JP2004342783A

JP2004342783A - 固体撮像素子およびその駆動方法

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Publication number: JP2004342783A
Application number: JP2003136753A
Authority: JP
Inventors: Ritsuo Takizawa; 律夫滝澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】小型化および多画素化にともなう感度や画質の低下を防止できる単板式のカラー固体撮像素子およびその駆動方法を提供する。
【解決手段】エピタキシャル基板３の表面側に複数の受光部１１を設け、各受光部１１上に略同心形状に複数色のカラーフィルタ５０〜５２を平面配置している。また、各受光部１１上に、複数色のカラーフィルタ５０〜５２を介して屈折率可変のマイクロレンズを設けている。各受光部１１上においては、各カラーフィルタ５０〜５２は、中心から外周側に向かって透過波長が短い順、すなわちＢフィルタ５０，Ｇフィルタ５１，Ｒフィルタ５２の順に配置されている。また、マイクロレンズ６０は、電気光学結晶性材料で構成されており、電極に接続されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単板式のカラーＣＣＤ固体撮像素子やカラーＣＭＯＳ固体撮像素子の構造およびその駆動方法に関し、特には画素の縮小化に伴い問題となる飽和信号量や感度の低下を改善することが可能な固体撮像素子およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７には、単板式のカラー固体撮像素子の一例として、ＣＣＤ固体撮像素子の断面構成図を示す。この図に示す単板式のカラー固体撮像素子においては、基板１０１の表面側に複数の受光部１０２が設けられ、この受光部１０２脇の基板１０１上に転送電極１０３が配置されている。また、基板１０１上には、転送電極１０３を埋め込む状態で平坦化絶縁膜１０４が形成され、この平坦化絶縁膜１０４上に各受光部１０２に対応させて各カラーフィルタ１０５−１，１０５−２，１０５−３がオンチップで形成され、さらにこれらの各カラーフィルタ１０５−１，１０５−２，１０５−３上にそれぞれマイクロレンズ１０６が積層されている。
【０００３】
カラーフィルタ１０５−１〜１０５−３の組み合わせには原色系と補色系とがあり、原色系は色再現性が良く、補色系はカラーフィルタの透過率が高く感度が良いため、それぞれの目的に応じて使い分けられている。また、これらのカラーフィルタ１０５−１〜１０５−３の配列にも様々なものがあり、代表的なものとしては、原色系ではＧストライプＲＢ線順次、Ｇ市松ＲＢ線順次、およびＲＧＢ縦ストライプがある。一方、補色系では、Ｙｅ・Ｃｙ・Ｍｇ・Ｇ色差線順次、Ｙｅ・Ｇ・Ｃｙ縦ストライプ、Ｗ・Ｙｅ・Ｃｙ縦ストライプ等がある。
【０００４】
さらに、これらのカラーフィルタ１０５−１〜１０５−３は、一部において異なるカラーフィルタを複数層重ねることにより目的のカラーフィルタとする場合もある。このような場合、カラーフィルタ１０５−１〜１０５−３の積層部分の平坦化絶縁膜１０４を選択的にエッチングして凹状とすることで、受光部１０２とマイクロレンズ１０６との間隔が広がることを防止し、感度を確保する構成が提案されている（以上、下記特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８４９６５号公報（図１参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した何れの構成であっても、１つの受光部を備えた１画素に１色のカラーフィルタを対応させて構成しているため、最終的に赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・Ｂ（青）の各色に受光信号を分離してフルカラー表示を行う為には、最低でも３画素を１組とする必要がある。
【０００７】
このような中、近年、固体撮像素子の小型化および多画素化に伴い、１画素のセルサイズが３μｍ角から２．５μｍ角にまで縮小化されてきている。このようなセルサイズの縮小化は、固体撮像素子における飽和信号量や感度の低下、さらには画質の低下を招く要因となっている。このため、３画素を１組としてフルカラーの撮像を行わせる従来の技術では、感度や画質を維持した状態においてのさらなるセルサイズの微細化が困難となってきている。
【０００８】
そこで本発明は、小型化および多画素化にともなう感度や画質の低下を防止できる単板式の固体撮像素子およびその駆動方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の固体撮像素子は、基板の表面側に設けられた複数の受光部と、受光部上に設けられた複数色のカラーフィルタと、このカラーフィルタを介して各受光部上に設けられたマイクロレンズとを備えている。そして特に、カラーフィルタは、各受光部上に複数色が平面配置されている。またマイクロレンズは、屈折率可変であり、複数色のカラーフィルタを介して各受光部上に設けられている。
【００１０】
このような構成の固体撮像素子では、マイクロレンズの屈折率を変化させることによって、当該マイクロレンズで集光した入射光が透過するカラーフィルタの範囲が変化する。また、各受光部上には、複数色のカラーフィルタが平面配置されている。このため、屈折率の変化による入射光の透過範囲と複数色のカラーフィルタの配置状態とを一致させることで、マイクロレンズの屈折率によって当該入射光が透過する複数色のカラーフィルタの組み合わせを制御することができる。
【００１１】
また本発明は、このような構成の固体撮像素子の駆動方法でもあり、マイクロレンズの屈折率を変化させることによって、複数のカラーフィルタのうち入射光を通過させるカラーフィルタの組み合わせを変化させた複数回の受光信号の読み出しを行うことを特徴としている。
【００１２】
このような駆動方法では、マイクロレンズの屈折率を変化させた複数回の信号読み出しを行うことで、通過するカラーフィルタの色の組み合わせに対応した独自の分光特性を有する複数の受光信号が得られる。このため、これらの受光信号を信号処理することにより、特定の分光特性を示す受光信号の分離が行われる。したがって、カラーフィルタの色の組み合わせと配置状態を調整することで、上述した複数の受光信号を、例えば３原色に対応する受光信号に分離することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
＜固体撮像素子＞
図１は、本発明を適用した実施形態の固体撮像素子における１画素分の断面構成図である。この図に示す単板式のカラー固体撮像素子と、図７を用いて説明した従来の単板式のカラー固体撮像素子との異なることころは、カラーフィルタの構成とマイクロレンズの構成とにあり、他の構成は同様であることとする。
【００１５】
すなわち、実施形態の固体撮像素子は、例えば単結晶シリコンのエピタキシャル層で覆われた基板３の表面層に、不純物拡散領域からなる受光部１１が各画素に対応させてマトリックス状に配列形成されている。そして、これらの受光部１１脇の基板３上には、ゲート絶縁膜１８を介して転送電極１９がパターン形成されている。この転送電極１９は、例えばポリシリコン膜をパターニングしてなる２層構造で構成されていることとする。そして、この転送電極１９を覆う状態で、基板３上に層間絶縁膜２０が形成され、この層間絶縁膜２０を介して遮光膜２１がパターン形成されている。この遮光膜２１は、転送電極１９を覆うと共に受光部１１を露出する状態にパターン形成されている。
【００１６】
また、遮光膜２１が形成された基板３上には、Ｐ−ＳｉＮからなるパッシベーション膜２５を介して平坦化絶縁膜２６が形成されている。そして、この平坦化絶縁膜２６上に、各受光部１１に対応させて複数色のカラーフィルタ５０〜５２が配置されている。各カラーフィルタ５０〜５２は、例えばＲ（赤）・Ｇ（緑）・Ｂ（青）の原色系の３色であり、これらのカラーフィルタ５０〜５２が１画素中に平面配置されている。
【００１７】
図２は、カラーフィルタ５０〜５２の構成を示す斜視図である。この図、および先の図１に示すように、各カラーフィルタ５０〜５２は、略同心状に平面配置され、中心から外周側に向かって、青色のカラーフィルタ（Ｂ）５０，緑色のカラーフィルタ（Ｇ）５１，赤色のカラーフィルタ（Ｒ）５２と、透過波長が短い順に配置されている。本実施例では，中心から波長の短い色のフィルターを配置しているが、必ずしもこれに限定されない。但し、各波長のシリコン基板への透過深さが、（浅）Ｂ＜Ｇ＜Ｒ（深）である為、この例で示した配置が総合的な感度に対しては有効と考える。尚、カラーフィルタ５０〜５２は、補色系のカラーフィルタであっても良い。
【００１８】
また、このようなカラーフィルタ５０〜５２上には、屈折率可変のマイクロレンズ６０が各受光部１１に対応させて配置されている。このマイクロレンズ６０は、電気光学結晶の特性を持つ材料（例えばＬｉＮｂＯ_３）を用いて構成され、カラーフィルタ５０〜５２と反対側に凸となるレンズ形状を有している。そして、ここでの図示は省略したが、このマイクロレンズ６０に電圧を印加する透明電極膜が、マイクロレンズ６０を覆う状態またはマイクロレンズ６０とカラーフィルタ５０〜５２との間に設けられている。この透明電極膜は、例えばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ：酸化インジウムスズ）、ＴＯ（ＴｉｎＯｘｉｄｅ：酸化スズ），ＰＥＴ（ポリエチレン酸化スズ）、ＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）、ＩＸＯ（インジウムと亜鉛と酸素の化合物）等からなることとする。
【００１９】
尚、屈折率可変のマイクロレンズは、このような構成に限定されることはなく、所定の屈折率を有する透明材料層と、電気光学結晶の特性を持つ材料層との積層構造であっても良い。この場合、例えば、透明材料層が凸状または凹状のレンズ形状に成形され、この上部にこのレンズ形状を埋め込むように電気光学結晶の特性を持つ材料層が設けられているか、またはこれと逆の積層状態であっても良い。ただし、電気光学結晶の特性を持つ材料層に接続させて透明電極膜が設けられることとする。
【００２０】
ここで、上述した各カラーフィルタ５０〜５２は、透明電極膜によってマイクロレンズ６０に電圧を印加することで当該マイクロレンズ６０の屈折率を段階的に変化させた場合に、各段階で入射光Ｈが透過するカラーフィルタ５０〜５２の数が変化するような形状で、各受光部１１上に平面配置されていることとする。具体的には、マイクロレンズ６０の屈折率が最も大きい第１段階では、マイクロレンズ６０で集光された第１光路ｈ１の入射光Ｈがカラーフィルタ（Ｂ）５０のみを通過するように、カラーフィルタ（Ｂ）５０が配置されている。また、マイクロレンズ６０の屈折率が次に大きい第２段階では、マイクロレンズ６０で集光された第２光路ｈ２の入射光Ｈがカラーフィルタ（Ｂ）５０とカラーフィルタ（Ｇ）５１のみを通過するように、カラーフィルタ（Ｂ）５０およびカラーフィルタ（Ｇ）５１が配置されている。そして、マイクロレンズ６０の屈折率が最も小さい第３段階では、マイクロレンズ６０で集光された第３光路ｈ３の入射光Ｈがカラーフィルタ（Ｂ）５０，カラーフィルタ（Ｇ）５１，およびカラーフィルタ（Ｒ）５２を通過するように、カラーフィルタ５０〜５２が配置されている。
【００２１】
尚、図２においては、各カラーフィルタ５０〜５２の外形を長方形で、かつ同一中心を有する配置状態として示した。しかしながら、各カラーフィルタ５０〜５２の外形および配置状態でこのような形態に限定されることはなく、マイクロレンズ６０で屈折率可変に集光した入射光Ｈが各カラーフィルタ５０〜５２を通過する際の光路ｈ１〜ｈ３の外形により近い形状および配置状態であることが望ましい。このため、各カラーフィルタ５０〜５２は、マイクロレンズ６０の集光特性によっては、円形や多角形でも良く、方やマイクロレンズ６０の屈折率の変化のさせ方によっては偏心した配置状態であっても良い。特に、短射出瞳距離のレンズを用いたセット用としては、固体撮像素子のチップ中央の受光部に比べ、チップ周辺の受光部においては、受光部への入射角度がより斜になるためシェーディングが悪化する。この対策として、マイクロレンズ中心とカラーフィルタ中心をわざとずらすことがある。このため、本発明でもそのように形成しても当然良い。この場合、チップ端のマイクロレンズや色フィルターの中心部を画面の中央側にずらすこととする。
【００２２】
このような構成の固体撮像素子においては、屈折率可変のマイクロレンズ６０を各受光部１１に対応させて設けたことにより、このマイクロレンズ６０の屈折率によって入射光Ｈが透過するカラーフィルタの範囲が変化することになる。そして、各受光部１１上には、複数色のカラーフィルタ５０〜５２が平面配置されているため、マイクロレンズ６０の屈折率の段階的な変化による入射光Ｈの透過範囲とカラーフィルタ５０〜５２の配置状態とを一致させることで、入射光Ｈが透過するカラーフィルタ５０〜５２の組み合わせが変化する。
【００２３】
したがって、マイクロレンズ６０の屈折率の制御により、入射光Ｈを第１光路ｈ１で集光させてカラーフィルタ（Ｂ）５０のみを通過させるか、入射光Ｈを第２光路ｈ２で集光させてカラーフィルタ（Ｂ）５０＋カラーフィルタ（Ｇ）５１のみを通過させるか、入射光Ｈを第３光路ｈ３で集光させてカラーフィルタ（Ｂ）５０＋カラーフィルタ（Ｇ）５１＋カラーフィルタ（Ｒ）５２を通過させるかにより、それぞれの分光特性を有する光を受光部１１で受光して信号検出を行うことが可能になる。
【００２４】
＜固体撮像素子の駆動方法＞
次に、上記構成の固体撮像素子の駆動方法を図１に基づいて説明する。
【００２５】
先ず、あるタイミングで、屈折率可変のマイクロレンズ６０に第１の所定電圧を加えることにより、マイクロレンズ６０による集光光路を第１光路ｈ１にする。これにより、入射光Ｈはカラーフィルタ（Ｂ）５０のみを透過して受光部１１で受光されることになる。この状態で所定の期間の受光を行い、転送電極１９下に受光信号を読み出す。読み出された受光信号の分光特性は図３（１）の第１光路ｈ１に示すようになる。
【００２６】
そして、次のタイミングで、屈折率可変マイクロレンズ６０に第２の所定電圧を加えることにより、マイクロレンズ６０による集光光路を第２光路ｈ２の状態にする。これにより、入射光Ｈはカラーフィルタ（Ｂ）５０とカラーフィルタ（Ｇ）５１のみ透過して受光部１１で受光されることになる。この状態で所定の期間の受光を行い、転送電極１９下に受光信号を読み出す。読み出された受光信号の分光特性は図３（１）の第２光路ｈ２のようになる。
【００２７】
そしてさらに、次のタイミングで、屈折率可変マイクロレンズ６０に第３の所定電圧を加えることにより、マイクロレンズ６０による集光光路を第３光路ｈ３の状態にする。これにより、入射光Ｈはカラーフィルタ５０〜カラーフィルタ５２を透過して受光部１１で受光されることになる。この状態で所定の期間の受光を行い、転送電極１９下に受光信号を読み出す。読み出された受光信号の分光特性は図３（１）の第３光路ｈ３のようになる。
【００２８】
以上のような３回の受光と受光信号の読み出しとを行うことで、図３（１）に示した各分光特性を有する各受光信号を得た後、信号処理によってこのような分光特性を有する各受光信号を色分離処理することにより、図３（２）に示すようにＲ光／Ｇ光／Ｂ光の原色の分光特性を有する各信号に分離する。
【００２９】
以上のような駆動方法によれば、マイクロレンズ６０の屈折率を制御した３回の受光と受光信号の読み出しにより、各色組み合わせのカラーフィルタ５０〜５２を通過した入射光に対応する複数の受光信号を得、この受光信号を信号処理することによってＲ光／Ｇ光／Ｂ光の原色に対応する各信号を分離することができる。このため、１つの画素で複数色分（ここでは３色分）の受光信号を得ることが可能になる。
【００３０】
したがって、例えば図７を用いて説明した従来の固体撮像素子と比較し、従来のＲ／Ｇ／Ｂの３画素分の撮像を１画素で実行できる。このため、１画素のセルサイズが同じである場合には、分解能の向上を図ることが可能になる。一方、分解能を一定とした場合には、３つの画素間のチャネルストップ領域や転送電極が１つにまとめられるため、画素領域における受光部の拡大が図られ、感度の向上を図ることが可能になる。以上の結果、固体撮像素子における小型化および多画素化が進行した場合であっても、感度や画質の維持向上を図ることが可能になる。
【００３１】
＜固体撮像素子の製造方法＞
次に、上述した実施形態の固体撮像素子の製造方法を、図４〜図６の断面工程図に基づいて説明する。
【００３２】
先ず、図４（Ａ）に示すように、例えばＣＺ法で形成したシリコン単結晶から切り出した半導体基板１を用意する。この半導体基板１は、リン（Ｐ）がドープされたｎ型の基板であり、比抵抗は８〜１２Ωｃｍ、直径２００ｍｍであることとする。そして、この半導体基板１の表面側をＲＣＡ洗浄した後、半導体基板１の表面層に１０００℃のドライ酸化による熱酸化膜３１を２０ｎｍの膜厚で形成する。続いて、熱酸化膜３１を介して基板１の表面側に炭素注入領域３４を形成する。この際、１６０ｋｅＶの加速エネルギー及び１×１０^１５ｃｍ^−２のドーズ量で炭素を注入する。この時の炭素の投影射程距離は約０．３５μｍ程度であり、ピーク濃度は約５×１０^１８ｃｍ^−３程度である。この炭素がゲッターシンクとして働き、プロセス形成工程で混入する金属不純物を除去する。次に、１０００℃、１０分のアニールを施すことで、炭素注入領域３４が形成される。その後、熱酸化膜３１をＨＦ溶液を含む溶液で除去する。
【００３３】
次に、図４（Ｂ）に示すように、炭素注入領域３４が形成された半導体基板１上に、エピタキシャル層２を形成する。ここでは、ＳｉＨＣｌ_３ガスを用いて１１００℃程度の温度で成膜処理を行うことで、比抵抗４０−５０Ωｃｍ、リン（Ｐ）がドープされたｎ型シリコンからなるエピタキシャル層２を８μｍの厚さに成長させる。これにより、表面がシリコンのエピタキシャル層２で覆われたエピタキシャル基板３を完成させる。尚、このエピタキシャル基板３が上述した基板３に対応し、以下、単に基板３と記す。
【００３４】
次に、図４（Ｃ）に示すように、基板３の表面領域、さらに詳しくはエピタキシャル層２の表面領域に第１のｐ型ウェル領域４を形成する。
【００３５】
その後、図４（Ｄ）に示すように、基板３の表面上に、酸化シリコン層／窒化シリコン層／酸化シリコン層を積層してなるＯＮＯ構造のゲート絶縁膜１８を形成する。次いで、第１のｐ型ウェル領域４内にｎ型及びｐ型不純物を選択的にイオン注入して、垂直転送レジスタを構成するｎ型の転送チャネル領域７と、ｐ型のチャネルストップ領域８と、第２のｐ型ウェル領域１０をそれぞれ形成する。
【００３６】
次に、図５（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜１８上に、転送電極１９をパターン形成する。この際、転送電極１９から露出する分部のゲート絶縁膜１８は除去されるため、転送電極１９を形成した後には、転送電極１９の開口底部に位置する基板３の表面層に酸化シリコン膜を形成する工程を行う。尚、基板３の表面層における絶縁膜の層構造は、このような構造に限定されるものではなく、例えばゲート絶縁膜１８はＯＮＯ構造でなくても良い。
【００３７】
続いて、図５（Ｆ）に示すように、転送電極１９をマスクにしたイオン注入によって、ｎ型不純物拡散領域５とｐ型ウェル領域９とのｐｎ接合によるフォトダイオードからなる受光部（光電変換部）１１を形成する。これにより、受光部１１脇の基板３上に、ゲート電極１８を介して転送電極１９が配置された構成となる。
【００３８】
その後、図５（Ｇ）に示すように、転送電極１９を覆うように基板３上に層間絶縁膜２０を形成した後、この層間絶縁膜２０を介して転送電極１９を覆うように遮光膜２１をパターン形成する。この遮光膜２１は、アルミニウムまたはタングステンで構成され、受光部１１上に開口を設けるようにパターン形成される。
【００３９】
以上の工程は、１画素分の断面工程図を示す図４，５を用いて説明したが、以下の工程からは３画素分の断面工程図を示す図６を用いて説明を行う。
【００４０】
先ず、図６（Ｈ）に示すように、遮光膜２１上にＰ−ＳＩＮ膜からなるパッシベーション膜２５を形成後、平坦化絶縁膜２６を形成する。そして、この平坦化絶縁膜２６上に、上述した構成のカラーフィルタを形成する。ここでは先ず、青色のカラーフィルタ（Ｂ）５０を形成する。これは全面にレジスト系の青色カラーレジストを塗布後、露光によりパターン形成する。そして、各受光部１１の中央部上に青色のカラーフィルタ（Ｂ）５０を形成する。
【００４１】
次に、第６図（Ｉ）に示すように、青色のカラーフィルタ（Ｂ）５０の周囲に緑色のカラーフィルタ（Ｇ）５１を形成する。このカラーフィルタ（Ｇ）５１も、カラーフィルタ（Ｂ）５０と同様にカラーレジストを用いて形成する。
【００４２】
次いで、第６図（Ｊ）に示すように、緑色のカラーフィルタ（Ｇ）５１の周囲に赤色のカラーフィルタ（Ｒ）５２を形成する。このカラーフィルタ（Ｒ）５２も、カラーフィルタ（Ｂ）５０およびカラーフィルタ（Ｇ）と同様にカラーレジストを用いて形成する。この赤色のカラーフィルタ（Ｒ）５２は、１つの受光部１１上における際外周に配置され、隣接する画素間を埋め込む状態で形成される。
【００４３】
尚、プロセス上、後から形成するカラーフィルタ（Ｇ）５１およびカラーフィルタ（Ｒ）５２のエッジが立った状態となるが、このエッジが集光の妨害となる場合は露光条件により平坦に形成することも可能である。
【００４４】
以上の後、第６図（Ｋ）に示すように、各受光部１１上に対応するカラーフィルタ５０〜５２上に、屈折率可変のマイクロレンズ６０をそれぞれ形成する。このマイクロレンズ６０を形成する場合には、先ず、カラーフィルタ５０〜５２が形成された基板３の上方に、電気光学結晶の特性を持つ材料（例えばＬｉＮｂＯ_３）からなる薄膜を形成する。次に、この薄膜上にレジストパターンを形成してリフロー処理し、レジストパターンをレンズ形状に成形する。その後、レジストパターン上からのエッチングにより、薄膜にレンズ形状を転写してマイクロレンズ６０を形成する。
【００４５】
また、このマイクロレンズ６０を形成した後には、マイクロレンズ６０を覆う状態で透明電極膜（図示省略）を形成し、この透明電極膜を必要に応じてパターンニングする処理を行う。
【００４６】
以上により、各受光部１１に複数色のカラーフィルタ５０，５１，５２を有し、さらにこの上部に屈折率可変のマイクロレンズ６０設けてなる本発明の単板式のカラー固体撮像素子を完成させる。この固体撮像素子は、図１および図２を用いて説明した構成となる。
【００４７】
尚、上述した製造方法では、図５（Ｆ）を用いて説明したように、ｎ型シリコンのエピタキシャル層２に形成されたｐ型ウェル領域４表面層にｎ型不純物拡散領域５を形成して、ｐ型ウェル領域９とのｐｎ接合によって、フォトダイオードからなる受光部１１を形成した例である。しかし、受光部は、ｐ型のＳｉエピタキシャル層２にｎ型のウェル領域を形成し、このｐｎ接合によるフォトダイオードからなるものであっても良い。
【００４８】
また、上述した実施形態においては、層内レンズを複数個有するタイプのＣＣＤ固体撮像装置や、縦型オーバーフローバリア形成後にエピタキシャル層を形成し、近赤外線にも感度を持つＣＣＤ固体撮像装置、紫外線に透過性を有する膜のみにて受光部を形成したＣＣＤ固体撮像装置にも適用できる。
【００４９】
また、上述した実施形態では、本発明をＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合を説明した。しかし、本発明は、増幅型固体撮像装置やＣＭＯＳ型固体撮像装置等の製造にも適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像素子およびその駆動方法によれば、単板式のカラー固体撮像素子において、１画素内に複数色のカラーフィルタを平面配置してその上部に屈折率可変のマイクロレンズを設けたことで、マイクロレンズの屈折率を時系列で変化させることにより、入射する光の集光光路を変えて透過するカラーフィルタの色組み合わせを制御することで、Ｒ／Ｇ／Ｂの色信号を得ることができる。したがって、１画素でカラー撮像を行うことが可能になり、セルの縮小化に伴い問題となる飽和信号量や感度の低下、さらには画質の低下を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の固体撮像素子の断面構成図である。
【図２】図１の固体撮像素子に設けたカラーフィルタの一例を示す斜視図である。
【図３】図１の固体撮像素子の駆動方法を説明する図である。
【図４】図１の固体撮像素子の製造工程を示す断面工程図（その１）である。
【図５】図１の固体撮像素子の製造工程を示す断面工程図（その２）である。
【図６】図１の固体撮像素子の製造工程を示す断面工程図（その３）である。
【図７】従来のカラー固体撮像素子の断面工程図である。
【符号の説明】
３…基板、１１…受光部、５０…カラーフィルタ（Ｂ）、５１…カラーフィルタ（Ｇ）、５２…カラーフィルタ（Ｒ）、６０…マイクロレンズ

Claims

基板の表面側に設けられた複数の受光部と、
前記各受光部上に平面配置された複数色のカラーフィルタと、
前記各受光部上に前記複数色のカラーフィルタを介して設けられた屈折率可変のマイクロレンズとを備えた
ことを特徴とする固体撮像素子。
請求項１記載の固体撮像素子において、
前記複数色のカラーフィルタは略同心形状に平面配置されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
請求項１記載の固体撮像素子において、
前記マイクロレンズは、電気光学結晶性材料で構成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
基板の表面側に設けられた複数の受光部と、
前記各受光部上に平面配置された複数色のカラーフィルタと、
前記各受光部上に前記複数色のカラーフィルタを介して設けられた屈折率可変のマイクロレンズとを備えた固体撮像素子の駆動方法であって、
前記マイクロレンズの屈折率を変化させることによって前記複数のカラーフィルタのうち入射光を通過させるカラーフィルタの組み合わせを変化させた複数回の受光信号の読み出しを行う
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
請求項４記載の固体撮像素子の駆動方法において、
前記複数回の読み出しで得た各受光信号を信号処理することにより、各色に対応する信号を分離する
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
請求項４記載の固体撮像素子の駆動方法において、
前記複数色のカラーフィルタは略同心形状に平面配置され、
前記マイクロレンズの屈折率を変化させることにより、前記複数色のカラーフィルタのうち通過させるカラーフィルタの数を変化させた複数回の受光信号の読み出しを行う
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。