JPH0595098A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

Info

Publication number
JPH0595098A
JPH0595098A JP3280321A JP28032191A JPH0595098A JP H0595098 A JPH0595098 A JP H0595098A JP 3280321 A JP3280321 A JP 3280321A JP 28032191 A JP28032191 A JP 28032191A JP H0595098 A JPH0595098 A JP H0595098A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refractive index
microlens
insulating film
solid
incident light
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.)
Withdrawn
Application number
JP3280321A
Other languages
English (en)
Inventor
Etsuro Shimizu
悦朗 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP3280321A priority Critical patent/JPH0595098A/ja
Publication of JPH0595098A publication Critical patent/JPH0595098A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Facsimile Heads (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画素サイズが縮小された場合においても、入
射光をフォトダイオードに集束できるようにしたマイク
ロレンズを備えた固体撮像装置を提供する。 【構成】 シリコン基板1の表面にマトリクス状に配置
された複数のフォトダイオード2に対して、低屈折率領
域8と高屈折率領域9からなる絶縁膜3を介して、前記
シリコン基板1上のフォトダイオード2に対応する部分
に入射光を集束するマイクロレンズ5を配設する。これ
によりマイクロレンズ5の厚みを極端に薄くすることな
く、その焦点距離を伸ばし、入射光7を効率よくフォト
ダイオード2に集束させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、感度を向上させるた
めマイクロレンズを備えた固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、CCDやCMD(Charge Modul
ation Device)等を用いた固体撮像装置においては、半
導体主面に光電変換部及び信号読み出し部を備えている
ので、実際に光電変換に寄与する領域は、20〜50%に制
限されている。この欠点を解決するための手段として、
集光のためのマイクロレンズを画素毎に設け、入射光を
光電変換部に集光する方法が特公昭60−59752号
公報などに提案されている。
【0003】図4は、上記公報記載のマイクロレンズ付
の固体撮像装置の画素部の構造を示す断面図であり、図
において、11はシリコン基板、12はチャネルストップ、
13は拡散層、14はフォトダイオード、15は絶縁膜、16は
ポリシリコンゲート、17は例えばホトレジスト等の有機
材料よりなるマイクロレンズ集束体であり、この構成に
よりDで示す範囲の入射光がフォトダイオード14に照射
されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、固体撮像素
子の画素が縮小された場合を考えると、この場合、画素
上に形成されたマイクロレンズのピッチも縮小され、従
来の構造ではマイクロレンズの焦点距離と、フォトダイ
オードの位置が一致しなくなるという問題点が発生す
る。
【0005】この問題点を図5を用いて、詳細に説明す
る。図5において、1はシリコン基板、2はフォトダイ
オード、3は絶縁膜である。4は画素が縮小される前の
ピッチのマイクロレンズであり、このレンズ4により入
射光は実線6で示す如くフォトダイオード2に集束され
ている。これに対し、5は画素の縮小に伴いピッチを縮
小したマイクロレンズであり、この場合、入射光は破線
7で示す如く集光され、その集束位置(焦点)Pはフォ
トダイオード2よりレンズ側にずれることになる。この
ように構造をそのままにしてレンズのピッチを縮小しよ
うとした場合、レンズの焦点とフォトダイオードの位置
の不一致が必ず生じ、構造をそのままにしてフォトダイ
オードにレンズの焦点を合わせようとするならば、マイ
クロレンズ厚を薄くして焦点距離をのばすと共に、絶縁
膜厚を薄くしてレンズの焦点にフォトダイオードを近づ
けるように配置しなければならなくなる。
【0006】しかしムービー用単板カラー固体撮像装置
の如く、マイクロレンズとフォトダイオード間にオンチ
ップフィルタまでも形成した固体撮像装置においては、
素子特性上、絶縁膜(フィルタを含む)の厚みを薄くす
るには限界があり、その結果、レンズ厚の設定に過大な
要求がかかってくることになる。
【0007】表1は5μm□サイズの画素にオンチップ
フィルタと共にマイクロレンズを形成した場合の従来構
造で要求されるレンズ厚みの計算値であり、Y. Ihsihar
a and K. Tanigaki, IEDM Tech. Dig. Dec. 1983 pp. 4
97-500記載の次式(1)で見積もった値である。 t=n1 /(n1 −n0 )・(p2 +t′2 )/2t′−t′・・・・・・(1)
【0008】ここで、tは絶縁膜の厚み(9.3μm)、
1 はレンズの屈折率、n0 は空気の屈折率(1.0)、
pはレンズ径の1/2(2.05μm)、t′はレンズ厚み
である。レンズの屈折率は現状では1.55程度であるが、
将来的に1.4程度まで低屈折率化されることを見込ん
で、1.4と1.55の2条件について計算した。
【0009】
【表1】
【0010】表1よりレンズの屈折率が1.4まで小さく
なったとしても、レンズ厚t′の要求レベルがサブミク
ロンのオーダーであることがわかる。レンズを例えば樹
脂の熱フローで形成しようとした場合、この程度の厚み
では再現性の良いレンズ形状を得ることは不可能であ
る。
【0011】本発明は、従来のマイクロレンズを備えた
固体撮像装置における上記問題点を解消するためになさ
れたもので、画素サイズが5μm□程度まで縮小された
場合においても、入射光をフォトダイオードに集束する
ことが可能な固体撮像装置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及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、半導体基板の表面領域にマトリ
クス状に配設された複数の光電変換素子と、前記半導体
基板上に絶縁膜を介して配設した前記各光電変換素子に
対応する部分に入射光を集束するマイクロレンズとをそ
れぞれ備えた固体撮像装置において、前記絶縁膜を構成
する膜のうち、厚み方向における全てあるいは一部分の
膜の屈折率を、前記マイクロレンズの屈折率よりも大き
な値とするものである。
【0013】このように構成した固体撮像装置において
は、マイクロレンズの厚みを極端に薄くすることなく、
その焦点距離をのばすことが可能となり、画素サイズが
小さくなっても効率良く光電変換素子へ入射光を集束す
ることができる。
【0014】
【実施例】次に本発明に係る固体撮像装置の実施例につ
いて説明する。図1は、本発明に係る固体撮像装置の第
1実施例を説明するための図であり、光電変換素子から
マイクロレンズにかけての画素部の構造を示しており、
図5に示した従来のものと同一又は対応する部分には同
一符号を付して示している。図中、1はシリコン基板、
2はフォトダイオード、5はマイクロレンズ、3はマイ
クロレンズ5と同じ屈折率の低屈折率領域8とマイクロ
レンズ5よりも大きな屈折率の高屈折率領域9よりなる
絶縁膜である。
【0015】このような絶縁膜構造を備えた固体撮像装
置においては、入射光7は実線で示す如く、絶縁膜3の
低屈折率領域8と高屈折率領域9の境界領域で、屈折率
の違いにより焦点距離が伸ばされて、フォトダイオード
2に集束される。表2は従来構造で見積もったと同様
に、5μm□サイズの画素上にフィルタとマイクロレン
ズを形成した場合に要求されるマイクロレンズ厚みを計
算した値を示したものである。見積もりに当たって、レ
ンズ5のピッチp(2.05μm)及び絶縁膜3の厚みt
(9.3μm)は従来構造と同じとし、絶縁膜3のうち低
屈折率の領域8は厚みが2.3μmで屈折率がマイクロレ
ンズと同じ1.4あるいは1.55、高屈折率の領域9は厚み
が7.0μmで屈折率を1.8とした。
【0016】
【表2】
【0017】表2中の屈折率値を表1中の値と比較する
と、本発明における絶縁膜構造においては、マイクロレ
ンズの厚みt′が従来構造のものより大きくとれること
が明らかであり、特にマイクロレンズの屈折率が1.4の
場合には、マイクロレンズの厚みは1μmを越えるまで
大きくとれる。この場合、レンズ形状の再現性が従来よ
りも大きく改善される。
【0018】なお本実施例におけるレンズ厚みの見積も
りで仮定した屈折率1.4あるいは1.8の数値は、樹脂と
して設定可能な範囲にあり、したがってマイクロレンズ
あるいは絶縁膜の一部、特に平坦化層をこのような樹脂
で形成する場合には、本実施例の構成は十分に実現可能
なものである。また高屈折率の絶縁膜は、例えばプラズ
マCVDによるSiOx y 膜によっても形成可能であ
る。SiOx y 膜はx,yの設定次第で1.55〜2.0の間
の屈折率となり、その熱的安定性からメタル配線間の絶
縁膜としての使用に適している。
【0019】本発明に係る第1の実施例においては、絶
縁膜を低屈折率領域と高屈折率領域とに2分し、高屈折
率領域をフォトダイオードと接する位置に形成してある
が、本発明では、マイクロレンズから入射した光がフォ
トダイオードに到達する経路中に低屈折率領域と高屈折
率領域があれば良く、第1実施例に示した屈折率の設定
に限られるものではない。絶縁膜の全ての領域をマイク
ロレンズより高屈折率に設定しても良いし、図2に示す
本発明に係る第2の実施例の如く、絶縁膜3が低屈折率
領域8-1−高屈折率領域9−低屈折率領域8-2の順で構
成されていても良い。この第2実施例においては、マイ
クロレンズ5を通過した入射光7が実線で示すように屈
折しながら、フォトダイオード2に集束される。この場
合においても従来構造よりもマイクロレンズの焦点距離
が伸ばされている。
【0020】次に図3に基づいて本発明に係る第3の実
施例を説明する。この実施例は絶縁膜厚が特に厚く、マ
イクロレンズからフォトダイオードまでの距離が非常に
長い場合にも、フォトダイオードへ入射光を集束できる
ように構成したものである。同図において、1はシリコ
ン基板、2はフォトダイオード、5はマイクロレンズで
あり、絶縁膜3は低屈折率領域8と高屈折率領域9で構
成されており、ここまでの構成は図1に示した第1実施
例と同じであるが、低屈折率領域8と高屈折率領域9の
境界のうち、マイクロレンズ5で集光された光が通過す
る部分10が、高屈折率領域9が凹形状となるように低屈
折率領域8を突出させている点が異なる。この凹形状部
分10は、実線で示すように入射光7をマイクロレンズ5
よりより遠い位置で集束させる作用を果たす。この第3
実施例に示した構成は、前述のように絶縁膜厚が特に厚
い場合やマイクロレンズのピッチが極めて小さい場合に
効果的である。
【0021】なお上記第1〜第3実施例においては、低
屈折率領域と高屈折率領域の境界を明瞭に区別して記述
したが、実際には屈折率の変化が連続的であっても何ら
問題ない。
【0022】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、マイクロレンズの焦点距離を従来より
も伸ばすことができるため、画素サイズを縮小し従って
マイクロレンズのピッチが小さくなった場合にも、マイ
クロレンズの厚みを従来より厚く設定したままで、入射
光をフォトダイオード上に集束できる。そしてマイクロ
レンズ厚が厚くできることにより、マイクロレンズの形
状再現性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像装置の第1実施例を説明
するための画素部の断面図である。
【図2】第2実施例の画素部を示す断面図である。
【図3】第3実施例の画素部を示す断面図である。
【図4】従来のマイクロレンズ付固体撮像装置の画素部
の断面図である。
【図5】従来のマイクロレンズ付固体撮像装置の問題点
を説明するための図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 フォトダイオード 3 絶縁膜 5 マイクロレンズ 8 低屈折率領域 9 高屈折率領域 10 凹形状部分

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面領域にマトリクス状に
    配設された複数の光電変換素子と、前記半導体基板上に
    絶縁膜を介して配設した前記各光電変換素子に対応する
    部分に入射光を集束するマイクロレンズとをそれぞれ備
    えた固体撮像装置において、前記絶縁膜を構成する膜の
    うち、厚み方向における全てあるいは一部分の膜の屈折
    率を、前記マイクロレンズの屈折率よりも大きな値とし
    たことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記絶縁膜の屈折率の変化する境界面の
    うち、入射光が通過する部分において、低屈折率の領域
    を高屈折率の領域に対して、高屈折率の領域が凹状とな
    るように突出させたことを特徴とする請求項1記載の固
    体撮像装置。
JP3280321A 1991-10-02 1991-10-02 固体撮像装置 Withdrawn JPH0595098A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3280321A JPH0595098A (ja) 1991-10-02 1991-10-02 固体撮像装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3280321A JPH0595098A (ja) 1991-10-02 1991-10-02 固体撮像装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0595098A true JPH0595098A (ja) 1993-04-16

Family

ID=17623371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3280321A Withdrawn JPH0595098A (ja) 1991-10-02 1991-10-02 固体撮像装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0595098A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05134111A (ja) * 1991-11-15 1993-05-28 Sharp Corp 固体撮像装置
JP2005109490A (ja) * 2003-09-29 2005-04-21 Hynix Semiconductor Inc イメージセンサー及びその製造方法
US7075164B2 (en) 2001-12-28 2006-07-11 Fuji Photo Film Co., Ltd. Semiconductor photoelectric conversion device suitable for miniaturization
JP2008147568A (ja) * 2006-12-13 2008-06-26 Canon Inc イメージセンサおよび撮像装置
JP2012182430A (ja) * 2011-02-09 2012-09-20 Canon Inc 光電変換装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05134111A (ja) * 1991-11-15 1993-05-28 Sharp Corp 固体撮像装置
US7075164B2 (en) 2001-12-28 2006-07-11 Fuji Photo Film Co., Ltd. Semiconductor photoelectric conversion device suitable for miniaturization
JP2005109490A (ja) * 2003-09-29 2005-04-21 Hynix Semiconductor Inc イメージセンサー及びその製造方法
JP2008147568A (ja) * 2006-12-13 2008-06-26 Canon Inc イメージセンサおよび撮像装置
JP2012182430A (ja) * 2011-02-09 2012-09-20 Canon Inc 光電変換装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100745595B1 (ko) 이미지 센서의 마이크로 렌즈 및 그 형성 방법
US9450011B2 (en) Solid-state image sensor and imaging system
KR100246059B1 (ko) 고체촬상장치
US8866249B2 (en) Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
US5514888A (en) On-chip screen type solid state image sensor and manufacturing method thereof
JP2621767B2 (ja) 固体撮像素子
KR20120052856A (ko) 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기
JPH05134111A (ja) 固体撮像装置
JP4412710B2 (ja) 光電変換装置の設計方法
JPH05335531A (ja) 固体撮像装置
US20040262705A1 (en) Solid-state image sensor and method of manufacturing solid-state image sensor
JP2005158940A5 (ja)
JP2742185B2 (ja) 固体撮像装置
JP2000164839A (ja) 固体撮像装置
JPH08139300A (ja) 固体撮像装置
JPH0595098A (ja) 固体撮像装置
KR100748313B1 (ko) 이미지센서의 제조방법
JPH05335533A (ja) 固体撮像装置の製造方法
JPH11103036A (ja) 固体撮像素子
KR20020042098A (ko) 이미지센서 및 그 제조 방법
JP2876838B2 (ja) 固体撮像素子
JPH02309674A (ja) 固体撮像装置
JP4136374B2 (ja) 固体撮像装置および撮像システム
JPH04259256A (ja) 固体撮像装置
JP2000124434A (ja) 固体撮像素子

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: 19990107