JPH0150157B2 - - Google Patents
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- JPH0150157B2 JPH0150157B2 JP57201296A JP20129682A JPH0150157B2 JP H0150157 B2 JPH0150157 B2 JP H0150157B2 JP 57201296 A JP57201296 A JP 57201296A JP 20129682 A JP20129682 A JP 20129682A JP H0150157 B2 JPH0150157 B2 JP H0150157B2
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- Japan
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- solid
- photosensitive element
- lens
- film
- semiconductor substrate
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02325—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements not being integrated nor being directly associated with the device
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は固体撮像素子、特に撮像に寄与する
入射光を効果的に向上させた固体撮像素子に関す
るものである。
入射光を効果的に向上させた固体撮像素子に関す
るものである。
近年、工業用の分野において、ロボツトなどの
視覚センサとして固体撮像素子が注目をあびてい
る。この固体撮像素子は、従来から用いられてき
た撮像管に比べて多数の優れた点を備えている
が、一方、改良すべき問題点も多い。この問題点
としては、感度の増加があるが、これは撮像管で
は入射光に対応した電荷を電子ビームが撮像面を
走査することにより、全撮像面を効果的に利用し
ているが、固体撮像素子では感光素子と電荷読み
出し機構とを同一面上に組込むので、入射光を有
効に利用することができない。例えばCCD
（Charge Coupled Device）形撮像素子では、約
20％、MOS形Ｘ−Ｙアドレス形では約50％が感
光素子の占有率である。この値は光学系2/3イン
チにおける焦点面で標準テレビ方式の表示系で分
解能250TV本を確保する場合である。したがつ
て光学系が1/2インチとなつたとき、あるいは2/3
インチ光学系で解像度が500TV本必要となつた
場合、電荷読み出し機構は従来とほとんど寸法が
変らないので、必然的に感光素子の面積が小さく
なる。すなわち感度の低下を意味することにな
る。
視覚センサとして固体撮像素子が注目をあびてい
る。この固体撮像素子は、従来から用いられてき
た撮像管に比べて多数の優れた点を備えている
が、一方、改良すべき問題点も多い。この問題点
としては、感度の増加があるが、これは撮像管で
は入射光に対応した電荷を電子ビームが撮像面を
走査することにより、全撮像面を効果的に利用し
ているが、固体撮像素子では感光素子と電荷読み
出し機構とを同一面上に組込むので、入射光を有
効に利用することができない。例えばCCD
（Charge Coupled Device）形撮像素子では、約
20％、MOS形Ｘ−Ｙアドレス形では約50％が感
光素子の占有率である。この値は光学系2/3イン
チにおける焦点面で標準テレビ方式の表示系で分
解能250TV本を確保する場合である。したがつ
て光学系が1/2インチとなつたとき、あるいは2/3
インチ光学系で解像度が500TV本必要となつた
場合、電荷読み出し機構は従来とほとんど寸法が
変らないので、必然的に感光素子の面積が小さく
なる。すなわち感度の低下を意味することにな
る。
第１図はMOS形スイツチやMOS形シフトレジ
スタを用いた固体撮像素子の一例を示す要部平面
図である。図中、点Ａ、A′、A″、Ａで囲まれ
た部分は撮像の単位であり、絵素と称している。
この一絵素は感光素子、スイツチおよび水平、垂
直布線から構成されている。すなわち同図におい
て、１は感光素子、２は水平走査線、３はドレイ
ン、４は垂直信号線、５は半導体基板との接触孔
である。
スタを用いた固体撮像素子の一例を示す要部平面
図である。図中、点Ａ、A′、A″、Ａで囲まれ
た部分は撮像の単位であり、絵素と称している。
この一絵素は感光素子、スイツチおよび水平、垂
直布線から構成されている。すなわち同図におい
て、１は感光素子、２は水平走査線、３はドレイ
ン、４は垂直信号線、５は半導体基板との接触孔
である。
第２図は第１図で示したMOS形固体撮像素子
の断面慨念図である。同図において、半導体基板
６を通常の半導体デバイス製作プロセスにより、
感光素子１、ゲート電極すなわち水平走査線２と
ドレイン電極３とでMOSトランジスタを構成し、
さらに接触孔５、垂直信号線４の出力信号線を布
線し、その上に透光性保護膜７で被覆されてい
る。すなわち、感光素子１の面積はMOSトラン
ジスタおよび布線によつて制約され、結果として
感度低下の大きな原因となつている。
の断面慨念図である。同図において、半導体基板
６を通常の半導体デバイス製作プロセスにより、
感光素子１、ゲート電極すなわち水平走査線２と
ドレイン電極３とでMOSトランジスタを構成し、
さらに接触孔５、垂直信号線４の出力信号線を布
線し、その上に透光性保護膜７で被覆されてい
る。すなわち、感光素子１の面積はMOSトラン
ジスタおよび布線によつて制約され、結果として
感度低下の大きな原因となつている。
このような感光素子１の面積の増加対策として
は、感光部分と信号読み出し部分とを二層構造と
し、上層に光電変換膜を形成し、この感光素子１
の電荷を読み出す機能を下層、すなわち半導体基
板６の表面に形成する構造が考えられるが、しか
しながら、このような構成は構造が複雑となり、
製作上の困難性、固体撮像素子の信頼性の点から
も容易に実施し得るものではなかつた。
は、感光部分と信号読み出し部分とを二層構造と
し、上層に光電変換膜を形成し、この感光素子１
の電荷を読み出す機能を下層、すなわち半導体基
板６の表面に形成する構造が考えられるが、しか
しながら、このような構成は構造が複雑となり、
製作上の困難性、固体撮像素子の信頼性の点から
も容易に実施し得るものではなかつた。
以上説明したように固体撮像素子は、半導体基
板上に感光素子と信号読み出し機能を備えている
ので、撮像素子の撮像面が小さくなればなるほ
ど、また、撮像面の絵素数が増加すればするほ
ど、受光素子の面積は急激に減少し、ひいては感
度の低下を招くという欠点があつた。
板上に感光素子と信号読み出し機能を備えている
ので、撮像素子の撮像面が小さくなればなるほ
ど、また、撮像面の絵素数が増加すればするほ
ど、受光素子の面積は急激に減少し、ひいては感
度の低下を招くという欠点があつた。
この発明は、上記の欠点を改善する目的でなさ
れたもので、感光素子上に、入射光を集束するレ
ンズを市松模様に配置したレンズ層を二層備え、
撮像に寄与する入射光を効果的に利用できるよう
にした固体撮像素子を提供するものである。
れたもので、感光素子上に、入射光を集束するレ
ンズを市松模様に配置したレンズ層を二層備え、
撮像に寄与する入射光を効果的に利用できるよう
にした固体撮像素子を提供するものである。
第３図はこの発明に係わる固体撮像素子の一実
施例を示す断面概念図であり、図中、１〜７は上
記従来素子と全く同一のものである。同図におい
て、８は透光性保護膜７上に形成された透光性下
地膜、９は下地膜８の上面にこの下地膜８よりも
屈折率の大なる透明物質で形成された第１の微小
レンズであり、この第１の微小レンズ９は感光素
子１と対応する部位に一つ飛びに形成され、この
配列は第４図に平面図で示す如く、いわゆる市松
模様を形成するように配置されている。すなわち
一つの絵素Ａ、A′、A″、Ａの囲む領域に対応
する第１の微小レンズ９の領域はア、イ、ウ、
エ、オ、カ、キ、クで示され、そのＸ−X′断面
は第３図に示すように平凸レンズ形状を有してい
る。この場合、この平凸レンズ形状の微小レンズ
９によつて集光された光は受光素子に入射し、結
果として感光素子１の感度が上昇する。しかしな
がら最隣接する４個の絵素は入射光量が減少する
ので、これらの絵素の受光素子に入射する光を増
加する手段として、第１の微小レンズ９群を透光
性平坦膜１０で被覆し、下層の第１の微小レンズ
９がない絵素上に透明物質からなる第２の微小レ
ンズ１１が形成されている。この第２の微小レン
ズ１１群の配列は第５図に平面図で示すように市
松模様に配置されている。そして、この第２の微
小レンズ１１群は透光性の保護膜１２を用いて埋
設され、保護されている。したがつて、この発明
の撮像素子の断面構造は第３図に示す構造とな
る。ここで上述した下地膜８、平坦膜１０および
保護膜１２は比較的屈折率の低い透光性材料で有
機物質あるいは無機物質のいずれでも適用でき、
有機物質の場合、例えば屈折率1.464のイソブチ
ルメタアクリルレートが使用できる。また、第
１、第２の微小レンズ９，１１のレンズ用材料
は、比較的屈折率の大きい無機あるいは有機の透
光性物質であれば適用でき、例えば有機物質とし
て屈折率が1.552のイソプロピルメタアクリルレ
ートを用いることができる。したがつて、これら
の屈折率の差異、レンズと受光素子との間の間隔
から最適なレンズの大きさおよびレンズの凸面の
曲率が得られる。この場合、レンズの大きさおよ
び曲率の制御はホトリソグラフイ技術によつて極
めて容易に可能である。
施例を示す断面概念図であり、図中、１〜７は上
記従来素子と全く同一のものである。同図におい
て、８は透光性保護膜７上に形成された透光性下
地膜、９は下地膜８の上面にこの下地膜８よりも
屈折率の大なる透明物質で形成された第１の微小
レンズであり、この第１の微小レンズ９は感光素
子１と対応する部位に一つ飛びに形成され、この
配列は第４図に平面図で示す如く、いわゆる市松
模様を形成するように配置されている。すなわち
一つの絵素Ａ、A′、A″、Ａの囲む領域に対応
する第１の微小レンズ９の領域はア、イ、ウ、
エ、オ、カ、キ、クで示され、そのＸ−X′断面
は第３図に示すように平凸レンズ形状を有してい
る。この場合、この平凸レンズ形状の微小レンズ
９によつて集光された光は受光素子に入射し、結
果として感光素子１の感度が上昇する。しかしな
がら最隣接する４個の絵素は入射光量が減少する
ので、これらの絵素の受光素子に入射する光を増
加する手段として、第１の微小レンズ９群を透光
性平坦膜１０で被覆し、下層の第１の微小レンズ
９がない絵素上に透明物質からなる第２の微小レ
ンズ１１が形成されている。この第２の微小レン
ズ１１群の配列は第５図に平面図で示すように市
松模様に配置されている。そして、この第２の微
小レンズ１１群は透光性の保護膜１２を用いて埋
設され、保護されている。したがつて、この発明
の撮像素子の断面構造は第３図に示す構造とな
る。ここで上述した下地膜８、平坦膜１０および
保護膜１２は比較的屈折率の低い透光性材料で有
機物質あるいは無機物質のいずれでも適用でき、
有機物質の場合、例えば屈折率1.464のイソブチ
ルメタアクリルレートが使用できる。また、第
１、第２の微小レンズ９，１１のレンズ用材料
は、比較的屈折率の大きい無機あるいは有機の透
光性物質であれば適用でき、例えば有機物質とし
て屈折率が1.552のイソプロピルメタアクリルレ
ートを用いることができる。したがつて、これら
の屈折率の差異、レンズと受光素子との間の間隔
から最適なレンズの大きさおよびレンズの凸面の
曲率が得られる。この場合、レンズの大きさおよ
び曲率の制御はホトリソグラフイ技術によつて極
めて容易に可能である。
第６図ａ，ｂ，ｃは前述した微小レンズ９の製
作方法を説明するための断面図である。まず、半
導体基板６に組み込まれた固体撮像素子上に平坦
な下地膜８を被覆し、その上面にレンズ材料１３
を成膜する〔第６図ａ参照〕。さらにこのレンズ
材料１３上に感光膜１４を被覆し、これをフオト
リソグラフイでレジスト膜としてパターンを形成
する〔第６図ｂ参照〕。この状態でエツチング液
またはガスプラズマ中でレンズ材料１３をエツチ
ングし、微小レンズ９を形成する〔第６図ｃ参
照〕。そして、最終的にレジスト膜を除去し、レ
ンズ製作工程は完了する。
作方法を説明するための断面図である。まず、半
導体基板６に組み込まれた固体撮像素子上に平坦
な下地膜８を被覆し、その上面にレンズ材料１３
を成膜する〔第６図ａ参照〕。さらにこのレンズ
材料１３上に感光膜１４を被覆し、これをフオト
リソグラフイでレジスト膜としてパターンを形成
する〔第６図ｂ参照〕。この状態でエツチング液
またはガスプラズマ中でレンズ材料１３をエツチ
ングし、微小レンズ９を形成する〔第６図ｃ参
照〕。そして、最終的にレジスト膜を除去し、レ
ンズ製作工程は完了する。
なお、固体撮像素子には、感光素子と信号取り
出し方法とによつて種々の形式があり、この発明
に係わるMOS形以外にCCD形、CID形があるが、
この発明はこれら総ての形式の固体撮像素子に適
用できて前述と同等の効果が得られる。また、固
体撮像素子には白黒撮影、カラー撮像などカラー
フイルタの有無による分類もあるが、これらいず
れにもこの発明は適用でき、効果を生ぜしめるこ
とができる。
出し方法とによつて種々の形式があり、この発明
に係わるMOS形以外にCCD形、CID形があるが、
この発明はこれら総ての形式の固体撮像素子に適
用できて前述と同等の効果が得られる。また、固
体撮像素子には白黒撮影、カラー撮像などカラー
フイルタの有無による分類もあるが、これらいず
れにもこの発明は適用でき、効果を生ぜしめるこ
とができる。
以上説明したようにこの発明によれば、半導体
基板上に、感光素子に入射する光を集束するレン
ズを市松模様に配置した層を二層設け、第一と第
二の市松模様レンズ群は中心部が互いに重なるこ
とがない状態に配置することによつて、全撮像面
に入射する光が総てレンズで集光されて感光素子
に入射させ、感度を向上させることができるの
で、感光部分と信号読し出し部分とを分離し二層
構造とする方式に比べて簡単な構造でかつ安価に
製作でき、しかも信頼性においても優れていると
いう効果が得られる。
基板上に、感光素子に入射する光を集束するレン
ズを市松模様に配置した層を二層設け、第一と第
二の市松模様レンズ群は中心部が互いに重なるこ
とがない状態に配置することによつて、全撮像面
に入射する光が総てレンズで集光されて感光素子
に入射させ、感度を向上させることができるの
で、感光部分と信号読し出し部分とを分離し二層
構造とする方式に比べて簡単な構造でかつ安価に
製作でき、しかも信頼性においても優れていると
いう効果が得られる。
第１図は従来の固体撮像素子の一例を示す平面
図、第２図は第１図に示す固体撮像素子の断面
図、第３図はこの発明による固体撮像素子の一例
を示す断面図、第４図は二層レンズ群の一方、第
５図は他方を示し、この発明による固体撮像素子
の表面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを切り取つた平面図、第６
図ａ，ｂ，ｃはこの発明に係わるレンズの製作方
法の一例を示す工程図である。 １……感光素子、２……水平走査線、３……ド
レイン、４……垂直信号線、５……接触孔、６…
…半導体基板、７……透光性保護膜、８……下地
膜、９……微小レンズ、１０……平坦膜、１１…
…微小レンズ、１２……保護膜、１３……レンズ
材料、１４……感光膜。
図、第２図は第１図に示す固体撮像素子の断面
図、第３図はこの発明による固体撮像素子の一例
を示す断面図、第４図は二層レンズ群の一方、第
５図は他方を示し、この発明による固体撮像素子
の表面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを切り取つた平面図、第６
図ａ，ｂ，ｃはこの発明に係わるレンズの製作方
法の一例を示す工程図である。 １……感光素子、２……水平走査線、３……ド
レイン、４……垂直信号線、５……接触孔、６…
…半導体基板、７……透光性保護膜、８……下地
膜、９……微小レンズ、１０……平坦膜、１１…
…微小レンズ、１２……保護膜、１３……レンズ
材料、１４……感光膜。
Claims (1)
- １ 半導体基板上に感光素子と電荷読み出し機構
とを形成してなる固体撮像素子において、前記半
導体基板上に、感光素子に入射する光を集束する
レンズを市松模様に配置した層を二層備え、第一
と第二の市松模様レンズ群は中心部が互いに重な
ることがない状態に配置したことを特徴とする固
体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57201296A JPS5990466A (ja) | 1982-11-15 | 1982-11-15 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57201296A JPS5990466A (ja) | 1982-11-15 | 1982-11-15 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5990466A JPS5990466A (ja) | 1984-05-24 |
| JPH0150157B2 true JPH0150157B2 (ja) | 1989-10-27 |
Family
ID=16438629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57201296A Granted JPS5990466A (ja) | 1982-11-15 | 1982-11-15 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5990466A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6149568A (ja) * | 1984-08-17 | 1986-03-11 | Matsushita Electronics Corp | 固体撮像装置 |
| JPH02103962A (ja) * | 1988-10-13 | 1990-04-17 | Toshiba Corp | 固体撮像装置及びその製造方法 |
| US5239412A (en) * | 1990-02-05 | 1993-08-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solid image pickup device having microlenses |
| JPH0521769A (ja) * | 1991-07-15 | 1993-01-29 | Sharp Corp | 固体撮像素子 |
| EP0719457B1 (en) * | 1993-09-17 | 1998-04-15 | Polaroid Corporation | Forming microlenses on solid state imager |
| US6456326B2 (en) | 1994-01-28 | 2002-09-24 | California Institute Of Technology | Single chip camera device having double sampling operation |
| USRE42918E1 (en) | 1994-01-28 | 2011-11-15 | California Institute Of Technology | Single substrate camera device with CMOS image sensor |
| JP2005005573A (ja) * | 2003-06-13 | 2005-01-06 | Fujitsu Ltd | 撮像装置 |
| 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 |
| JP4946147B2 (ja) * | 2006-04-14 | 2012-06-06 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置 |
-
1982
- 1982-11-15 JP JP57201296A patent/JPS5990466A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5990466A (ja) | 1984-05-24 |
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