JPH07193207A - 固体撮像素子用一体型集光素子およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像素子用一体型集光素子およびその製造方法Info
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- JPH07193207A JPH07193207A JP5348420A JP34842093A JPH07193207A JP H07193207 A JPH07193207 A JP H07193207A JP 5348420 A JP5348420 A JP 5348420A JP 34842093 A JP34842093 A JP 34842093A JP H07193207 A JPH07193207 A JP H07193207A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 輪帯状の光電変換部を有する固体撮像素子の
不感領域の入射光成分を効率よく集光させ、固体撮像素
子の画素の微細化による素子の小型化と高感度化を図
る。 【構成】 各画素毎に屈折率に分布を有する平板マイク
ロレンズ８を形成する。９は輪帯状の光電変換部であ
る。これは、屈折率分布の中心において屈折率の値が低
く、屈折率が同心球面状に連続的に変化し、かつ屈折率
の変化方向において屈折率の極大値を有し、この極大値
ラインより外側は再び屈折率の値が減少している屈折率
分布型の集光マイクロレンズである。同心円の縞間隔の
密な部分が高屈折率部分であり、縞間隔の粗の部分が低
屈折率部分である。１０は屈折率減少領域を、１１は屈
折率増加領域を示す。
不感領域の入射光成分を効率よく集光させ、固体撮像素
子の画素の微細化による素子の小型化と高感度化を図
る。 【構成】 各画素毎に屈折率に分布を有する平板マイク
ロレンズ８を形成する。９は輪帯状の光電変換部であ
る。これは、屈折率分布の中心において屈折率の値が低
く、屈折率が同心球面状に連続的に変化し、かつ屈折率
の変化方向において屈折率の極大値を有し、この極大値
ラインより外側は再び屈折率の値が減少している屈折率
分布型の集光マイクロレンズである。同心円の縞間隔の
密な部分が高屈折率部分であり、縞間隔の粗の部分が低
屈折率部分である。１０は屈折率減少領域を、１１は屈
折率増加領域を示す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、輪帯状の光電変換部を
有する画素で構成される固体撮像素子の感度向上のため
の光学素子に係り、特に固体撮像素子の不感領域への入
射光を光電変換部へ集光させることにより感度を向上さ
せるために、固体撮像素子上に形成される固体撮像素子
用一体型集光素子およびその製造方法に関する。
有する画素で構成される固体撮像素子の感度向上のため
の光学素子に係り、特に固体撮像素子の不感領域への入
射光を光電変換部へ集光させることにより感度を向上さ
せるために、固体撮像素子上に形成される固体撮像素子
用一体型集光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ
Ｄｅｖｉｃｅ）のような固体撮像素子上の各画素は、
主に、矩形の光電変換部と、信号の読み出し回路部との
二つの領域からなっている。このうち、信号の読み出し
回路上は入射光成分に対する不感領域である。この不感
領域上に入射する光成分を光電変換部に集光し、撮像素
子の高感度化を達成するとともに、他の素子特性を劣化
させない有効な手段の一つとして、固体撮像素子上に透
明なレンズアレイを配置して、不感領域である信号読み
出し回路上に到達する入射光成分を光電変換部に集光さ
せるようにした、一体型の凸または凹のマイクロレンズ
アレイが提案されている（特開昭５３−７４３９５号公
報）。
Ｄｅｖｉｃｅ）のような固体撮像素子上の各画素は、
主に、矩形の光電変換部と、信号の読み出し回路部との
二つの領域からなっている。このうち、信号の読み出し
回路上は入射光成分に対する不感領域である。この不感
領域上に入射する光成分を光電変換部に集光し、撮像素
子の高感度化を達成するとともに、他の素子特性を劣化
させない有効な手段の一つとして、固体撮像素子上に透
明なレンズアレイを配置して、不感領域である信号読み
出し回路上に到達する入射光成分を光電変換部に集光さ
せるようにした、一体型の凸または凹のマイクロレンズ
アレイが提案されている（特開昭５３−７４３９５号公
報）。
【０００３】また、平板マイクロレンズにおいて、修飾
酸化物を含むガラス基板の一部にマスクを形成し、マス
クを施さない露出部を溶融塩と接触させ露出部を通して
溶融塩に含まれる金属イオンとガラス基板に含まれる修
飾酸化物をイオン交換し、ガラス基板中に屈折率分布を
有する平板マイクロレンズの製造方法が、特開昭６１−
２５１５４０号公報に開示されている。
酸化物を含むガラス基板の一部にマスクを形成し、マス
クを施さない露出部を溶融塩と接触させ露出部を通して
溶融塩に含まれる金属イオンとガラス基板に含まれる修
飾酸化物をイオン交換し、ガラス基板中に屈折率分布を
有する平板マイクロレンズの製造方法が、特開昭６１−
２５１５４０号公報に開示されている。
【０００４】一方、ＣＭＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）のような輪帯状の光電変換
部を有する固体撮像素子においては、不感領域である輪
帯状光電変換部の内径内部および隣接する画素で囲まれ
た部分の真上に円錐状のプリズムを設け、各不感領域に
入射する光束を、断面において一定の幅で一定の角度に
放射される円錐波に波面変換し、輪帯状光電変換部に効
率よく集光する方法が特開平３−１５０１０４号公報に
開示されている。
ａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）のような輪帯状の光電変換
部を有する固体撮像素子においては、不感領域である輪
帯状光電変換部の内径内部および隣接する画素で囲まれ
た部分の真上に円錐状のプリズムを設け、各不感領域に
入射する光束を、断面において一定の幅で一定の角度に
放射される円錐波に波面変換し、輪帯状光電変換部に効
率よく集光する方法が特開平３−１５０１０４号公報に
開示されている。
【０００５】また、マイクロレンズアレイにおいて、基
板の平坦な表面に垂直な線に沿って進むにつれて、屈折
率がピーク値に向かって次第に高くなる領域と、ピーク
値から次第に低くなる領域からなり、液晶のパネルの上
に入射する平行光線を屈曲させ、光束を絞った平行光線
として開口部に射出し、開口率を向上させるマイクロレ
ンズが特開昭５−２４１００２号公報に開示されてい
る。そして、この製造方法としてイオン交換による分布
の形成を２回行う方法が記載されている。
板の平坦な表面に垂直な線に沿って進むにつれて、屈折
率がピーク値に向かって次第に高くなる領域と、ピーク
値から次第に低くなる領域からなり、液晶のパネルの上
に入射する平行光線を屈曲させ、光束を絞った平行光線
として開口部に射出し、開口率を向上させるマイクロレ
ンズが特開昭５−２４１００２号公報に開示されてい
る。そして、この製造方法としてイオン交換による分布
の形成を２回行う方法が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】現在、固体撮像素子開
発上の大きな焦点となっているのは、画素の微細化によ
る素子の小型化および素子の高感度化である。しかし、
このような画素の微細化は、撮像素子の受光面積の減少
を伴う結果となり、必然的に光感度の低下という問題が
生じることになる。このような問題点を解決するために
は、特開昭５３−７４３９５号公報記載のように、各画
素上にマイクロレンズを形成し、光電変換部に光束を集
光すればよい。この際に、各画素の光電変換部の形状が
矩形である一般的な電荷結合素子（ＣＣＤ）の場合に
は、比較的単純な凸型または凹型のマイクロレンズアレ
イを用いることで十分である。しかしながら、光電変換
部の形状が輪帯状である固体撮像素子（例えばＣＭＤ）
の場合、例えば単純な凸形状のレンズを画素の真上に設
置した場合には、画素の内径内部に集光された光は、内
径内部が不感領域であるために感度向上に対して何ら影
響を与えることがない。同様に、単純な凹形状のレンズ
を各画素の間に設けることにより集光を行う場合にも、
不感領域である内径内部の真上から入射する光を利用す
ることができない。つまり、輪帯状の光電変換部を有す
る固体撮像素子に対しては、単純な凸形状または凹形状
を有するマイクロレンズを画素上に形成しても素子の高
感度化を実現することはできなかった。
発上の大きな焦点となっているのは、画素の微細化によ
る素子の小型化および素子の高感度化である。しかし、
このような画素の微細化は、撮像素子の受光面積の減少
を伴う結果となり、必然的に光感度の低下という問題が
生じることになる。このような問題点を解決するために
は、特開昭５３−７４３９５号公報記載のように、各画
素上にマイクロレンズを形成し、光電変換部に光束を集
光すればよい。この際に、各画素の光電変換部の形状が
矩形である一般的な電荷結合素子（ＣＣＤ）の場合に
は、比較的単純な凸型または凹型のマイクロレンズアレ
イを用いることで十分である。しかしながら、光電変換
部の形状が輪帯状である固体撮像素子（例えばＣＭＤ）
の場合、例えば単純な凸形状のレンズを画素の真上に設
置した場合には、画素の内径内部に集光された光は、内
径内部が不感領域であるために感度向上に対して何ら影
響を与えることがない。同様に、単純な凹形状のレンズ
を各画素の間に設けることにより集光を行う場合にも、
不感領域である内径内部の真上から入射する光を利用す
ることができない。つまり、輪帯状の光電変換部を有す
る固体撮像素子に対しては、単純な凸形状または凹形状
を有するマイクロレンズを画素上に形成しても素子の高
感度化を実現することはできなかった。
【０００７】この欠点を解消するためには、特開平５−
１５０１０４号公報記載のように、不感領域である輪帯
状の光電変換部の内径内部および各画素間に円錐状のプ
リズムを形成する方法が考えられるが、各画素の構造が
微細であり、そこに形成された光電変換部の内径内部お
よび各画素間の不感領域は非常に狭い範囲であるため、
この部分に円錐状のプリズムを形成することは、精度
上、非常に困難であった。
１５０１０４号公報記載のように、不感領域である輪帯
状の光電変換部の内径内部および各画素間に円錐状のプ
リズムを形成する方法が考えられるが、各画素の構造が
微細であり、そこに形成された光電変換部の内径内部お
よび各画素間の不感領域は非常に狭い範囲であるため、
この部分に円錐状のプリズムを形成することは、精度
上、非常に困難であった。
【０００８】また、従来技術で示した平板マイクロレン
ズのように、屈折率に分布を設けて集光を行う場合も同
様に、ＣＣＤのような光電変換部が矩形である一般的な
固体撮像素子に対しては不感領域に対する光束を集光で
きるが、光電変換部が輪帯状であるＣＭＤのような固体
撮像素子に対しては、その効果を発揮できない。
ズのように、屈折率に分布を設けて集光を行う場合も同
様に、ＣＣＤのような光電変換部が矩形である一般的な
固体撮像素子に対しては不感領域に対する光束を集光で
きるが、光電変換部が輪帯状であるＣＭＤのような固体
撮像素子に対しては、その効果を発揮できない。
【０００９】さらに、特開平５−２４１００２号公報に
記載された方法は、各マイクロレンズ上に入射する平行
光を平行光として射出する構成となっており、リング状
の光電変換部に光線を集光させることは不可能である。
また、特開平５−２４１００２号公報に記載されたこの
マイクロレンズの製造方法は、イオン交換法を用いてい
る。イオン交換法はガラス中のイオンを交換させるた
め、拡散に非常に長時間を要し、実質的には１価のイオ
ンの交換しかできない。屈折率分布型光学素子におい
て、集光作用と同時に、色収差の補正を行うためには、
２価以上の金属イオンを分布させる必要がある。現在用
いられているマイクロレンズ等の集光素子には色収差を
も補正した屈折率分布が望まれるが、イオン交換法を用
いる限りは色収差補正に効果の高い集光素子の実現は不
可能であった。さらに、イオン交換法は、溶融塩中への
浸漬を行うための溶融炉等の装置が必要となり、製造コ
ストが高くなるという欠点を有していた。
記載された方法は、各マイクロレンズ上に入射する平行
光を平行光として射出する構成となっており、リング状
の光電変換部に光線を集光させることは不可能である。
また、特開平５−２４１００２号公報に記載されたこの
マイクロレンズの製造方法は、イオン交換法を用いてい
る。イオン交換法はガラス中のイオンを交換させるた
め、拡散に非常に長時間を要し、実質的には１価のイオ
ンの交換しかできない。屈折率分布型光学素子におい
て、集光作用と同時に、色収差の補正を行うためには、
２価以上の金属イオンを分布させる必要がある。現在用
いられているマイクロレンズ等の集光素子には色収差を
も補正した屈折率分布が望まれるが、イオン交換法を用
いる限りは色収差補正に効果の高い集光素子の実現は不
可能であった。さらに、イオン交換法は、溶融塩中への
浸漬を行うための溶融炉等の装置が必要となり、製造コ
ストが高くなるという欠点を有していた。
【００１０】以上述べたように、従来の方法のみでは輪
帯状の光電変換部を有する固体撮像素子の不感領域の入
射光成分を、効率よく集光させ、素子の高感度化を実現
することは困難であった。
帯状の光電変換部を有する固体撮像素子の不感領域の入
射光成分を、効率よく集光させ、素子の高感度化を実現
することは困難であった。
【００１１】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、輪帯状の光電変換部を有する固体撮像素
子の不感領域の入射光成分を効率よく集光させ、固体撮
像素子の画素の微細化による素子の小型化と高感度化を
図ることができる固体撮像素子用一体型集光素子および
その製造方法を提供することを目的とする。
されたもので、輪帯状の光電変換部を有する固体撮像素
子の不感領域の入射光成分を効率よく集光させ、固体撮
像素子の画素の微細化による素子の小型化と高感度化を
図ることができる固体撮像素子用一体型集光素子および
その製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、画素の光電変換部が略輪帯状の固体撮像
素子に一体に設けられ、リング状に光線を集光させる固
体撮像素子用一体型集光素子において、各画素毎の集光
素子が、輪帯の中心軸上の点を中心とする屈折率分布領
域を有し、かつ該屈折率分布が極大値を有するように構
成した。また、上記構成の本発明の固体撮像素子用一体
型集光素子を製造するにあたり、ゾルゲル法により、シ
リコン以外の少なくとも１種の金属成分を含有するゾル
を調製しゲル化させ基板を作製し、基板上の所定の位置
を露出させたマスキング処理を施し、金属種を含有する
分布付与液中に浸漬し、該露出部より金属成分の交換を
行う工程において、基板に含有する金属成分より高屈折
率の金属成分を含有した分布付与溶液に浸漬した後、該
分布付与溶液中に含有させた金属成分より低屈折率成分
を含有した分布付与溶液に浸漬することとした。
に、本発明は、画素の光電変換部が略輪帯状の固体撮像
素子に一体に設けられ、リング状に光線を集光させる固
体撮像素子用一体型集光素子において、各画素毎の集光
素子が、輪帯の中心軸上の点を中心とする屈折率分布領
域を有し、かつ該屈折率分布が極大値を有するように構
成した。また、上記構成の本発明の固体撮像素子用一体
型集光素子を製造するにあたり、ゾルゲル法により、シ
リコン以外の少なくとも１種の金属成分を含有するゾル
を調製しゲル化させ基板を作製し、基板上の所定の位置
を露出させたマスキング処理を施し、金属種を含有する
分布付与液中に浸漬し、該露出部より金属成分の交換を
行う工程において、基板に含有する金属成分より高屈折
率の金属成分を含有した分布付与溶液に浸漬した後、該
分布付与溶液中に含有させた金属成分より低屈折率成分
を含有した分布付与溶液に浸漬することとした。
【００１３】
【作用】光電変換部が輪帯状の画素で構成される固体撮
像素子の一例における一つの画素の断面斜視図を図２に
示す。この撮像素子は、一般のフォトトランジスタと異
なり、略輪帯状のゲートを備えるＣＭＤとなっている。
受光領域に形成された多結晶シリコンゲート１を透過し
た入射光は、Ｓｉ結晶からなるｐ- 基板２上にエピタキ
シャル成長されたｎ- チャンネル層３中に正孔−電子対
を発生させる。このうち、正孔４は多結晶シリコンゲー
ト１直下の領域で、ＳｉＯ2 層５とｎ- チャンネル層３
との界面に蓄積される。すなわち、入射光の有無によ
り、多結晶シリコンゲート１の電位が変化し、ｎ+ ソー
ス層６間のチャンネルが増減し、ソース７から供給され
る電子、つまりドレイン電流が変調される。この結果、
入射光に増幅された信号電流を取り出すことができる。
像素子の一例における一つの画素の断面斜視図を図２に
示す。この撮像素子は、一般のフォトトランジスタと異
なり、略輪帯状のゲートを備えるＣＭＤとなっている。
受光領域に形成された多結晶シリコンゲート１を透過し
た入射光は、Ｓｉ結晶からなるｐ- 基板２上にエピタキ
シャル成長されたｎ- チャンネル層３中に正孔−電子対
を発生させる。このうち、正孔４は多結晶シリコンゲー
ト１直下の領域で、ＳｉＯ2 層５とｎ- チャンネル層３
との界面に蓄積される。すなわち、入射光の有無によ
り、多結晶シリコンゲート１の電位が変化し、ｎ+ ソー
ス層６間のチャンネルが増減し、ソース７から供給され
る電子、つまりドレイン電流が変調される。この結果、
入射光に増幅された信号電流を取り出すことができる。
【００１４】このような、輪帯状の光電変換部を有する
固体撮像素子において、各画素毎に図１に示すような屈
折率に分布を有する平板マイクロレンズ８を形成する。
９は輪帯状の光電変換部である。これは、屈折率分布の
中心において屈折率の値が低く、屈折率が同心球面状に
連続的に変化し、かつ屈折率の変化方向において屈折率
の極大値を有し、この極大値ラインより外側は再び屈折
率の値が減少している屈折率分布型の集光マイクロレン
ズの一例を示した概念図である。つまり、図中の同心円
の縞間隔の密な部分が高屈折率部分であり、縞間隔の粗
の部分が低屈折率部分である。１０は屈折率減少領域
を、１１は屈折率増加領域を示す。
固体撮像素子において、各画素毎に図１に示すような屈
折率に分布を有する平板マイクロレンズ８を形成する。
９は輪帯状の光電変換部である。これは、屈折率分布の
中心において屈折率の値が低く、屈折率が同心球面状に
連続的に変化し、かつ屈折率の変化方向において屈折率
の極大値を有し、この極大値ラインより外側は再び屈折
率の値が減少している屈折率分布型の集光マイクロレン
ズの一例を示した概念図である。つまり、図中の同心円
の縞間隔の密な部分が高屈折率部分であり、縞間隔の粗
の部分が低屈折率部分である。１０は屈折率減少領域
を、１１は屈折率増加領域を示す。
【００１５】これにより、各画素間の信号読み出し回路
上の不感領域（レンズの周辺部）に入射する光成分は、
屈折率の分布による媒質中での光線の屈曲作用（いわゆ
る凸レンズ的の作用）によって、図１中の矢印Ａのよう
な経路を通って光電変換部９へ集光する。また、輪帯状
の光電変換部９の内径内部上（レンズ中央部）の不感領
域より入射する光成分は、屈折率の分布が逆転した領域
を光線が通過するため、光線は媒質内で発散する方向に
屈曲し（いわゆる凹レンズ的の作用）、図１中の矢印Ｂ
のような経路を通り、光電変換部９に集光することとな
る。つまり、このような平板マイクロレンズ８を各画素
上に形成することにより、画素間および輪帯状光電変換
部９の内径内部の不感領域に入射する光成分に対しても
光電変換部９への集光が可能となり、素子の高感度化を
実現することが可能となる。
上の不感領域（レンズの周辺部）に入射する光成分は、
屈折率の分布による媒質中での光線の屈曲作用（いわゆ
る凸レンズ的の作用）によって、図１中の矢印Ａのよう
な経路を通って光電変換部９へ集光する。また、輪帯状
の光電変換部９の内径内部上（レンズ中央部）の不感領
域より入射する光成分は、屈折率の分布が逆転した領域
を光線が通過するため、光線は媒質内で発散する方向に
屈曲し（いわゆる凹レンズ的の作用）、図１中の矢印Ｂ
のような経路を通り、光電変換部９に集光することとな
る。つまり、このような平板マイクロレンズ８を各画素
上に形成することにより、画素間および輪帯状光電変換
部９の内径内部の不感領域に入射する光成分に対しても
光電変換部９への集光が可能となり、素子の高感度化を
実現することが可能となる。
【００１６】この時の輪帯状光電変換部とマイクロレン
ズ内の屈折率分布の極大値の存在位置とでは、次のよう
な関係にある。すなわち、光電変換部の半径、大きさ等
を考慮することにより、屈折率の増加する領域および減
少する領域の屈折率の変化の度合いをコントロールした
り、平板マイクロレンズと画素との間隔等をコントロー
ルすることにより、輪帯状光電変換部への集光作用を有
することが可能となる。したがって、輪帯の中心軸上を
中心とする屈折率分布領域を有し、最低限近軸領域に入
射する光に対して負のパワーを有するものであればどの
ような位置関係であってもかまわない。例えば、図５に
示すような全体として、負のパワー（全体として発散光
を射出する）を有する構成にすることも可能である。
ズ内の屈折率分布の極大値の存在位置とでは、次のよう
な関係にある。すなわち、光電変換部の半径、大きさ等
を考慮することにより、屈折率の増加する領域および減
少する領域の屈折率の変化の度合いをコントロールした
り、平板マイクロレンズと画素との間隔等をコントロー
ルすることにより、輪帯状光電変換部への集光作用を有
することが可能となる。したがって、輪帯の中心軸上を
中心とする屈折率分布領域を有し、最低限近軸領域に入
射する光に対して負のパワーを有するものであればどの
ような位置関係であってもかまわない。例えば、図５に
示すような全体として、負のパワー（全体として発散光
を射出する）を有する構成にすることも可能である。
【００１７】以上に述べたように、屈折率に分布を有
し、かつその値が変化の方向に対して極大値を有するよ
うな平板マイクロレンズ８の製造方法の一例について、
図３に基づき説明する。まず、図３（ａ）に示すよう
に、低屈折率金属成分を含有するゾルを用い、基板１２
上にコートした後、ゲル化させることによってゲル層１
３を作製する。ここに、画素上の所望の位置（屈折率分
布を付与する位置）以外をマスク１４によりマスキング
する。これにより、屈折率分布を形成する分布の中心部
のみが露出した状態となる。その後、図３（ｂ）に示す
ように、この露出部よりゲル層１３中の低屈折率成分
を、高屈折率成分と交換する。この段階で屈折率の分布
は、分布の中心の屈折率が最も高く、変化の方向に対し
て屈折率が単調減少である分布となる。これをさらに、
図３（ｃ）に示すように、低屈折率成分と交換する。こ
のときの交換の比率を制御することにより、その屈折率
分布の形状は、分布の中心部の屈折率が低く、変化の方
向に対して徐々に屈折率が増大し、極大値を通過した
後、再び連続的に減少するような分布形状が得られる。
し、かつその値が変化の方向に対して極大値を有するよ
うな平板マイクロレンズ８の製造方法の一例について、
図３に基づき説明する。まず、図３（ａ）に示すよう
に、低屈折率金属成分を含有するゾルを用い、基板１２
上にコートした後、ゲル化させることによってゲル層１
３を作製する。ここに、画素上の所望の位置（屈折率分
布を付与する位置）以外をマスク１４によりマスキング
する。これにより、屈折率分布を形成する分布の中心部
のみが露出した状態となる。その後、図３（ｂ）に示す
ように、この露出部よりゲル層１３中の低屈折率成分
を、高屈折率成分と交換する。この段階で屈折率の分布
は、分布の中心の屈折率が最も高く、変化の方向に対し
て屈折率が単調減少である分布となる。これをさらに、
図３（ｃ）に示すように、低屈折率成分と交換する。こ
のときの交換の比率を制御することにより、その屈折率
分布の形状は、分布の中心部の屈折率が低く、変化の方
向に対して徐々に屈折率が増大し、極大値を通過した
後、再び連続的に減少するような分布形状が得られる。
【００１８】ここでの、屈折率の分布の形成は、ゲル層
１３中に含まれる金属成分を交換することにより行うも
のであり、金属アルコキシド等を原料とするゾルをゲル
化させた後、金属成分を酸で溶出したり、アルコール等
の溶媒中で他の金属種と交換するゾルゲル法が有効であ
る。ゲル中では２価以上の金属成分の交換が可能である
ため、色収差を補正したマイクロレンズの作製も容易に
行うことが可能である。また、その目的によっては低屈
折率成分を含有するガラス基板を用い、溶融塩中で金属
イオンの交換を行うイオン交換法で行ってもかまわな
い。さらに、金属成分の交換を行う際の２回目の交換の
際に用いる金属塩は、基板に含有していた金属成分と同
一のものであっても、異なるものであっても屈折率変化
の方向に対し極大値が存在するような組み合わせであれ
ば、どのような組み合わせであってもかまわない。金属
種を変えることにより、屈折率増大領域、減少領域のそ
れぞれのパワー、すなわち屈折率の変化の度合い、を異
なるものにすることも可能である。また、光電変換領域
に対し、屈折率分布領域は分布の中心部が基板表面側で
も（図１参照）、また光電変換部側（図４，５参照）で
あってもかまわない。さらに、ここでは平板に屈折率分
布を有し、この分布による光線の屈曲によるもののみを
示したが、凸面あるいは凹面を有するマイクロレンズに
分布を形成することも原理的には可能である。
１３中に含まれる金属成分を交換することにより行うも
のであり、金属アルコキシド等を原料とするゾルをゲル
化させた後、金属成分を酸で溶出したり、アルコール等
の溶媒中で他の金属種と交換するゾルゲル法が有効であ
る。ゲル中では２価以上の金属成分の交換が可能である
ため、色収差を補正したマイクロレンズの作製も容易に
行うことが可能である。また、その目的によっては低屈
折率成分を含有するガラス基板を用い、溶融塩中で金属
イオンの交換を行うイオン交換法で行ってもかまわな
い。さらに、金属成分の交換を行う際の２回目の交換の
際に用いる金属塩は、基板に含有していた金属成分と同
一のものであっても、異なるものであっても屈折率変化
の方向に対し極大値が存在するような組み合わせであれ
ば、どのような組み合わせであってもかまわない。金属
種を変えることにより、屈折率増大領域、減少領域のそ
れぞれのパワー、すなわち屈折率の変化の度合い、を異
なるものにすることも可能である。また、光電変換領域
に対し、屈折率分布領域は分布の中心部が基板表面側で
も（図１参照）、また光電変換部側（図４，５参照）で
あってもかまわない。さらに、ここでは平板に屈折率分
布を有し、この分布による光線の屈曲によるもののみを
示したが、凸面あるいは凹面を有するマイクロレンズに
分布を形成することも原理的には可能である。
【００１９】
【実施例１】図２に本発明の実施例１を示す。この平板
マイクロレンズ８は、屈折率分布の中心において屈折率
の値が低く、屈折率が同心球面状に連続的に変化し、か
つ屈折率の変化方向において屈折率の極大値を有し、こ
の極大値ラインより外側は再び屈折率の値が減少してい
る屈折率分布型の集光マイクロレンズである。図中、矢
印Ａのように入射した光線は凸パワーにより光電変換部
９に入射する。また、図中、矢印Ｂのように入射した光
線は凹パワーにより発散し、光電変換部９に入射する。
この分布形状によって、素子上のほとんどの領域に入射
する光成分に対して光電変換部９へ集光させることが可
能となる。
マイクロレンズ８は、屈折率分布の中心において屈折率
の値が低く、屈折率が同心球面状に連続的に変化し、か
つ屈折率の変化方向において屈折率の極大値を有し、こ
の極大値ラインより外側は再び屈折率の値が減少してい
る屈折率分布型の集光マイクロレンズである。図中、矢
印Ａのように入射した光線は凸パワーにより光電変換部
９に入射する。また、図中、矢印Ｂのように入射した光
線は凹パワーにより発散し、光電変換部９に入射する。
この分布形状によって、素子上のほとんどの領域に入射
する光成分に対して光電変換部９へ集光させることが可
能となる。
【００２０】
【実施例２】図４に本実施例の平板マイクロレンズ８の
構成を示す。この平板マイクロレンズ８は光電変換部９
側に屈折率分布の中心部を有するものであり、光線は実
施例１と同様にレンズ周辺部に入射する光線は矢印Ｃの
ように凸パワーの作用を受け、また光軸付近に入射する
光線は矢印Ｄのように凹パワーの作用を受けて、それぞ
れ光電変換部９に集光する。本実施例においても、素子
上のほとんどの領域に入射する光成分に対して光電変換
部９へ集光させることが可能となる。
構成を示す。この平板マイクロレンズ８は光電変換部９
側に屈折率分布の中心部を有するものであり、光線は実
施例１と同様にレンズ周辺部に入射する光線は矢印Ｃの
ように凸パワーの作用を受け、また光軸付近に入射する
光線は矢印Ｄのように凹パワーの作用を受けて、それぞ
れ光電変換部９に集光する。本実施例においても、素子
上のほとんどの領域に入射する光成分に対して光電変換
部９へ集光させることが可能となる。
【００２１】
【実施例３】図５に本実施例の平板マイクロレンズ８の
構成を示す。この平板マイクロレンズ８は、特にレンズ
周辺部の凸パワーが強く構成されている。本実施例の平
板マイクロレンズ８では、図示のように、レンズ周辺部
に入射する光線は矢印Ｅのように屈折率減少領域１０で
一旦屈曲し、屈折率の極大値を通過し、その後屈折率増
加領域１１で凹パワーにより屈曲して光電変換部９に集
光する。また、光軸付近の光線は矢印Ｆのように屈折率
減少領域１０を通過した後、屈折率増加領域１１で凹パ
ワーにより屈曲して光電変換部９に集光する。このよう
に光軸近傍が凹パワーであれば、周辺部のパワーは必ず
しも凸パワーである必要はない。
構成を示す。この平板マイクロレンズ８は、特にレンズ
周辺部の凸パワーが強く構成されている。本実施例の平
板マイクロレンズ８では、図示のように、レンズ周辺部
に入射する光線は矢印Ｅのように屈折率減少領域１０で
一旦屈曲し、屈折率の極大値を通過し、その後屈折率増
加領域１１で凹パワーにより屈曲して光電変換部９に集
光する。また、光軸付近の光線は矢印Ｆのように屈折率
減少領域１０を通過した後、屈折率増加領域１１で凹パ
ワーにより屈曲して光電変換部９に集光する。このよう
に光軸近傍が凹パワーであれば、周辺部のパワーは必ず
しも凸パワーである必要はない。
【００２２】
【実施例４】４１．８ｇのＳｉ（ＯＣＨ3 ）4 に７０ｍ
ｌのエタノールを加え、９．６ｍｌの２規定塩酸を加え
て加水分解し、その溶液にＴｉ（ＯｎＣ4 Ｈ9 ）4 １
５．４ｇとエタノール７０ｍｌを混合した溶液を添加し
た。この溶液に１ｍｏｌ／ｌの酢酸カリウム水溶液を８
０ｍｌと１７規定酢酸３２ｍｌとの混合液を加えた。こ
のゾルをガラス基板にコーティングし、ゲル化させた。
ここに、所定のパターンを形成したマスキングを施し、
マトリクス状の露出部分を形成した。次に、この基板を
１ｍｏｌ／ｌ酢酸バリウムのＨ2 Ｏ：メタノール＝５：
５（ｖｏｌ比）溶液中に浸漬し、Ｋ+ とＢａ2+の交換を
行った。この基板をさらに、イソプロパノール（以下、
ＩＰＡと略記する）、アセトン：ＩＰＡ＝５：５（ｖｏ
ｌ比）の混合溶媒、アセトンの順に浸漬した。
ｌのエタノールを加え、９．６ｍｌの２規定塩酸を加え
て加水分解し、その溶液にＴｉ（ＯｎＣ4 Ｈ9 ）4 １
５．４ｇとエタノール７０ｍｌを混合した溶液を添加し
た。この溶液に１ｍｏｌ／ｌの酢酸カリウム水溶液を８
０ｍｌと１７規定酢酸３２ｍｌとの混合液を加えた。こ
のゾルをガラス基板にコーティングし、ゲル化させた。
ここに、所定のパターンを形成したマスキングを施し、
マトリクス状の露出部分を形成した。次に、この基板を
１ｍｏｌ／ｌ酢酸バリウムのＨ2 Ｏ：メタノール＝５：
５（ｖｏｌ比）溶液中に浸漬し、Ｋ+ とＢａ2+の交換を
行った。この基板をさらに、イソプロパノール（以下、
ＩＰＡと略記する）、アセトン：ＩＰＡ＝５：５（ｖｏ
ｌ比）の混合溶媒、アセトンの順に浸漬した。
【００２３】得られた基板を、酢酸ナトリウムの０．３
ｍｏｌ／ｌのエタノール溶液に浸漬し、Ｂａ2+とＮａ+
の交換を行った。そして、この基板を再度ＩＰＡ、アセ
トン：ＩＰＡ＝５：５（ｖｏｌ比）、アセトンの順に浸
漬した。その後、この基板のマスクを除去し、乾燥、焼
成を行うことにより、所望の屈折率分布形状を有すマイ
クロレンズを得た。このマイクロレンズを輪帯状の光電
変換部を有する固体撮像素子の集光素子として利用した
ところ、高感度化が実現した。
ｍｏｌ／ｌのエタノール溶液に浸漬し、Ｂａ2+とＮａ+
の交換を行った。そして、この基板を再度ＩＰＡ、アセ
トン：ＩＰＡ＝５：５（ｖｏｌ比）、アセトンの順に浸
漬した。その後、この基板のマスクを除去し、乾燥、焼
成を行うことにより、所望の屈折率分布形状を有すマイ
クロレンズを得た。このマイクロレンズを輪帯状の光電
変換部を有する固体撮像素子の集光素子として利用した
ところ、高感度化が実現した。
【００２４】
【実施例５】基板ガラスとして、組成比率（ｍｏｌ％）
が６３ＳｉＯ2 −１０Ｎａ2 Ｏ−２０ＺｒＯ−２ＺｒＯ
2 −５Ｂ2 Ｏ3 からなるガラスを用いた。この基板上に
フォトリソ工程を用いて、所定のパターンを形成し、マ
スクを施した。この基板をＴｌＮＯ3 の溶融塩中に浸漬
し、Ｔｌ+ とＮａ+ を交換し、ＴｌとＮａに濃度分布を
付与した。さらに、この基板をＮａＮＯ3 中に浸漬し、
新たにガラス中に含浸したＴｌ+ とＮａ+ の交換を行っ
た。マスクを除去することにより、所望の屈折率分布を
有すマイクロレンズを得た。このマイクロレンズを輪帯
状の光電変換部を有する固体撮像素子の集光素子として
利用したところ、高感度化が実現した。
が６３ＳｉＯ2 −１０Ｎａ2 Ｏ−２０ＺｒＯ−２ＺｒＯ
2 −５Ｂ2 Ｏ3 からなるガラスを用いた。この基板上に
フォトリソ工程を用いて、所定のパターンを形成し、マ
スクを施した。この基板をＴｌＮＯ3 の溶融塩中に浸漬
し、Ｔｌ+ とＮａ+ を交換し、ＴｌとＮａに濃度分布を
付与した。さらに、この基板をＮａＮＯ3 中に浸漬し、
新たにガラス中に含浸したＴｌ+ とＮａ+ の交換を行っ
た。マスクを除去することにより、所望の屈折率分布を
有すマイクロレンズを得た。このマイクロレンズを輪帯
状の光電変換部を有する固体撮像素子の集光素子として
利用したところ、高感度化が実現した。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、本発明の固体撮像素子用
一体型集光素子およびその製造方法によれば、輪帯状の
光電変換部を有する固体撮像素子上の不感領域に入射す
る光を効率よく集光することができ、これにより、固体
撮像素子の画素の微細化による素子の小型化と高感度化
を同時に達成することが可能となる。
一体型集光素子およびその製造方法によれば、輪帯状の
光電変換部を有する固体撮像素子上の不感領域に入射す
る光を効率よく集光することができ、これにより、固体
撮像素子の画素の微細化による素子の小型化と高感度化
を同時に達成することが可能となる。
【図１】本発明の実施例１の平板マイクロレンズの光路
を示す光路図である。
を示す光路図である。
【図２】光電変換部が輪帯状の画素で形成される固体撮
像素子の一つの画素の断面斜視図である。
像素子の一つの画素の断面斜視図である。
【図３】本発明の製造方法の一例を示す工程図である。
【図４】本発明の実施例２の平板マイクロレンズの光路
を示す光路図である。
を示す光路図である。
【図５】本発明の実施例３の平板マイクロレンズの光路
を示す光路図である。
を示す光路図である。
１ 多結晶シリコンゲート ２ ｐ- 基板 ３ ｎ- チャンネル層 ４ 正孔 ５ ＳｉＯ2 層 ６ ｎ+ ソース層 ７ ソース ８ 平板マイクロレンズ ９ 光電変換部 １０ 屈折率減少領域 １１ 屈折率増加領域 １２ 基板 １３ ゲル層 １４ マスク
Claims (2)
- 【請求項１】 画素の光電変換部が略輪帯状の固体撮像
素子に一体に設けられ、リング状に光線を集光させる集
光素子であって、各画素毎の集光素子が、輪帯の中心軸
上の点を中心とする屈折率分布領域を有し、かつ該屈折
率分布が極大値を有することを特徴とする固体撮像素子
用一体型集光素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の固体撮像素子用一体型集
光素子を製造するにあたり、ゾルゲル法により、シリコ
ン以外の少なくとも１種の金属成分を含有するゾルを調
製しゲル化させ基板を作製し、基板上の所定の位置を露
出させたマスキング処理を施し、金属種を含有する分布
付与液中に浸漬し、該露出部より金属成分の交換を行う
工程において、基板に含有する金属成分より高屈折率の
金属成分を含有した分布付与溶液に浸漬した後、該分布
付与溶液中に含有させた金属成分より低屈折率成分を含
有した分布付与溶液に浸漬することを特徴とする固体撮
像素子用一体型集光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5348420A JPH07193207A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 固体撮像素子用一体型集光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5348420A JPH07193207A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 固体撮像素子用一体型集光素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07193207A true JPH07193207A (ja) | 1995-07-28 |
Family
ID=18396894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5348420A Withdrawn JPH07193207A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 固体撮像素子用一体型集光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07193207A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009534790A (ja) * | 2006-04-21 | 2009-09-24 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 車両用アダプティブ・フロントライティングシステム用ランプユニット |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP5348420A patent/JPH07193207A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009534790A (ja) * | 2006-04-21 | 2009-09-24 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 車両用アダプティブ・フロントライティングシステム用ランプユニット |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010306 |