DE69503473T2

DE69503473T2 - Festkörper-Bildaufnahme-Vorrichtung und Herstellungsmethode

Info

Publication number: DE69503473T2
Application number: DE69503473T
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Ibaraki-Shi Osaka 567 Aoki; Yoshikazu Tennouji-Ku Osaka-Shi Osaka 543 Sano; Yoko Saidaiji Nara-Shi Nara 631 Shigeta
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1995-05-22
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2015-09-09
Also published as: EP0744778A1; JP3405620B2; KR100213422B1; TW308652B; DE69503473D1; CN1050938C; EP0744778B1; CN1134040A; JPH08316448A; US5796154A; KR960043255A; US6030852A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine (hiernach auch als ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD - charge coupled device) bezeichnete) Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Heutzutage umfaßt das Farbgebungsverfahren für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung im primären Einsatz eine Farbfilterstruktur auf dem Chip, wobei eine Farbfilterschicht direkt auf der Oberfläche eines mit einem Festkörper-Bildaufnahmeelement versehenen Halbleitersubstrats ausgebildet wird. Dieses Verfahren hat den Platz eines Filterhaftsystems übernommen, bei dem eine Glasplatte, auf der eine Farbfilterschicht angeordnet ist, auf einem Festkörper-Bildaufnahmeelement haftet. Weiterhin wird bei einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung kompakter Größe oben auf der Farbfilterschicht eine Mikrolinse ausgebildet, um einfallendes Licht auf einen Photodiodenteil zu konvergieren, um die Lichtempfindlichkeit zu verbessern.
Im folgenden wird eine herkömmliche Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung erläutert.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Bildaufnahmeteils einer herkömmlichen Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung. In der Fig. 5 stellt die Bezugsziffer 13 ein mit einem Festkörper-Bildaufnahmeelement versehenes n-leitendes Halbleitersubstrat dar; 12 stellt eine p-Mulden-Schicht dar; 11 stellt einen Photodiodenteil dar; 10 stellt einen Ladungsübertragungsteil dar; 9 stellt einen Siliziumoxid oder Nitridfilm dar; 8 stellt eine Polysilizium- Elektrode dar; 14 stellt eine lichtabschirmende Metallschicht dar; 5 stellt eine Oberflächenschutzschicht eines Halbleiterelements dar; 19 stellt eine Planarisierungsschicht zum Einebnen eines Elements dar; 4 stellt eine Farbfilterschicht dar; 3 stellt einen transparenten Zwischenfilm dar; und 1 stellt eine Mikrolinse dar. Weiterhin umfaßt ein weiteres herkömmliches Beispiel eine zusätzliche Schicht aus Metallfilm, die über einen Siliziumoxidfilm auf der lichtabschirmenden Metallschicht 14 zum Verstärken der Lichtabschirmung und zur Ausbildung eines Halbleiterelements mit der Oberflächenschutzschicht 5 ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Mikrolinse 1 auf jeden Photodiodenteil eingestellt und positioniert und durch die Linse konvergiertes Licht wird zur Verbesserung der Empfindlichkeit auf den Photodiodenteil 11 geleitet. Unter den aus der Lichtenergie im Photodiodenteil 11 entstehenden Elektronen und Löchern werden die Elektronen durch an die Polysiliziumelektrode 8 angelegte Spannung zum Ladungsübertragungsteil 10 weitergeleitet. Die übertragenen Elektronen werden dann durch in dem Ladungsübertragungsteil 10 durch die an die Polysiliziumelektrode 8 angelegte Spannung erzeugte Potentialenergie zu einem Ausgabeteil weitergeleitet.
Ein weiteres, in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. (Tokkai Hei) 5-134111 offenbartes Beispiel ist eine Erfindung, bei der ein optischer Weg durch Ausbilden des unter der Mikrolinse 1 angeordneten Zwischenfilms 3 unter Verwendung eines Materials wie beispielsweise Polyimid, dessen Brechzahl größer als die Brechzahl der Mikrolinse ist, gesteuert wird.
Auch kommt der Farbfilter 4 nicht in einer Drei-Chip-Bildaufnahmevorrichtung für Videokameras oder in einer Schwarz-Weiß-CCD zur Anwendung.
Der oben erwähnte herkömmliche Aufbau wies jedoch die nachfolgenden Probleme auf, woraus sich Schwierigkeiten bei der Verbesserung der Empfindlichkeit ergaben.
Im allgemeinen wird eine Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung dort angeordnet, wo Licht durch eine optische Linse konvergiert wird und ein Bild gebildet wird. In diesem Fall verändert sich der Einfallswinkel entsprechend einer Blendengröße eines Öffnungsteils. Insbesondere erreicht der optische Weg eines schräg eintretenden Lichtstrahls 18, wenn sich eine Blende wie in Fig. 4 gezeigt in einem offenen Zustand befindet, nicht einen Photodiodenteil 11 sondern wird stattdessen zu einem lichtabschirmenden Film 7 geleitet. Die Verbesserung der Empfindlichkeit entspricht infolgedessen nicht den Erwartungen, wenn die Blende einer optischen Linse offen ist.
Weiterhin ist es bekannt, um soviele schräge Lichtkomponenten wie möglich zu einem Photodiodenteil zu leiten, die Entfernung von der Mikrolinse 1 zum Photodiodenteil 11 (hiernach als Photodiodenteilentfernung abgekürzt) zu verkürzen. Im herkömmlichen System wird jedoch für den lichtabschirmenden Film 14 Aluminium benutzt, und da dieser lichtabschirmende Film 14 gleichzeitig auch für die umgebende Verdrahtung benutzt wird, wird eine Stärke von annähernd 1 um benötigt. Zusätzlich wird eine stufenweise Differenz am Öffnungsteil groß, so daß es notwendig ist, die Planarisierungsschicht 19 für die gleichförmige Ausbildung des Farbfilters und der Mikrolinse ausreichend auszubilden. Auch kann bei einem weiteren Beispiel der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, bei der das Verfahren der Ausbildung von zwei Stufen von lichtabschirmenden Schichten zur Anwendung kommt, die Photodiodenteilentfernung wegen desselben oben erwähnten Grundes nicht verkürzt werden.
Darüberhinaus wurde bei der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 5-134111 vorgeschlagen, einen die Brechzahl 1,56 der Mikrolinse überschreitenden Linseneffekt vorzusehen, aber mit steigender Brechzahl verschlechtert sich der Lichtdurchlässigkeitsgrad des Materials. Das Material ist infolgedessen gefärbt, was zu einer Verschlechterung der Empfindlichkeit führt.
In EP-A-0 441 594 ist eine Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung mit Mikrolinsen beschrieben, wobei die Mikrolinsen und Kunstharzzwischenschichten in einer Doppelschichtstruktur auf dem Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungssubstrat vorgesehen sind. Die Mikrolinsen der oberen Schicht sind größer als die Mikrolinsen der unteren Schicht. Die unteren Mikrolinsen sind nur nach oben angeschwollen.
In EP-A-0 542 581 ist ein Festkörper- Bildaufnahmegerät mit einer einzigen Schicht von Mikrolinsen offenbart, die auf einem Polyamidkunstharzfilm mit einer größeren Brechzahl als der des Mikrolinsenmaterials vorgesehen ist. Direkt unter dem Polyamidkunstharzfilm ist oberhalb eines BPSG-Films ein Lichtabschirmfilm positioniert. Zum Einebnen wird der Polyamidkunstharzfilm zehn Minuten lang bei 200-250ºC ausgetrocknet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Probleme im herkömmlichen System durch Bereitstellung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zu lösen, die verhindert, daß sich die Lichtsammelmenge schrägen einfallenden Lichts verringert und hohe Empfindlichkeit und ausgezeichnete Bildeigenschaften besitzt. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung dieser Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.
Um diese Aufgaben und Vorteile zu erreichen, ist eine erfindungsgemäße Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 vorgesehen.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen 2-10 angegeben.
Danach ist das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung Im Anspruch 11 angegeben.
Weiterhin ist es bei dem oben erwähnten Aufbau vorzuziehen, daß die Querschnittsform der oberen Mikrolinse eine konvexe Form ist, deren Mittelteil entweder nach oben oder nach unten angeschwollen ist.
Zusätzlich ist es bei dem oben erwähnten Aufbau vorzuziehen, daß mindestens ein aus der Gruppe, die aus einem Metallsilizidfilm und einem Metallfilm mit hohem Schmelzpunkt besteht, ausgewählter Film als lichtabschirmender Film in einem anderen lichtabschirmenden Bereich als dem Photodiodenteil durch ein Zerstäubungs- oder CVD- (chemical vapor depositon)Verfahren ausgebildet wird. Auf diese Weise läßt sich ein lichtabschirmender Film, der dünn ist und gleichförmige Stärke aufweist, erhalten.
Auch ist es bei dem oben erwähnten Aufbau vorzuziehen, daß der Metallsilizidfilm mindestens ein aus der Gruppe, die aus Wolframsilizid (WSi), Molybdänsilizid (MoSi) und Titaniumsilizid (TiSi) besteht, ausgewählter Film ist.
Bei dem oben erwähnten Aufbau ist es vorzuziehen, daß der Metallfilm mit hohem Schmelzpunkt mindestens einen aus der Gruppe, die aus Wolfram (W), Molybdän (Mo) und Titan (Ti) besteht, ausgewählten Metallfilm umfaßt.
Weiterhin ist bei dem oben erwähnten Aufbau vorzuziehen, daß als Oberflächenschicht des lichtabschirmenden Films und des Photodiodenteils ein Boro-Phospho-Silikatglas-(BPSG-)Film durch das CVD-Verfahren ausgebildet wird.
Zusätzlich ist es bei dem oben erwähnten Aufbau vorzuziehen, daß der Querschnitt des Boro-Phospho- Silikatglas-(BPSG-)Films in einer konkaven Form ausgebildet wird.
Auch ist es bei dem oben erwähnten Aufbau vorzuziehen, daß der Boro-Phospho-Silikatglas- (BPSG-)Film eine Stärke von 0,5 um bis 1,2 um aufweist.
Bei dem oben erwähnten Aufbau ist es vorzuziehen, daß zwischen den oberen und unteren Mikrolinsen eine die Oberseite der unteren Mikrolinse kontaktierende Farbfilterschicht ausgebildet wird.
Nach dem oben erwähnten Aufbau der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zwei Schichten von Mikrolinsen, die an Ober- und Unterseiten entsprechend einem auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats mit einem darauf ausgebildeten Festkörper-Bildaufnahmeelement angeordneten Photodiodenteil positioniert sind, und oberhalb des Photodiodenteils des Festkörper-Bildaufnahmeelements ist eine Halbleiterelementoberflächenschutzschicht vorgesehen, und zwischen den zwei unteren und oberen Mikrolinsen ist ein Zwischenfilm vorgesehen. Die oberen und unteren Mikrolinsen weisen im wesentlichen dieselbe Lichtbrechzahl und beinahe gleichwertige Lichtdurchlässigkeit auf. Die Lichtbrechzahl der oberen und unteren Mikrolinsen ist größer als die des zwischen den Mikrolinsen gehaltenen Zwischenfilms und ist größer als die Durchschnittsbrechzahl des Films von der Halbleiterelementoberflächenschutzschicht bis zum Photodiodenteil. Infolgedessen läßt sich eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung erhalten, die verhindert, daß sich die Lichtsammelmenge schräg einfallenden Lichts verringert und hohe Empfindlichkeit und ausgezeichnete Bildeigenschaften besitzt. Anders gesagt wird, wenn Licht schräg in die Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung eintritt, das Licht mit einem optischen Weg, der den Photodiodenteil verfehlt, durch die sich im unteren Teil befindliche zweite Mikrolinse eingesammelt, um das Licht senkrechter zu formen und dadurch eine Verschlechterung der Empfindlichkeit verhindert. Da weiterhin das benutzte Material dasselbe ist, wie das Mikrolinsenmaterial bzw. eine dem Mikrolinsenmaterial gleichwertige Durchlässigkeit aufweist, tritt keine Verschlechterung der Empfindlichkeit aufgrund von Lichtabsorption ein.
Wie oben erwähnt ist vorzuziehen, daß die Querschnittsform der unteren Mikrolinse eine konvexe Form ist, deren Mittelteil sich mindestens nach unten erstreckt. Nach dem sogenannten Prinzip der konvexen Linse kann infolgedessen von oben eintretendes Licht wirksam gesammelt und zum Mittelteil des Lichtfangteils geleitet werden, wodurch die Empfindlichkeit in einem hohen Maß erhalten bleibt.
Weiterhin ist es wie oben erwähnt vorzuziehen, daß die Querschnittsform der oberen Mikrolinse eine konvexe Form ist, deren Mittelteil sich entweder nach oben oder unten erstreckt. Nach dem oben erwähnten sogenannten Prinzip der konvexen Linse kann von oben eintretendes Licht effektiv gesammelt und zum Mittelteil des Photodiodenteils geleitet werden, wodurch die Empfindlichkeit in einem hohen Maß erhalten bleibt.
Zusätzlich kann, wenn mindestens ein Film, der aus der Gruppe, die aus einem Metallsilizidfilm und einem Metallfilm mit hohem Schmelzpunkt besteht, ausgewählt ist, als lichtabschirmender Film in einem anderen lichtabschirmenden Bereich als dem Photodiodenteil ausgebildet wird, eine dünnere Polysiliziumelektrode ausgebildet werden, als wenn man einen herkömmlichen Metallaluminiumfilm als lichtabschirmenden Film benutzt. Zur gleichen Zeit bilden der lichtabschirmende Film und die Polysiliziumelektrode eine konvexe Form, so daß der zwischen der Polysiliziumelektrode und der benachbarten Elektrode gebildete Photodiodenteil eine hohle Form bildet. Die Form der zweiten Mikrolinse wird durch den darauf ausgebildeten BPSG-Film bestimmt. Anders gesagt bestimmt die Stärke des abschließenden BPSG-Films die Form der Linse, aber ihre Grundform wird durch die Stärken und Breiten der Polysiliziumelektrode und des lichtabschirmenden Films und die Entfernung dazwischen bestimmt. Wenn man beispielsweise annimmt, daß die Stärke der Polysiliziumelektrode ca. 0,8 bis 1 um beträgt, die Entfernung zwischen der Polysiliziumelektrode und der benachbarten Polysiliziumelektrode (dem Photodiodenteil) ca. 5 um beträgt, die Stärke des lichtabschirmenden Films auf der Oberfläche der Polysiliziumelektrode ca. 0,4 um beträgt und die Stärke des BPSG-Films ca. 0,8 um beträgt, dann umfaßt die Form der zweiten Mikrolinse eine konvexe Linse, deren Mittelteil in einer konvexen Form ausgebildet ist.
Auch ist es noch effektiver, den Metallsilizidfilm zumindest aus der Gruppe auszuwählen, die Wolframsilizid (WSi), Molybdansilizid (MoSi) und Titansilizid (TiSi) umfaßt. Bei dem oben erwähnten Aufbau kann der Metallfilm mit hohem Schmelzpunkt mindestens einen Metallfilm umfassen, der aus der aus Wolfram (W), Molybdän (Mo) und Titan (Ti) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Weiterhin ist es bei dem oben erwähnten Aufbau zu bevorzugen, daß als Oberflächenschicht des lichtabschirmenden Films und des Photodiodenteils ein Boro-Phospho-Silikatglas-(BPSG-)Film ausgebildet wird. Auf diese Weise wird die Oberflächenform im Vergleich mit dem gewöhnlichen Phosphorglas (PSG) oder Nitridglas (NSG) glatter durch Erwärmung.
Zusätzlich kann, da der Querschnitt des Boro- Phospho-Silikatglas-(BPSG-)Films im Bereich des Photodiodenteils durch die Polysiliziumelektrode und den lichtabschirmenden Film dazu ausgebildet ist, die benachbarte konvexe Form vollständig zu bedecken, eine konkave Form mit glatter Oberfläche erreicht werden. Das Oberteil des Photodiodenteils nimmt nämlich eine hohle und glatte Querschnittsform an und diese Form kann die Form der zweiten Mikrolinse bestimmen. Auch ist es bei Ausbildung einer tiefen Form zu bevorzugen, einen dünnen BPSG-Film abzulagern und bei Ausbildung einer flachen Form sollte ein dicker BPSG-Film abgelagert werden. Bei dem oben erwähnten Aufbau ist es zu bevorzugen, daß der BPSG-Film eine Stärke von 0,5 um bis 1,2 um aufweist.
Wie oben erwähnt umfaßt die Halbleiterelementoberflächenschutzschicht mindestens einen Film, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus SiO&sub2;, SiON und SiN besteht. Diese Materialien werden im allgemeinen für die Passivierung (den Oberflächenschutz) eines Halbleiters benutzt und sie können verhindern, daß Oberflächenstaub das Innere des Elements verschmutzt oder daß Feuchtigkeit durchdringt.
Weiterhin kann, wenn zwischen den oberen und unteren Mikrolinsen eine Farbfilterschicht ausgebildet wird und die Oberseite der unteren Mikrolinse kontaktiert, eine ausgezeichnete Farb-CCD erzielt werden.
Im Ergebnis läßt sich die Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung wirkungsvoll herstellen.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Bildaufnahmeteils einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Bildaufnahmeteils einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine diagrammatische Ansicht des Vorganges des Einsammelns schrägen Lichts durch eine zweite Mikrolinse und Weiterleiten desselben zu einem Photodiodenteil in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine diagrammatische Ansicht eines Zustandes, in dem ein optischer Weg schrägen Lichts einen Photodiodenteil in einem herkömmlichen Beispiel verfehlt.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Bildaufnahmeteils einer herkömmlichen Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung.
Fig. 6 (a) bis 6 (c) sind Querschnittsansichten eines Verfahrens zur Herstellung einer zweiten Mikrolinse in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines Lichtverlaufs einfallenden Lichts in einer herkömmlichen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, bei der keine zweite Mikrolinse vorhanden ist.
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht eines Lichtverlaufs einfallenden Lichts in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Polysiliziumelektrodenteils in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung eines Empfindlichkeitsverhältnisses im Vergleich mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einem herkömmlichen Beispiel.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren und die folgenden Beispiele erläutert. Die Beispiele sind beispielhaft und sollten nicht als die Erfindung auf irgendeine Weise beschränkend ausgelegt werden.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Bildaufnahmeteils einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung im Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Dieses erste Beispiel zeigt einen Filter auf dem Chip, wobei zwei Mikrolinse-Schichten auf den Ober- und Unterseiten angeordnet und eine Struktur eines Halbleiterelements unter den Filter auf dem Chip plaziert sind. Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Bildaufnahmeteils einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei diesem zweiten Beispiel sind zwei Schichten von Mikrolinsen durch Beschichtung, Erwärmung und Schmelzen ausgebildet. In den nachfolgenden Figuren der Fig. 1 bis Fig. 3 und Fig. 6 bis Fig. 9 sind dieselben Teile mit denselben Bezugsziffern versehen und deren Erläuterung erübrigt sich.

Beispiel 1

In der ersten, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wurde eine etwa 3 um dicke p-Mulden- Schicht 12 auf der Oberfläche eines n-leitenden Halbleitersubstrats 13 unter Verwendung eines Störstelleninjektionsverfahrens oder eines Eindiffusionsofens nach Injektion von Störstellen ausgebildet. Auf dem Oberflächenteil der p-Mulden- Schicht 12 wurde das Störstelleninjektionsverfahren zur Ausbildung eines Elektrodenübertragungsteils 10 mit jeweiliger Seitenlänge von ca. 1 um und einer Stärke von ca. 0,3 um und eines Photodiodenteils 11 mit jeweiliger Seitenlänge von ca. 1,5 um und einer Stärke von ca. 1 um benutzt. Als nächstes wurde ein Verfahren zur Ausbildung eines Nitridfilms durch Pyrooxid- Niederdruck-CVD (chemical vapor deposition) zur Ausbildung eines ONO-Films 9 mit einem ca. 0,1 um dicken Siliziumoxidfilm in Verbindung mit einem Siliziumnitridfilm (SiN) benutzt. Nachfolgend wurde unter Verwendung eines Niederdruck-CVD-Verfahrens eine Polysiliziumelektrode 8 mit jeweiliger Seitenlänge von ca. 1 um und einer Stärke von ca. 0,4 um ausgebildet.
Auf der Oberseite der Polysiliziumelektrode 8 wurde Wolfram (W) oder Wolframsilizid (WSi) als lichtabschirmender Film 7 mit einer Stärke von 100 nm bis 500 nm abgelagert und es wurde nur der Teil über dem Photodiodenteil 11 durch Ätzen entfernt. In dieser Ausführungsform wurde das Zerstäubungsverfahren oder das CVD-Verfahren zur Ausbildung eines 0,4 um dicken WSi-Films benutzt.
Auf der Oberfläche des lichtabschirmenden Films 7 wurde ein BPSG-Film 6 abgelagert. BPSG weist eine Borkonzentration von 3 Gew.-% und eine Phosphorkonzentration von 6 Gew.-% auf und der Film wurde mit einer Stärke von 0,4 bis 1,2 um abgelagert. In dieser Ausführungsform wurde ein Normaldruck-CVD-Verfahren zur Ausbildung einer Stärke von 0,8 um benutzt. Die Brechzahl von BPSG beträgt ca. 1,47. Im vorliegenden Fall hatte der Teil über dem Photodiodenteil 11 eine hohle Querschnittsform. Eine tiefere Form kann durch dünnere Ausbildung des BPSG-Films und eine flachere Form durch Ablagerung eines dickeren Films ausgebildet werden. Diese Form bestimmt die Form einer zweiten Mikrolinse 2. Weiterhin wurde als eine Elementoberflächenschutzschicht 5 SiO&sub2;, SiON oder SiN durch Plasma-CVD abgelagert (in der vorliegenden Ausführungsform wurde SiO&sub2; benutzt). Die Stärke beträgt ca. 400 nm und die Brechzahl beträgt ca. 1,50 bis 1,55. Der vom n-leitenden Halbleitersubstrat 13 bis zur Elementoberflächenschutzschicht 5 reichende Abschnitt wird allgemein als ein Halbleiterbildaufnahmeelementteil 22 bezeichnet.
Die Oberfläche der Elementoberflächenschutzschicht 5 wurde durch ein Rotationsbeschichtungs- (Schleuderbeschichtungs-)Verfahren mit einem Material 2' der zweiten Mikrolinse 2 beschichtet. Das Material umfaßt einen in der untenstehenden Formel gezeigten Kunstharz auf Polyparavinyl-Phenol-Basis (Formel 1), der durch Schmelzen bei Erwärmung und Härten bei weiterer Erwärmung gekennzeichnet ist. (Formel 1)
(In dieser Formel stellt n die Polymerisationszahl dar, die die Anzahl sich wiederholender Einheiten des Polymers anzeigt.)
Dem oben erwähnten Kunstharz auf Polyparavinylphenolbasis wird ein lichtempfindliches Naphthochinondiazidmittel hinzugefügt und mit Ultraviolettstrahlen kann eine Strukturierung durchgeführt werden. Fig. 6 (a) ist eine Querschnittsansicht des beschichteten Zustandes. Ultraviolettstrahlen 15 werden durch ein Retikel 16 eingestrahlt (Dieses Retikel wird aus einem lichtdurchlässigen Kunstquarz gebildet und es ist eine Maske 23 von aus Chrom hergestellten Metallstrukturen integriert. Dieses Retikel ist ein Projektionsretikel für eine Verkleinerung von 1 : 5. Der Fensterteil der Maske 23 weist eine Größe von 25 um Länge · 20 um Breite auf und die Stärke der Chromstrukturen beträgt 0,1 um.), das in einer Größe zur Ausbildung der zweiten Mikrolinse konstruiert ist, und es wurde ein Teil, wo das Mikrolinsenmaterial entfernt ist, sensibilisiert. Als nächstes wurde eine organische Alkalilösung (eine nichtmetallische organische Ammonium-Entwicklungslösung, die allgemein auf diesem Gebiet benutzt wird) zum Spülen benutzt und es wurde im Belichtungsteil eine Entwicklungsstruktur 17 ausgebildet. Eine Querschnittsansicht dieses Zustandes ist in Fig. 6 (b) dargestellt. Weiterhin wurden Ultraviolettstrahlen eingestrahlt, um die Durchlässigkeit des Linsenmaterials auf ca. 90 bis 98% zu verbessern. Nachdem eine Wärmebehandlung mit ca. 150 bis 180ºC 5 Minuten lang durchgeführt wurde, wurde es 5 Minuten lang weiter mit 200ºC erwärmt, um Erhärtung durch Schmelzen sicherzustellen. Im Ergebnis wurde die zweite Mikrolinse 2 ausgebildet. Die Querschnittsansicht der zweiten Mikrolinse 2 ist in Fig. 6 (c) dargestellt. Die zweite Mikrolinse 2 wies einen Durchmesser von 9 um und eine maximale Stärke von 2,2 um auf. Diese zweite Mikrolinse 2 wies eine Brechzahl n&sub2; von 1,560 auf.
Wenn ein Kunstharz aus Material auf derselben Basis mit einem lichtdurchlässigen Kunstharz ohne Lichtempfindlichkeit benutzt wurde, der nach Erweichung bei 150ºC erhärtet, wurde dieser Kunstharz mit einem Novolakharz-Photoresist (TSMR-8900, hergestellt von der TDR Co., Ltd.) beschichtet und Strukturierung unterworfen. Danach wurden Teile außer der Linsenendform durch Trocken- bzw. Naßätzen entfernt. Die Grundlage umfaßte eine anorganische SiO-artige Substanz, so daß eine ausreichende Ätzratendifferenz zu einem organischen Harz sichergestellt werden konnte, die eine sichere Strukturausbildung ermöglichte.
Der Novolakharz-Photoresist wurde selektiv in einer Trennlösung gewaschen und entfernt. Nach Waschen des Photoresist in reinem Wasser und Trocknen wurde das Material der zweiten Mikrolinse mit 150ºC geschmolzen und dann zum Erhärten auf 200ºC erwärmt. Im Ergebnis wurde die in einer Querschnittsansicht der Fig. 6 (c) gezeigte Struktur ausgebildet. Die zweite Mikrolinse wies einen Durchmesser von 9 um und eine maximale Stärke von 2 um auf.
Nach Ausbildung der zweiten Mikrolinse wurde ein Farbfiltermaterial aufgeschichtet. Der Farbfilter umfaßte ein negativ-leitendes lichtempfindliches gefärbtes Material 4 auf Acrylbasis (Fig. 1), das zur Ausbildung einer Stärke von 0,3 bis 0,9 um im Schleuderverfahren aufgeschichtet wurde. Um die Färbung eines Pixelteils mit derselben Farbe zu ermöglichen, wurde der Farbfilter durch Belichtung mit Ultraviolettstrahlen vernetzt und 5 Minuten lang bei 130ºC erhärtet. Danach wurde er in eine vorbestimmte Färbungslösung eingetaucht und gefärbt. Dieser Färbungsvorgang wurde durch Verwendung eines auf diesem Gebiet gutbekannten Verfahrens durchgeführt. Die Brechzahl n&sub4; des Farbfilters betrug 1,55, was der Brechzahl der zweiten Mikrolinse beinahe gleich war, und der optische Weg war derselbe wie der der Mikrolinse. Als nächstes wurde ein Zwischenfilm 3 mit einem lichtdurchlässigen Acrylharz im Schleuderverfahren aufgeschichtet, um eine Stärke von 0,9 um zu bilden, und dann eingeebnet.
Die Brechzahl n&sub3; des Zwischenfilms betrug ca. 1,498 und war kleiner als die Brechzahl n&sub2; der zweiten Mikrolinse. Auf diese Weise konnte die zweite Mikrolinse mit konvexer Form nunmehr Licht nach oben einsammeln. Weiterhin wird der Farbfilter nicht benötigt, wenn eine Schwarz-Weiß-Bildaufnahme- oder eine Bildaufnahmevorrichtung mit drei Chips für Videokameras benutzt wird. Die Zwischenschicht 3 wurde direkt im Schleuderverfahren aufgeschichtet. Als nächstes wurde das Material der ersten Mikrolinse aufgeschichtet und Ultraviolettstrahlen für Belichtung durch ein Retikel (eine Maske) entsprechend der Form der Mikrolinse bereitgestellt. Da die Mikrolinse ein lichtempfindliches Material umfaßte, wurde eine organische Alkalilösung (nichtmetallische organische Ammonium-Entwicklungslösung) zur Entwicklung und Entfernung von unnötigen Teilen benutzt. Zusätzlich wurden Ultraviolettstrahlen eingestrahlt, um das Material lichtdurchlässig zu machen, und die Substanz wurde 5 Minuten lang mit einer Temperatur von 130 bis 160ºC erwärmt und geschmolzen und erhärtet. Danach wurde die Substanz wieder 5 Minuten lang mit 200ºC erwärmt, um die Zuverlässigkeit zu verbessern. Im Ergebnis wurde die in Fig. 1 gezeigte erste Mikrolinse 1 ausgebildet. Die Brechzahl n1 dieser ersten Mikrolinse 1 betrug 1,560. Weiterhin betrug eine Brechzahl des zwischen den oben erwähnten Mikrolinsen 1 und 2 gehaltenen Zwischenfilms 3 l,495. Auch wies der vom BPSG-Film 6 bis zum Photodiodenteil 11 reichende Film eine Durchschnittsbrechzahl von 1,470 auf, die beinahe die gleiche wie die des BPSG-Films 6 ist. Der oben erwähnte, von der ersten Mikrolinse 1 bis zur zweiten Mikrolinse 2 reichende Abschnitt wird allgemein als ein chipintegrierter Mikrolinsenteil 21 bezeichnet.
Dementsprechend stellte unter den Bedingungen, bei denen eine optische Linse eine offene Blende der Fig. 4 aufwies und schräge einfallende Lichtkomponenten vorhanden sind, die mit der zweiten Mikrolinse in der unteren Lage versehene Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung (CCD) im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren (nur die erste Linse ist vorhanden) eine Ausgangsempfindlichkeit bereit, die um +10 bis +15% erhöht ist. Weiterhin wurde bestätigt, daß unerwünschte Streulichtkomponenten (Unschärfe) von Bildern um ca. 30% herabgesetzt werden konnten. Nach der Darstellung in Fig. 3 erreicht der optische Weg des schräg einfallenden Lichts 18 in dem Zustand, wenn die Blende offen ist, den Photodiodenteil 11 vollständig. Die Empfindlichkeit verbessert sich infolgedessen, wenn die Blende der optischen Linse offen ist.
Wie in der oben erwähnten Ausführungsform deutlich dargestellt, wurde bestätigt, daß eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit hoher Empfindlichkeit erhalten werden kann, wenn das Licht schräg in die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung eintritt, wobei das Licht auf einem optischen Weg, der den Photodiodenteil verfehlen würde, durch die zweite Mikrolinse im unteren Teil eingesammelt wird, um das Licht senkrechter zu leiten. Weiterhin wurde auch bestätigt, daß die Verwendung eines Materials, das dasselbe wie das Mikrolinsenmaterial ist und gleichwertige Lichtdurchlässigkeit wie das Mikrolinsenmaterial aufweist, eine Verschlechterung der Empfindlichkeit aufgrund von Lichtabsorption verhindert.

Beispiel 2

In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Schritte bis zum Aufbringen des Materials 2' der zweiten Mikrolinse auf die Oberflächenschutzschicht 5 dieselben wie die in Beispiel 1 (Fig. 6 (a)). Danach wurde anstatt der Strukturierung ein Verfahren des direkten Schmelzens und Erhärtens angewandt. Fig. 2 zeigt dessen Querschnittsaufbau. Nach der Beschichtung wurden Ultraviolettstrahlen eingestrahlt, um das Material lichtdurchlässig zu machen. Die Substanz wurde 5 Minuten lang mit einer Temperatur von 190 bis 200ºC, einer Schmelztemperatur, erwärmt und einmal verflüssigt und eingeebnet. Durch weiteres Erwärmen wurde die Substanz erhärtet. Im Beispiel 1 trennte sich die zweite Mikrolinse entsprechend und zeigte eine konvexe Form nach oben und nach unten, während im Beispiel 2 nur eine konvexe Form nach unten ausgebildet wurde. Ein Durchmesser der zweiten Mikrolinse betrug ca. 10 um und die maximale Stärke im Mittelteil betrug ca. 1,7 bis 1,8 um.
In beiden Beispielen war die Brechzahl n&sub2; der zweiten Mikrolinse größer als die Brechzahl n&sub6; = 1,47 von BPSG (n&sub2; > n&sub6;) und dieselbe wie die Brechzahl n&sub5; = 1,560 der Elementoberflächenschutzschicht 5. Die Brechzahl n&sub2; dieser zweiten Mikrolinse betrug 1,560.
Als nächstes wurde nach Ausbildung der zweiten Mikrolinse ein Farbfiltermaterial wie in Beispiel 1 aufgebracht. Die Brechzahl n&sub4; des Farbfilters, die 1,55 betrug, war der Brechzahl der zweiten Mikrolinse beinahe gleich und ein optischer Weg war der Mikrolinse gleich. Danach wurde der Zwischenfilm 3 durch Rotationsbeschichtung ausgebildet und es wurde durch Beschichtung ein eingeebnetes Material gebildet. Der Zwischenfilm wurde ebenfalls auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 ausgebildet.
Die Brechzahl n&sub3; des Zwischenfilms betrug ca. 1,49 und war kleiner als die Brechzahl n&sub2; der zweiten Mikrolinse. Auf diese Weise konnte die zweite Mikrolinse mit nach oben gerichteter konvexer Form nunmehr Licht einsammeln. Weiterhin erübrigte sich der Farbfilter bei Verwendung einer Schwarz-Weiß-Bildaufnahme- oder einer Bildaufnahmevorrichtung mit drei Chips für Videokameras und die Zwischenschicht 3 wurde direkt im Schleuderverfahren aufgebracht. Nach Aufbringen des Materials der ersten Mikrolinse wurden Ultraviolettstrahlen zur Belichtung durch ein Retikel (eine Maske) entsprechend der Form der Mikrolinse bereitgestellt. Da die Mikrolinse ein lichtempfindliches Material umfaßt, wurde zur Entwicklung und Entfernung von unnötigen Teilen eine organische Alkalilösung (nichtmetallische organische Ammonium-Entwicklungslösung) benutzt. Zusätzlich werden Ultraviolettstrahlen eingestrahlt, um das Material lichtdurchlässig zu machen, und die Substanz wurde 5 Minuten lang mit einer Temperatur von 130 bis 160ºC erwärmt und geschmolzen und erhärtet. Danach wurde die Substanz wieder 5 Minuten lang bei 200ºC erwärmt, um die Zuverlässigkeit zu verbessern. Im Ergebnis wurde die in Fig. 2 gezeigte erste Mikrolinse 1 ausgebildet. Die Brechzahl n&sub1; dieser ersten Mikrolinse 1 betrug 1,560. Weiterhin betrug die Brechzahl des zwischen den oben erwähnten Mikrolinsen 1 und 2 gehaltenen Zwischenfilms 3 l,495. Auch wies der vom BPSG-Film 6 bis zum Photodiodenteil 11 reichende Film eine Durchschnittsbrechzahl von 1,470 auf, die dieselbe wie die des BPSG-Films 6 war.
Dementsprechend stellte die mit der zweiten Mikrolinse im unteren Teil versehene Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung (CCD) unter den Bedingungen, bei denen eine optische Linse eine offene Blende der Fig. 4 aufwies und schräg einfallende Photokomponenten vorhanden sind, eine Ausgangsempfindlichkeit bereit, die im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren (nur die erste Linse ist vorhanden) um +5 bis +10% erhöht ist. Weiterhin wurde bestätigt, daß unerwünschte Streulichtkomponenten (Unschärfe) von Bildern um ca. 20% herabgesetzt werden konnten. Wie in der Fig. 3 dargestellt, erreicht der optische Weg des schräg einfallenden Lichts 18 in dem Zustand, wenn die Blende offen ist, den Photodiodenteil 11 vollständig. Im Ergebnis verbessert sich die Empfindlichkeit, wenn die Blende der optischen Linse offen ist.
Wie in der oben erwähnten Ausführungsform deutlich dargestellt, wurde bestätigt, daß eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit hoher Empfindlichkeit erhalten werden kann, wenn das Licht schräg in die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung eintritt, wobei das Licht auf einem optischen Weg, der den Photodiodenteil verfehlt, durch die zweite Mikrolinse im unteren Teil eingesammelt wird, um das Licht senkrechter zu leiten. Weiterhin wurde auch bestätigt, daß die Verwendung eines Materials, das dasselbe wie das Mikrolinsenmaterial ist und gleichwertige Lichtdurchlässigkeit wie das Mikrolinsenmaterial aufweist, eine Verschlechterung der Empfindlichkeit aufgrund von Lichtabsorption verhindert.

Beispiel 3

Ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 (a) bis 6 (c) erläutert.
Fig. 6 (a) ist eine Querschnittsansicht eines Schrittes der Beschichtung mit Polyparavinylphenol nach der oben erwähnten Formel (Formel 1) mit einer Stärke von 2 um nach der Herstellung eines Halbleiter- Bildaufnahmeelements entsprechend dieses Herstellungsverfahrens. Fig. 6 (b) ist eine Querschnittsansicht eines Zwischenschritts der Entwicklung mit organischem Ammoniak nach Einstrahlung von Ultraviolettstrahlen 15 durch ein Retikel (eine Maske) 16, wobei das Material 2' der zweiten Mikrolinse bei diesem Herstellungs verfahren ein positiv-leitendes lichtempfindliches Material umfaßt. Fig. 6 (c) ist eine Querschnittsansicht eines Zwischenschrittes bei diesem Herstellungsverfahren mit Erwärmung mit 150 bis 180ºC, Schmelzen und Erhärten nach dem Erreichen von Lichtdurchlässigkeit durch Einstrahlung der Ultraviolettstrahlen.
Nachfolgend wird ein negativ-leitendes lichtempfindliches gefärbtes Material 4 auf Acrylbasis (Fig. 1) im Schleuderverfahren aufgebracht, um eine Stärke von 0,3 bis 0,9 um zu bilden, und um das Färben eines Pixelteils mit derselben Farbe zu ermöglichen, wurde Vernetzung durch Belichtung mit Ultraviolettstrahlen zugelassen, und es wurde 5 Minuten lang mit 130ºC erhärtet. Danach wurde es in eine vorbestimmte Färbungslösung eingetaucht und gefärbt. Dieser Färbungsvorgang wurde durch Verwendung eines auf diesem Gebiet gutbekannten Verfahrens durchgeführt. Eine Brechzahl n&sub4; des Farbfilters betrug 1,55, was der Brechzahl der zweiten Mikrolinse beinahe gleich war, und der optische Weg war derselbe wie der der Mikrolinse. Als nächstes wurde der Zwischenfilm 3 im Schleuderverfahren aufgebracht, um eine Stärke von 0,9 um zu bilden, und dann eingeebnet. Danach wurde die erste Mikrolinse 1 mit einer Stärke von ca. 2 um aufgebracht und es wurden Ultraviolettstrahlen zur Belichtung durch ein Retikel (eine Maske) bereitgestellt. Nach Waschen des belichteten Teils mit einer organischen Alkalilösung (nichtmetallischen organischen Ammonium-Entwicklungslösung) werden Ultraviolettstrahlen eingestrahlt, um das Material lichtdurchlässig zu machen, und die Substanz wurde 5 Minuten lang bei einer Temperatur von 130 bis 160ºC erwärmt und geschmolzen und erhärtet. Danach wurde die Substanz wieder 5 Minuten lang mit 200ºC erwärmt, um die Zuverlässigkeit zu verbessern, wodurch die zweite Mikrolinse ausgebildet wurde. Die Brechzahl n&sub2; dieser zweiten Mikrolinse betrug 1,560. Die Brechzahl n&sub1; der ersten Mikrolinse betrug ebenfalls 1,560. Die Brechzahl n&sub3; des Zwischenfilms 3 betrug ca. 1,495 und war kleiner als die Brechzahl n&sub2; der zweiten Mikrolinse. Auf diese Weise konnte die zweite Mikrolinse mit nach oben gerichteter konvexer Form nunmehr Licht einsammeln. Zusätzlich wies der vom BPSG-Film 6 bis zum Photodiodenteil 11 reichende Film eine Durchschnittsbrechzahl von 1,470 auf, die beinahe die gleiche wie die des BPSG-Films 6 ist.
Dementsprechend zeigte es sich, daß die mit der zweiten Mikrolinse im unteren Teil versehene Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung (CCD) unter den Bedingungen, bei denen eine optische Linse eine offene Blende der Fig. 4 aufwies und schräg einfallende Photokomponenten vorhanden sind, eine Empfindlichkeit ausgibt, die im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren (nur die erste Linse ist vorhanden) um +10 bis +15% erhöht ist. Weiterhin wurde bestätigt, daß unerwünschte Streulichtkomponenten (Unschärfe) von Bildern um ca. 30% herabgesetzt werden konnten. Wie in der Fig. 3 dargestellt, erreicht der optische Weg des schräg einfallenden Lichts 18 in dem Zustand, wenn die Blende offen ist, den Photodiodenteil 11 vollständig. Im Ergebnis verbessert sich die Empfindlichkeit, wenn die Blende der optischen Linse offen ist.
Wie in der oben erwähnten Ausführungsform deutlich dargestellt, wurde bestätigt, daß eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit hoher Empfindlichkeit erhalten werden kann, wenn das Licht schräg in die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung eintritt, wobei das Licht auf einem optischen Weg, der den Photodiodenteil verfehlen würde, durch die zweite Mikrolinse im unteren Teil eingesammelt wird, um das Licht senkrechter zu leiten. Weiterhin wurde auch bestätigt, daß die Verwendung eines Materials, das dasselbe wie das Mikrolinsenmaterial ist und gleichwertige Lichtdurchlässigkeit wie das Mikrolinsenmaterial aufweist, eine Verschlechterung der Empfindlichkeit aufgrund von Lichtabsorption verhindert. Auch wurde bestätigt, daß unerwünschte Streulichtkomponenten (Unschärfe) von Bildern gleichzeitig verringert werden konnten.

Beispiel 4

Als nächstes werden die Empfindlichkeitsverhältnisse einfallenden Lichts zwischen einem herkömmlichen Festkörper-Bildaufnahmegerät, bei dem keine zweite Mikrolinse vorhanden ist (Fig. 7) und einem Festkörper-Bildaufnahmegerät, bei dem eine zweite auf dieselbe Weise wie im Beispiel 3 (Fig. 8) hergestellte Mikrolinse vorhanden ist, verglichen. Die Ergebnisse sind in der Fig. 10 dargestellt. In der Fig. 10 zeigt die Linie mit Markierungen schwarzer Punkte das Empfindlichkeitsverhältnis einfallenden Lichts in einem Festkörper-Bildaufnahmegerät der vorliegenden Ausführungsform, das die zweite Mikrolinse besitzt (Linse der Innenschicht). Die Markierung x zeigt den höchsten Empfindlichkeitsstandard (= 1) des einfallenden Lichtes, der durch ein herkömmliches Festkörper-Bildaufnahmegerät erreicht wird, bei dem die zweite Mikrolinse nicht vorhanden ist. Im Vergleich mit dem oben erwähnten herkömmlichen Festkörper- Bildaufnahmegerät wurde bestätigt, daß sich das Empfindlichkeitsverhältnis der vorliegenden Ausführungsform um 6-16% verbesserte, während das Stärkeverhältnis der ersten Mikrolinse von 80-120 (%) reichte.
Obwohl in dem Festkörper-Bildaufnahmegerät, das nicht mit der zweiten Mikrolinse der Fig. 7 versehen ist, einfallendes Licht 24 (simuliertes einfallendes Licht) zu einem gewissen Ausmaß durch die erste, in der Figur nicht gezeigte Mikrolinse eingesammelt werden kann, streut nach den oben erwähnten Ergebnissen das durch einen lichtdurchlässigen Zwischenfilm 3 eintretende Licht am Umfang des Photodiodenteils 11 bei Verwendung einer Einzellinse. Es ist daher nicht möglich, eine ausreichende Empfindlichkeit zu erreichen, da das gestreute Licht in der Folge durch den lichtabschirmenden Film 7 unterbrochen wird.
Andererseits ist das Festkörper-Bildaufnahmegerät der vorliegenden Ausführungsform wie in Fig. 8 gezeigt mit der zweiten Mikrolinse 2 versehen, so daß das einfallende Licht 25 (simuliertes einfallendes Licht) nunmehr aufgrund der Brechungsdifferenz zwischen der zweiten Mikrolinse 2 und dem BPSG-Film 6 den Mittelteil des Photodiodenteils 11 erreicht. Die Empfindlichkeit verbessert sich infolgedessen beträchtlich.
Weiterhin sind Fig. 7-8, in denen zwei Elektroden 8, 8' in der Querschnittsrichtung vorhanden sind, entlang der Linie II-II der Fig. 9 genommene Querschnittsansichten. Diese Figuren unterscheiden sich nicht wesentlich von den entlang der Linie I-I genommene Querschnittsansichten zeigenden Fig. 1-6.
Das Verhältnis der Empfindlichkeitsverbesserung und der Effekt bei der Unschärfenverringerung der Streulichtkomponenten (Unschärfe) zu dem Zeitpunkt, wenn die Empfindlichkeit in Fig. 10 auf dem Höchstpunkt war, sind nun in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
Sollte das den Photodiodenteil 11 und den lichtabschirmenden Film 7 erreichende Licht stark sein, wird das Licht auf der Rückseite des lichtabschirmenden Films 7 und auf der Oberfläche des p-Mulden-Siliziums 12 wiederholt reflektiert und erreicht den CCD-Ladungsübertragungsteil 10 aufgrund des Wellenleitereffekts, woraus sich dann Unschärfe ergibt. Zusätzlich tritt das schräge Licht vom Rand des lichtabschirmenden Films 7 direkt in den CCD-Ladungsübertragungsteil 10 ein, so daß sich die Unschärfenkomponenten vergrößern. Wie jedoch deutlich aus Tabelle 1 ersichtlich, wird durch Ausbildung der zweiten Mikrolinse der vorliegenden Erfindung das einfallende Licht im Mittelteil des Photodiodenteils 11 eingesammelt und die Konzentration des Lichts in Richtung des Photodiodenteils und des Randteils des lichtabschirmenden Films wird geringer, so daß die Unschärfenkomponenten vermindert werden. Im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau ermöglichte die Empfindlichkeitssteigerung zusammen mit der Verringerung der Umfangslichtdichte die Bewirkung einer Verbesserung um ca. 30%. So wurde durch die vorliegende Erfindung bestätigt, daß die Empfindlichkeit verbessert und die Unschärfenkomponenten gleichzeitig vermindert werden konnten.
Wie oben beschrieben wird eine Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung in den vorliegenden Ausführungsformen durch Verwendung eines Metalls mit hohem Schmelzpunkt oder eines Metallsilizidfilms davon als lichtabschirmender Film ausgebildet und nach Verdünnung des lichtabschirmenden Films wird ein BPSG-Film vollständig bedeckt. Danach wird eine Mikrolinse direkt auf einem Element ausgebildet, das mit einer Oberflächenschutzschicht von SiO&sub2;, SiON oder SiN versehen ist. Nach Aufbringen und Einebnen eines Farbfilters und eines Zwischenfilms wird eine weitere Mikrolinse ausgebildet, wodurch zwei Linsen in den Ober- und Unterteilen gebildet werden. Mindestens die untere Mikrolinse weist eine Brechzahl auf, die größer als die Brechzahl des Zwischenfilms oder des BPSGs ist, so daß, wenn das Licht schräg in die Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung eintritt, das Licht mit einem optischen Weg, der den Photodiodenteil verfehlen würde, durch die zweite Mikrolinse im unteren Teil eingesammelt wird, um das Licht senkrechter zu leiten. Auf diese Weise läßt sich eine Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung erreichen, die verhindern kann, daß sich die Empfindlichkeit verschlechtert.

Claims

1. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit folgendem:

einem Halbleitersubstrat (12, 13) mit darauf ausgebildeten Festkörper-Bildaufnahmeelementen, wobei jedes Festkörper-Bildaufnahmeelement einen Photodiodenteil (11) auf seiner Oberfläche umfaßt;

eine Oberflächenschutzschicht (5) über den Festkörper-Bildaufnahmeelementen;

untere Mikrolinsen (2) über der Schutzschicht, die jeweils an einer der Position des entsprechenden Photodiodenteils entsprechenden Position angeordnet sind;

einer Zwischenschicht (3) über den unteren Mikrolinsen (2) und oberen Mikrolinsen (1) über der Zwischenschicht (3); die oberen und unteren Mikrolinsen weisen im wesentlichen dieselbe Lichtbrechzahl und Im wesentlichen gleichwertige Lichtdurchlässigkeit auf, wobei die Lichtbrechzahl der oberen und unteren Mikrolinsen größer als die der Zwischenschicht ist und größer als die durchschnittliche Brechzahl des Teils der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung von der Schutzschicht zum Photodiodenteil ist; wobei die obere Mikrolinse ebenfalls an einer der Position des entsprechenden Photodiodenteils entsprechenden Position angeordnet ist und die Querschnittsform der unteren Mikrolinse eine konvexe Form ist, deren Mittelteil sich mindestens nach unten erstreckt.

2. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Querschnittsform jeder oberen Mikrolinse eine konvexe Form ist, deren Mittelteil sich entweder nach oben oder nach unten erstreckt.

3. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit mindestens einem aus der aus einem Metallsilizidfilm bestehenden Gruppe ausgewählten Film und einem Metallfilm mit einem hohen Schmelzpunkt, der als Lichtabschirmfilm (7) in einem anderen Lichtabschirmbereich als dem Photodiodenteil ausgebildet ist.

4. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Metallsilizidfilm mindestens ein aus der aus Wolframsilizid (WSi), Molybdänsilizid (MoSi) und Titansilizid (TiSi) bestehenden Gruppe ausgewählter Film ist.

5. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Metallfilm mit hohem Schmelzpunkt mindestens ein aus der aus Wolfram (W), Molybdän (Mo) und Titan (Ti) bestehenden Gruppe ausgewähltes Metall umfaßt.

6. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein Boro-Phospho-Silikatglas-(BPSG)- Film (6) als Oberflächenschicht des Lichtabschirmfilms (7) und des Photodiodenteils (11) ausgebildet ist.

7. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Querschnitt des Boro-Phospho- Silikatglas-(BPSG-)Film (6) mindestens teilweise konkav ausgebildet ist.

8. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6, wobei der BPSG-Film (6) eine Stärke von 0,5 um im bis 1,2 um aufweist.

9. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Oberflächenschutzschicht (5) mindestens einen aus der aus SiO&sub2;, SiON und SiN bestehenden Gruppe ausgewählten Film umfaßt.

10. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Farbfilterschicht (4) zwischen den oberen und unteren Mikrolinsen im Kontakt mit der oberen Oberfläche der unteren Mikrolinsen ausgebildet ist.

11. Verfahren der Herstellung einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten:

(A) Ausbilden von mindestens einer, aus der SiO&sub2;, SiON und SiN umfassenden Gruppe ausgewählten Oberflächenschutzschicht (5) über den besagten Photodiodenteilen;

(B) Beschichten der Oberseite der Oberflächenschutzschicht mit einem Harz des Materials der unteren Mikrolinse, Erwärmen und Erweichen und Erhärten zur Ausbildung der unteren Mikrolinsen (2), wobei die Querschnittsform der unteren Mikrolinse eine konvexe Form ist, deren Mittelteil sich mindestens nach unten erstreckt;

(C) Ablagern eines Harzmaterials mit niedrigerer Brechzahl als das besagte Harz des Materials der unteren Mikrolinse, Abflachen und Ausbilden einer Zwischenschicht (3) auf der besagten unteren Mikrolinse; und

(D) Ablagern eines Harzes des Materials der oberen Mikrolinse, das dieselbe Brechzahl und im wesentlichen gleichwertige Lichtdurchlässigkeit wie das besagte Harz des Materials der unteren Mikrolinse aufweist, Erwärmen und Erweichen und Erhärten zum Ausbilden der oberen Mikrolinsen (1);

wobei die Lichtbrechzahl der besagten oberen und unteren Mikrolinsen größer als die der Zwischenschicht und als die durchschnittliche Brechzahl des Teils der Vorrichtung von der besagten Oberflächenschutzschicht bis zum Photodiodenteil ist.

12. Verfahren der Herstellung einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Querschnittsform jeder oberen Mikrolinse eine konvexe Form ist, deren Mittelteil sich entweder nach oben oder nach unten erstreckt.

13. Verfahren der Herstellung einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 11, wobei mindestens ein aus der aus einem Metallsilizidfilm und einem Metallfilm mit hohem Schmelzpunkt bestehenden Gruppe ausgewählter Film durch ein Sputter- oder chemisches Dampfabscheidungsverfahren als Lichtabschirmfilm (7) in einem anderen Bereich als dem Photodiodenteil (11) ausgebildet wird.

14. Verfahren der Herstellung einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Metallsilizidfilm mindestens ein aus der aus Wolframsilizid (WSi), Molybdänsilizid (MoSi) und Titansilizid (TiSi) bestehenden Gruppe ausgewählter Film ist.

15. Verfahren der Herstellung einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Metallfilm mit hohem Schmelzpunkt mindestens ein aus der aus Wolfram (W), Molybdän (Mo) und Titan (Ti) umfassenden Gruppe ausgewähltes Metall umfaßt.

16. Verfahren der Herstellung einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 11, wobei ein Boro-Phospho-Silikatglas-(BPSG-)Film (6) durch das chemische Dampfabscheidungsverfahren als Oberflächenschicht auf dem Lichtabschirmfilm und dem Photodiodenteil ausgebildet wird.

17. Verfahren der Herstellung einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 16, wobei mindestens ein Teil des Querschnitts des Boro-Phospho- Silikatglas-(BPSG-)Films als konkave Form aufweisend ausgebildet ist.

18. Verfahren der Herstellung einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Boro-Phospho-Silikatglas-(BPSG-)Film eine Stärke von 0,5 um bis 1,2 um aufweist.

19. Verfahren der Herstellung einer Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine Farbfilterschicht (4) zwischen den oberen und unteren. Mikrolinsen und im Kontakt mit der oberen Oberfläche der unteren Mikrolinse ausgebildet ist.