JP2876838B2 - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JP2876838B2 JP2876838B2 JP3209047A JP20904791A JP2876838B2 JP 2876838 B2 JP2876838 B2 JP 2876838B2 JP 3209047 A JP3209047 A JP 3209047A JP 20904791 A JP20904791 A JP 20904791A JP 2876838 B2 JP2876838 B2 JP 2876838B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- solid
- dimensional
- state imaging
- imaging device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明の固体撮像素子に関し、特
に固体撮像素子の感度向上の方法に関する。
に固体撮像素子の感度向上の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像素子は近年の技術の進歩により
諸特性が改善され、解像度の向上から民生用はもとより
放送、業務用カメラにおいても採用されつつある。しか
しチップ収率の向上を目的としたチップ面積の縮小等か
ら単位セルの面積が小さくなるため感度が低下する。こ
の対策として浮遊拡散層を用いた電荷検出を行う場合は
その浮遊拡散層の容量を減少させる等の方法が一般に取
られる。
諸特性が改善され、解像度の向上から民生用はもとより
放送、業務用カメラにおいても採用されつつある。しか
しチップ収率の向上を目的としたチップ面積の縮小等か
ら単位セルの面積が小さくなるため感度が低下する。こ
の対策として浮遊拡散層を用いた電荷検出を行う場合は
その浮遊拡散層の容量を減少させる等の方法が一般に取
られる。
【０００３】図４（ａ）はオンチップマイクロレンズを
搭載したインターライン型固体撮像素子の水平方向セル
断面図である。ｐ型基板１に拡散されたｎ型の拡散層か
らなるフォトダイオード２はチャネルストップ４と垂直
転送レジスタ３とをはさみ形成される。また垂直転送レ
ジスタ３の転送電極５の上に絶縁膜を介して積層された
遮断膜６によりフォトダイオード２の開口は規定される
ため水平方向の開口率は通常４０％程度である。このた
め、みかけ上の開口率向上のためベース層７を介してレ
ンズ８をその光軸がフォトダイオード２の開口の中心と
一致し、かつベース層７の厚さｄにその焦点距離がほぼ
一致するように形成している。
搭載したインターライン型固体撮像素子の水平方向セル
断面図である。ｐ型基板１に拡散されたｎ型の拡散層か
らなるフォトダイオード２はチャネルストップ４と垂直
転送レジスタ３とをはさみ形成される。また垂直転送レ
ジスタ３の転送電極５の上に絶縁膜を介して積層された
遮断膜６によりフォトダイオード２の開口は規定される
ため水平方向の開口率は通常４０％程度である。このた
め、みかけ上の開口率向上のためベース層７を介してレ
ンズ８をその光軸がフォトダイオード２の開口の中心と
一致し、かつベース層７の厚さｄにその焦点距離がほぼ
一致するように形成している。
【０００４】隣接するフォトダイオード２間の距離ａが
垂直、水平方向で共通の場合のレンズの平面構成図を図
４（ｂ）に示す。レンズ８が円形に形成され収差なく入
射光９がフォトダイオード２に集光されたとしても斜線
のように不感光領域１０が存在する。
垂直、水平方向で共通の場合のレンズの平面構成図を図
４（ｂ）に示す。レンズ８が円形に形成され収差なく入
射光９がフォトダイオード２に集光されたとしても斜線
のように不感光領域１０が存在する。
【０００５】一般にはフォトダイオード２間の距離は垂
直、水平方向で異なるためレンズは図５（ｂ）に示すよ
うに楕円状になる。したがってＡ−Ａ′断面は図４
（ａ）のように入射光９はフォトダイオード２に集光し
ても、Ｂ−Ｂ′断面ではレンズ１１は図５（ａ）のよう
に非球面になり入射光１３は完全にフォトダイオード２
に集光しなくなる。このため図５（ｂ）に示すように不
感光領域１２は更に拡大する可能性がある。
直、水平方向で異なるためレンズは図５（ｂ）に示すよ
うに楕円状になる。したがってＡ−Ａ′断面は図４
（ａ）のように入射光９はフォトダイオード２に集光し
ても、Ｂ−Ｂ′断面ではレンズ１１は図５（ａ）のよう
に非球面になり入射光１３は完全にフォトダイオード２
に集光しなくなる。このため図５（ｂ）に示すように不
感光領域１２は更に拡大する可能性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の固体
撮像素子の積層レンズは入射光を必ずしも効率よく集光
しているとは言えず、不感光領域が２５〜３０％程度存
在すると言い欠点があった。
撮像素子の積層レンズは入射光を必ずしも効率よく集光
しているとは言えず、不感光領域が２５〜３０％程度存
在すると言い欠点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子は
転送レジスタと、垂直及び、水平方向に２次元配置され
た光電変換素子と、前記光電変換素子の表面近傍に焦点
を持つ積層型の第１の１次元マイクロレンズと前記第１
の１次元マイクロレンズの形成された方向に対し直角方
向に形成され、同じく前記光電変換素子の表面近傍に焦
点を持ち前記第１の１次元マイクロレンズ上に更に積層
される、もしけは貼り合わせフィルター上に設けられた
第２の１次元マイクロレンズとをそなえている。
転送レジスタと、垂直及び、水平方向に２次元配置され
た光電変換素子と、前記光電変換素子の表面近傍に焦点
を持つ積層型の第１の１次元マイクロレンズと前記第１
の１次元マイクロレンズの形成された方向に対し直角方
向に形成され、同じく前記光電変換素子の表面近傍に焦
点を持ち前記第１の１次元マイクロレンズ上に更に積層
される、もしけは貼り合わせフィルター上に設けられた
第２の１次元マイクロレンズとをそなえている。
【０００８】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の部分構成図で、フォトダ
イオード、転送レジスタが形成されたチップ１５は水平
方向（ｘ方向）に第１の１次元レンズが積層されてお
り、一方第２の１次元レンズは垂直方向（ｙ方向）にフ
ィルター１４の下面に構成され、チップ１５とフィルタ
ー１４をそれぞれのレンズが各フォトダイオードの開口
の中心に焦点が結ぶように貼り合わされる。なお、フォ
トダイオード、転送レジスタ等、レンズ以外の部分は従
来と同じであるので説明は省略する。
る。図１は本発明の一実施例の部分構成図で、フォトダ
イオード、転送レジスタが形成されたチップ１５は水平
方向（ｘ方向）に第１の１次元レンズが積層されてお
り、一方第２の１次元レンズは垂直方向（ｙ方向）にフ
ィルター１４の下面に構成され、チップ１５とフィルタ
ー１４をそれぞれのレンズが各フォトダイオードの開口
の中心に焦点が結ぶように貼り合わされる。なお、フォ
トダイオード、転送レジスタ等、レンズ以外の部分は従
来と同じであるので説明は省略する。
【０００９】図２（ａ）は水平方向のビットの断面図，
図２（ｂ）は垂直方向のビットの断面図である。図２
（ａ）で入射光１９は水平方向に関しては、フィルタベ
ース１６，第２の１次元レンズ１７に対して垂直に入射
するため集光作用を示さず、第１の１次元レンズ１８に
より、その曲率とフィルターチップ間の間隙の屈折率の
差により決定される焦点距離ｄｘをもってフォトダイオ
ード２の表面に集光する。また、図２（ｂ）に示すよう
に、入射光１９は垂直方向に関して、第１の１次元レン
ズ１８とフィルター、チップの間隙の曲率を含め、フィ
ルターベース１６上に設けられた第２の１次元レンズ１
７により、別個の焦点距離ｄｙをもっ集光される。
図２（ｂ）は垂直方向のビットの断面図である。図２
（ａ）で入射光１９は水平方向に関しては、フィルタベ
ース１６，第２の１次元レンズ１７に対して垂直に入射
するため集光作用を示さず、第１の１次元レンズ１８に
より、その曲率とフィルターチップ間の間隙の屈折率の
差により決定される焦点距離ｄｘをもってフォトダイオ
ード２の表面に集光する。また、図２（ｂ）に示すよう
に、入射光１９は垂直方向に関して、第１の１次元レン
ズ１８とフィルター、チップの間隙の曲率を含め、フィ
ルターベース１６上に設けられた第２の１次元レンズ１
７により、別個の焦点距離ｄｙをもっ集光される。
【００１０】したがて入射光１９はｘ方向，ｙ方向それ
ぞれ独立に焦点距離ｄｘ，ｄｙをもって集光できるた
め、理想的なレンズ形状をとることができ、各セル面積
に対しほぼ１００％近い集光作用が得られ、従来比３割
程度の感度向上が可能となる。
ぞれ独立に焦点距離ｄｘ，ｄｙをもって集光できるた
め、理想的なレンズ形状をとることができ、各セル面積
に対しほぼ１００％近い集光作用が得られ、従来比３割
程度の感度向上が可能となる。
【００１１】またフォトダイオード２は一般に開口率が
ｘ方向がｙ方向と比較して低く、この場合撮像するレン
ズのＦ値が小さい場合、すなわち、入射光の入射角が広
い場合ケラレを生ずる。このケラレを少なくするために
はレンズの焦点距離（＝ｄｘ）を短くする必要がある
が、２次元状のレンスでは収差が大きくなる欠点があ
り、１次元レンズを積層することによりｄｘ，ｄｙを別
個に設定できるため、設計のマージンが広がるといった
利点もある。
ｘ方向がｙ方向と比較して低く、この場合撮像するレン
ズのＦ値が小さい場合、すなわち、入射光の入射角が広
い場合ケラレを生ずる。このケラレを少なくするために
はレンズの焦点距離（＝ｄｘ）を短くする必要がある
が、２次元状のレンスでは収差が大きくなる欠点があ
り、１次元レンズを積層することによりｄｘ，ｄｙを別
個に設定できるため、設計のマージンが広がるといった
利点もある。
【００１２】図３は本発明の他の実施例のビット斜断面
図である。第１の１次元レンズ１８第２の１次元レンズ
２１はフォトダイオード２の配列方向に対し、前列同様
に水平，垂直方向にそれぞれ構成されている。ただし前
例に対し第２の１次元レンズ２１は第１の１次元レンズ
１８が形成された後、平坦化するためのベース層２０を
積層し、この上に設けている。本例は、ベース層２０と
第１の１次元レンズ１８の屈折率の差により集光される
ため、一般的な材質（樹脂等）では１．４〜１．６程度
で大きくとれない欠点があるものの、プロセス的な目合
せにより２層のレンズが形成可能であり、精度の向上が
見込め、またフィルター貼りつけと比較し、ベース層の
厚さによる吸収や、反射面の数が少なく、感度の減少の
割合が少ないといった利点がある。
図である。第１の１次元レンズ１８第２の１次元レンズ
２１はフォトダイオード２の配列方向に対し、前列同様
に水平，垂直方向にそれぞれ構成されている。ただし前
例に対し第２の１次元レンズ２１は第１の１次元レンズ
１８が形成された後、平坦化するためのベース層２０を
積層し、この上に設けている。本例は、ベース層２０と
第１の１次元レンズ１８の屈折率の差により集光される
ため、一般的な材質（樹脂等）では１．４〜１．６程度
で大きくとれない欠点があるものの、プロセス的な目合
せにより２層のレンズが形成可能であり、精度の向上が
見込め、またフィルター貼りつけと比較し、ベース層の
厚さによる吸収や、反射面の数が少なく、感度の減少の
割合が少ないといった利点がある。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように本発明は固体撮像素
子の積層レンズを２層、もしくは貼り合わせフィルター
上のレンズと合わせて２層とし、それぞれを１次元状の
レンズで直交するように構成することにより、各々の方
向に対し独立に焦点距離が設定できるため、セル当たり
の面積に対する集光力が向上し感度を改善できるといっ
た効果を有する。
子の積層レンズを２層、もしくは貼り合わせフィルター
上のレンズと合わせて２層とし、それぞれを１次元状の
レンズで直交するように構成することにより、各々の方
向に対し独立に焦点距離が設定できるため、セル当たり
の面積に対する集光力が向上し感度を改善できるといっ
た効果を有する。
【図１】本発明の一実施例の部分構成図。
【図２】水平，垂直方向のビット断面図。
【図３】本発明の他の実施例のビット斜断面図。
【図４】（ａ）は従来例の水平方向セル断面図、（ｂ）
はセルピッチが同じ場合の平面構成図。
はセルピッチが同じ場合の平面構成図。
【図５】（ａ）は図５（ｂ）のＢ−Ｂ′断面図，（ｂ）
はセルピッチが垂直，水平で異なる場合の従来例の平面
構成図。
はセルピッチが垂直，水平で異なる場合の従来例の平面
構成図。
１ Ｐ型基板 ２ フォトダイオード ３ 垂直転送レジスタ ４ チャネルストップ ５ 転送電極 ６ 遮光膜 ７，２０ ベース層 ８，１１ レンズ ９，１３，１９，２２ 入射光 １０，１２ 不感光領域 １４ フィルター １５ チップ １６ フィルターベース １７，２１ 第２の１次元レンズ １８ 第１の１次元レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04N 5/335 H01L 27/14
Claims (2)
- 【請求項１】 垂直及び、水平方向に２次元配置された
光電変換素子と、転送レジスタと、前記光電変換素子の
表面近傍に焦点を持つ積層型の第１の１次元マイクロレ
ンズと、前記第１の１次元マイクロレンズの形成された
方向に対し直角方向に形成され、同じく前記光電変換素
子の表面近傍に焦点を持ち前記第１の１次元マイクロレ
ンズ上に更に積層された第２の１次元マイクロレンズと
から成る固体撮像素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の固体撮像素子において、
前記第２の１次元マイクロレンズが貼り合わせフィルタ
ー上に設けられていることを特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3209047A JP2876838B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3209047A JP2876838B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548980A JPH0548980A (ja) | 1993-02-26 |
| JP2876838B2 true JP2876838B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=16566376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3209047A Expired - Fee Related JP2876838B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2876838B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3666203B2 (ja) * | 1997-09-08 | 2005-06-29 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子 |
| JP2006229110A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Sanyo Electric Co Ltd | 撮像装置及び撮像装置の製造方法 |
| JP6750230B2 (ja) * | 2016-01-19 | 2020-09-02 | 大日本印刷株式会社 | 撮像モジュール、撮像装置 |
| JP6910105B2 (ja) * | 2016-01-25 | 2021-07-28 | 大日本印刷株式会社 | レンズシート、撮像モジュール、及び撮像装置 |
| CN109671730A (zh) | 2017-10-16 | 2019-04-23 | 松下知识产权经营株式会社 | 摄像装置 |
-
1991
- 1991-08-21 JP JP3209047A patent/JP2876838B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0548980A (ja) | 1993-02-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981222 |
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