JPH05335531A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH05335531A
JPH05335531A JP4135379A JP13537992A JPH05335531A JP H05335531 A JPH05335531 A JP H05335531A JP 4135379 A JP4135379 A JP 4135379A JP 13537992 A JP13537992 A JP 13537992A JP H05335531 A JPH05335531 A JP H05335531A
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microlens
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vertical
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Shiyouichi Ishibe
祥一 石辺
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Abstract

(57)【要約】 【目的】走査線の本数や画素ピッチに拘らずにマイクロ
レンズの集光率を向上でき、また感度を良くする。 【構成】マイクロレンズ１４が垂直方向及び水平方向の
各々の曲率を同一にして形成されているので、垂直方向
と水平方向のうちの一方の焦点距離を合わせれば、他方
の焦点距離が合わせられる。このため、マイクロレンズ
１４を経た光の一部がメタル遮光膜１１等に遮光され
ず、マイクロレンズ１４を経た光の殆どが受光領域６の
受光素子に集光される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の受光素子等を備
えた半導体基板上にマイクロレンズが形成された固体撮
像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像装置の一つとして、受光素子に
電荷結合素子（以下ＣＣＤと称す）を用いたインターラ
イン転送方式のＣＣＤ固体撮像装置が知られている。こ
の固体撮像装置は、図４に示すように、シリコン基板な
どからなる半導体基板８の上に、ｐｎ接合フォトダイオ
ードからなる受光素子１が複数配設された受光部領域と
垂直ＣＣＤレジスタ部２とが交互に形成され、その垂直
ＣＣＤレジスタ部２と直交させて水平ＣＣＤレジスタ部
３が設けられ、更に水平ＣＣＤレジスタ部３の近傍には
水平ＣＣＤレジスタ部３からの受光電荷を取り出す出力
部４が設けられている。上述した垂直ＣＣＤレジスタ部
２および水平ＣＣＤレジスタ部３の上には、光の入射を
遮断するメタル遮光膜（図示せず）が形成されている。
【０００３】図５（ａ）は図４のＡ−Ａ’線による断面
図を示す。この断面図においては、受光部領域と垂直Ｃ
ＣＤレジスタ部２とが交互に形成された方向（水平方
向）を示しており、垂直ＣＣＤレジスタ部２が設けられ
た垂直ＣＣＤレジスタ部領域（転送領域）５と、受光部
領域６とが存在し、垂直ＣＣＤレジスタ部領域５には第
１、第２のポリシリコン電極９、１０が形成されてい
る。図５（ｂ）は図４のＢ−Ｂ’線による断面図を示
す。この断面図においては、前記水平方向と直行する垂
直方向を示しており、受光部領域６と、隣合う受光素子
１を分離する画素分離部７とが存在し、この画素分離部
７と前記垂直ＣＣＤレジスタ部領域５とを覆ってメタル
遮光膜１１が形成されている。
【０００４】上記メタル遮光膜１１は、スミアを低減さ
せるために受光部領域６に相当近い箇所を覆うように形
成してある。このメタル遮光膜１１が形成された半導体
基板８の上には、最上層として保護膜１２が全域にわた
り形成されている。上記第１のポリシリコン電極９と第
２のポリシリコン電極１０との間、及び第２のポリシリ
コン電極１０とメタル遮光膜１１との間は、それぞれ酸
化シリコン膜等の絶縁膜によって絶縁されている。
【０００５】ところで、このように構成された従来当初
の固体撮像装置の場合には、その構造上、入射光のうち
受光部領域６に達する光の入射効率が余り良くなく、感
度が悪いものとなっていた。このため、図６に示すよう
に、従来当初の固体撮像装置の上にマイクロレンズ１４
を搭載し、このマイクロレンズ１４により受光部領域６
に達する光の入射効率を上げて感度を向上させるものが
提案されている。
【０００６】その固体撮像装置は、上述した従来当初の
ものの上に、透明樹脂膜１３を形成し、更にその上にＣ
ＣＤへ入射光を集光させるためのマイクロレンズ１４を
形成した構成となっている。上記透明樹脂膜１３はマイ
クロレンズ１４の焦点距離を調節すべく設けてある。な
お、かかる固体撮像装置をカラー固体撮像装置にする場
合には、上記各受光部１の上方部分に、上下を透明樹脂
膜１３で挟み込むようにしてカラーフィルターを配設す
ることでなされる。
【０００７】上記マイクロレンズ１４の形成方法として
は、以下の２つの方法がある。そのうちの一つは、フォ
トレジストを一様に塗布し、次にフォトエッチング工程
によりマイクロレンズ１４の端部となるべきフォトレジ
ストの一部を取り除き、その後、熱を加えることにより
フォトレジストの角部分をだれさせて、マイクロレンズ
１４を形成する方法（特公昭６０−５９７５２）であ
る。この方法には、マイクロレンズ１４の材料としてフ
ォトエッチングが可能な材料が使用される。他の一つ
は、マイクロレンズ用材料に感光性がないものを使用す
る場合、つまり使用できるマイクロレンズ用材料の選択
幅を広げる場合には、光学的に高透過率の材料層を形成
すると共にその上に熱変形樹脂層を形成し、その熱変形
樹脂層を選択的に除去して受光部の上にだけ変形樹脂層
を残し、その残った熱変形樹脂層を加熱して熱変形さ
せ、これをマスクにして上記高透過率の材料層をドライ
エッチング技術を用いて選択的に除去することによりマ
イクロレンズを形成させる方法（特開昭６０−５３０７
３）である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、これらの方
法でマイクロレンズを形成した場合は、図６の（ａ）に
示すように水平方向における断面も、図６の（ｂ）に示
すように垂直方向における断面も共に、マイクロレンズ
１４の高さｈ１、ｈ２は同じになるが幅ｗ１、ｗ２は異
なっている。その理由は、水平方向も垂直方向も同一間
隔のフォトマスクを使っているので、水平方向と垂直方
向のマイクロレンズの幅ｗ１、ｗ２は、それぞれの画素
ピッチからマイクロレンズ間の間隔１６を差し引いた長
さになる。このために、マイクロレンズ１４の曲率が水
平方向と垂直方向とで異なって焦点距離の差が生じるの
で、入射光１７の集光状態が両方向で異なり、垂直方向
の走査線数や画素ピッチが一定の場合を除いて以下のよ
うな問題が招来される。
【０００９】その問題を図７乃至図１０に基づいて説明
する。これらの図はマイクロレンズ１４を有する固体撮
像装置における集光状態のシミュレーションによる図で
あり、そのシミュレーションにはスネルの法則を用いて
いる。また、各図の（ａ）は垂直方向の場合、（ｂ）は
水平方向の場合である。図７は、垂直方向の走査線の数
が５２５本であるＮＴＳＣ方式であり、ＣＣＤが１／２
インチ光学系ＣＣＤの場合を示す。この場合は、図７の
（ａ）に示すようにマイクロレンズ１４の水平方向の長
さが約１２．５μｍ、図７の（ｂ）に示すように垂直方
向の長さが約１０．０μｍとなるため、マイクロレンズ
の水平方向と垂直方向との曲率の違いに基づく水平方向
の焦点距離と垂直方向の焦点距離との差があっても、受
光部領域６へ入射光を効率良く集光させることができ
る。なお、図７中の１８は、垂直ＣＣＤレジスタ部領域
５の上方の第１、第２のポリシリコン電極９、１０及び
メタル遮光膜１１等からなる層であり、１５は基板８か
らメタル遮光膜１１までの高さを示している。
【００１０】これに対し、図８、図９及び図１０の場合
は支障が有る。図８は、ＣＣＤが前同様に１／２インチ
光学系ＣＣＤであるが、ＮＴＳＣ方式より垂直方向の走
査線の数が６２５本と多いＰＡＬ方式の場合を示す。Ｐ
ＡＬ方式の場合は、画素ピッチが短くなり、このため受
光部領域６の面積が小さくなって感度が低下するのを防
止する上で、ＮＴＳＣ方式以上にマイクロレンズを必要
とする。この場合は、垂直方向の画素ピッチがＮＴＳＣ
方式の約１０．０μｍに比べて約８．５μｍと小さくな
る。このため、水平方向におけるマイクロレンズの曲率
は最適であるが、垂直方向におけるマイクロレンズの曲
率は図示のように小さくなり、焦点距離が短くなってい
る。これにより、光の一部が垂直ＣＣＤレジスタ部領域
５上のメタル遮光膜１１等に遮光されて受光部領域６へ
入射せず、集光効率が低下する。尚、図７及び図８にお
いて、マイクロレンズの厚みＴはｔ１としてあり、マイ
クロレンズの距離Ｌはｌ１としてある。
【００１１】図９は、画素ピッチが１／２インチ光学系
ＣＣＤよりも更に小さい１／３インチ光学系ＣＣＤであ
るＮＴＳＣ方式の場合の固体撮像装置の断面を示す。こ
の場合は、画素ピッチが短くなるため、マイクロレンズ
の距離Ｌをｌ２（＜ｌ１）に短くしている。図１０は画
素ピッチが１／３インチ光学系ＣＣＤであるＰＡＬ方式
の場合の固体撮像装置の断面を示す。この場合は、前同
様に画素ピッチが短くなるため、焦点距離が長くなるよ
うにマイクロレンズの厚みＴをｔ２（＜ｔ１）と薄くし
ている。
【００１２】しかし、このようにすると、図９（ｂ）お
よび図１０（ｂ）に示すように焦点距離が必然的に長く
なり、垂直ＣＣＤレジスタ部領域５上のメタル遮光膜１
１等に遮光されてマイクロレンズの集光効率が低下する
結果になる。つまり、水平方向と垂直方向のどちらか一
方の焦点距離を受光部に合わせようとすれば、もう一方
の焦点距離が受光部に合わなくなり、その結果としてマ
イクロレンズの集光効率が下がるということになる。
【００１３】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、走査線の本数や画素ピッ
チに拘らずにマイクロレンズの集光率を向上でき、感度
の良い固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、複数の受光素子を垂直方向に配設した受光部領域
と、該受光素子で発生した信号電荷を読み出す転送領域
とを水平方向に交互に備えた半導体基板上に、該受光素
子に対して位置合わせした状態でマイクロレンズが形成
され、該マイクロレンズ側から入射する光を該マイクロ
レンズにより該受光素子に集光させる固体撮像装置にお
いて、該マイクロレンズが該垂直方向及び該水平方向の
各々の曲率を同一にして形成されており、そのことによ
り上記目的が達成される。
【００１５】
【作用】本発明にあっては、マイクロレンズが垂直方向
及び水平方向の各々の曲率を同一にして形成されている
ので、垂直方向と水平方向のうちの一方の焦点距離を合
わせれば、他方の焦点距離が合わせられる。このため、
マイクロレンズを経た光の一部がメタル遮光膜等に遮光
されず、マイクロレンズを経た光の殆どが受光素子に集
光される。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００１７】図１（ａ）は本発明を適用した画素ピッチ
が１／２インチ光学系ＣＣＤのＰＡＬ方式である、イン
ターライン転送方式の固体撮像装置における水平方向の
断面図（図２のＡ−Ａ’線による断面図）、図１（ｂ）
はその垂直方向の断面図（図２のＢ−Ｂ’線による断面
図）であり、図２は図１の固体撮像装置の平面図であ
る。図１及び図２は図４、５と同一部分には同一番号を
付している。この固体撮像装置は、図２に示すように、
シリコン基板などからなる半導体基板８の上に、ｐｎ接
合フォトダイオードからなる受光素子１が複数配設され
た受光部領域と垂直ＣＣＤレジスタ部２とが交互に形成
され、その垂直ＣＣＤレジスタ部２と直交させて水平Ｃ
ＣＤレジスタ部３が設けられ、更に水平ＣＣＤレジスタ
部３の近傍には水平ＣＣＤレジスタ部３からの受光電荷
を取り出す出力部４が設けられている。上述した垂直Ｃ
ＣＤレジスタ部２および水平ＣＣＤレジスタ部３の上に
は、光の入射を遮断する後述のメタル遮光膜が形成され
ている。
【００１８】垂直ＣＣＤレジスタ部２が設けられた箇所
は、垂直ＣＣＤレジスタ部領域（転送領域）５となって
おり、垂直ＣＣＤレジスタ部領域５の上方には第１、第
２のポリシリコン電極９、１０が形成されている。垂直
ＣＣＤレジスタ部領域５の水平方向に隣合う部分には、
受光素子１が設けられた受光部領域６が存在する。一
方、前記水平方向と直行する垂直方向には、受光部領域
６と、隣合う受光素子１を分離する画素分離部７とが存
在し、この画素分離部７と前記垂直ＣＣＤレジスタ部領
域５とを覆ってメタル遮光膜１１が形成されている。
【００１９】上記メタル遮光膜１１は、スミアを低減さ
せるために受光部領域６に相当近い箇所を覆うように形
成してある。このメタル遮光膜１１と第２のポリシリコ
ン電極１０との間、および第１のポリシリコン電極９と
第２のポリシリコン電極１０との間は、それぞれ酸化シ
リコン膜等の絶縁膜によって絶縁されている。
【００２０】この状態の半導体基板８の上には保護膜１
２が全域にわたり形成され、更に保護膜１２の上には、
透明樹脂膜１３とマイクロレンズ１４とがこの順に形成
されている。マイクロレンズ１４は、フォトエッチング
工程によりマイクロレンズの端部となるべきフォトレジ
ストの一部を取り除くときに、後述するフォトレジスト
の熱だれ特性を考慮してフォトマスクを設計して、マイ
クロレンズ１４の水平方向と垂直方向の曲率が同じにな
るようにする。
【００２１】図３（ａ）はフォトレジストの熱だれ特性
を示すグラフであり、横軸に熱だれ温度（℃）をとり、
縦軸にマイクロレンズ幅のシフト量（μｍ）をとってい
る。この図より理解されるように、マイクロレンズの厚
みによって異なるが、熱だれ温度とマイクロレンズ幅の
シフト量との間にはリニアな関係がある。このため、熱
だれ温度を変化させると、マイクロレンズの厚みに応じ
て、図３（ｂ）に示すマイクロレンズ幅のシフト量を調
整できる。よって、水平方向と垂直方向の画素ピッチの
差を考慮して熱だれ温度を所望の温度に設定すると、垂
直方向に並んだマイクロレンズ同志は接近又は接触した
状態となるものの、マイクロレンズ１４の水平方向と垂
直方向の曲率を同じにすることが可能である。
【００２２】したがって、このように構成された固体撮
像装置においては、マイクロレンズ１４の水平方向と垂
直方向の曲率が同じであるので、水平方向と垂直方向の
焦点距離も同じになる。よって、メタル遮光膜１１が存
在しても、このメタル遮光膜１１に入射光の一部が遮光
されることがなくなり、集光されながらも受光部領域６
に入射されなかった光を受光部領域６に集光させること
ができ、集光率の向上を図れる。これにより、今後ます
ます要望される小型化・高画素化に対しても、集光率の
良いマイクロレンズを形成することによって高感度化が
実現できる。
【００２３】上記実施例では画素ピッチが１／２インチ
光学系ＣＣＤであるＰＡＬ方式の固体撮像装置に本発明
を適用しているが、本発明はこれに限らず、マイクロレ
ンズ材料の熱だれ特性を把握することにより、画素ピッ
チが１／３インチ光学系ＣＣＤであるＮＴＳＣ方式や、
画素ピッチが１／３インチ光学系ＣＣＤであるＰＡＬ方
式の固体撮像装置にも同様にして適用でき、これらに適
用しても集光率の向上を図れる。
【００２４】また、上記実施例ではインターライン転送
方式の固体撮像装置の場合を例に挙げているが、本発明
はこれに限らず、ＨＤＴＶ等や、画素ピッチが水平方向
と垂直方向とでさまざまに異なる固体撮像装置にも適用
できることはもちろんのこと、その他に、カラーフィル
ターを設けたカラー固体撮像装置、フレームトランスフ
ァ方式のＣＣＤイメージセンサ、又はＭＯＳイメージセ
ンサ等のあらゆる方式の固体撮像装置に適用し得る。要
は、一導電型の半導体基板上に受光部とそれにより光電
変換された信号を順次読み出す転送部と出力部を備えた
固体撮像装置の全てに適用可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の固体撮像装置によれば、マイクロレンズが垂直方向及
び水平方向の各々の曲率を同一にして形成されているの
で、垂直方向と水平方向のうちの一方の焦点距離を合わ
せれば、他方の焦点距離を合わせることができるため、
マイクロレンズを経た光の殆どを遮光膜で遮光されるこ
となく受光素子に集光されることが可能となり、集光率
の向上が図れる。また、小型化・高画素化に伴う種々の
画素ピッチに対しても適用できるので、高感度化が達成
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明を適用した画素ピッチが１／２
インチ光学系ＣＣＤのＰＡＬ方式であるインターライン
転送方式の固体撮像装置における水平方向の断面図（図
２のＡ−Ａ’線による断面図）、（ｂ）はその垂直方向
の断面図（図２のＢ−Ｂ’線による断面図）。
【図２】図１の固体撮像装置の平面図。
【図３】マイクロレンズ材料の熱だれ特性図。
【図４】従来当初の固体撮像装置の平面図。
【図５】図４の固体撮像装置の断面図。
【図６】従来のマイクロレンズを備えた固体撮像装置を
示す断面図。
【図７】画素ピッチが１／２インチのＮＴＳＣ方式であ
るインターライン転送方式の固体撮像装置での集光状態
を示す図。
【図８】画素ピッチが１／２インチのＰＡＬ方式である
インターライン転送方式の固体撮像装置での集光状態を
示す図。
【図９】画素ピッチが１／３インチのＮＴＳＣ方式であ
るインターライン転送方式の固体撮像装置での集光状態
を示す図。
【図１０】画素ピッチが１／３インチのＰＡＬ方式であ
るインターライン転送方式の固体撮像装置での集光状態
を示す図。
【符号の説明】
１ 受光素子 ２ 垂直ＣＣＤレジスタ部 ３ 水平ＣＣＤレジスタ部 ４ 出力部 ５ 垂直ＣＣＤレジスタ部領域 ６ 受光部領域 ７ 画素分離部 ８ 半導体基板 ９ 第１のポリシリコン電極 １０ 第２のポリシリコン電極 １１ メタル遮光膜 １２ 保護膜 １３ 透明樹脂膜 １４ マイクロレンズ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の受光素子を垂直方向に配設した受
    光部領域と、該受光素子で発生した信号電荷を読み出す
    転送領域とを水平方向に交互に備えた半導体基板上に、
    該受光素子に対して位置合わせした状態でマイクロレン
    ズが形成され、該マイクロレンズ側から入射する光を該
    マイクロレンズにより該受光素子に集光させる固体撮像
    装置において、 該マイクロレンズが該垂直方向及び該水平方向の各々の
    曲率を同一にして形成された固体撮像装置。
JP4135379A 1992-05-27 1992-05-27 固体撮像装置 Pending JPH05335531A (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4135379A JPH05335531A (ja) 1992-05-27 1992-05-27 固体撮像装置
US08/067,461 US5422285A (en) 1992-05-27 1993-05-26 Method of producing solid-state imaging device
DE69313024T DE69313024T2 (de) 1992-05-27 1993-05-27 Festkörperbildaufnahmeanordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung
KR93009319A KR970006732B1 (en) 1992-05-27 1993-05-27 Method of producing solid-state imaging device
EP93304134A EP0573219B1 (en) 1992-05-27 1993-05-27 A solid-state imaging device and a method of producing the same
US08/404,140 US5583354A (en) 1992-05-27 1995-03-13 Solid-state imaging device having microlenses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4135379A JPH05335531A (ja) 1992-05-27 1992-05-27 固体撮像装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05335531A true JPH05335531A (ja) 1993-12-17

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