電圧に応じて屈折率が変化するよう構成されていること
から、印加する電圧によってレンズ２１の焦点距離を変
化させることができ、これにより例えば通常時において
は図３（ａ）に示すように入射する平行光を開口部１０
内の受光センサ部３に集光できるような焦点距離とする
ことができる。また、この固体撮像素子２０をカメラに
組み込んだ際には、カメラレンズの絞りによって斜め光
が入射する場合に、下部透明電極膜２２と上部透明電極
膜２３との間に最適な電圧を印加することによって図３
（ｂ）に示すようにレンズ２１…の焦点距離を変化さ
せ、開口部１０内の受光センサ部３に集光できるように
調整することができる。
にあっては、ＰＬＺＴからなるレンズ２１…が、下部透
明電極膜２２と上部透明電極膜２３との間に印加される
電圧に応じて屈折率が変化するよう構成されていること
から、印加する電圧によってレンズ２１の焦点距離を変
化させることができ、これにより例えば通常時において
は図３（ａ）に示すように入射する平行光を開口部１０
内の受光センサ部３に集光できるような焦点距離とする
ことができる。また、この固体撮像素子２０をカメラに
組み込んだ際には、カメラレンズの絞りによって斜め光
が入射する場合に、下部透明電極膜２２と上部透明電極
膜２３との間に最適な電圧を印加することによって図３
（ｂ）に示すようにレンズ２１…の焦点距離を変化さ
せ、開口部１０内の受光センサ部３に集光できるように
調整することができる。
【００２６】図４は本発明の固体撮像素子の第２の実施
形態例を示す図であり、図４において符号３０は固体撮
像素子である。この固体撮像素子３０が図１に示した固
体撮像素子２０と主に異なるところは、電気光学セラミ
ックスからなる屈折率可変材料層によるレンズ３１の形
状が下に凸状である点である。
形態例を示す図であり、図４において符号３０は固体撮
像素子である。この固体撮像素子３０が図１に示した固
体撮像素子２０と主に異なるところは、電気光学セラミ
ックスからなる屈折率可変材料層によるレンズ３１の形
状が下に凸状である点である。
【００２７】すなわち、この固体撮像素子３０において
は、ＢＰＳＧからなる層間絶縁膜３２の上にＩＴＯ等の
透明導電材料からなる下部透明電極膜３３が形成され、
この下部透明電極膜３３上に前記レンズ３１が形成さ
れ、さらにこのレンズ３１上にこれを覆ってＩＴＯ等の
透明導電材料からなる上部透明電極膜３４が形成されて
いる。この例においてもレンズ３１は各単位画素毎に形
成されており、また下部透明電極膜３３、上部透明電極
膜３４も各単位画素毎に形成されている。このような構
成のもとにレンズ３１は、これの上下に配置された上部
透明電極膜３４、下部透明電極膜３３間に電圧が印加さ
れることによってその屈折率が変化し、各単位画素毎に
その焦点距離が制御されるようになっている。
は、ＢＰＳＧからなる層間絶縁膜３２の上にＩＴＯ等の
透明導電材料からなる下部透明電極膜３３が形成され、
この下部透明電極膜３３上に前記レンズ３１が形成さ
れ、さらにこのレンズ３１上にこれを覆ってＩＴＯ等の
透明導電材料からなる上部透明電極膜３４が形成されて
いる。この例においてもレンズ３１は各単位画素毎に形
成されており、また下部透明電極膜３３、上部透明電極
膜３４も各単位画素毎に形成されている。このような構
成のもとにレンズ３１は、これの上下に配置された上部
透明電極膜３４、下部透明電極膜３３間に電圧が印加さ
れることによってその屈折率が変化し、各単位画素毎に
その焦点距離が制御されるようになっている。
【００２８】レンズ３１を形成する電気光学セラミック
スとしては、先の例と同様にＰＬＺＴ〔（Ｐｂ，Ｌａ）
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 〕やＬｉＮｂＯ3 結晶などが使用可
能であるが、本例でもＰＬＺＴが用いられる。
スとしては、先の例と同様にＰＬＺＴ〔（Ｐｂ，Ｌａ）
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 〕やＬｉＮｂＯ3 結晶などが使用可
能であるが、本例でもＰＬＺＴが用いられる。
【００２９】このような構成の固体撮像素子３０を作製
するには、従来と同様にして図５（ａ）に示すようにシ
リコン基板２表層部に受光センサ部３、電荷転送部４を
形成し、さらにシリコン基板２上に転送電極５、遮光膜
６を形成する。
するには、従来と同様にして図５（ａ）に示すようにシ
リコン基板２表層部に受光センサ部３、電荷転送部４を
形成し、さらにシリコン基板２上に転送電極５、遮光膜
６を形成する。
【００３０】次いで、常圧ＣＶＤ装置によってＢＰＳＧ
を厚さ９００ｎｍ程度に成膜し、遮光膜６およびこれの
開口部１０内の受光センサ部３を覆ってＢＰＳＧ膜を形
成する。なお、このＢＰＳＧの成膜にあたっては、Ｐ濃
度が６ｗｔ％、Ｂ濃度が２．５ｗｔ％となるように調整
した。このようにしてＢＰＳＧ膜を形成したら、窒素雰
囲気中にて９００℃で３０分の熱処理を行ってＢＰＳＧ
膜をリフローさせ、図５（ｂ）に示すように転送電極
５、５間、すなわち受光センサ部３の直上部において下
に凸状、すなわち上に凹状の形状にし、層間絶縁膜３２
を形成する。
を厚さ９００ｎｍ程度に成膜し、遮光膜６およびこれの
開口部１０内の受光センサ部３を覆ってＢＰＳＧ膜を形
成する。なお、このＢＰＳＧの成膜にあたっては、Ｐ濃
度が６ｗｔ％、Ｂ濃度が２．５ｗｔ％となるように調整
した。このようにしてＢＰＳＧ膜を形成したら、窒素雰
囲気中にて９００℃で３０分の熱処理を行ってＢＰＳＧ
膜をリフローさせ、図５（ｂ）に示すように転送電極
５、５間、すなわち受光センサ部３の直上部において下
に凸状、すなわち上に凹状の形状にし、層間絶縁膜３２
を形成する。
【００３１】次いで、ＩＴＯをターゲットとし、ガス種
とその流量をＡｒ；３０ｓｃｃｍ、ＡｒＨ2 （３％）；
７０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；４ｓｃｃｍとする条件でスパッタ
リングを行い、図５（ｃ）に示すように層間絶縁膜３２
の上にＩＴＯを厚さ１００ｎｍ程度に成膜する。続い
て、得られたＩＴＯ膜を先の例と同様にしてパターニン
グし、各単位画素毎に独立した多数の下部透明電極膜３
３…を形成する。
とその流量をＡｒ；３０ｓｃｃｍ、ＡｒＨ2 （３％）；
７０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；４ｓｃｃｍとする条件でスパッタ
リングを行い、図５（ｃ）に示すように層間絶縁膜３２
の上にＩＴＯを厚さ１００ｎｍ程度に成膜する。続い
て、得られたＩＴＯ膜を先の例と同様にしてパターニン
グし、各単位画素毎に独立した多数の下部透明電極膜３
３…を形成する。
【００３２】次いで、屈折率可変材料である電気光学セ
ラミックスとしてＰＬＺＴ（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3 をターゲットとし、先の例と同様にガス種とそ
の流量としてＡｒ；１００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；１０ｓｃｃ
ｍとする条件でスパッタリングを行い、下部透明電極膜
３３…の上にＰＬＺＴを厚さ１．５μｍ程度に成膜して
屈折率可変材料層を形成する。そして、得られた屈折率
可変材料層をＣＭＰ法によって研磨し、その表層部を平
坦化して図５（ｄ）に示すように屈折率可変材料層から
なるレンズ３１を形成する。なお、ＣＭＰ法による研磨
量については５００ｎｍとし、研磨材としてはアルミナ
および硝酸鉄を用いた。
ラミックスとしてＰＬＺＴ（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3 をターゲットとし、先の例と同様にガス種とそ
の流量としてＡｒ；１００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；１０ｓｃｃ
ｍとする条件でスパッタリングを行い、下部透明電極膜
３３…の上にＰＬＺＴを厚さ１．５μｍ程度に成膜して
屈折率可変材料層を形成する。そして、得られた屈折率
可変材料層をＣＭＰ法によって研磨し、その表層部を平
坦化して図５（ｄ）に示すように屈折率可変材料層から
なるレンズ３１を形成する。なお、ＣＭＰ法による研磨
量については５００ｎｍとし、研磨材としてはアルミナ
および硝酸鉄を用いた。
【００３３】次いで、下部透明電極膜３３へ導通をとる
ためのコンタクトホールをフォトエッチングで形成す
る。このフォトエッチングとして具体的には、「フォト
レジスト塗布→露光→現像→ドライエッチング→レジス
ト除去」の順で各処理を行う。ドライエッチングとして
は、反応性イオンエッチングが採用され、その際反応ガ
スとしてはＣｌ2 ＋Ｏ2 ガスが用いられる。
ためのコンタクトホールをフォトエッチングで形成す
る。このフォトエッチングとして具体的には、「フォト
レジスト塗布→露光→現像→ドライエッチング→レジス
ト除去」の順で各処理を行う。ドライエッチングとして
は、反応性イオンエッチングが採用され、その際反応ガ
スとしてはＣｌ2 ＋Ｏ2 ガスが用いられる。
【００３４】次いで、ＩＴＯをターゲットとし、ガス種
とその流量をＡｒ；３０ｓｃｃｍ、ＡｒＨ2 （３％）；
７０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；４ｓｃｃｍとする条件でスパッタ
リングを行い、図４に示したようにレンズ３１の上にＩ
ＴＯを厚さ１００ｎｍ程度に成膜する。続いて、得られ
たＩＴＯ膜を従来公知のフォトリソグラフィー技術、エ
ッチング技術によってパターニングし、各単位画素毎に
独立した多数の上部透明電極膜３４…を形成する。この
パターニングとして具体的には、「フォトレジスト塗布
→露光→現像→ウエットエッチング→レジスト除去」の
順に各処理がなされる。ウエットエッチングとしては、
Ｈ3 ＰＯ4 とＨ2 Ｏとを用いてこれに５５℃で４０秒間
接触させる条件が採用される。
とその流量をＡｒ；３０ｓｃｃｍ、ＡｒＨ2 （３％）；
７０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ；４ｓｃｃｍとする条件でスパッタ
リングを行い、図４に示したようにレンズ３１の上にＩ
ＴＯを厚さ１００ｎｍ程度に成膜する。続いて、得られ
たＩＴＯ膜を従来公知のフォトリソグラフィー技術、エ
ッチング技術によってパターニングし、各単位画素毎に
独立した多数の上部透明電極膜３４…を形成する。この
パターニングとして具体的には、「フォトレジスト塗布
→露光→現像→ウエットエッチング→レジスト除去」の
順に各処理がなされる。ウエットエッチングとしては、
Ｈ3 ＰＯ4 とＨ2 Ｏとを用いてこれに５５℃で４０秒間
接触させる条件が採用される。
【００３５】このようにして上部透明電極膜３４…を形
成したら、以降、図示しないものの、これら上部透明電
極膜３４…上にプラズマＣＶＤによってＳｉＮを厚さ２
００ｎｍ程度に成膜し、層間絶縁膜を形成する。次い
で、上部透明電極膜３４へ導通をとるためのコンタクト
ホールをフォトエッチングで形成する。このフォトエッ
チングとして具体的には、「フォトレジスト塗布→露光
→現像→ドライエッチング→レジスト除去」の順で各処
理を行う。ドライエッチングとしては、反応性イオンエ
ッチングが採用され、その際反応ガスとしてはＣＦ4 ＋
Ｏ2 ガスが用いられる。
成したら、以降、図示しないものの、これら上部透明電
極膜３４…上にプラズマＣＶＤによってＳｉＮを厚さ２
００ｎｍ程度に成膜し、層間絶縁膜を形成する。次い
で、上部透明電極膜３４へ導通をとるためのコンタクト
ホールをフォトエッチングで形成する。このフォトエッ
チングとして具体的には、「フォトレジスト塗布→露光
→現像→ドライエッチング→レジスト除去」の順で各処
理を行う。ドライエッチングとしては、反応性イオンエ
ッチングが採用され、その際反応ガスとしてはＣＦ4 ＋
Ｏ2 ガスが用いられる。
【００３６】その後、配線層となるＡｌをスパッタリン
グによって厚さ８００ｎｍ程度に成膜し、さらに得られ
たＡｌ薄膜をフォトエッチングで形成する。このフォト
エッチングとして具体的には、「フォトレジスト塗布→
露光→現像→ドライエッチング→レジスト除去」の順で
各処理を行う。ドライエッチングとしては、反応性イオ
ンエッチングが採用され、その際反応ガスとしてはＣｌ
2 ＋ＢＣｌ3 ガスが用いられる。
グによって厚さ８００ｎｍ程度に成膜し、さらに得られ
たＡｌ薄膜をフォトエッチングで形成する。このフォト
エッチングとして具体的には、「フォトレジスト塗布→
露光→現像→ドライエッチング→レジスト除去」の順で
各処理を行う。ドライエッチングとしては、反応性イオ
ンエッチングが採用され、その際反応ガスとしてはＣｌ
2 ＋ＢＣｌ3 ガスが用いられる。
【００３７】このようにして得られた固体撮像素子３０
にあっても、ＰＬＺＴからなるレンズ３１…が、下部透
明電極膜３３と上部透明電極膜３４との間に印加される
電圧に応じて屈折率が変化するよう構成されていること
から、印加する電圧によってレンズ３１の焦点距離を変
化させることができ、これにより例えばこの固体撮像素
子３０をカメラに組み込んだ際、カメラレンズの絞りに
よって斜め光が入射する場合に下部透明電極膜３３と上
部透明電極膜３４との間に最適な電圧を印加することに
より、レンズ３１…の焦点距離を変化させて開口部１０
内の受光センサ部３に集光できるよう調整することがで
きる。
にあっても、ＰＬＺＴからなるレンズ３１…が、下部透
明電極膜３３と上部透明電極膜３４との間に印加される
電圧に応じて屈折率が変化するよう構成されていること
から、印加する電圧によってレンズ３１の焦点距離を変
化させることができ、これにより例えばこの固体撮像素
子３０をカメラに組み込んだ際、カメラレンズの絞りに
よって斜め光が入射する場合に下部透明電極膜３３と上
部透明電極膜３４との間に最適な電圧を印加することに
より、レンズ３１…の焦点距離を変化させて開口部１０
内の受光センサ部３に集光できるよう調整することがで
きる。
【００３８】なお、図４に示した例では、上部透明電極
膜３４上のＰ−ＳｉＮからなる層間絶縁膜（図示略）上
にカラーフィルタを設けてもよく、さらにはこのカラー
フィルタ層上に凸レンズ状のオンチップレンズを形成
し、レンズ３１…を層内レンズとして機能させるように
してもよい。
膜３４上のＰ−ＳｉＮからなる層間絶縁膜（図示略）上
にカラーフィルタを設けてもよく、さらにはこのカラー
フィルタ層上に凸レンズ状のオンチップレンズを形成
し、レンズ３１…を層内レンズとして機能させるように
してもよい。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像素
子は、電気光学セラミックスからなる屈折率可変材料層
が、各画素毎でレンズ形状に加工され、さらに下部透明
電極膜と上部透明電極膜との間に印加される電圧に応じ
て屈折率が変化するよう構成されてなるものであるか
ら、この屈折率可変材料層からなるレンズの焦点距離を
これに印加する電圧によって変化させることができ、し
たがって常に最適な集光状態を得ることができる。
子は、電気光学セラミックスからなる屈折率可変材料層
が、各画素毎でレンズ形状に加工され、さらに下部透明
電極膜と上部透明電極膜との間に印加される電圧に応じ
て屈折率が変化するよう構成されてなるものであるか
ら、この屈折率可変材料層からなるレンズの焦点距離を
これに印加する電圧によって変化させることができ、し
たがって常に最適な集光状態を得ることができる。
【００４０】よって、例えばこの固体撮像素子をカメラ
に組み込んだ際、カメラレンズの開口率に応じた最適な
電圧値を上下の透明電極膜間に印加することにより、屈
折率可変材料層からなるレンズを常に最適な集光状態に
調整することができ、したがって固体撮像素子の感度
の、カメラレンズの開口数への依存を回避して感度向上
を図ることができる。
に組み込んだ際、カメラレンズの開口率に応じた最適な
電圧値を上下の透明電極膜間に印加することにより、屈
折率可変材料層からなるレンズを常に最適な集光状態に
調整することができ、したがって固体撮像素子の感度
の、カメラレンズの開口数への依存を回避して感度向上
を図ることができる。
【図１】本発明における固体撮像素子の第１の実施形態
例の、概略構成を示す要部側断面図である。
例の、概略構成を示す要部側断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示した固体撮像素子
の製造方法を工程順に説明するための要部側断面図であ
る。
の製造方法を工程順に説明するための要部側断面図であ
る。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、図１に示した固体撮像素子
の効果を説明するための図である。
の効果を説明するための図である。
【図４】本発明における固体撮像素子の第２の実施形態
例の、概略構成を示す要部側断面図である。
例の、概略構成を示す要部側断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図４に示した固体撮像素子
の製造方法を工程順に説明するための要部側断面図であ
る。
の製造方法を工程順に説明するための要部側断面図であ
る。
【図６】従来の固体撮像素子の一例の、概略構成を示す
要部側断面図である。
要部側断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、図６に示した固体撮像素子
の製造方法を工程順に説明するための要部側断面図であ
る。
の製造方法を工程順に説明するための要部側断面図であ
る。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、図６に示した固体撮像素子
の課題を説明するための図である。
の課題を説明するための図である。
【符号の説明】 ２…シリコン基板、３…受光センサ部、５…転送電極、
６…遮光膜、１０…開口部、２０…固体撮像素子、２１
…レンズ、２２…下部透明電極膜、２３…上部透明電極
膜、２４…屈折率可変材料層、３０…固体撮像素子、３
１…レンズ、３３…下部透明電極膜、３４…上部透明電
極膜
６…遮光膜、１０…開口部、２０…固体撮像素子、２１
…レンズ、２２…下部透明電極膜、２３…上部透明電極
膜、２４…屈折率可変材料層、３０…固体撮像素子、３
１…レンズ、３３…下部透明電極膜、３４…上部透明電
極膜
Claims (1)
- 【請求項１】 基体の表層部に光電変換をなす受光セン
サ部が設けられ、基体上に受光センサ部で形成された電
荷を転送するための転送電極と該転送電極を覆う遮光膜
とが設けられてなる固体撮像素子において、 前記遮光膜および受光センサ部の上方に透明導電材料か
らなる下部透明電極膜が形成され、 前記下部透明電極膜上に、電気光学セラミックスからな
る屈折率可変材料層が形成され、 前記屈折率可変材料層上に透明導電材料からなる上部透
明電極膜が形成されてなり、 前記屈折率可変材料層は、各画素毎でレンズ形状に加工
されてなり、かつ前記下部透明電極膜と上部透明電極膜
との間に印加される電圧に応じて屈折率が変化するもの
であることを特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11233406A JP2001060678A (ja) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11233406A JP2001060678A (ja) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001060678A true JP2001060678A (ja) | 2001-03-06 |
Family
ID=16954582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11233406A Pending JP2001060678A (ja) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001060678A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1143529A2 (en) * | 2000-04-07 | 2001-10-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Microlens, solid state imaging device, and production process thereof |
| CN100423560C (zh) * | 2005-07-08 | 2008-10-01 | 采钰科技股份有限公司 | 堆栈式影像感应模块 |
| US7439554B2 (en) | 2003-12-05 | 2008-10-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method for fabricating the same |
-
1999
- 1999-08-20 JP JP11233406A patent/JP2001060678A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1143529A2 (en) * | 2000-04-07 | 2001-10-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Microlens, solid state imaging device, and production process thereof |
| EP1143529B1 (en) * | 2000-04-07 | 2007-07-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Microlens and solid state imaging device |
| US7439554B2 (en) | 2003-12-05 | 2008-10-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method for fabricating the same |
| CN100423560C (zh) * | 2005-07-08 | 2008-10-01 | 采钰科技股份有限公司 | 堆栈式影像感应模块 |
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