JPH0434977A

JPH0434977A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH0434977A
Application number: JP2139633A
Authority: JP
Inventors: Kikue Ishikawa; 石川　貴久枝; Yasuaki Arai; 保明荒井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1992-02-05
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JP2910161B2

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〕本発明は有効画素部に隣接してオブテイ力ルブ〔発明の
概要〕本発明は、有効画素部に隣接してオプティカルブラック
部が設けられる固体撮像素子において、入射光がオプテ
ィカルブラック部では反射防止膜に集光される構造とす
ることや、オプティカルブラック部の集光レンズの集光
率を有効画素部のそれよりも低くすることにより、フレ
アのレベルを大幅に改善するものである。

〔従来の技術〕

一般に、ＣＣＤイメージ十の如き固体撮像素子では、有
効に光電変換を行う有効画素部に隣接して、黒レベルを
検出するためのオプティカルブラック部が配される。こ
のオプティカルブラック部は、通常、アルミニウム膜か
らなる遮光膜が覆うように形成されている。また、高感
度化を図るための技術として、チップ上に直接画素毎に
形成されるオンチップ・マイクロレンズを用いた技術が
知られる（例えば、日経マイクロデバイス、６月号、１
９９０年、第９１頁〜第９２頁１日経ＢＰ社発行参照）
。

第６図は、オンチップ・マイクロレンズを形成したＣＯ
Ｄイメージ中の断面図である。シリコン基板１００の表
面には、略等間隔で複数のセンサ一部１０１が形成され
ている。有効画素部での各センサ一部１０１の間の領域
上や、オプティカルブラック部上は、アルミニウム膜か
らなる遮光膜１０２に覆われている。その遮光膜１０２
上には、反射防止のための染色層１０３が形成されてお
り、この染色層１０３によりフレアの低減がなされる。

そして、各センサ一部１０１上には、各画素毎に集光レ
ンズ１０６が形成されており、各集光レンズ１０６によ
りセンサ一部１０１に光が集められる。これら集光レン
ズ１０６は、プロセス上のムラを低減するために、本来
必要な有効画素部上のみならずオプティカルブラック部
上にも延長して形成される。すなわち、オプティカルブ
ラック部と有効画素部の間の境界面で連続性を持たせな
いで有効画素部内のみに集光レンズ１０６を形成した場
合は、集光レンズ１０６の曲率が有効画素部の中心部と
境界部で変化してしまい、感度のムラが発生することに
なり、それを防ぐために本来不要なオプティカルブラッ
ク部上にも集光レンズ１０６を連続的に形成している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、集光レンズ１０６をオプティカルブラック部
上も連続的に形成した場合には、その集光レンズ１０６
によって集光率が増加し、オプティカルブラック部上の
遮光１１１０２での反射によるフレアは、より強調され
ることになる。特に、斜め方向の光線は、シールガラス
１０７の臨界角以下の角度で全反射となるために、有効
画素部で再結像することがあり、フレアやゴーストが顕
著となる。

そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、フレアの
レベルを大幅に改善するような固体撮像素子の提供を目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明の固体撮像素子は、
有効画素部に隣接してオプティカルブラック部が設けら
れる固体撮像素子において、そのオプティカルブラック
部では反射防止膜に入射光が集光されることを特徴とす
る。このオプティカルブラック部では反射防止膜に入射
光が集光される構造としては、例えば、オプティカルブ
ラック部では反射防止膜を全面に形成する構造や、オプ
ティカルブラック部上の集光レンズに対応した領域に反
射防止膜を設ける構造や、集光レンズが形成されるピッ
チを有効画素部に比べてオプティカルブラック部では半
画素置ずらせる構造とする等が挙げられる。

また、他の本発明の固体撮像素子は、有効画素部に隣接
してオプティカルブラック部が設けられる固体撮像素子
において、そのオプティカルブラック部の集光レンズの
集光率は上記有効画素部の集光レンズのそれよりも低く
されることを特徴とする。そのオプティカルブラック部
のより低い集光率の集光レンズは、レンズ形状を有しな
い平坦な膜自体である場合も含む。

〔作用〕

オプティカルブラック部で反射防止膜に入射光を集光さ
せることにより、フレア成分が集光レンズにより集光さ
れ強調されたとしても反射防止膜に吸収されてしまう、
従って、オンチップ・マイクロレンズ構造において、フ
レアの大幅な低減がなされることになる。

また、本願の他の発明の固体撮像素子では、オプティカ
ルブラック部の集光レンズは、有効画素部のそれよりも
集光率が低くなるため、オプティカルブラック部におけ
るフレアの強調が軽減されることになる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１の実施例本実施例は、オプティカルブラック部の全面に反射防止
膜としての染色層が形成されるＣＣＤ固体撮像素子の例
である。

まず、その画素の全体的な配置は、第５図に示す如き構
造とされる。第５図は、入射光の光軸方向から撮像領域
を臨んだ平面図であって、第５図に示すように、略矩形
状の有効画素部ＥＰは、その周囲をオプティカルブラッ
ク部（光学的黒部）ＯＰＢに囲まれている。このオプテ
ィカルブラック部ＯＰＢは、黒レベルの基準を得るため
の領域であり、水平方向の前後部や垂直方向の前後部に
例えば２．３Ｗ素素数数画素程度形成される。有効画素
部ＥＰは、後述するようにマトリクス状に配列されたセ
ンサ一部を有し、そのセンサ一部で光電変換が行われる
。

次に、第１図にその要部断面を示す、シリコン基板１の
表面に所定の間隔でセンサ一部２が配列される。このセ
ンサ一部２では入射光に応じて信号電荷が発生し、その
信号電荷が図示しない垂直レジスタや水平レジスタによ
り転送されて行く。

この第１図は、有効画素部ＥＰとオプティカルブラック
部ＯＰＢの境界部分の断面を示しており、有効画素部Ｅ
Ｐでは、アルミニウム膜からなる遮光膜３は、各センサ
一部２０間の領域上に形成され、各センサ一部２上の領
域は遮光膜３の開口された開口部４とされる。逆に、オ
プティカルブラック部ＯＰＢでは、遮光膜３がシリコン
基板１上を一様に覆い、オプティカルブラック部ＯＰＢ
のセンサ一部２に対して光が直接入射することはない、
このような遮光膜３上には、それぞれ反射防止膜として
機能する染色層５が形成される。すなわち、有効画素部
ＥＰでは、各センサ一部２の間の領域上に形成された各
遮光膜３上に染色層５がそれぞれ形成され、オプティカ
ルブラック部ＯＰＢでは、該オプティカルブラック部Ｏ
ＰＢの全面を覆う遮光膜３上に染色層５がその遮光膜３
を覆って形成される。このオプティカルブラック部ＯＰ
Ｂの染色層５は、遮光Ｍ３を覆うように形成されて後述
するようにフレアを吸収するように機能する。

染色層５上には、レンズ材料層を加工して、集光レンズ
６が面素毎に形成される。すなわち、有効画素部ＥＰ上
では、各開口部４上に集光レンズ６が配され、オプティ
カルブラック部ＯＰＢ上では有効画素部ＥＰ上の集光レ
ンズ６と同じピッチで配された集光レンズ６が形成され
る。有効画素部ＥＰ上の集光レンズ６は、入射光を集束
して、見掛は上の開口率を向上させる機能を有する。ま
た、オプティカルブラック部ＯＰＢ上の集光レンズ６は
、有効画素部ＥＰ上のそれと連続的に形成されるため、
有効画素部ＥＰの周辺部分のレンズ形状をその中央部分
と同様のレンズ形状に維持させることが可能となる。こ
のような各集光レンズ６上には、シールガラス７が配さ
れ、そのシールガラス７を介して入射光が入射する。

このような構造の本実施例のＣＣＤ固体撮像素子では、
次のような機構により、オプティカルブラック部○ＰＢ
からのフレアが抑えられる。

例えば、第１図に示すように、シールガラス７を介して
光線Ｐ、が入射したものとすると、その光線Ｐ０はオプ
ティカルブラック部ＯＰＢ上の集光レンズ６に入射する
。その光線Ｐ、は、集光レンズ６の界面で屈折し、その
屈折光Ｐ１は集束されながら染色層５に向かう、この染
色層５は、反射防止膜として機能するため、屈折光Ｐ、
はその染色層５で弱められ、染色層５からの反射光Ｐ２
はその光強度が十分に小さいものとなる。従って、集光
レンズ６で集光された光の反射が防止され、フレアのレ
ベルを十分に小さくすることが可能となる。

なお、本実施例では、反射防止膜として染色層５を用い
たが、他の反射防止機能を有し、プロセス上適合できる
膜であれば他の材料膜であっても良い。

第２の実施例本実施例は、第１の実施例の変形例であって、集光レン
ズの下部のみに反射防止膜として機能する染色層を設け
た例である。

本実施例のＣＣＤ固体撮像素子は、第２図に示す要部を
有しており、有効画素部ＢＰとオ、ブチイカルブラツク
部ＯＰＢの関係は第５図を用いて第１の実施例で説明し
たものに準する。

このＣＣＤ固体撮像素子の構造について、第２図を参照
しながら説明すると、まず、シリコン基板１１の表面に
所定の間隔で光電変換を行うためのセンサ一部１２が配
列される。有効画素部ＥＰでは、アルミニウム膜からな
る遮光膜１３は、各センサ一部１２の間の領域上に形成
され、各センサ一部１２上の領域は遮光１１１３の開口
された開口部１４とされる。逆に、オプティカルブラッ
ク部ＯＰＢでは、遮光膜１３がシリコン基板１１を一様
に覆い、オプティカルブラック部ＯＰＢのセンサ一部１
２に対して光が直接入射することはない。

そして、このような遮光膜１３上には、それぞれ反射防
止膜として機能する染色層１５ａ、１５ｂが形成される
。すなわち、有効画素部ＢＰでは、各遮光膜１３上に染
色層１５ａがそれぞれ形成される。この有効画素部ＥＰ
の遮光Ｍ１３は、センサ一部１２の間の領域に形成され
ているため、そのセンサ一部１２の間の領域で染色層１
５ａによる反射防止がなされる。また、オプティカルブ
ラック部ＯＰＢでは、その全面を覆う遮光！１１３上に
複数の染色層１５ｂが形成される。オプティカルブラッ
ク部ＯＰＢの染色層１５ｂは、次に説明する集光レンズ
１６に対応して配置されており、オプティカルブラック
部ＯＰＢの遮光膜１３の下に隠されたセンサ一部１２に
も対応して配置される。このように染色層１５ｂを各画
素毎のパターンとすることにより、有効画素部ＥＰの染
色層１５ａとの加工上の連続性を持つことができ、微細
加工に有利となる。

染色層１５ａ、１５ｂ上には、レンズ材料層を加工して
、第１の実施例と同様に、集光レンズ１６が画素毎に形
成される。すなわち、有効画素部ＥＰ上では、各開口部
１４上に集光レンズ１６が配され、オプティカルブラッ
ク部ＯＰＢ上では有効画素部ＥＰ上の集光レンズ１６と
同しピッチで配された集光レンズ１６が形成される。有
効画素部ＥＰ上の集光レンズ１６は、入射光を集束して
、見掛は上の開口率を向上させる機能を有する。また、
オプティカルブラック部ＯＰＢ上の集光レンズ１６は、
有効画素部ＥＰ上のそれと連続的に形成されるため、有
効画素部ＥＰの周囲のレンズ形状をその中央部と同様の
レンズ形状に維持させることが可能となる。このような
各集光レンズ１６上には、シールガラス１７が配され、
そのシールガラス１７を介して入射光が入射する。

このような構造の本実施例のＣＣＤ固体撮像素子は、第
１の実施例と同様に、オプティカルブラック部ＯＰＢの
集光レンズエ６で集光された光線は、反射防止膜である
染色層１５ｂでその反射が抑えられることになり、フレ
アの低減を図ることが実現される。また、染色層１５ｂ
の加工性も染色層１５ａとの連続性から向上し、微細加
工にも有利である。

第３の実施例本実施例は、オプティカルブラック部上の集光レンズを
ハーフピッチずらせたＣＣＤ固体撮像素子の例である。

本実施例のＣＣＤ固体撮像素子は、第３図に示す要部を
有しており、有効画素部ＥＰとオプティカルブラック部
ＯＰＢの関係は第５ｒｊ！Ｊを用いて第１の実施例で説
明したものに準する。

本実施例のＣＣＤ固体撮像素子の構造について、第３図
を参照しながら説明すると、第１の実施例や第２の実施
例と同様に、シリコン基板２１の表面に所定の間隔で充
電変換を行うためのセンサー部２２が配列される。有効
画素部ＥＰでは、アルミニウム膜からなる遮光８２３は
、各センサ一部２２の間のｖｉ域上に形成され、各セン
サ一部２２上のＮ域は遮光膜２３が開口された開口部２
４とされる。また、オプティカルブラック部ＯＰＢでは
、遮光膜２３がシリコン基板２１を一様に覆い、オプテ
ィカルブラック部ＯＰＢのセンサ一部２２に対して光が
直接入射することはない。

このような遮光膜２３上には、反射防止膜である染色層
２５が形成される。有効画素部ＥＰでは、染色層２５が
遮光１！Ｉ２３のピッチに合わせて該遮光膜２３上に配
される。この有効画素部ＢＰでは、染色層２５の間隔り
は遮光膜２３のピッチと等しい。次に、オプティカルブ
ラック部ＯＰＢでは、有効画素部ＥＰのピッチをそのま
ま引き継いだ間隔して染色層２５が配される。このオプ
ティカルブラック部ＯＰＢでは遮光膜２３は一様に基板
表面を覆って形成されるが、染色層２５は有効画素部Ｅ
Ｐのパターンをそのまま引き継いで形成される。

この反射防止膜として機能する染色層２５上には、レン
ズ材料層を加工して集光レンズ２６が形成される。この
集光レンズ２６は、有効画素部ＥＰ上では、開口部２４
上に各画素毎に形成される。

そして、オプティカルブラック部ＯＰＢ上にも、同様の
集光レンズ２６が形成されるが、有効画素部ＥＰとオプ
ティカルブラック部ＯＰＢの間の領域の空隙部２７を介
して、その集光レンズ２６のピッチは半画案分ずれた位
置に配されることになる。すなわち、有効画素部ＢＰで
は集光レンズ２６は周期ｔを以て規則正しく配列されて
いるが、有効画素部ＥＰとオプティカルブラック部ＯＰ
Ｂの境界に設けられた空隙部２７は１／２のサイズを以
て配されており、この空隙部２７上には集光レンズ２６
は形成されない、その結果、オプティカルブラック部Ｏ
ＰＢではその空隙部２７に隣接して集光レンズ２６が再
び周期ｌを以て規則正しく配列されるが、有効画素部Ｂ
Ｐからみると空隙部２７のサイズ分だけずれていること
になり、結局オプティカルブラック部ＯＰＢでは有効画
素部ＥＰに比べて半画案分ずれることになる。

このような集光レンズ２６上には、シールガラス２８が
形成され、このシールガラス２８を介して入射光が入射
する。

本実施例のＣＣＤ固体撮像素子では、前述のようにオプ
ティカルブラック部ＯＰＢの集光レンズ２６のピッチが
半画案分ずらせて配列される。−方、その下部の染色層
２５は、有効画素部ＥＰとオプティカルブラック部ＯＰ
Ｂで連続的に間隔りを以て配されている。従って、有効
画素部ＥＰの集光レンズ２６で集められた光は、開口部
２４を介してセンサ一部２２に入射するが、オプティカ
ルブラック部ＯＰＢの集光レンズ２６で集光された光は
、オプティカルブラック部ＯＰＨの染色層２５に集めら
れることになる。第３図中、光線ＱＩ＋Ｑ２はそれぞれ
オプティカルブラック部ＯＰＢの集光レンズ２６で集光
される光線を示しており、それぞれオプティカルブラッ
ク部ＯＰＨの染色層２５に集められる。このように染色
層２５に集められた光は、その反射が防止されるため、
フレアの低減がなされることになる。

第４の実施例本実施例は、オプティカルブラック部上の集光レンズを
平坦化膜に置き換えたＣＣＤ固体撮像素子の例である。

本実施例のＣＣＤ固体撮像素子は、第４図に示す要部を
有しており、有効画素部ＥＰとオプティカルブラック部
ＯＰＢの関係は第５図を用いて第１の実施例で説明した
ものに準する。

本実施例のＣＣＤ固体撮像素子の構造について、第４図
を参照しながら説明する。第１の実施例等と同様に、本
実施例のＣＣＤ固体撮像素子は、シリコン基板３１０表
面に所定の間隔で充電変換を行うためのセンサ一部３２
が配列される。有効画素部ＥＰでは、アルミニウム膜か
らなる遮光膜３３は、各センサ一部３２の間の領域上に
形成され、各センサ一部３２上の領域は遮光膜３３が開
口された開口部３４とされる。また、オプティカルブラ
ック部ＯＰＢでは、遮光膜３３がシリコン基板３１を一
様に覆う。

このような遮光膜３３上には、反射防止膜である染色層
３５が形成される。有効画素部ＥＰでは、染色層３５が
遮光膜３３のピッチに合わせて該遮光膜３３上に配され
る。そして、オプティカルブラック部ＯＰＢでは染色層
３５が有効画素部ＥＰと同様の周期的なパターンで連続
的に形成される。

そして、本実施例では、各画素毎に開口部３４上に形成
される集光レンズ３６が、を効画素部ＥＰのみで形成さ
れ、オプティカルブラック部ＯＰＢでは集光レンズが形
成されずに平坦化膜３７のみが積層して形成される。平
坦化膜３７や集光レンズ３６を得るためのレンズ材料層
の厚みＴは、他の実施例のものに比べて比較的に厚いも
のとされ、このようにある程度厚く形成することで、集
光レンズ３６のパターンの連続性を代わりの平坦化膜３
７によって確保することが可能である。このようにオプ
ティカルブラック部ＯＰＢに平坦化膜３７を形成するこ
とにより、オプティカルブラック部ＯＰＢの集光率は低
減され、その結果、フレアの強調は抑制されることにな
る。従って、オプティカルブラック部ＯＰＢ上のアルミ
ニウム膜である遮光膜３３による反射に起因したフレア
は低減されることになる。

なお、本実施例では、オプティカルブラック部ＯＰＢ上
の集光レンズを平坦な平坦化膜としたが、これに限らず
、有効画素部ＥＰのレンズ形状よりも曲率の小さなレン
ズをオプティカルブラック部上に形成するようにしても
良い、このような場合でも、オプティカルブラック部に
おける集光率が低下するため、フレアの低減がなされる
ことになる。

〔発明の効果〕

本発明の固体撮像素子は、上述のように、反射防止膜に
集光させる構造やオプティカルブラック部の集光率を低
くする構造により、オプティカルブラック部の遮光膜に
入射する光の反射によるフレアを低減させることができ
る。その結果、本発明の固体撮像素子では、フレアのレ
ベルの低い高画質の映像信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像素子の一例の要部断面図、第
２図は本発明の固体撮像素子の他の一例の要部断面図、
第３図は本発明の固体撮像素子のさらに他の一例の要部
断面図、第４図は本発明の固体撮像素子のまた更に他の
一例の要部断面図、第５図は本発明の固体撮像素子の有
効画素部とオプティカルブラック部の配置を示す平面図
、第６図は従来の固体撮像素子の一例の要部断面図であ
る。１．１１，２１．３１・・・シリコン基板２．１２，２
２．３２・・・センサ一部３．１３，２３．３３・・・
遮光膜４．１４，２４．３４・・・開口部５．１５ａ、１５ｂ、２５．３５＝−染色層６．１６．
２６．３６・・・遮光膜２７・・・空隙部３７・・・平坦化膜第３図特許出願人　　　ソニー株式会社代理人弁理士　小泡　晃（他２名）第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）有効画素部に隣接してオプティカルブラック部が
設けられる固体撮像素子において、そのオプティカルブラック部では反射防止膜に入射光が
集光されることを特徴とする固体撮像素子。
（２）有効画素部に隣接してオプティカルブラック部が
設けられる面体撮像素子において、そのオプティカルブラック部の集光レンズの集光率は上
記有効画素部の集光レンズのそれよりも低くされること
を特徴とする固体撮像素子。