JPH0548057A - Solid-state image sensor - Google Patents
Solid-state image sensorInfo
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- JPH0548057A JPH0548057A JP3200487A JP20048791A JPH0548057A JP H0548057 A JPH0548057 A JP H0548057A JP 3200487 A JP3200487 A JP 3200487A JP 20048791 A JP20048791 A JP 20048791A JP H0548057 A JPH0548057 A JP H0548057A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特に、受光部上にマイクロ集光レンズを形成した固体撮
像装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device,
In particular, the present invention relates to a solid-state imaging device in which a micro condenser lens is formed on a light receiving section.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体撮像装置、例えばCCD固体撮像装
置は、そのCCDにおける信号電荷及び雑音と像面照度
との関係をみた場合、低照度側において、信号電荷のゆ
らぎによる雑音(ショット雑音)と暗時雑音の影響が大
きくなるということが知られている。2. Description of the Related Art In a solid-state image pickup device, for example, a CCD solid-state image pickup device, when looking at the relationship between signal charge and noise in the CCD and image plane illuminance, noise (shot noise) due to fluctuations in the signal charge appears on the low illuminance side. It is known that the effect of dark noise increases.
【0003】上記ショット雑音を減らすには、受光部の
開口率を大きくすれば良いが、最近の微細化傾向に伴
い、上記開口率の増大化には限界がある。そこで、現
在、受光部上にマイクロ集光レンズを形成した構造が提
案されている。このマイクロ集光レンズを形成した構造
の場合、光の利用率が上がり、受光部における感度の向
上を図ることができ、上記ショット雑音の低減化に有効
となる(尚、マイクロ集光レンズの形成方法について
は、例えば特開昭60−53073号公報及び特開平1
−10666号公報参照)。In order to reduce the shot noise, the aperture ratio of the light receiving portion may be increased, but there is a limit to the increase of the aperture ratio due to the recent trend of miniaturization. Therefore, a structure in which a micro condenser lens is formed on the light receiving portion is currently proposed. In the case of the structure in which the micro condensing lens is formed, the utilization factor of light is increased, the sensitivity in the light receiving portion can be improved, and it is effective in reducing the shot noise (note that the formation of the micro condensing lens is performed. Regarding the method, for example, JP-A-60-53073 and JP-A-1
-10666 publication).
【0004】従来のCCD固体撮像装置は、図2に示す
ように、シリコン基板11の表面に、イメージエリアを
構成する多数の受光部12が形成され、これら受光部1
2を含む全面に平坦化膜13が形成され、更に、該平坦
化膜13上に、例えば赤、緑及び青のカラーフィルタ1
4R、14Gおよび14Bが夫々対応する受光部12上
に形成され、そして、このカラーフィルタ14R、14
Gおよび14B上において、各受光部12に対応した位
置にマイクロ集光レンズ15が形成されて構成されてい
る。尚、図において、16は転送電極及び遮光膜の形成
による段差を模式的に示すものである。As shown in FIG. 2, the conventional CCD solid-state image pickup device has a large number of light receiving portions 12 forming an image area formed on the surface of a silicon substrate 11.
2, a flattening film 13 is formed on the entire surface, and the red, green, and blue color filters 1 are further formed on the flattening film 13.
4R, 14G and 14B are respectively formed on the corresponding light receiving parts 12, and the color filters 14R, 14B
On G and 14B, the micro condenser lens 15 is formed at a position corresponding to each light receiving portion 12. In the figure, reference numeral 16 schematically shows a step due to the formation of the transfer electrode and the light shielding film.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体撮像装置においては、受光部12上に1層のマイク
ロ集光レンズ15を形成して構成しているため、そのマ
イクロ集光レンズ15の形成上、どうしてもマイクロ集
光レンズ15間にギャップgができてしまうという問題
があった。即ち、マイクロ集光レンズ15間にギャップ
gが形成されると、このギャップgの部分に入射した光
Lgは、集光されずにそのままカラーフィルタ(図示の
例では14R)を通って、遮光膜が存する段差16に入
射することになり、受光部12へは到達しない。However, in the conventional solid-state image pickup device, since the micro-condensing lens 15 of one layer is formed on the light receiving portion 12, the micro-condensing lens 15 is formed. In addition, there is a problem that a gap g is inevitably formed between the micro condenser lenses 15. That is, when the gap g is formed between the micro condenser lenses 15, the light Lg incident on the portion of the gap g is not condensed but directly passes through the color filter (14R in the illustrated example) and the light shielding film. The incident light is incident on the existing step 16 and does not reach the light receiving portion 12.
【0006】このように、従来の固体撮像装置において
は、ギャップg以外のレンズ面に入射する光Lのみしか
受光部12に入射させることができず、イメージエリア
全体に入射する光を有効利用することができない。従っ
て、マイクロ集光レンズ15を形成したことによる感度
の向上には、限界があるという不都合があった。As described above, in the conventional solid-state image pickup device, only the light L incident on the lens surface other than the gap g can be incident on the light receiving portion 12, and the light incident on the entire image area is effectively used. I can't. Therefore, there is a problem that the improvement of the sensitivity due to the formation of the micro condenser lens 15 is limited.
【0007】ここで、集光レンズの繰り返しピッチPを
8μm、マイクロ集光レンズ15間のギャップ幅dを
1.5μmとすると、集光最大幅は8−1.5=6.5
μm、最大感度の向上率は6.5/3=2.2倍であ
る。尚、図において、マイクロ集光レンズ15は、スト
ライプ形状で、断面方向からの集光しか考えないものと
する。Here, assuming that the repeating pitch P of the condenser lenses is 8 μm and the gap width d between the micro condenser lenses 15 is 1.5 μm, the maximum condenser width is 8-1.5 = 6.5.
The improvement rate of μm and maximum sensitivity is 6.5 / 3 = 2.2 times. In the figure, the micro condenser lens 15 has a stripe shape, and only condenses light from the cross-sectional direction.
【0008】本発明は、このような課題に鑑み成された
もので、その目的とするところは、マイクロ集光レンズ
間のギャップをなくすことができ、イメージエリア全体
に入射する光を有効利用することができる固体撮像装置
を提供することにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to eliminate the gap between the micro condenser lenses and effectively utilize the light incident on the entire image area. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of performing the above.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、受光部2上に
集光レンズが形成された固体撮像装置において、集光レ
ンズを、夫々屈折率の異なる第1及び第2の集光レンズ
5及び7にて構成し、第2の集光レンズ7で第1の集光
レンズ5のギャップgを埋めるように形成して構成す
る。According to the present invention, in a solid-state image pickup device in which a condenser lens is formed on a light receiving portion 2, the condenser lens includes a first condenser lens 5 and a second condenser lens 5 having different refractive indexes. And 7, and the second condensing lens 7 is formed so as to fill the gap g of the first condensing lens 5.
【0010】この場合、上記第1及び第2の集光レンズ
5及び7の各屈折率を夫々n1 及びn2 としたとき、n
1 >n2 >1の関係にする。In this case, when the respective refractive indices of the first and second condenser lenses 5 and 7 are n 1 and n 2 , respectively, n
The relationship is 1 > n 2 > 1.
【0011】[0011]
【作用】上述の本発明の構成によれば、受光部2上に形
成される集光レンズを、夫々屈折率の異なる第1及び第
2の集光レンズ5及び7にて構成し、第2の集光レンズ
7で第1の集光レンズ5のギャップgを埋めるように形
成するようにしたので、下層に形成される第1の集光レ
ンズ5間のギャップgを上層に形成される第2の集光レ
ンズ7で埋めるかたちとなり、集光レンズ間のギャップ
レス化を実現させることができる。その結果、イメージ
エリア全体に入射する光を有効利用することができ、感
度の向上を効率よく図ることができる。According to the above-described structure of the present invention, the condenser lens formed on the light receiving portion 2 is constituted by the first and second condenser lenses 5 and 7 having different refractive indexes, respectively. Since the first condensing lens 5 is formed so as to fill the gap g of the first condensing lens 5, the gap g between the first condensing lenses 5 formed in the lower layer is formed in the upper layer. The second condensing lens 7 fills the gap, and a gapless structure can be realized between the condensing lenses. As a result, the light incident on the entire image area can be effectively used, and the sensitivity can be improved efficiently.
【0012】特に、第1及び第2の集光レンズ5及び7
の各屈折率を夫々n1 及びn2 としたとき、n1 >n2
>1の関係にすることにより、第1の集光レンズ5間の
ギャップg部分に入射する光Lgを受光部2側へ有効に
集光させることができ、更に感度の向上を図ることがで
きる。In particular, the first and second condenser lenses 5 and 7
Let n 1 and n 2 be the respective refractive indices of n 1 > n 2
With the relation of> 1, the light Lg incident on the gap g portion between the first condenser lenses 5 can be effectively condensed to the light receiving portion 2 side, and the sensitivity can be further improved. ..
【0013】[0013]
【実施例】以下、図1を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図1は、本実施例に係る固体撮像装置の要部
を示す構成図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram showing a main part of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
【0014】この固体撮像装置は、図示するように、シ
リコン基板1の表面に、イメージエリアを構成する多数
の受光部2が形成され、これら受光部2を含む全面に平
坦化膜3が形成され、更に、該平坦化膜3上に、例えば
赤、緑及び青のカラーフィルタ4R、4G及び4Bが夫
々対応する受光部2上に形成され、そして、このカラー
フィルタ4R、4G及び4B上において、各受光部2に
対応した位置に第1のマイクロ集光レンズ5が形成され
て構成されている。ここまでの構成は、図2に示す従来
例の構成と同じである。尚、図において、6は転送電極
及び遮光膜の形成による段差を模式的に示すものであ
る。As shown in the figure, in this solid-state image pickup device, a large number of light receiving portions 2 forming an image area are formed on the surface of a silicon substrate 1, and a flattening film 3 is formed on the entire surface including these light receiving portions 2. Further, red, green, and blue color filters 4R, 4G, and 4B are formed on the flattening film 3, respectively, on the corresponding light receiving portions 2, and on the color filters 4R, 4G, and 4B, A first micro condenser lens 5 is formed at a position corresponding to each light receiving portion 2. The configuration so far is the same as the configuration of the conventional example shown in FIG. In the figure, 6 schematically shows a step due to the formation of the transfer electrode and the light shielding film.
【0015】しかして、本例においては、第1のマイク
ロ集光レンズ5上に、第2のマイクロ集光レンズ7を形
成して構成する。この第2のマイクロ集光レンズ7は、
第1のマイクロ集光レンズ5の屈折率n1 よりも低い屈
折率n2 を有する材料を約5000Åほどコーティング
またはECRプラズマCVD法により低温にて形成す
る。このとき、第1のマイクロ集光レンズ5間に形成さ
れたギャップgを埋めるように第2のマイクロ集光レン
ズ7が形成される。Therefore, in this example, the second micro condenser lens 7 is formed on the first micro condenser lens 5. This second micro condenser lens 7 is
A material having a refractive index n 2 lower than the refractive index n 1 of the first micro condenser lens 5 is coated or formed at a low temperature by the ECR plasma CVD method by about 5000 Å. At this time, the second micro condenser lens 7 is formed so as to fill the gap g formed between the first micro condenser lenses 5.
【0016】また、第1のマイクロ集光レンズ5の材料
としては、例えばポリイミド等、屈折率n1 が1.7〜
1.8のものを使用することができる。また、第2のマ
イクロ集光レンズ7の材料は、その形成方法によって異
なり、コーティングによって形成する場合の材料として
は、例えばi線レジスト又はg線レジスト及びフッ素系
樹脂など、屈折率n2 が1.4〜1.6のものを用いる
ことができる。一方、ECRプラズマCVD法により低
温にて形成する場合の材料としては、例えばプラズマS
iO2 膜など、屈折率n2 が1.4〜1.5のものを用
いることができる。The material of the first micro-condensing lens 5 is, for example, polyimide or the like and has a refractive index n 1 of 1.7 to.
1.8 can be used. The material of the second micro-focusing lens 7 differs depending on the method of forming the second micro-focusing lens 7. The material for forming the second micro-focusing lens 7 is, for example, an i-line resist or a g-line resist and a fluororesin having a refractive index n 2 of 1. The thing of 4-1.6 can be used. On the other hand, as a material for forming at low temperature by the ECR plasma CVD method, for example, plasma S
An iO 2 film or the like having a refractive index n 2 of 1.4 to 1.5 can be used.
【0017】次に、第1のマイクロ集光レンズ5間にお
けるギャップg部分に入射する光Lgの光路を説明す
る。Next, the optical path of the light Lg incident on the gap g portion between the first micro condenser lenses 5 will be described.
【0018】ギャップg部分に入射する光Lgは、ま
ず、空気中の屈折率よりも大きい屈折率n2 (>1)を
有する第2のマイクロ集光レンズ7の表面にて、フレネ
ルの法則に従って屈折する。即ち、法線Mに対して角度
θ1にて入射した上記光Lgは、第2のマイクロ集光レ
ンズ7の表面にて、法線Mに対して角度θ2 (<θ1 )
方向に屈折される。The light Lg incident on the gap g portion is first subjected to Fresnel's law on the surface of the second micro-focusing lens 7 having a refractive index n 2 (> 1) larger than the refractive index in air. Refract. That is, the light Lg incident at an angle θ 1 with respect to the normal M is an angle θ 2 (<θ 1 ) with respect to the normal M on the surface of the second micro condenser lens 7.
Is refracted in the direction.
【0019】次に、この第2のマイクロ集光レンズ7に
入射した光Lgは、第2のマイクロ集光レンズ7の屈折
率n2 よりも大きい屈折率n1 (>n2 )を有する第1
のマイクロ集光レンズ5の表面にて、フレネルの法則に
従って屈折する。即ち、法線Nに対して角度θ3 にて入
射した上記光Lgは、第1のマイクロ集光レンズ5の表
面にて、法線Nに対して角度θ4 (>θ3 )方向に屈折
される。Next, the light Lg incident on the second micro condenser lens 7 has a refractive index n 1 (> n 2 ) larger than the refractive index n 2 of the second micro condenser lens 7. 1
The light is refracted on the surface of the micro condenser lens 5 according to Fresnel's law. That is, the light Lg incident at an angle θ 3 with respect to the normal line N is refracted on the surface of the first micro condensing lens 5 in the direction of an angle θ 4 (> θ 3 ) with respect to the normal line N. To be done.
【0020】そして、この第1のマイクロ集光レンズ5
に入射した光Lgは、次に、下層のカラーフィルタ(図
示の例では4R)及び平坦化膜3の各表面にて、幾分屈
折されて、最終的にシリコン基板1表面に形成された受
光部2に入射する。このように、第1のマイクロ集光レ
ンズ5間におけるギャップg部分に入射する光Lgも受
光部2上に集光させることができる。尚、ギャップg以
外の部分に入射する光Lは、確実に受光部2に入射され
る。The first micro condenser lens 5
The light Lg incident on is then refracted to some extent on each surface of the lower color filter (4R in the illustrated example) and the flattening film 3, and finally received on the surface of the silicon substrate 1. It is incident on the part 2. In this way, the light Lg incident on the gap g portion between the first micro condenser lenses 5 can also be condensed on the light receiving unit 2. The light L incident on the portion other than the gap g surely enters the light receiving unit 2.
【0021】上述のように、本例によれば、受光部2上
に形成されるマイクロ集光レンズを、夫々屈折率の異な
る第1及び第2のマイクロ集光レンズ5及び7にて構成
し、第2のマイクロ集光レンズ7で第1のマイクロ集光
レンズ5のギャップgを埋めるように形成するようにし
たので、下層に形成される第1のマイクロ集光レンズ5
間のギャップgを上層に形成される第2のマイクロ集光
レンズ7で埋めるかたちとなり、マイクロ集光レンズ間
のギャップレス化を実現させることができる。その結
果、イメージエリア全体に入射する光を有効利用するこ
とができ、感度の向上を効率よく図ることができる。As described above, according to this example, the micro condenser lenses formed on the light receiving section 2 are composed of the first and second micro condenser lenses 5 and 7 having different refractive indexes. Since the second micro condenser lens 7 is formed so as to fill the gap g of the first micro condenser lens 5, the first micro condenser lens 5 formed in the lower layer.
The gap g between them is filled with the second micro condensing lens 7 formed in the upper layer, and it is possible to realize a gapless structure between the micro condensing lenses. As a result, the light incident on the entire image area can be effectively used, and the sensitivity can be improved efficiently.
【0022】特に、第1及び第2のマイクロ集光レンズ
5及び7の各屈折率を夫々n1 及びn2 としたとき、n
1 >n2 >1の関係にすることにより、第1のマイクロ
集光レンズ5間のギャップg部分に入射する光Lgを受
光部2側へ有効に集光させることができ、更に感度の向
上を図ることができる。In particular, when the respective refractive indices of the first and second micro condenser lenses 5 and 7 are n 1 and n 2 , respectively,
By setting the relation of 1 > n 2 > 1, it is possible to effectively condense the light Lg incident on the gap g portion between the first micro condensing lenses 5 to the light receiving portion 2 side, and further improve the sensitivity. Can be planned.
【0023】ここで、第1のマイクロ集光レンズ5の繰
り返しピッチPを8μm、第1のマイクロ集光レンズ5
間のギャップ幅dを1.5μmとすると、本例の場合、
上層の第2のマイクロ集光レンズ7によって、第1のマ
イクロ集光レンズ5間のギャップgがなくなる形となる
ため、集光最大幅は8−0=8μm、最大感度の向上率
は8/3=2.7倍となり、従来の2.2倍と比して大
幅なる感度の向上を図ることができる。尚、図におい
て、第1及び第2のマイクロ集光レンズ5及び7は、ス
トライプ形状で、断面方向からの集光しか考えないもの
とする。Here, the repeating pitch P of the first micro condensing lens 5 is 8 μm, and the first micro condensing lens 5 is
If the gap width d between them is 1.5 μm, in the case of this example,
The upper second micro-condensing lens 7 eliminates the gap g between the first micro-condensing lenses 5, so that the maximum converging width is 8-0 = 8 μm, and the maximum sensitivity improvement rate is 8 /. 3 = 2.7 times, which is a significant improvement in sensitivity as compared with the conventional 2.2 times. In the figure, it is assumed that the first and second micro condenser lenses 5 and 7 have a stripe shape and only condensing light from the cross-sectional direction.
【0024】[0024]
【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置によれば、マ
イクロ集光レンズ間のギャップをなくして、イメージエ
リア全体に入射する光を有効利用することができ、感度
の大幅なる向上を図ることができる。According to the solid-state image pickup device of the present invention, the gap between the micro condenser lenses can be eliminated and the light incident on the entire image area can be effectively used, and the sensitivity can be greatly improved. You can
【図1】本実施例に係る固体撮像装置の要部(イメージ
エリア)を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a main part (image area) of a solid-state imaging device according to an embodiment.
【図2】従来例に係る固体撮像装置の要部(イメージエ
リア)を示す構成図。FIG. 2 is a configuration diagram showing a main part (image area) of a solid-state imaging device according to a conventional example.
1 シリコン基板 2 受光部 3 平坦化膜 4R,4G,4B カラーフィルタ 5 第1のマイクロ集光レンズ 6 段差 7 第2のマイクロ集光レンズ 1 Silicon substrate 2 Light receiving part 3 Flattening film 4R, 4G, 4B Color filter 5 First micro focusing lens 6 Step 7 Second micro focusing lens
Claims (2)
撮像装置において、 上記集光レンズが、夫々屈折率の異なる第1及び第2の
集光レンズにて構成され、上記第2の集光レンズが、上
記第1の集光レンズのギャップを埋めるように形成され
ていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。1. A solid-state imaging device having a condenser lens formed on a light-receiving portion, wherein the condenser lens is composed of first and second condenser lenses having different refractive indexes, respectively. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the condenser lens is formed so as to fill a gap of the first condenser lens.
率を夫々n1 及びn2 としたとき、n1 >n2 >1の関
係を有することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装
置。 2. The relationship of n 1 > n 2 > 1 when the respective refractive indices of the first and second condenser lenses are n 1 and n 2 , respectively. Solid-state imaging device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20048791A JP3166220B2 (en) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | Solid-state imaging device |
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JPH0548057A true JPH0548057A (en) | 1993-02-26 |
JP3166220B2 JP3166220B2 (en) | 2001-05-14 |
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