JPH04229802A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置及びその製造方法Info
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- JPH04229802A JPH04229802A JP2408422A JP40842290A JPH04229802A JP H04229802 A JPH04229802 A JP H04229802A JP 2408422 A JP2408422 A JP 2408422A JP 40842290 A JP40842290 A JP 40842290A JP H04229802 A JPH04229802 A JP H04229802A
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- Japan
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- solid
- state imaging
- imaging device
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/153—Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
- H10F39/1534—Interline transfer
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0006—Arrays
- G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
- G02B3/0056—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/80—Constructional details of image sensors
- H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
- H10F39/8063—Microlenses
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】［発明の目的］
【０００２】
【産業上の利用分野】この発明は、入射光を集光するマ
イクロレンズを備えている固体撮像装置に関する。
イクロレンズを備えている固体撮像装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】半導体基板に形成された固体撮像装置に
おいて、入射光を集光するマイクロレンズを備えた構造
としては、例えば図１１に示すようなものがある。
おいて、入射光を集光するマイクロレンズを備えた構造
としては、例えば図１１に示すようなものがある。
【０００４】図１１において、固体撮像装置は、半導体
基板１に入射光を光電変換して電荷を生成する例えばフ
ォトダイオードからなる感光部２と、生成された電荷を
外部に転送する転送部３が形成されている。
基板１に入射光を光電変換して電荷を生成する例えばフ
ォトダイオードからなる感光部２と、生成された電荷を
外部に転送する転送部３が形成されている。
【０００５】また、感光部２と転送部３との上部には、
表面を平坦にする透明な平坦化層４が形成されている。 さらに、この平坦化層４の上には、それぞれの感光部２
に対応して、島状あるいはストライプ状にパターニング
されたレンズ材料を溶融してアニール硬化させてなるマ
イクロレンズ５が形成されている。このような構造は、
文献「Ｙ．Ｉｓｈｉｈａｒａ ｅｔ ａｌ；ＩＥＤ
Ｍ ８３ Ｐ４９７（１９８３）」に記載されてお
り、マイクロレンズを形成しない場合に比して、感度を
２倍程度に向上させることが可能になる。
表面を平坦にする透明な平坦化層４が形成されている。 さらに、この平坦化層４の上には、それぞれの感光部２
に対応して、島状あるいはストライプ状にパターニング
されたレンズ材料を溶融してアニール硬化させてなるマ
イクロレンズ５が形成されている。このような構造は、
文献「Ｙ．Ｉｓｈｉｈａｒａ ｅｔ ａｌ；ＩＥＤ
Ｍ ８３ Ｐ４９７（１９８３）」に記載されてお
り、マイクロレンズを形成しない場合に比して、感度を
２倍程度に向上させることが可能になる。
【０００６】このような構造の固体撮像装置は、ビデオ
カメラ等のカメラに用いられて、レンズを介して入射光
が与えられる場合には、固体撮像装置の感度あるいはス
ミア特性が変化することになる。すなわち、カメラのレ
ンズのＦ値（Ｆ＝ｆ／Ｄ、Ｆ：カメラレンズの明るさ、
ｆ：カメラレンズの焦点距離、Ｄ：カメラレンズの口径
）によって上記特性が変化する。
カメラ等のカメラに用いられて、レンズを介して入射光
が与えられる場合には、固体撮像装置の感度あるいはス
ミア特性が変化することになる。すなわち、カメラのレ
ンズのＦ値（Ｆ＝ｆ／Ｄ、Ｆ：カメラレンズの明るさ、
ｆ：カメラレンズの焦点距離、Ｄ：カメラレンズの口径
）によって上記特性が変化する。
【０００７】固体撮像装置の相対的な感度とカメラレン
ズのＦ値との関係は図１２に示すようになり、図１２で
はマイクロレンズの膜厚を２．３〜２．８（μｍ）の間
で変化させた場合を示している。図１２から明らかなよ
うに、カメラレンズのＦ値が小さくなると、固体撮像装
置における相対的な感度が低下することになる。
ズのＦ値との関係は図１２に示すようになり、図１２で
はマイクロレンズの膜厚を２．３〜２．８（μｍ）の間
で変化させた場合を示している。図１２から明らかなよ
うに、カメラレンズのＦ値が小さくなると、固体撮像装
置における相対的な感度が低下することになる。
【０００８】このことは、カメラレンズの口径Ｄが、図
１３に示すように画角θと関係していることに寄因し、
カメラレンズのＦ値が小さくなるということは、画角θ
が大きくなり、入射光が斜め方向から入射することを意
味し、例えばＦ＝１．４では画角θ＝１９．７°に相当
し、Ｆ＝１１では画角θ＝２．６°に相当する。これに
より、Ｆ値が小さくなるにしたがって画角が大きくなる
と、図１４に示すように、Ｆ値が大きい場合に比して入
射光の光路が変わり、入射光が固体撮像装置の感光部２
に入射しなくなる。したがって、感光部２に与えられる
光量が減少し、感度が低下することになる。
１３に示すように画角θと関係していることに寄因し、
カメラレンズのＦ値が小さくなるということは、画角θ
が大きくなり、入射光が斜め方向から入射することを意
味し、例えばＦ＝１．４では画角θ＝１９．７°に相当
し、Ｆ＝１１では画角θ＝２．６°に相当する。これに
より、Ｆ値が小さくなるにしたがって画角が大きくなる
と、図１４に示すように、Ｆ値が大きい場合に比して入
射光の光路が変わり、入射光が固体撮像装置の感光部２
に入射しなくなる。したがって、感光部２に与えられる
光量が減少し、感度が低下することになる。
【０００９】しかしながら、ビデオカメラ等の固体撮像
装置を使用したカメラにあっては、小型化にともなって
Ｆ値が小さくかつ感度の高いものが要求されている。
装置を使用したカメラにあっては、小型化にともなって
Ｆ値が小さくかつ感度の高いものが要求されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
マイクロレンズを備えた従来の固体撮像装置にあっては
、ビデオカメラ等に組込んだ場合に、カメラレンズのＦ
値が小さくなるにともなって、相対的な感度が低下して
いた。このため、ビデオカメラ等のカメラレンズの小型
化にともなって、小さなＦ値で高感度が要求されている
が、この要求を満足させることができないといった不具
合を招いていた。
マイクロレンズを備えた従来の固体撮像装置にあっては
、ビデオカメラ等に組込んだ場合に、カメラレンズのＦ
値が小さくなるにともなって、相対的な感度が低下して
いた。このため、ビデオカメラ等のカメラレンズの小型
化にともなって、小さなＦ値で高感度が要求されている
が、この要求を満足させることができないといった不具
合を招いていた。
【００１１】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、比較的小さな
Ｆ値であっても高感度が得られ、ビデオカメラ等の画像
カメラの小型化及び高感度化に寄与することができる固
体撮像装置を提供することにある。
たものであり、その目的とするところは、比較的小さな
Ｆ値であっても高感度が得られ、ビデオカメラ等の画像
カメラの小型化及び高感度化に寄与することができる固
体撮像装置を提供することにある。
【００１２】［発明の構成］
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、半導体基板上に形成された複数の感光
部におけるそれぞれの感光部に、入射光をそれぞれ対応
した感光部に集光させる複数の集光用レンズが配設され
て構成される。
に、この発明は、半導体基板上に形成された複数の感光
部におけるそれぞれの感光部に、入射光をそれぞれ対応
した感光部に集光させる複数の集光用レンズが配設され
て構成される。
【００１４】
【作用】上記構成において、この発明は、複数の集光用
レンズによって、それぞれの感光部に入射する入射光量
を増加させるようにしている。
レンズによって、それぞれの感光部に入射する入射光量
を増加させるようにしている。
【００１５】
【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明
する。
する。
【００１６】図１はこの発明の一実施例に係る固体撮像
装置の断面構造を示す図である。同図に示す実施例の固
体撮像装置は、１つの感光部に対して単層の２つのマイ
クロレンズを対応させて配設形成するようにしたもので
ある。
装置の断面構造を示す図である。同図に示す実施例の固
体撮像装置は、１つの感光部に対して単層の２つのマイ
クロレンズを対応させて配設形成するようにしたもので
ある。
【００１７】図１において、固体撮像装置は、半導体基
板１１に多数の感光部１２と電荷転送部１３が形成され
ており、その上部には平坦化層１４が形成されている。
板１１に多数の感光部１２と電荷転送部１３が形成され
ており、その上部には平坦化層１４が形成されている。
【００１８】また、１つの感光部１２に対応して２つの
マイクロレンズ１５が平坦化層１４上に形成されている
。
マイクロレンズ１５が平坦化層１４上に形成されている
。
【００１９】このような構造を例えば３２万画素でＰＬ
Ａ方式（走査線本数６２５本）のテレビジョン方式の固
体撮像装置に適用した場合には、図２に示すように、６
．４μ×９．６μの面積を有する単位セル１６に対して
、感光部１２のフォトダイオードの占有面積は、３．０
μ×３．５μとなる。なお、単位セル１６と感光部１２
との面積は、ＮＴＳＣ方式あるいはハイビジョン方式の
テレビジョン方式や設計方法等によって変化するが、本
発明はそれらの面積の関係に依存することはない。この
ような単位セル１６と感光部１２に対して、図１に示す
１つの感光部１２に対する２つのマイクロレンズ１５の
平面配置関係は、図３に示すようになる。
Ａ方式（走査線本数６２５本）のテレビジョン方式の固
体撮像装置に適用した場合には、図２に示すように、６
．４μ×９．６μの面積を有する単位セル１６に対して
、感光部１２のフォトダイオードの占有面積は、３．０
μ×３．５μとなる。なお、単位セル１６と感光部１２
との面積は、ＮＴＳＣ方式あるいはハイビジョン方式の
テレビジョン方式や設計方法等によって変化するが、本
発明はそれらの面積の関係に依存することはない。この
ような単位セル１６と感光部１２に対して、図１に示す
１つの感光部１２に対する２つのマイクロレンズ１５の
平面配置関係は、図３に示すようになる。
【００２０】次に、このような構造を得るための一製造
方法を図４及び図５の製造工程断面図を参照して説明す
る。
方法を図４及び図５の製造工程断面図を参照して説明す
る。
【００２１】まず、半導体基板１１に感光部１２と転送
部１３を形成した後、表面を平坦にするための平坦化層
１４を５．０μｍ程度の厚さに形成する（図４）。
部１３を形成した後、表面を平坦にするための平坦化層
１４を５．０μｍ程度の厚さに形成する（図４）。
【００２２】次に、平坦化層１７上にマイクロレンズ１
５となるレンズ材料１８を２．０μｍ程度の厚さに塗布
し、１つの感光部１２に対して２つのマイクロレンズ１
５が形成されるように、図３に示すように、レンズ材料
１８をパターニングする。この時、ｉ線によるステッパ
露光装置によって４００ｍｓ程度の露光を行ない、０．
５％程度のＴＭＡＨ水溶液にて現像を行なうと、図３に
示すように、１つの感光部１２に対して０．６μｍ間隔
でパターニングされたレンズ材料１８の島状ブロックが
得られる（図５）。
５となるレンズ材料１８を２．０μｍ程度の厚さに塗布
し、１つの感光部１２に対して２つのマイクロレンズ１
５が形成されるように、図３に示すように、レンズ材料
１８をパターニングする。この時、ｉ線によるステッパ
露光装置によって４００ｍｓ程度の露光を行ない、０．
５％程度のＴＭＡＨ水溶液にて現像を行なうと、図３に
示すように、１つの感光部１２に対して０．６μｍ間隔
でパターニングされたレンズ材料１８の島状ブロックが
得られる（図５）。
【００２３】最後に、後露光によりレンズ材料１８を透
明化した後、レンズ材料１８を１５０℃の温度で１０分
間のベーキングを行なって熱硬化処理し、これにより、
マイクロレンズ１５を形成し、図１に示すような構造が
得られる。
明化した後、レンズ材料１８を１５０℃の温度で１０分
間のベーキングを行なって熱硬化処理し、これにより、
マイクロレンズ１５を形成し、図１に示すような構造が
得られる。
【００２４】このようにして得られる構造にあっては、
小さなＦ値、すなわち入射光の画角が大きくなった場合
でも、複数のマイクロレンズ１５によって斜め方向から
の入射光が感光部１２に入射するように入射光の光路が
制御されるので、従来に比して入射光量が増加し、感度
を向上させることが可能となる。
小さなＦ値、すなわち入射光の画角が大きくなった場合
でも、複数のマイクロレンズ１５によって斜め方向から
の入射光が感光部１２に入射するように入射光の光路が
制御されるので、従来に比して入射光量が増加し、感度
を向上させることが可能となる。
【００２５】次に、本発明の他の実施例としては、例え
ば、１つの感光部１２に形成されるマイクロレンズ１５
の個数を４つとして、図６に示すように配置したり、あ
るいは図７に示すようなパターンでマイクロレンズ１５
を形成するようにしたものがある。
ば、１つの感光部１２に形成されるマイクロレンズ１５
の個数を４つとして、図６に示すように配置したり、あ
るいは図７に示すようなパターンでマイクロレンズ１５
を形成するようにしたものがある。
【００２６】また、マイクロレンズ１５を多層化して、
多層レンズ構造としたものがある。例えば２層構造では
、図８に示すように、１．３μｍ程度の膜厚のＶ方向の
ストライプ状に１層目のマイクロレンズを形成し、その
後それぞれの単位セル毎１６に２層目のマイクロレンズ
を形成した２重レンズ構造や、図９に示すように、２層
目のマイクロレンズを図６に示すように単位セル１６に
対して４分割するようにしたものがある。
多層レンズ構造としたものがある。例えば２層構造では
、図８に示すように、１．３μｍ程度の膜厚のＶ方向の
ストライプ状に１層目のマイクロレンズを形成し、その
後それぞれの単位セル毎１６に２層目のマイクロレンズ
を形成した２重レンズ構造や、図９に示すように、２層
目のマイクロレンズを図６に示すように単位セル１６に
対して４分割するようにしたものがある。
【００２７】このような構造にあっては、Ｆ＝１．２に
対する相対的な感度が図１０に示すように、いずれも従
来の構造に比して向上している。
対する相対的な感度が図１０に示すように、いずれも従
来の構造に比して向上している。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、それぞれの感光部に対して複数の集光用レンズを設け
て、それぞれの感光部に入射する入射光量を増加させる
ようにしたので、比較的小さなＦ値であっても高感度を
達成することが可能となり、小型で高感度のビデオカメ
ラ等の画像カメラを提供することができるようになる。
、それぞれの感光部に対して複数の集光用レンズを設け
て、それぞれの感光部に入射する入射光量を増加させる
ようにしたので、比較的小さなＦ値であっても高感度を
達成することが可能となり、小型で高感度のビデオカメ
ラ等の画像カメラを提供することができるようになる。
【図１】この発明の一実施例に係る固体撮像装置の断面
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図２】図１に示す装置の一部平面図である。
【図３】図１に示す装置の一部平面図である。
【図４】図１に示す装置の一製造方法を示す断面工程図
である。
である。
【図５】図１に示す装置の一製造方法を示す断面工程図
である。
である。
【図６】この発明の他の実施例に係る固体撮像装置の一
部平面構造を示す図である。
部平面構造を示す図である。
【図７】この発明の他の実施例に係る固体撮像装置の一
部平面構造を示す図である。
部平面構造を示す図である。
【図８】この発明の他の実施例に係る固体撮像装置の一
部平面構造を示す図である。
部平面構造を示す図である。
【図９】この発明の他の実施例に係る固体撮像装置の一
部平面構造を示す図である。
部平面構造を示す図である。
【図１０】図１及び図６乃至図９に示すこの発明の一実
施例に係る装置におけるＦ値と相対感度との関係を示す
図である。
施例に係る装置におけるＦ値と相対感度との関係を示す
図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の一断面構造を示す図で
ある。
ある。
【図１２】図１１に示す装置における相対的感度特性を
示す図である。
示す図である。
【図１３】図１１に示す従来の装置におけるＦ値と画角
との関係を説明するための図である。
との関係を説明するための図である。
【図１４】図１１に示す従来の装置におけるＦ値と画角
との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
１，１１ 半導体基板
２，１２ 感光部
３，１３ 転送部
４，１４ 平坦化層
５，１５ マイクロレンズ
１６ 単位セル
１８ レンズ材料
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成された複数の感光
部におけるそれぞれの感光部に、入射光をそれぞれ対応
した感光部に集光させる複数の集光用レンズが配設され
てなることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記複数の集光用レンズは、多層化さ
れてなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置
。 - 【請求項３】 集光用レンズ材料を塗布し、塗布され
た集光用レンズ材料を１つの感光部に対して複数のブロ
ックにパターニングし、パターニングされた集光用レン
ズ材料を熱硬化させてレンズ化し、１つの感光部に対し
て複数の集光用レンズを配置形成することを特徴とする
固体撮像装置の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2408422A JPH04229802A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
| KR1019910024102A KR960000905B1 (ko) | 1990-12-27 | 1991-12-24 | 고체촬상장치 및 그 제조방법 |
| US07/813,037 US5250798A (en) | 1990-12-27 | 1991-12-24 | Solid state image sensor device with microlenses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2408422A JPH04229802A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04229802A true JPH04229802A (ja) | 1992-08-19 |
Family
ID=18517877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2408422A Pending JPH04229802A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5250798A (ja) |
| JP (1) | JPH04229802A (ja) |
| KR (1) | KR960000905B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013143431A (ja) * | 2012-01-10 | 2013-07-22 | Toppan Printing Co Ltd | 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法 |
| JP2017034280A (ja) * | 2016-10-31 | 2017-02-09 | 凸版印刷株式会社 | 固体撮像素子 |
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| JPH08107194A (ja) * | 1994-10-03 | 1996-04-23 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 固体撮像装置 |
| US5739548A (en) * | 1995-05-02 | 1998-04-14 | Matsushita Electronics Corporation | Solid state imaging device having a flattening layer and optical lenses |
| US5973844A (en) * | 1996-01-26 | 1999-10-26 | Proxemics | Lenslet array systems and methods |
| US6124974A (en) * | 1996-01-26 | 2000-09-26 | Proxemics | Lenslet array systems and methods |
| KR100310102B1 (ko) * | 1998-03-05 | 2001-12-17 | 윤종용 | 고체 컬러 이미지 소자 및 그의 제조 방법 |
| US6534340B1 (en) * | 1998-11-18 | 2003-03-18 | Analog Devices, Inc. | Cover cap for semiconductor wafer devices |
| GB0029947D0 (en) * | 2000-12-08 | 2001-01-24 | Sgs Thomson Microelectronics | Solid state image sensors and microlens arrays |
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| US7102185B2 (en) * | 2004-06-21 | 2006-09-05 | Eastman Kodak Company | Lightshield architecture for interline transfer image sensors |
| US7789304B2 (en) * | 2006-08-16 | 2010-09-07 | International Business Machines Corporation | Child lock for electronic device |
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| US4667092A (en) * | 1982-12-28 | 1987-05-19 | Nec Corporation | Solid-state image device with resin lens and resin contact layer |
| US5118924A (en) * | 1990-10-01 | 1992-06-02 | Eastman Kodak Company | Static control overlayers on opto-electronic devices |
-
1990
- 1990-12-27 JP JP2408422A patent/JPH04229802A/ja active Pending
-
1991
- 1991-12-24 US US07/813,037 patent/US5250798A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-12-24 KR KR1019910024102A patent/KR960000905B1/ko not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR920013740A (ko) | 1992-07-29 |
| US5250798A (en) | 1993-10-05 |
| KR960000905B1 (ko) | 1996-01-15 |
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