JP2956132B2 - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
- Publication number
- JP2956132B2 JP2956132B2 JP2143441A JP14344190A JP2956132B2 JP 2956132 B2 JP2956132 B2 JP 2956132B2 JP 2143441 A JP2143441 A JP 2143441A JP 14344190 A JP14344190 A JP 14344190A JP 2956132 B2 JP2956132 B2 JP 2956132B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- imaging device
- state imaging
- solid
- collecting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は固体撮像素子に関し、特に、画素上にマイク
ロレンズを有する固体撮像素子に関する。
ロレンズを有する固体撮像素子に関する。
［従来の技術］ インターライン型固体撮像素子では、受光部と電荷転
送部とが交互に配列されるため受光部の開口率が20％〜
30％程度と低く、入射光の利用効率は十分とはいえな
い。そこで受光部の上層にマイクロレンズのような集光
部をつける構造が提案されている（1984年テレビジョン
学会全国大会３−17、石原、谷垣「樹脂レンズアレイを
用いた高感度CCDイメージセンサ」）。
送部とが交互に配列されるため受光部の開口率が20％〜
30％程度と低く、入射光の利用効率は十分とはいえな
い。そこで受光部の上層にマイクロレンズのような集光
部をつける構造が提案されている（1984年テレビジョン
学会全国大会３−17、石原、谷垣「樹脂レンズアレイを
用いた高感度CCDイメージセンサ」）。
第５図は、この種従来の固体撮像素子の断面図であ
る。同図において、５は、その表面領域内に受光部７と
電荷転送部６が形成されている半導体基板、４は、電荷
読み出し用および電荷転送用に用いられるゲート電極、
３は受光部７上に開口部を有する遮光膜である。そし
て、この構造では、各受光部の表面を水平面とするため
に受光面の上層に透明材料、例えばポリ・グリシジル・
メタ・アクリレート（PGMA）系樹脂によって平坦化層２
が形成され、その上にノボラック系樹脂などの透明材料
によって凸レンズ状に形成された集光部1aが、各受光部
７に対応するように配列されている。
る。同図において、５は、その表面領域内に受光部７と
電荷転送部６が形成されている半導体基板、４は、電荷
読み出し用および電荷転送用に用いられるゲート電極、
３は受光部７上に開口部を有する遮光膜である。そし
て、この構造では、各受光部の表面を水平面とするため
に受光面の上層に透明材料、例えばポリ・グリシジル・
メタ・アクリレート（PGMA）系樹脂によって平坦化層２
が形成され、その上にノボラック系樹脂などの透明材料
によって凸レンズ状に形成された集光部1aが、各受光部
７に対応するように配列されている。
この構造では、集光部の底面積が受光部の開口面積よ
り大きくなっているため、遮光膜の開口部より広い範囲
に照射されている光を受光部に集めることができ、固体
撮像素子の高感度化が達成される。
り大きくなっているため、遮光膜の開口部より広い範囲
に照射されている光を受光部に集めることができ、固体
撮像素子の高感度化が達成される。
［発明が解決しようとする課題］ この従来の固体撮像素子では、半導体基板５に対して
光が垂直に集光部1aへ入射したとき受光部７へ集光する
ように集光部1aの大きさや曲率などを設定した場合で
も、第５図に示した破線や一点鎖線の光路のように、大
きな入射角で入射した光は、集光部1aの表面での屈折角
も大きくなり、受光部７へ集光しない場合がある。第６
図はその状況を示す図であって、同図は第５図の従来例
において、水平面に対して20゜傾けて開口部に光を入射
したときのスポットダイアグラムである。図中において
各点は光入射点を示している。第６図において、10は遮
光膜開口部の端面を示しているが同図からも明らかなよ
うに、斜め入射光は遮光膜３の内部深く進入する。そし
て、電荷転送部およびその近傍に入射した光によって発
生した光電変換電荷は、スミア成分となって画質を劣化
させる。
光が垂直に集光部1aへ入射したとき受光部７へ集光する
ように集光部1aの大きさや曲率などを設定した場合で
も、第５図に示した破線や一点鎖線の光路のように、大
きな入射角で入射した光は、集光部1aの表面での屈折角
も大きくなり、受光部７へ集光しない場合がある。第６
図はその状況を示す図であって、同図は第５図の従来例
において、水平面に対して20゜傾けて開口部に光を入射
したときのスポットダイアグラムである。図中において
各点は光入射点を示している。第６図において、10は遮
光膜開口部の端面を示しているが同図からも明らかなよ
うに、斜め入射光は遮光膜３の内部深く進入する。そし
て、電荷転送部およびその近傍に入射した光によって発
生した光電変換電荷は、スミア成分となって画質を劣化
させる。
［課題を解決するための手段］ 本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面に形成され
た受光部と、受光部上に設けられた第１の集光部と、第
１の集光部上に設けられた平坦化層と、平坦化層上に設
けられた、前記第１の集光部を構成する物質よりも屈折
率の低い物質から構成された第２の集光部と、を備えて
いる。
た受光部と、受光部上に設けられた第１の集光部と、第
１の集光部上に設けられた平坦化層と、平坦化層上に設
けられた、前記第１の集光部を構成する物質よりも屈折
率の低い物質から構成された第２の集光部と、を備えて
いる。
［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は、本発明の第１の実施例を示す断面図であ
る。同図に示されるように、半導体基板５の表面領域内
に受光部７と電荷転送部６とが形成され、電荷転送部６
の上には絶縁膜を介してゲート電極４が設けられ、さら
にその上には受光部７上に開口部を有する遮光膜３が設
けられている。そして遮光膜３の開口部上に、透明材料
によって第１の集光部８が設けられ、その上層の平坦化
層２の上に第２の集光部１がその光軸が第１の集光部の
光軸と一致するように形成されている。
る。同図に示されるように、半導体基板５の表面領域内
に受光部７と電荷転送部６とが形成され、電荷転送部６
の上には絶縁膜を介してゲート電極４が設けられ、さら
にその上には受光部７上に開口部を有する遮光膜３が設
けられている。そして遮光膜３の開口部上に、透明材料
によって第１の集光部８が設けられ、その上層の平坦化
層２の上に第２の集光部１がその光軸が第１の集光部の
光軸と一致するように形成されている。
ここで、大気中、第２の集光部１、平坦化層２および
第１の集光部８の屈折率をそれぞれn0、n1、n2、n3とす
ると、n0＜n1n2＜n3となるように各部が形成されてい
るものとする。これにより、大きな入射角で第２の集光
部１に入射した光は、第１図に点線および一点鎖線で示
したように、第２の集光部１で屈折した後、第１の集光
部８で再度屈折せしめられる。
第１の集光部８の屈折率をそれぞれn0、n1、n2、n3とす
ると、n0＜n1n2＜n3となるように各部が形成されてい
るものとする。これにより、大きな入射角で第２の集光
部１に入射した光は、第１図に点線および一点鎖線で示
したように、第２の集光部１で屈折した後、第１の集光
部８で再度屈折せしめられる。
ここで、第１の集光部８の曲率の中心を受光部７の中
央表面付近に設定しておく。このようにすれば、従来例
で開口部の端部から遮光膜３下に進入しスミアの原因と
なった入射光は、受光部７の中心付近に集光されるよう
になる。
央表面付近に設定しておく。このようにすれば、従来例
で開口部の端部から遮光膜３下に進入しスミアの原因と
なった入射光は、受光部７の中心付近に集光されるよう
になる。
第２図は、この実施例において、第１の集光部８の受
光部７の表面からの高さを2.0μｍ、その曲率半径を2.5
μｍ、第１の集光部８の頂点から平坦化層２の上面まで
の厚さを7.0μｍ、第２の集光部１の平坦化層２上面か
らの高さを2.0μｍ、その曲率半径を5.0μｍとし、屈折
率の比をn0:n1:n2:n3＝1.0:1.6:1.6:2.2、開口部の幅を
2.8μｍとして、受光部７の水平方向に対し入射角を約2
0゜傾けて光を入射させたときの受光部７の開口部での
スポットダイアグラムである。同図と従来例の第６図と
を比較すると、本実施例の方が光の散り方が少なく、入
射光が受光部７の中心（図中、十字線の交点）付近に集
中していることが分る。また従来例では、開口部端面10
を越えて、遮光膜３下へ入射する光がかなりあるが、本
実施例ではほとんど開口部内に収まっており、スミアの
発生が防止され感度も上昇している。
光部７の表面からの高さを2.0μｍ、その曲率半径を2.5
μｍ、第１の集光部８の頂点から平坦化層２の上面まで
の厚さを7.0μｍ、第２の集光部１の平坦化層２上面か
らの高さを2.0μｍ、その曲率半径を5.0μｍとし、屈折
率の比をn0:n1:n2:n3＝1.0:1.6:1.6:2.2、開口部の幅を
2.8μｍとして、受光部７の水平方向に対し入射角を約2
0゜傾けて光を入射させたときの受光部７の開口部での
スポットダイアグラムである。同図と従来例の第６図と
を比較すると、本実施例の方が光の散り方が少なく、入
射光が受光部７の中心（図中、十字線の交点）付近に集
中していることが分る。また従来例では、開口部端面10
を越えて、遮光膜３下へ入射する光がかなりあるが、本
実施例ではほとんど開口部内に収まっており、スミアの
発生が防止され感度も上昇している。
なお、実際にカメラで使用される固体撮像素子におい
ては、入射光は全方向からある程度の入射角をもって入
射するので、実際のスポットダイアグラムは第２図を受
光部７の中央を中心に360度回転させたものになる。
ては、入射光は全方向からある程度の入射角をもって入
射するので、実際のスポットダイアグラムは第２図を受
光部７の中央を中心に360度回転させたものになる。
第３図は本発明の第２の実施例を示す断面図である。
この実施例では、受光部７の上層に設ける第１の集光部
８を水平面上に形成するために、遮光膜３上に全面に平
坦化層９を設け、その上に第１の集光部８を形成してい
る。そして、さらにその上層に平坦化層２および第２の
集光部１を形成する。ここで、大気中、第２の集光部
１、平坦化層２、第１の集光部８、平坦化層９の屈折率
をそれぞれn0、n2、n2、n3として、n0＜n1n2＜n3n4
となるように各部を形成するものとする。
この実施例では、受光部７の上層に設ける第１の集光部
８を水平面上に形成するために、遮光膜３上に全面に平
坦化層９を設け、その上に第１の集光部８を形成してい
る。そして、さらにその上層に平坦化層２および第２の
集光部１を形成する。ここで、大気中、第２の集光部
１、平坦化層２、第１の集光部８、平坦化層９の屈折率
をそれぞれn0、n2、n2、n3として、n0＜n1n2＜n3n4
となるように各部を形成するものとする。
このように構成することにより、第１の実施例と同様
に、感度を向上させスミアを減少させることができる。
に、感度を向上させスミアを減少させることができる。
第４図は本発明の第３の実施例を示す断面図である。
本実施例では、受光部７上に赤、緑、青のカラーフィル
タ11、12、13が設けられており、その上に第１の集光部
81、82、83が各カラーフィルタ毎にその形状が異なるよ
うに形成されている。さらにその上層には、先の各実施
例と同様に、平坦化層２と第２の集光部１が形成されて
いる。
本実施例では、受光部７上に赤、緑、青のカラーフィル
タ11、12、13が設けられており、その上に第１の集光部
81、82、83が各カラーフィルタ毎にその形状が異なるよ
うに形成されている。さらにその上層には、先の各実施
例と同様に、平坦化層２と第２の集光部１が形成されて
いる。
赤、緑、青の各フィルタ11、12、13に同強度の光が入
射した場合、緑に比べて赤、青のフィルタは、透過率が
小さいため、透過光の強度は緑のフィルタに比べて小さ
くなる。そこで、本実施例では第４図に示すようにカラ
ーフィルタ（赤）11とカラーフィルタ（青）13の上に形
成した第１の集光部81および83の形状をカラーフィルタ
（緑）12上に形成した第１の集光部82に比べて、受光部
７への集光率がよくなるように設定することにより、各
色のバランスをとっている。
射した場合、緑に比べて赤、青のフィルタは、透過率が
小さいため、透過光の強度は緑のフィルタに比べて小さ
くなる。そこで、本実施例では第４図に示すようにカラ
ーフィルタ（赤）11とカラーフィルタ（青）13の上に形
成した第１の集光部81および83の形状をカラーフィルタ
（緑）12上に形成した第１の集光部82に比べて、受光部
７への集光率がよくなるように設定することにより、各
色のバランスをとっている。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、各受光部に対応して
形成された第２の集光部と受光部との間に第１の集光部
を設けたものであるので、本発明によれば、遮光膜の開
口部より受光部の外側へ入射していた光を受光部中心へ
集光させることができるようになり、開口端部から散乱
などによって電荷転送部へ入射していた光を減少させて
スミア成分を減少させることができる。
形成された第２の集光部と受光部との間に第１の集光部
を設けたものであるので、本発明によれば、遮光膜の開
口部より受光部の外側へ入射していた光を受光部中心へ
集光させることができるようになり、開口端部から散乱
などによって電荷転送部へ入射していた光を減少させて
スミア成分を減少させることができる。
第１図、第３図、第４図は、それぞれ本発明の実施例を
示す断面図、第２図は、第１図の実施例の遮光膜開口部
でのスポットダイアグラム、第５図は、従来例の断面
図、第６図は、従来例の遮光膜開口部でのスポットダイ
アグラムである。 １……第２の集光部、1a……集光部、２……平坦化層、
３……遮光膜、４……ゲート電極、５……半導体基板、
６……電荷転送部、７……受光部、８、81、82、83……
第１の集光部、９……平坦化層、10……開口部端面、11
……カラーフィルタ（赤）、12……カラーフィルタ
（緑）、13……カラーフィルタ（青）。
示す断面図、第２図は、第１図の実施例の遮光膜開口部
でのスポットダイアグラム、第５図は、従来例の断面
図、第６図は、従来例の遮光膜開口部でのスポットダイ
アグラムである。 １……第２の集光部、1a……集光部、２……平坦化層、
３……遮光膜、４……ゲート電極、５……半導体基板、
６……電荷転送部、７……受光部、８、81、82、83……
第１の集光部、９……平坦化層、10……開口部端面、11
……カラーフィルタ（赤）、12……カラーフィルタ
（緑）、13……カラーフィルタ（青）。
Claims (2)
- 【請求項１】表面領域内に複数の受光部と電荷転送部と
が形成されている半導体基板と、前記電荷転送部上に絶
縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極
上に絶縁膜を介して形成された、各前記受光部上に開口
部を有する遮光膜と、前記遮光膜上に各前記開口部をそ
れぞれ覆うように形成された第１の集光部と、前記遮光
膜および前記第１の集光部を覆って形成された平坦化層
と、前記平坦化層上に各前記第１の集光部をそれぞれ覆
うように形成され、前記第１の集光部を構成する物質よ
りも屈折率の低い物質から構成された第２の集光部と、
を具備する固体撮像素子。 - 【請求項２】前記第１の集光部下にはカラーフィルタが
配置されており、かつ、各カラーフィルタ上の第１また
は第２の集光部は、前記カラーフィルタの透過させるべ
き色相の光の透過率に対応して集光能力が変化せしめら
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2143441A JP2956132B2 (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2143441A JP2956132B2 (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0437165A JPH0437165A (ja) | 1992-02-07 |
| JP2956132B2 true JP2956132B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=15338772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2143441A Expired - Lifetime JP2956132B2 (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2956132B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06120461A (ja) * | 1992-10-01 | 1994-04-28 | Matsushita Electron Corp | 固体撮像装置 |
| CA2169923A1 (en) * | 1993-09-17 | 1995-03-23 | Christopher R. Needham | Forming microlenses on solid state imager |
| JP2821421B2 (ja) * | 1996-05-21 | 1998-11-05 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP4822683B2 (ja) | 2004-10-08 | 2011-11-24 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
| JP4761505B2 (ja) | 2005-03-01 | 2011-08-31 | キヤノン株式会社 | 撮像装置、ならびに撮像システム |
| WO2006115142A1 (ja) | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 固体撮像素子およびその製造方法ならびに光導波路形成装置 |
| JP2007047569A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Sharp Corp | マイクロレンズ装置、固体撮像素子、表示装置および電子情報機器 |
| JP2011109033A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Sharp Corp | 層内レンズおよびその製造方法、カラーフィルタおよびその製造方法、固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子情報機器 |
-
1990
- 1990-06-01 JP JP2143441A patent/JP2956132B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0437165A (ja) | 1992-02-07 |
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