JPH03276677A

JPH03276677A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH03276677A
Application number: JP2077672A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Kawamura; 川村　智浩
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1991-12-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は固体撮像素子に関し、特に個々の光ダイオード
上にレンズを有する固体撮像素子に関する。

［従来の技術］従来の固体撮像素子のインター・ライン型においては、
光ダイオードと隣接する光ダイオードの間に、転送レジ
スタが構成されるため、開口率は２０〜３０％しかなく
、十分な感度が得られなかった。このため感度を上げる
ために間口率を上げる必要があフた。

前記の必要性を満たすものとして、従来発明された技術
が第２図に示すレンズ・バターニング技術である。

第２図に示す固定撮像素子では、Ｎ型基板１上にＰ型層
２を形成し、前記Ｐ型層２とＮ型拡散層３とて光ダイオ
ードを構成している。Ｎ型拡散層５は転送レジスタとし
て動作し、Ｐ型拡散Ｎ４は前記Ｎ型拡散層５に蓄積され
た電荷が隣接するＮ型拡散層３に入らないようにするた
めのチャネル・ストップとして動作する。ゲート６はポ
リシリコンの電極であり、その上に層間膜７を形成し、
更に感光領域を規定する遮光膜８（例えばＡ９）が構成
される。そして、平坦化層９によって、前記遮光膜８に
よる凹凸を平坦化し、その上にレンズ１０を形成する。

前記平坦化Ｎ９の屈折率ｎ（例えばフェノール・ノボラ
ック樹脂ｎ＋＝１．６１）と前記レンズ１０の屈折率ｎ
＠（例えばフエノーノし・ノボラック樹脂ではｎａ＝１
．６１）はｎθ；ｎｌのため、両者の境界でレンズより
入射した光の光路が変えられることはなく、正規の場合
、光路１１のように光ダイオードに集光する。

前記、従来技術において光ダイオード上にレンズをパタ
ーン化したため、等測的に開口率が上刃Ｓす、感度が２
倍に向上した（１９８４年、テレビ全人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」参照）。

［発明が解決しようとする課題］しかし第２図の光路１２、すなわち隣接画素Ｃのレンズ
の反射光１２が画素への光ダイオードζこ入射するよう
な場合は、画素ＣとＡの間で信号のクロス・トークとな
り、ＭＴＦが劣化するほか、モザイク型カラーフィルタ
を用いた固体撮像素子では色変調度が低下するといった
問題点がある。

また、第２図の光路１３や１４すなわちレンズの製造上
の正規の光軸からずれた欠陥等ζこよる光光路の場合、
遮光膜８の表面での凹凸により散乱された反射光１３や
１４は、フレア成分の増加や同反射光の隣接画素Ｂの光
ダイオードへの再入射によりスミア成分が増大するとい
った問題点があり、高輝度被写体を撮像したときに、画
質が著しく劣化するという欠点がある。

本発明はレンズから入射した光を当該レンズに対応する
光ダイオードに効率良く案内することにより、上記問題
を解決した固体撮像素子を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の固体撮像素子は、単位画素上にレンズを有する
固体撮像素子において、受光領域を規定する遮光膜上に
、光ダイオードの受光面を覆う層に接して当該層より屈
折率の小さい層を設けたことを特徴とする。

尚、レンズを設けるに際して、光ダイオードの受光面上
を平坦化層で平坦化する場合には、この平坦化層より屈
折率の小さな層が遮光膜上に設けられることとなる。

［実施例コ第１図は本発明の一実施例である。尚、前述した従来例
と同一部分には同一符号を付して重複する説明は省略す
る。

本実施例では、遮光膜８上に絶縁膜を介して屈折率ｎ２
の物質（例えばＰＧＭＡで屈折率ｎ２：１゜５１）から
成る層１５を積層した後、屈折率ｎ１なる物質（例えば
フェノール・ノボラック樹脂で屈折率１．６１）からな
る平坦化層９を積層して平坦化し、その上に屈折率ｎｓ
（例えばフェノール・ノボラック樹脂で屈折率１．６１
）なるレンズ１０を形成したものである。この時、ｎ＠
、　　ｎ＋、　　ｎ２の間係はｎｓ≧ｎ　Ｉ＞　ｎ　２
を満たしていればよい。

屈折率ｎ２の物質により、画素Ｃのレンズでの入射光１
２や画素Ａのレンズでの光路からずれた入射光１４は、
光ダイオードの受光面を覆っている平坦化層９と屈折率
の小さな層１５との界面により、その一部が反射するた
め、画素間での信号のクロス・トークは大幅に減少させ
ることができる。このため、ＭＴＦは向上し、モザイク
型カラー・フィルタを用いた固体撮像素子でも色変調度
が向上する。また、画素Ａのレンズ端面近くて斜め入射
した光１３は、同様に平坦化層９とＮ１５との界面にて
反射して画素Ａの光ダイオードに入射するため、遮光膜
８の表面での散乱光が減少し、フレア成分、スミア成分
を低減できる。このため、光輝度被写体を撮像した時で
も、画質の劣化を防ぐことができる。

なお、第１図において屈折率ｎ２を有するＪ’ｉ１５の
Ｗｌは底辺の長さ、Ｗ２は上辺の長さ、ｈｌは高さを表
し、ｈ２は前記層１５の上辺とレンズ１０・平坦化層９
の境界面との間の長さ、Ｘは画素上のレンズの端（例え
ば、第１図の画素Ａのレンズの右端）と隣接画素上のレ
ンズの端く例えば、第１図の画素Ｂのレンズの左端）と
の長さを表す。前記のＷｌ、　　Ｗ２．　　ｈ重＋　　
ｈ２＋　　Ｘは撮像系、レンズ１０の口径とレンズ１０
と光ダイオードまでの焦点距離との比、遮光膜８上およ
びレンズ１０の何処て反射するか、レンズ１０の形状、
平坦化層９の厚さ等によって決まり、各々はｈ１≠０．
ｈ２≦ｈ＋＜ｈ　＋　＋ｈ２．　ＷＩ≠０．Ｗ１≦Ｗ２
≦Ｘの値をとるのが好ましい。例えば、第１図のＮ１５
のＷＩＴ　　Ｗ２１ｈｌ＋　　Ｆ１２＋　　Ｘをそれぞ
れＷ１≠Ｑ、Ｗ２＝ｘ、　　ｈ＋＝ｂ＋＋ｈ２．　　ｔ
ｉ２：０とした上底Ｘ、下底Ｗ、高さｈｌの台形とすれ
ば、第１図の正規の光路１１を通る光が効率良く案内さ
れて光ダイオードに入射するので、光路１２，１４の影
響をかなり除くことができる。また前記の屈折率ｎ＠、
　　ｎｌ、　　ｎ２の間係において、ｎｌ、ｎ２関係は
ｎｌ）＞ｎ２の場合、フレア成分、スミア成分のそれぞ
れの低減の効果が大きい。

本発明はインター・ライン型固体撮像素子のみならず、
遮光層を有する全ての固体撮像素子に適用できることは
言うまでもない。また、上記実施例では平坦化層９が光
ダイオードの受光面を覆った例を示したが、本発明はこ
れに限定されず、光ダイオードの受光面を覆った層より
小さな屈折率の層によフて両層の界面での反射を生じさ
せ、これによって、必要な光は光ダイオードに案内し、
不要な光は反射によって除去するようにすればよい。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明は光ダイオードへの集光率
を高めたので固体撮像素子の感度が向上し、フレア成分
、スミア成分は低減する。この結果、解像度が向上し・
、モザイク型カラー・フィルタを用いた固体撮像素子で
も色度調度が向上する。

また、高輝度被写体を撮像した場合でも画質が劣化しな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る固体撮像素子の断面図
、第２図は従来技術による固体撮像素子の断面図である
。１・・・・・・・・Ｎ型基板、２・・・・・・・・Ｐ型層、３・・・・・・・・Ｎ型拡散層、４・・・・・・・・Ｐ型拡散層、５・・・・・・・・Ｎ型拡散層、６・・・・・・・・ポリシリコン・ゲート電極、７・・
・・・　・・・層間膜、８・・・・・・・・遮光膜、９・・・・・・・・平坦化層、１０・・・・・・・レンズ、］５・・・・・・・屈折率の小さな層。

Claims

【特許請求の範囲】

　単位画素上にレンズを有する固体撮像素子において、
受光領域を規定する遮光膜上に、光ダイオードの受光面
を覆う層に接して当該層より屈折率の小さい層を設けた
ことを特徴とする固体撮像素子。