JPH0352602B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固体撮像装置に係り、特に、カラー
撮像用の固体撮像装置に関する。

近年、半導体集積技術の進歩に伴ない、撮像管
に代わつ固体撮像装置が使われている。ここで、
固体撮像装置においては、入射光は表面に形成さ
れる電極の間隙から光電変換部に照射されるの
で、開口率（全入射光量に対する実際に光電変換
される光量の比）が悪いという欠点がある。特
に、CCD等の電荷転送素子を用いた固体撮像素
子においては、光電変換素子以外の垂直、水平転
送レジスタ、オーバーフロードレインなどは遮光
されているので、特に開口率が悪い。

これを解決するために、光電変換部の上に各光
電変換素子に対応した微小凸レンズを有するレン
ズアレイを配することが考えられる。この凸レン
ズにより遮光部に直進する入射光を光電変換素子
上に収束することにより、開口率を向上すること
ができる。

しかしながら、通常、各光電変換素子の寸法は
10μｍ前後であり、これと同じ精度で凸レンズの
球面を形成するのが困難である。また、このレン
ズアレイと光電変換部の相対的な位置合わせが正
確に行なわれないと、入射光が光電変換素子上で
はなく遮光領域上に収束してしまうことも起る。
さらに、カラー撮像に用いるには、光電変換部の
上に３色の色分解フイルタアレイを配す必要もあ
り、このような場合は３つの相対的な位置合わせ
は事実上不可能である。

この発明は上述の事情に対処すべくなされたも
ので、カラー撮像用の固体撮像装置において開口
率を向上することを目的とする。

以下、図面を参照してこの発明による固体撮像
装置の一実施例を説明する。第１図はその分解斜
視図であり、第２図は断面図である。半導体基板
１０の表面領域に光電変換素子１２がマトリクス
状に形成されるとともに、制御電極１４、垂直転
送レジスタ１６、水平転送レジスタ１８が形成さ
れる。基板１０の表面上には、第２図に示すよう
に、酸化膜１９を介して平板状のフイルタアレイ
２０が貼付けられる。フイルタアレイ２０は各光
電変換素子１２に対応している複数のフイルタか
らなるフイルタ部と遮光性の枠部とを有する。フ
イルタ部の詳細は第２図に示すように、透光性基
板２２の表面に多数の球面状の凹部が形成され、
その凹部の中に赤、緑、青のそれぞれの色素が混
入された透光性材料２４，２６，２８が充填され
る。ここで、基板２２、透光性材料２４，２６，
２８はガラス、樹脂等からなり、透光性材料２
４，２６，２８は基板２２より屈折率が高い材料
が使われる。第２図の断面図では、光電変換素子
１２以外の遮光されるべきレジスタ等は図示が省
略される。

このような構成によれば、凹部内に充填された
透光性材料２４，２６，２８は色分解フイルタと
して作用するとともに、屈折率が高いので凸レン
ズとしても作用する。その結果、第３図に示すよ
うに、フイルタアレイ２０がなければ光電変換素
子以外の遮光領域に入射される光が収束されて光
電変換素子のみに入射される。したがつて、開口
率の向上が計られる。しかも、フイルタアレイ自
体がレンズ効果を有するので、フイルタとレンズ
の位置合せが不要である。さらに、フイルタアレ
イは半導体基板の表面の光電変換素子の製造プロ
セスの延長として基板上に直接製造することが可
能であるので、フイルタアレイと光電変換素子の
相対的な位置合せは高精度に行なわれる。また、
直接製造することにより、使用中にフイルタアレ
イがずれることも防止される。

次に、第４図ａ〜ｄを参照してこの製造方法を
説明する。基板１０に光電変換素子１２、その他
の撮像素子としての必要素子が形成された後に、
第４図ａに示すように、酸化膜１９上に透光性基
板２２、フオトレジスト３０が貼付される。そし
て、各フイルタに対応する開口（ここでは水平方
向に長い長方形）を有するマスクを介してフオト
レジスト３０が露光される。ここで、マスクの各
開口の中心が各光電変換素子１２の中心と一致す
るように、マスクと撮像装置が位置合せされる。
これにより、同図ｂに示すように、フイルタ（凹
部）に対応する部分のフオトレジストが除去され
る。次に、この残されたフオトレジストをマスク
として、フイルタに対応する部分にレーザービー
ムを照射する。ここで、フイルタに対応する部分
は長方形の平面形状を有するので、レーザビーム
はシリンドリカルレンズ等によつて楕円ビームと
して照射される。樹脂等の透光性基板２２はレー
ザビームにより熱変性を受け脆くなる。ここで、
レーザビームの強度分布はガウス分布であるの
で、光軸上が最も強く熱変性を受け、周辺部に向
かうにつれてその程度は弱くなる。そのため、レ
ーザビームを照射した後に透光性基板２２の表面
を腐食液を用いて腐食すれば、熱変性を受けた部
分が腐食され、同図ｃに示すように、基板２２の
表面領域に球面状の凹部が形成される。そして、
同図ｄに示すように、表面に残されたフオトレジ
スト３０を除去し、凹部に色素を含む高屈折率の
透光性部材２４，２６，２８を充填する。この
際、フイルタの色区分に従つて、一色毎に３回に
分けて充填する。

この実施例では、透光性基板２２の各凹部は多
少の間隙があけられて設けられているが、各凹部
を密接して設ければ、なお開口率が向上する。

次に、第５図を参照してこの発明の第２の実施
例を説明する。素子の上に塗付、蒸着等によりガ
ラス層４０を形成し、ガラス層４０の上に多数の
微小な孔を有するマスク４２を重ねて、これら
を、ある種のイオン雰囲気中に入れる。ここで、
孔と光電変換素子１２の中心が一致するようにマ
スクが重ねられる。こうするとガラス内部のイオ
ンとのイオン交換により外部のイオンがガラス層
４０内に拡散される。孔は非常に小さいので、イ
オンの拡散分布は孔を中心とする同心球状とな
り、孔から離れるにつれてイオン濃度が徐々に小
さくなる。このようなイオン交換においては、新
しく拡散されたイオンがガラス層４０内にあつた
イオンより、分極率が小さければ、元のガラス層
４０に比べてイオンが拡散された部分の屈折率が
下がる。そこで、このような条件を満たすような
イオンを選んでイオン交換を行なえば、孔を中心
として同心球状に屈折率が下がり、結果として凸
レンズが形成されたことになる。この後、雰囲気
中から取出し、マスクを取り除く。そして、第１
の実施例で使つたようなフイルタの大きさに対応
した開口を有するマスクを重ねて、色分解フイル
タの色素をガラス層４０上に塗付する。あるい
は、色素ドーピングする。

このようにして製造される第２の実施例によつ
ても、撮像素子、レンズ、フイルタの間の位置合
せが容易で、しかも、開口率が向上される。な
お、この実施例で、イオン雰囲気中に入れる代わ
りに、イオンビームをマスク４２の孔を介してガ
ラス層４０に照射することによりイオン交換を行
なつてもよい。また、ガラス層４０内のレンズ作
用をする領域の大きさは、イオンの拡散時間を制
御することにより調整することができる。

以上説明したようにこの発明によれば、複雑な
調整を必要とせずに開口率を向上した固体撮像装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による固体撮像装置の一実施
例の斜視図、第２図はその断面図、第３図はその
効果を説明する図、第４図ａ〜ｄはその製造工程
を示す図、第５図は第２実施例の製造工程を示す
図である。 １０……半導体基板、１２……光電変換素子、
２２……透光性基板、２４，２６，２８……透光
性部材、３０……フオトレジスト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板の表面領域に複数の光電変換素子
   部がマトリクス状に形成されてなる第１領域と、 前記第１領域上に要すれば酸化膜を介して設け
   られた透光性基板の表面の前記光電変換素子部そ
   れぞれに対応した位置に形成された複数の凹部に
   該透光性基板よりも屈析率が高い透光性材料が充
   填されてなる第２領域とを具備し、 該透光性材料は隣接して位置するものどうしが
   異なる色分解特性を呈するように入射光を色分解
   する色フイルタとなるとともに、入射光を対応す
   る光電変換素子に向けて収束するためのレンズと
   もなるように充填されていることを特徴とする固
   体撮像装置。