JPH0521769A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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Publication number
JPH0521769A
JPH0521769A JP3174167A JP17416791A JPH0521769A JP H0521769 A JPH0521769 A JP H0521769A JP 3174167 A JP3174167 A JP 3174167A JP 17416791 A JP17416791 A JP 17416791A JP H0521769 A JPH0521769 A JP H0521769A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens layer
solid
width
substrate
lens
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3174167A
Other languages
English (en)
Inventor
Junichi Nakai
淳一 仲井
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Priority to EP92301672A priority patent/EP0523825B1/en
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Priority to DE69222814T priority patent/DE69222814T2/de
Publication of JPH0521769A publication Critical patent/JPH0521769A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40Optical elements or arrangements
    • H10F77/413Optical elements or arrangements directly associated or integrated with the devices, e.g. back reflectors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 固体撮像素子における光の集中度及び感度を
向上させる。 【構成】 第1のレンズ層3の上に第2のレンズ層4が
軟化処理を施されて形成されている。第1のレンズ層3
を帯状に形成し、その長手方向の一部に重畳する状態で
第2のレンズ層4を形成しておき、第2のレンズ層4を
軟化させる際に、第1のレンズ層3の幅方向両側で垂ら
した状態にさせ、第1のレンズ層3の長手方向両側は第
1のレンズ層3の上に留まるようにする。これにより第
2のレンズ層4の一方向断面における曲面が平坦な基板
1上に形成され、他の方向断面における曲面が平坦な第
1のレンズ層3の上に形成される。よって、2方向にお
けるマイクロレンズの基板1からの高さが同一であって
も、第1のレンズ層3の厚みを変えることにより、一つ
の方向における曲率が決まる第2のレンズ層4の高さを
変えることができる。第2のレンズ層2の高さを前記一
つの方向の曲率に関連する幅に応じた値にすることによ
り、その幅が他の一つの方向における幅と異なっても2
方向の曲率を同一に揃えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばムービー用撮像
器、スチルカメラ、ファックス及びワープロ等の画像入
力手段に使用され、透明な樹脂などからなるマイクロレ
ンズを一体的に備えた固体撮像素子に関する。
【0002】
【従来の技術】上記固体撮像素子としては、図8に示す
構造のものが知られている。この固体撮像素子は、基板
11の上層部に設けた画素としてのフォトダイオード1
2の上方に透明な樹脂からなるマイクロレンズ13が形
成され、このマイクロレンズ13を介して光をフォトダ
イオード12に集中して入射させ、感度を向上させる構
成となっている。なお、16はCCD(電荷転送素子)
を構成するレジスタ部であり、ハッチングで示す17は
フォトダイオード12、レジスタ部16等が形成された
基板11の上表面の凹凸を平坦化する平坦化膜である。
【0003】上記マイクロレンズ13としては、図9
(a)、(b)に示すように、帯状をしたマイクロレン
ズ14や長方形状をしたマイクロレンズ15が存在す
る。これらマイクロレンズ14、15は、それぞれ次の
ようにして形成される。まず、図10(a)、(b)に
示すように、フォトダイオード及びレジスタ部が形成さ
れ、かつ平坦化膜により上表面が平坦化された基板11
上に、樹脂又はレジストを用いてフォトエッチング等に
より帯状又は長方形状のパターン14a、15bを形成
する。その後、加熱等により、前記パターン14a、1
5bを軟化させ、表面張力によって凸状の曲面形状とす
ることにより形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した2
種類のマイクロレンズのうち長方形状をしたマイクロレ
ンズ15は、図11に示すようにフォトダイオード12
との位置関係に応じて配列ピッチが決定され、しかも感
度の向上を図るためには隣合うもの同士の間隔をできる
だけ狭くして大きな面積とすべく、長方形状に形成され
る。なお、このマイクロレンズ15を正方形に形成した
場合には、面積が小さくなって感度が若干低下するもの
となる。
【0005】したがって、マイクロレンズ15は上述し
たように長方形状をなしているために、図12に示す高
さHは同一であるが、幅Wが図11に示すように縦方向
aと横方向bで異なっている。このため、マイクロレン
ズ15の曲率はa方向とb方向において異なる。この状
態において、例えばa方向の幅Wが大、b方向の幅Wが
小となっていると仮定した場合、a方向について幅Wが
適当な寸法となっていて図13(a)に示すように良好
な集光状態が得られているときは、b方向については幅
Wが短いものとなって同図(b)に示すように不良な集
光状態となる。よって、従来の場合には、光の集中度お
よび感度を十分なレベルまで高くできず、改良の余地が
残されていた。
【0006】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、光の集中度及び感度を更に向上
させ得る固体撮像素子を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、基板上に形成された受光部の上方にマイクロレンズ
が設けられた固体撮像素子において、該マイクロレンズ
が基板上に形成された第1のレンズ層と、該第1のレン
ズ層の上に形成された第2のレンズ層とで構成され、少
なくとも該第2のレンズ層が軟化処理を施されており、
そのことによって上記目的が達成される。
【0008】
【作用】本発明にあっては、第1のレンズ層の上に第2
のレンズ層が軟化処理を施されて形成されている。この
ため、第1のレンズ層を帯状に形成し、その長手方向の
一部に重畳する状態で第2のレンズ層を形成しておき、
第2のレンズ層を軟化させる際に、第1のレンズ層の幅
方向両側で垂らした状態にさせ、第1のレンズ層の長手
方向両側は第1のレンズ層の上に留まるようにする。こ
れにより、第2のレンズ層の一方向断面における曲面が
平坦な基板上に形成され、他の方向断面における曲面が
平坦な第1のレンズ層の上に形成される。よって、2方
向におけるマイクロレンズの基板からの高さが同一であ
っても、第1のレンズ層の厚みを変えることにより、一
つの方向における曲率が決まる第2のレンズ層の高さを
変えることができる。このため、第2のレンズ層の高さ
を前記一つの方向の曲率に関連する幅に応じた値にする
ことにより、その幅が他の一つの方向における幅と異な
っていても2方向の曲率を同一に揃えることが可能とな
る。
【0009】
【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。
【0010】図1(a)は本発明の固体撮像素子を示す
正面図、同図(b)はその側面図である。この固体撮像
素子は、基板1と、基板1の上に形成した平坦化膜2
と、平坦化膜2の上に形成した第1のレンズ層3と、第
1のレンズ層3の上に形成した第2のレンズ層4とを備
える。前記基板1は、上層部に図示しないフォトダイオ
ード、レジスタ部等が形成され、上表面が凹凸状をなし
ている。その上の平坦化膜2は基板1の上表面を平坦化
すべく形成され、この平坦化膜2により基板1上は平坦
とされている。
【0011】前記第1、第2のレンズ層3、4は、共に
同一の透明樹脂からなり、両レンズ層3、4の重畳部に
てマイクロレンズが形成されている。このマイクロレン
ズは、上述したフォトダイオードの上方に存在する位置
に配設され、光を集光してフォトダイオードへ入射させ
るようになっている。
【0012】かかる固体撮像素子の製造は、次のように
行われる。まず、図2に示すように、フォトダイオー
ド、レジスタ部等が上層部に形成され、上表面が凹凸状
となった基板1の上に、平坦化膜2を形成する。なお、
必要であれば平坦化膜2の上にカラーフィルターを形成
し、更にそのカラーフィルターの表面を保護膜で覆って
もよい。
【0013】次いで、図3(a)(正面図)及び(b)
(側面図)に示すように平坦化膜2の上に、第1のレン
ズ層3をストライプ状にパターン形成する。この第1の
レンズ層3は、マイクロレンズの一部を構成するため、
例えばアクリル樹脂やポリスチレン等の感光性を有し、
かつ透明度のよい材料を使用しており、その上からフォ
トマスクを用いて選択的に光を露光した後、不要部分を
除去することにより形成されている。
【0014】次いで、感光性を持ち、かつ透明度が高
く、高温処理によって軟化し、さらなる加温により硬化
させ得る材料、例えばアクリル樹脂、ノボラック樹脂、
ポリスチレン或はエポキシ樹脂等を用いて、図4(a)
(正面図)及び(b)(側面図)に示すように、第2の
レンズ層4を島状に形成する。この形成は、例えば基板
1の上に全面にわたって第2のレンズ層4を塗布形成
し、その後フォトマスクを用いて選択的に光を露光し、
続いて不要部分を除去することにより第2のレンズ層4
を島状に残している。これにより、図5に示すストライ
プ状に形成された第1のレンズ層3の上に、図6に示す
ように島状になした第2のレンズ層4が形成される。
【0015】次いで、加熱を行って第2のレンズ層4を
軟化させる。この軟化を行うとき、図1(a)に示すよ
うに第2のレンズ層4が第1のレンズ層3の幅方向両側
から垂れた状態となすと共に、図1(b)に示すように
第1のレンズ層3の長手方向両側では第1のレンズ層3
の上に存在する状態となす。これにより、第1のレンズ
層3と、その上の第2のレンズ層4部分及びその近傍部
分とでマイクロレンズが構成され、第2のレンズ層4の
一方向断面における曲面が平坦な基板1上に形成され、
他の方向断面における曲面が平坦な第1のレンズ層3の
上に形成される。なお、この加熱により第1のレンズ層
3も同様に軟化する場合には、第1のレンズ層3につい
ては、第2のレンズ層4を形成する前に、加熱等により
若干硬化させておくのが好ましい。
【0016】したがって、このように構成された固体撮
像素子においては、縦横2方向における集光状態を同一
に揃えることが可能となる。即ち、図7に示すごとく、
マイクロレンズの平坦化膜2と接する側の一方向断面に
おける高さはH1となり、平坦化膜2とは非接触で第1
のレンズ層3と接触している側の他の方向断面において
実質的にレンズとして機能する部分の高さはH2とな
る。このH2は、第1のレンズ層3の厚みtを変えるこ
とにより調整される。このとき、前記高さH1、一方向
断面における幅W1及び他の方向断面における幅W2に
基づいて厚みtを決定することにより、高さH1をもつ
一方向断面の曲面と、高さH2をもつ他の方向断面の曲
面を図示のように一致した状態にすることが可能とな
る。つまり、縦横2方向における曲率を同一に揃えるこ
とが可能となる。よって、集光状態を2方向で同一にな
して感度を十分なレベルにまで向上させ得る。
【0017】なお、上記実施例では第2のレンズ層4を
第1のレンズ層3の上に島状に形成し軟化させるように
しているが、第2のレンズ層4は島状に形成する必要は
必ずしもなく、例えば図5に示すようにストライプ状に
形成した第1のレンズ層3の上に、これとは直交する方
向に第2のレンズ層4をストライプ状に形成し、その状
態で軟化させてマイクロレンズを形成するようにしても
よい。
【0018】また、上記実施例では第2のレンズ層4を
軟化させるべく加熱させているが、この軟化は加熱に限
らず、マイクロ波照射、IR照射、紫外線照射、遠紫外
線照射又は電子ビーム照射等を用いてもよく、その場合
に用いる材料としては、上述するマイクロ波照射などに
より軟化する材料を使用する。但し、このような材料を
使用する場合は、その後硬化させる処理を行っておく。
【0019】
【発明の効果】本発明の固体撮像素子の場合には、上述
したように縦横2方向におけるマイクロレンズの集光状
態を同一にできるので、感度を従来よりも数10%向上
させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の固体撮像素子の正面図、
(b)はその側面図。
【図2】(a)は本発明の固体撮像素子の正面図、
(b)はその側面図。
【図3】(a)は本発明の固体撮像素子の正面図、
(b)はその側面図。
【図4】(a)は本発明の固体撮像素子の正面図、
(b)はその側面図。
【図5】第1のレンズ層3を基板1を上に形成した状態
を示す斜視図。
【図6】第2のレンズ層4を第1のレンズ層3の上に形
成した状態を示す斜視図。
【図7】図1に示す固体撮像素子の集光状態の説明図。
【図8】従来の固体撮像素子を示す正面断面図。
【図9】(a)は従来の帯状をしたマイクロレンズを示
す斜視図、(b)は従来の長方形状をしたマイクロレン
ズを示す斜視図。
【図10】(a)は図9(a)のマイクロレンズの製造
途中を示す斜視図、(b)は図9(b)のマイクロレン
ズの製造途中を示す斜視図。
【図11】従来の固体撮像素子の平面図。
【図12】マイクロレンズの曲率の説明図。
【図13】(a)は良好な集光状態を示す図、(b)は
不良な集光状態を示す図。
【符号の説明】
1 基板 2 平坦化膜 3 第1のレンズ層 4 第2のレンズ層

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】基板上に形成された受光部の上方にマイク
    ロレンズが設けられた固体撮像素子において、 該マイクロレンズが基板上に形成された第1のレンズ層
    と、該第1のレンズ層の上に形成された第2のレンズ層
    とで構成され、少なくとも該第2のレンズ層が軟化処理
    を施された固体撮像素子。
JP3174167A 1991-07-15 1991-07-15 固体撮像素子 Withdrawn JPH0521769A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3174167A JPH0521769A (ja) 1991-07-15 1991-07-15 固体撮像素子
EP92301672A EP0523825B1 (en) 1991-07-15 1992-02-27 A solid-state imaging device provided with microlenses
US07/843,891 US5293267A (en) 1991-07-15 1992-02-27 Solid-state imaging device
DE69222814T DE69222814T2 (de) 1991-07-15 1992-02-27 Festkörperbildsensor mit Mikrolinsen

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JP3174167A JPH0521769A (ja) 1991-07-15 1991-07-15 固体撮像素子

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ID=15973880

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EP (1) EP0523825B1 (ja)
JP (1) JPH0521769A (ja)
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