JP2006121065A - 固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 オンチップマイクロレンズ10と、マイクロレンズ10で集光された入射光を受光する受光部2とを備える固体撮像素子において、マイクロレンズ10の下面部から受光部2の方向に延びマイクロレンズ10で集光された入射光を受光部2の方向に導く光導波路8をマイクロレンズ10と一体となるように形成する。これにより、マイクロレンズ10で集光された入射光が損失少なく受光部2に入射されるため、感度が向上する。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の断面模式図である。この固体撮像素子は、半導体基板1の上部に複数の受光部(1つの受光部のみ図示)2が形成されると共に半導体基板1の表面全面に保護膜3が形成されている。各受光部2を避けた位置には単層または多層の絶縁層4が設けられ、この絶縁層4内に、図示しない配線が設けられる。また、受光部2上には、絶縁層4と同一厚さのカラーフィルタ層5が設けられる。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子の断面模式図である。図1に示す第1の実施形態に係る固体撮像素子との違いは、マイクロレンズ10の上部に光学的透明樹脂層15を設け、この樹脂層15でマイクロレンズ10を埋め込み、平坦化した点である。樹脂層15は、屈折率1.6以下の低屈折率材料とするのが好ましい。
図4は、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像素子の断面模式図である。本実施形態の固体撮像素子と図3に示す固体撮像素子との違いは、マイクロレンズ10の上面全面にARコート(Anti-Reflective Coat)膜16を設けると共に、光導波路8の下面にARコート膜17を設けた点である。これにより、樹脂層15とマイクロレンズ10との界面、およびカラーフィルタ5と光導波路8との間の界面における反射光を低減でき、受光部2への光の入射効率を上げることができる。尚、カラーフィルタ5の下端面にも反射防止用の膜を形成するのがよい。
図5は、本発明の第4の実施形態に係る固体撮像素子の断面模式図である。この実施形態の固体撮像素子と図1に示す固体撮像素子との違いは、本実施形態の固体撮像素子では、固体撮像素子の周辺部に行くに従って、マイクロレンズ10の中心軸の位置を、受光部2の開口中心より固体撮像素子中心方向にずらして設けた点である。これにより、周辺部における光利用効率が向上する。
図6、本発明の第5の実施形態に係る固体撮像素子の断面模式図である。本実施形態に係る固体撮像素子は、図1の第1の実施形態に係る固体撮像素子に比べて次の点のみが異なる。先ず、カラーフィルタ21を、各マイクロレンズ10の上部に設けた点が異なり、これに伴って、図1のカラーフィルタ5の代わりに、この部分を高屈折率材料(マイクロレンズ10と同一材料が好ましい)で埋めて光導波路22とした点が異なる。光導波路22は、この部分の厚さが薄いため、光導波路8の様なテーパ状にする必要はない。
図8は、本発明の第6の実施形態に係る固体撮像素子の断面模式図である。図6に示す第5の実施形態に係る固体撮像素子との違いは、マイクロレンズ10の上部に、好ましくは屈折率1.6以下の光学的透明樹脂層15を設け、この樹脂層15でマイクロレンズ10を埋め込み、平坦化した点である。
図9は、本発明の第7の実施形態に係る固体撮像素子の断面模式図である。本実施形態の固体撮像素子と図6に示す固体撮像素子との違いは、マイクロレンズ10の上面全面にARコート(Anti-Reflective Coat)膜16を設け、その上に、カラーフィルタ21を設けた点である。これにより、カラーフィルタ21とマイクロレンズ10との界面における反射光を低減でき、受光部2への光の入射効率を上げることができる。尚、光導波路22の下端面にも反射防止用の膜を形成するのがよい。
図10は、本発明の第8の実施形態に係る固体撮像素子の断面模式図である。この実施形態の固体撮像素子と図6に示す固体撮像素子との違いは、本実施形態の固体撮像素子では、固体撮像素子の周辺部に行くに従って、マイクロレンズ10の中心軸の位置を、受光部2の開口中心よりずらして設けた点である。これにより、周辺部における光利用効率が向上する。
2 フォトダイオード
3 保護膜
4,7 絶縁層
5,21 カラーフィルタ
6 遮光膜
8,22 光導波路(高屈折率材料)
9 平坦化層(高屈折率材料)
10 オンチップマイクロレンズ(高屈折率材料)
16,17 ARコート膜
Claims (15)
- オンチップマイクロレンズと、該オンチップマイクロレンズで集光された入射光を受光する受光部とを備える固体撮像素子において、前記オンチップマイクロレンズの下面部から前記受光部の方向に延び該オンチップマイクロレンズで集光された入射光を前記受光部の方向に導く光導波路を該オンチップマイクロレンズと一体となるように形成したことを特徴とする固体撮像素子。
- 前記光導波路は前記受光部方向に向かって円錐状または多角錐状に縮径されることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記オンチップマイクロレンズと前記光導波路とは同一材料で形成され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。
- 前記同一材料が、Si3N4,ZrO2,TiO2,CeO2,HfO2、ZnO,MgO,AIN,GaNの少なくとも1種類の材料を含むことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。
- 前記同一材料が、屈折率1.8以上の高屈折率材料であることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。
- 前記マイクロレンズの上部を透明樹脂で封止したことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 前記透明樹脂は屈折率1.6以下の低屈折率材料であることを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子。
- 前記オンチップマイクロレンズの上面には反射防止膜が形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 前記光導波路の前記受光部側の端面には反射防止膜が形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 固体撮像素子周辺部に行くに従って、前記オンチップマイクロレンズの中心軸が該オンチップマイクロレンズの下部に設けられる前記受光部の開口中心より固体撮像素子中心部方向にずらして設けられることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 前記光導波路の側壁には該光導波路よりも屈折率の小さい低屈折率層が形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 前記受光部の上部には筒状の遮光膜が形成され前記光導波路を通る入射光は該筒状の遮光膜の内側を通って前記受光部に入射する構成となっていることを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 前記遮光膜の内側にカラーフィルタ層が埋設されることを特徴とする請求項12に記載の固体撮像素子。
- 前記オンチップマイクロレンズの上部にカラーフィルタ層が形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の固体撮像素子。
- 基板上に配列された光電変換素子と、各光電変換素子毎に光電変換素子の受光部前方の無機物からなるマイクロレンズ上に配置されたカラーフィルタとを備え、各カラーフィルタは隣接するもの同士が互いに側部を実質的に接して配置されるカラー固体撮像素子を製造する方法であって、前記マイクロレンズ上に色素材料を蒸着させて色素蒸着膜を形成し、前記色素蒸着膜の上にパターン化したフォトレジスト層を形成し、前記フォトレジスト層をマスクとして等方性エッチングを行い前記フォトレジスト層から露出した前記色素蒸着膜を除去し前記色素蒸着膜をパターン化して第1色のカラーフィルタを形成し、前記色素蒸着膜を除去した箇所に第2色の色素蒸着膜による第2色のカラーフィルタを形成する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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