JPH05235313A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
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- JPH05235313A JPH05235313A JP4073532A JP7353292A JPH05235313A JP H05235313 A JPH05235313 A JP H05235313A JP 4073532 A JP4073532 A JP 4073532A JP 7353292 A JP7353292 A JP 7353292A JP H05235313 A JPH05235313 A JP H05235313A
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
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- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract 3
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14806—Structural or functional details thereof
- H01L27/14812—Special geometry or disposition of pixel-elements, address lines or gate-electrodes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 入射光を受光部に集光して受光させる受光素
子において、集光効率が高く、かつ集光効率の差、例え
ばＣＣＤデバイスのチップの中央部分とその周辺部分と
における集光効率の差などを無くし、もって充分に明る
さを確保でき、かつ明るさにムラがないように出来る受
光素子を提供すること。 【構成】 入射光を受光部２に受光させる構成の受光素
子において、入射光を受光部に全反射させる全反射面１
を、例えば受光部２をおおう透明材料部３内に、該透明
材料部３よりも屈折率の小さい材料（空気や、真空等の
減圧部）により低屈折率部分４を形成し、透明材料部と
この低屈折率部分４との境界を全反射面１とすることに
より形成して、入射光を受光部２へ全反射射させる。
子において、集光効率が高く、かつ集光効率の差、例え
ばＣＣＤデバイスのチップの中央部分とその周辺部分と
における集光効率の差などを無くし、もって充分に明る
さを確保でき、かつ明るさにムラがないように出来る受
光素子を提供すること。 【構成】 入射光を受光部２に受光させる構成の受光素
子において、入射光を受光部に全反射させる全反射面１
を、例えば受光部２をおおう透明材料部３内に、該透明
材料部３よりも屈折率の小さい材料（空気や、真空等の
減圧部）により低屈折率部分４を形成し、透明材料部と
この低屈折率部分４との境界を全反射面１とすることに
より形成して、入射光を受光部２へ全反射射させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、受光素子に関する。本
発明は、特に、受光部への集光構造を改良した受光素子
を提供するものである。本発明は、例えば、撮像素子と
して用いられるＣＣＤデバイスの受光素子として利用す
ることができる。
発明は、特に、受光部への集光構造を改良した受光素子
を提供するものである。本発明は、例えば、撮像素子と
して用いられるＣＣＤデバイスの受光素子として利用す
ることができる。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＣＣＤデバイスにおいては、ＯＣ
Ｌ（On Chip Lens) と称されるレンズ構造が使われてい
る。このレンズ構造により光を集光して、デバイスの受
光部である光センサ部に所要の光を集め、受光を行うの
である。
Ｌ（On Chip Lens) と称されるレンズ構造が使われてい
る。このレンズ構造により光を集光して、デバイスの受
光部である光センサ部に所要の光を集め、受光を行うの
である。
【０００３】ＯＣＬ構造は、例えば図２に示すような構
成になっている。ＣＣＤ素子は、その中央部が受光部２
である光センサ部になっており、この受光部２は、一般
に、素子の長さＬ1 （通常数ミクロン）に対して、その
１／２以下の長さである。よって、素子に入射する光
を、受光部２に集光して、受光効率を高めるべく、受光
部２をおおう透明材料部３（ＳｉＯ2 や、透明樹脂が用
いられる）の一部分を球面状に突出させてレンズ10を形
成し、このレンズ10により集光を行い、受光部２に光を
集めるようにしている。
成になっている。ＣＣＤ素子は、その中央部が受光部２
である光センサ部になっており、この受光部２は、一般
に、素子の長さＬ1 （通常数ミクロン）に対して、その
１／２以下の長さである。よって、素子に入射する光
を、受光部２に集光して、受光効率を高めるべく、受光
部２をおおう透明材料部３（ＳｉＯ2 や、透明樹脂が用
いられる）の一部分を球面状に突出させてレンズ10を形
成し、このレンズ10により集光を行い、受光部２に光を
集めるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】上記したように従来
のＣＣＤデバイスでは、集光効率を上げるために、絶縁
層表面である透明材料部３の一部分を球面状に突出さ
せ、レンズ10を形成していた。しかし、この方法では、
デバイス・チップの中央部分とその周辺部分で光軸が変
化しているために像面の位置が変化し、結果としてチッ
プの中央部分とその周辺部分とで集光効率が異なるとい
う問題があった。
のＣＣＤデバイスでは、集光効率を上げるために、絶縁
層表面である透明材料部３の一部分を球面状に突出さ
せ、レンズ10を形成していた。しかし、この方法では、
デバイス・チップの中央部分とその周辺部分で光軸が変
化しているために像面の位置が変化し、結果としてチッ
プの中央部分とその周辺部分とで集光効率が異なるとい
う問題があった。
【０００５】この結果、画面内で明らかにムラが生じた
り、あるいは必ずしも充分な明るさを確保できないとい
う問題が生じていた。
り、あるいは必ずしも充分な明るさを確保できないとい
う問題が生じていた。
【０００６】本発明は上記従来技術の問題を解決して、
入射光を受光部に集光して受光させる受光素子におい
て、従来の例えばレンズ形成と同程度の高集光効率を維
持したまま、従来技術の欠点である集光効率の差、例え
ばＣＣＤデバイスのチップの中央部分とその周辺部分と
の集光効率の差を無くし、もって充分に明るさを確保で
き、かつ明るさにムラがないように出来る受光素子を提
供することを目的とする。
入射光を受光部に集光して受光させる受光素子におい
て、従来の例えばレンズ形成と同程度の高集光効率を維
持したまま、従来技術の欠点である集光効率の差、例え
ばＣＣＤデバイスのチップの中央部分とその周辺部分と
の集光効率の差を無くし、もって充分に明るさを確保で
き、かつ明るさにムラがないように出来る受光素子を提
供することを目的とする。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】本出願の請求項１の発
明は、入射光を受光部に受光させる構成の受光素子にお
いて、入射光を受光部に全反射させる全反射面を形成し
たことを特徴とする受光素子であって、この構成により
上記目的を達成したものである。
明は、入射光を受光部に受光させる構成の受光素子にお
いて、入射光を受光部に全反射させる全反射面を形成し
たことを特徴とする受光素子であって、この構成により
上記目的を達成したものである。
【０００８】本出願の請求項２の発明は、受光部をおお
う透明材料部内に、該透明材料部よりも屈折率の小さい
材料により低屈折率部分を形成し、透明材料部とこの低
屈折率部分との境界を全反射面としたことを特徴とする
請求項１に記載の受光素子であって、この構成により上
記目的を達成したものである。
う透明材料部内に、該透明材料部よりも屈折率の小さい
材料により低屈折率部分を形成し、透明材料部とこの低
屈折率部分との境界を全反射面としたことを特徴とする
請求項１に記載の受光素子であって、この構成により上
記目的を達成したものである。
【０００９】本出願の請求項３の発明は、低屈折部分を
形成する屈折率の小さい材料が空気または減圧部から成
るものである請求項２に記載の受光素子であって、この
構成により上記目的を達成したものである。
形成する屈折率の小さい材料が空気または減圧部から成
るものである請求項２に記載の受光素子であって、この
構成により上記目的を達成したものである。
【００１０】
【作用】本発明によると、入射光を受光部に全反射させ
る全反射面を形成したので、素子に入射した光はすべて
受光部に集光され、その集光効率は高い。しかも、レン
ズを用いる場合と異なり、光軸変化等よる集光効率の場
所によるばらつきも防止でき、均一な集光を実現でき
る。よって、充分な明るさを確保できるとともに、明る
さのムラのない受光素子を得ることが出来る。
る全反射面を形成したので、素子に入射した光はすべて
受光部に集光され、その集光効率は高い。しかも、レン
ズを用いる場合と異なり、光軸変化等よる集光効率の場
所によるばらつきも防止でき、均一な集光を実現でき
る。よって、充分な明るさを確保できるとともに、明る
さのムラのない受光素子を得ることが出来る。
【００１１】
【実施例】次に本発明の実施例を述べる。但し当然のこ
とではあるが、本発明は以下述べる実施例により限定を
受けるものではない。
とではあるが、本発明は以下述べる実施例により限定を
受けるものではない。
【００１２】実施例１ この実施例は、本発明を、ＣＣＤデバイスの集光構造に
適用したものである。本実施例の構成を、図１に断面図
で示す。本実施例の受光素子（ＣＣＤデバイス）は、入
射光を光センサ等の受光部２に受光させる構成のもので
あって、入射光を受光部２に全反射させる全反射面１を
形成した構成であり、特に本例は、受光部２をおおう透
明材料部３（ここでは酸化シリコン。またはシリコンナ
イトライド（ＳｉＮ）、透明樹脂でもよい）内に、該透
明材料部３よりも屈折率の小さい材料により低屈折率部
分４を形成し、透明材料部３とこの低屈折率部分４との
境界を全反射面１としたものであり、特に、低屈折率部
分４を形成する屈折率の小さい材料が空気または減圧部
（真空）から成る構成としてものである。
適用したものである。本実施例の構成を、図１に断面図
で示す。本実施例の受光素子（ＣＣＤデバイス）は、入
射光を光センサ等の受光部２に受光させる構成のもので
あって、入射光を受光部２に全反射させる全反射面１を
形成した構成であり、特に本例は、受光部２をおおう透
明材料部３（ここでは酸化シリコン。またはシリコンナ
イトライド（ＳｉＮ）、透明樹脂でもよい）内に、該透
明材料部３よりも屈折率の小さい材料により低屈折率部
分４を形成し、透明材料部３とこの低屈折率部分４との
境界を全反射面１としたものであり、特に、低屈折率部
分４を形成する屈折率の小さい材料が空気または減圧部
（真空）から成る構成としてものである。
【００１３】図１において、透明材料部３、即ち例えば
ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 等のＳｉＮや透明樹脂などによっ
て構成される透明絶縁層の該透明材料の屈折率をｎとす
ると、 ｃｏｓθC ＝１／ｎ なる臨界角θc より小さな入射角の光は全反射を起こ
し、透明材料部３から出て行かない。従って、透明材料
部３（絶縁層）と、ここでは空気、または真空から成る
低屈折率部分４との境界のなす角度θを、臨界角θc 以
下に設定すると、入射した光はすべて受光部２に到達す
る。
ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 等のＳｉＮや透明樹脂などによっ
て構成される透明絶縁層の該透明材料の屈折率をｎとす
ると、 ｃｏｓθC ＝１／ｎ なる臨界角θc より小さな入射角の光は全反射を起こ
し、透明材料部３から出て行かない。従って、透明材料
部３（絶縁層）と、ここでは空気、または真空から成る
低屈折率部分４との境界のなす角度θを、臨界角θc 以
下に設定すると、入射した光はすべて受光部２に到達す
る。
【００１４】本実施例では、θを約26.5度に設定するこ
とで、上記の全反射の条件を満たして、入射光をすべて
受光部２に集光させることを可能とし、集光効率の良い
ＣＣＤデバイスを得ることができた。
とで、上記の全反射の条件を満たして、入射光をすべて
受光部２に集光させることを可能とし、集光効率の良い
ＣＣＤデバイスを得ることができた。
【００１５】以下に、上記本実施例の構成により全反射
面１が形成され、所望の効果が得られたことについて説
明する。
面１が形成され、所望の効果が得られたことについて説
明する。
【００１６】通常のＣＣＤデバイスで用いられている透
明材料部３（透明絶縁層）の屈折率は、おおむね、約1.
5 から2.0 程度である。そして、材料をＳｉＯ2 とし
て、ｎを約1.5 として臨界角θc を計算してみると、次
のようになる。即ち、 ｃｏｓθC ＝１／1.5 から、臨界角θc は、およそ50度となる。ＳｉＯ2 以外
でもおよそｎは1.5 程度であり、透明樹脂を用いる場合
も、1.6 程度である。
明材料部３（透明絶縁層）の屈折率は、おおむね、約1.
5 から2.0 程度である。そして、材料をＳｉＯ2 とし
て、ｎを約1.5 として臨界角θc を計算してみると、次
のようになる。即ち、 ｃｏｓθC ＝１／1.5 から、臨界角θc は、およそ50度となる。ＳｉＯ2 以外
でもおよそｎは1.5 程度であり、透明樹脂を用いる場合
も、1.6 程度である。
【００１７】ここで、ＣＣＤデバイスでの受光部２のピ
ッチＤと、透明材料部３の厚さＬとの比を、通常の多く
のＣＣＤデバイスと同様の構成であるＤ／Ｌ＝１とする
と、上述したような構造にした場合、透明材料部３（透
明絶縁層）と低屈折率部分４（空気・真空）との境界の
なす角度θは、 ｃｏｓθ＝１ よりおよそ26.5度となる。従って、全反射の条件（50度
以下）が充分に満たされていることがわかる。
ッチＤと、透明材料部３の厚さＬとの比を、通常の多く
のＣＣＤデバイスと同様の構成であるＤ／Ｌ＝１とする
と、上述したような構造にした場合、透明材料部３（透
明絶縁層）と低屈折率部分４（空気・真空）との境界の
なす角度θは、 ｃｏｓθ＝１ よりおよそ26.5度となる。従って、全反射の条件（50度
以下）が充分に満たされていることがわかる。
【００１８】以上のことは、チップの中央部分で成り立
つが、周辺部分でも成り立つものである。チップ全体に
光を集めるレンズについて、その中心と周辺で入射角が
変わっても上記条件は満たされるからである。
つが、周辺部分でも成り立つものである。チップ全体に
光を集めるレンズについて、その中心と周辺で入射角が
変わっても上記条件は満たされるからである。
【００１９】即ち、ＣＣＤデバイスにおいての、チップ
の中央部分とその周辺部分との光軸の傾きを25度程度で
あるとすると（これは多くのＣＣＤデバイスに採用され
る構造である）、チップ周辺での光の透明材料層３（透
明絶縁層）と低屈折率部分４（空気・真空）との境界に
対する入射角は、次の計算から51.5度となる。 26.5 ＋25＝51.5
の中央部分とその周辺部分との光軸の傾きを25度程度で
あるとすると（これは多くのＣＣＤデバイスに採用され
る構造である）、チップ周辺での光の透明材料層３（透
明絶縁層）と低屈折率部分４（空気・真空）との境界に
対する入射角は、次の計算から51.5度となる。 26.5 ＋25＝51.5
【００２０】よってこれは、ほぼ臨界角θc と同じであ
る。従って、チップのほとんどすべての部分で、全反射
の条件が満たされることがわかる。即ち、Ｄ／Ｌ＝１と
して設計した場合で、中央と周辺とで25度の傾きがある
場合でも、これを充分カバー出来、全反射面１での全反
射が達成出来るものであり、周辺部分での光軸の傾きに
対しても、実用的な集光機能を発揮させることが可能と
なる。
る。従って、チップのほとんどすべての部分で、全反射
の条件が満たされることがわかる。即ち、Ｄ／Ｌ＝１と
して設計した場合で、中央と周辺とで25度の傾きがある
場合でも、これを充分カバー出来、全反射面１での全反
射が達成出来るものであり、周辺部分での光軸の傾きに
対しても、実用的な集光機能を発揮させることが可能と
なる。
【００２１】上述したように、本実施例においては、Ｃ
ＣＤデバイスの透明材料部３（透明絶縁層）内部に、こ
れより屈折率の小さい低屈折率部分４として空気または
真空部分を設けるとともに、両者３，４の間の境界の角
度θを、ｓｉｎθc ＝１／ｎで定義される臨界角θc よ
り小さくし（ｎは透明材料部３である絶縁層の屈折
率）、これによりこの境界を全反射面としたことによ
り、従来のＣＣＤのＯＣＬのレンズ構造と同程度の高集
光効率を維持したまま、チップの中央部分とその周辺部
分との集光効率の差を無くすことが出来る。従って、充
分明るく、かつ画面内で明るさにムラがないＣＣＤデバ
イスを製造することが出来た。
ＣＤデバイスの透明材料部３（透明絶縁層）内部に、こ
れより屈折率の小さい低屈折率部分４として空気または
真空部分を設けるとともに、両者３，４の間の境界の角
度θを、ｓｉｎθc ＝１／ｎで定義される臨界角θc よ
り小さくし（ｎは透明材料部３である絶縁層の屈折
率）、これによりこの境界を全反射面としたことによ
り、従来のＣＣＤのＯＣＬのレンズ構造と同程度の高集
光効率を維持したまま、チップの中央部分とその周辺部
分との集光効率の差を無くすことが出来る。従って、充
分明るく、かつ画面内で明るさにムラがないＣＣＤデバ
イスを製造することが出来た。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、入射光を受光部に集光
して受光させる受光素子において、従来の例えばレンズ
形成と同程度の高集光効率を維持したまま、集光効率の
差、例えばＣＣＤデバイスのチップの中央部分とその周
辺部分との集光効率の差を無くし、もって充分に明るさ
を確保でき、かつ明るさにムラがないように出来る受光
素子を提供することができる。
して受光させる受光素子において、従来の例えばレンズ
形成と同程度の高集光効率を維持したまま、集光効率の
差、例えばＣＣＤデバイスのチップの中央部分とその周
辺部分との集光効率の差を無くし、もって充分に明るさ
を確保でき、かつ明るさにムラがないように出来る受光
素子を提供することができる。
【図１】 実施例１の受光素子（ＣＣＤデバイス）の構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
【図２】 従来の受光素子の集光構造（ＣＣＤデバイス
のＯＣＬ構造におけるレンズ構造）を示す断面図であ
る。
のＯＣＬ構造におけるレンズ構造）を示す断面図であ
る。
１ 全反射面 ２ 受光部（光センサ部） ３ 透明材料部（透明絶縁層） ４ 低屈折率部分（空気または真空）
Claims (3)
- 【請求項１】入射光を受光部に受光させる構成の受光素
子において、 入射光を受光部に全反射させる全反射面を形成したこと
を特徴とする受光素子。 - 【請求項２】受光部をおおう透明材料部内に、該透明材
料部よりも屈折率の小さい材料により低屈折率部分を形
成し、透明材料部とこの低屈折率部分との境界を全反射
面としたことを特徴とする請求項１に記載の受光素子。 - 【請求項３】低屈折部分を形成する屈折率の小さい材料
が空気または減圧部から成るものである請求項２に記載
の受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4073532A JPH05235313A (ja) | 1992-02-25 | 1992-02-25 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4073532A JPH05235313A (ja) | 1992-02-25 | 1992-02-25 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05235313A true JPH05235313A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=13520941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4073532A Pending JPH05235313A (ja) | 1992-02-25 | 1992-02-25 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05235313A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100410669B1 (ko) * | 2001-06-30 | 2003-12-12 | 주식회사 하이닉스반도체 | 이미지센서 및 그 제조 방법 |
| US7060961B2 (en) | 2003-12-12 | 2006-06-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensing element and optical instrument having improved incident light use efficiency |
| US7078753B2 (en) | 2004-03-01 | 2006-07-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensor |
| US8809094B2 (en) | 2011-06-15 | 2014-08-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing solid-state image sensor |
-
1992
- 1992-02-25 JP JP4073532A patent/JPH05235313A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100410669B1 (ko) * | 2001-06-30 | 2003-12-12 | 주식회사 하이닉스반도체 | 이미지센서 및 그 제조 방법 |
| US7060961B2 (en) | 2003-12-12 | 2006-06-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensing element and optical instrument having improved incident light use efficiency |
| US7078753B2 (en) | 2004-03-01 | 2006-07-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensor |
| US8809094B2 (en) | 2011-06-15 | 2014-08-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing solid-state image sensor |
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