JPH0548057A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH0548057A
JPH0548057A JP3200487A JP20048791A JPH0548057A JP H0548057 A JPH0548057 A JP H0548057A JP 3200487 A JP3200487 A JP 3200487A JP 20048791 A JP20048791 A JP 20048791A JP H0548057 A JPH0548057 A JP H0548057A
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lens
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロ集光レンズ間のギャップをなくすこ
とにより、イメージエリア全体に入射する光を有効利用
できるようにして、感度の大幅なる向上を図る。 【構成】 シリコン基板1の表面に、イメージエリアを
構成する多数の受光部2が形成され、これら受光部2を
含む全面に平坦化膜3が形成され、更に、平坦化膜3上
に、例えば赤、緑及び青のカラーフィルタ4R、4G及
び4Bが夫々対応する受光部2上に形成され、そして、
このカラーフィルタ4R、4G及び4B上に、各受光部
2に対応した位置に第1のマイクロ集光レンズ5が形成
された固体撮像装置において、第1のマイクロ集光レン
ズ5上に、第1のマイクロ集光レンズ5間のギャップg
を埋めるように第2のマイクロ集光レンズ7を形成して
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特に、受光部上にマイクロ集光レンズを形成した固体撮
像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】固体撮像装置、例えばCCD固体撮像装
置は、そのCCDにおける信号電荷及び雑音と像面照度
との関係をみた場合、低照度側において、信号電荷のゆ
らぎによる雑音(ショット雑音)と暗時雑音の影響が大
きくなるということが知られている。
【0003】上記ショット雑音を減らすには、受光部の
開口率を大きくすれば良いが、最近の微細化傾向に伴
い、上記開口率の増大化には限界がある。そこで、現
在、受光部上にマイクロ集光レンズを形成した構造が提
案されている。このマイクロ集光レンズを形成した構造
の場合、光の利用率が上がり、受光部における感度の向
上を図ることができ、上記ショット雑音の低減化に有効
となる(尚、マイクロ集光レンズの形成方法について
は、例えば特開昭60−53073号公報及び特開平1
−10666号公報参照)。
【0004】従来のCCD固体撮像装置は、図2に示す
ように、シリコン基板11の表面に、イメージエリアを
構成する多数の受光部12が形成され、これら受光部1
2を含む全面に平坦化膜13が形成され、更に、該平坦
化膜13上に、例えば赤、緑及び青のカラーフィルタ1
4R、14Gおよび14Bが夫々対応する受光部12上
に形成され、そして、このカラーフィルタ14R、14
Gおよび14B上において、各受光部12に対応した位
置にマイクロ集光レンズ15が形成されて構成されてい
る。尚、図において、16は転送電極及び遮光膜の形成
による段差を模式的に示すものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体撮像装置においては、受光部12上に1層のマイク
ロ集光レンズ15を形成して構成しているため、そのマ
イクロ集光レンズ15の形成上、どうしてもマイクロ集
光レンズ15間にギャップgができてしまうという問題
があった。即ち、マイクロ集光レンズ15間にギャップ
gが形成されると、このギャップgの部分に入射した光
Lgは、集光されずにそのままカラーフィルタ(図示の
例では14R)を通って、遮光膜が存する段差16に入
射することになり、受光部12へは到達しない。
【0006】このように、従来の固体撮像装置において
は、ギャップg以外のレンズ面に入射する光Lのみしか
受光部12に入射させることができず、イメージエリア
全体に入射する光を有効利用することができない。従っ
て、マイクロ集光レンズ15を形成したことによる感度
の向上には、限界があるという不都合があった。
【0007】ここで、集光レンズの繰り返しピッチPを
8μm、マイクロ集光レンズ15間のギャップ幅dを
1.5μmとすると、集光最大幅は8−1.5=6.5
μm、最大感度の向上率は6.5/3=2.2倍であ
る。尚、図において、マイクロ集光レンズ15は、スト
ライプ形状で、断面方向からの集光しか考えないものと
する。
【0008】本発明は、このような課題に鑑み成された
もので、その目的とするところは、マイクロ集光レンズ
間のギャップをなくすことができ、イメージエリア全体
に入射する光を有効利用することができる固体撮像装置
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、受光部2上に
集光レンズが形成された固体撮像装置において、集光レ
ンズを、夫々屈折率の異なる第1及び第2の集光レンズ
5及び7にて構成し、第2の集光レンズ7で第1の集光
レンズ5のギャップgを埋めるように形成して構成す
る。
【0010】この場合、上記第1及び第2の集光レンズ
5及び7の各屈折率を夫々n1 及びn2 としたとき、n
1 >n2 >1の関係にする。
【0011】
【作用】上述の本発明の構成によれば、受光部2上に形
成される集光レンズを、夫々屈折率の異なる第1及び第
2の集光レンズ5及び7にて構成し、第2の集光レンズ
7で第1の集光レンズ5のギャップgを埋めるように形
成するようにしたので、下層に形成される第1の集光レ
ンズ5間のギャップgを上層に形成される第2の集光レ
ンズ7で埋めるかたちとなり、集光レンズ間のギャップ
レス化を実現させることができる。その結果、イメージ
エリア全体に入射する光を有効利用することができ、感
度の向上を効率よく図ることができる。
【0012】特に、第1及び第2の集光レンズ5及び7
の各屈折率を夫々n1 及びn2 としたとき、n1 >n2
>1の関係にすることにより、第1の集光レンズ5間の
ギャップg部分に入射する光Lgを受光部2側へ有効に
集光させることができ、更に感度の向上を図ることがで
きる。
【0013】
【実施例】以下、図1を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図1は、本実施例に係る固体撮像装置の要部
を示す構成図である。
【0014】この固体撮像装置は、図示するように、シ
リコン基板1の表面に、イメージエリアを構成する多数
の受光部2が形成され、これら受光部2を含む全面に平
坦化膜3が形成され、更に、該平坦化膜3上に、例えば
赤、緑及び青のカラーフィルタ4R、4G及び4Bが夫
々対応する受光部2上に形成され、そして、このカラー
フィルタ4R、4G及び4B上において、各受光部2に
対応した位置に第1のマイクロ集光レンズ5が形成され
て構成されている。ここまでの構成は、図2に示す従来
例の構成と同じである。尚、図において、6は転送電極
及び遮光膜の形成による段差を模式的に示すものであ
る。
【0015】しかして、本例においては、第1のマイク
ロ集光レンズ5上に、第2のマイクロ集光レンズ7を形
成して構成する。この第2のマイクロ集光レンズ7は、
第1のマイクロ集光レンズ5の屈折率n1 よりも低い屈
折率n2 を有する材料を約5000Åほどコーティング
またはECRプラズマCVD法により低温にて形成す
る。このとき、第1のマイクロ集光レンズ5間に形成さ
れたギャップgを埋めるように第2のマイクロ集光レン
ズ7が形成される。
【0016】また、第1のマイクロ集光レンズ5の材料
としては、例えばポリイミド等、屈折率n1 が1.7〜
1.8のものを使用することができる。また、第2のマ
イクロ集光レンズ7の材料は、その形成方法によって異
なり、コーティングによって形成する場合の材料として
は、例えばi線レジスト又はg線レジスト及びフッ素系
樹脂など、屈折率n2 が1.4〜1.6のものを用いる
ことができる。一方、ECRプラズマCVD法により低
温にて形成する場合の材料としては、例えばプラズマS
iO2 膜など、屈折率n2 が1.4〜1.5のものを用
いることができる。
【0017】次に、第1のマイクロ集光レンズ5間にお
けるギャップg部分に入射する光Lgの光路を説明す
る。
【0018】ギャップg部分に入射する光Lgは、ま
ず、空気中の屈折率よりも大きい屈折率n2 (>1)を
有する第2のマイクロ集光レンズ7の表面にて、フレネ
ルの法則に従って屈折する。即ち、法線Mに対して角度
θ1にて入射した上記光Lgは、第2のマイクロ集光レ
ンズ7の表面にて、法線Mに対して角度θ2 (<θ1
方向に屈折される。
【0019】次に、この第2のマイクロ集光レンズ7に
入射した光Lgは、第2のマイクロ集光レンズ7の屈折
率n2 よりも大きい屈折率n1 (>n2 )を有する第1
のマイクロ集光レンズ5の表面にて、フレネルの法則に
従って屈折する。即ち、法線Nに対して角度θ3 にて入
射した上記光Lgは、第1のマイクロ集光レンズ5の表
面にて、法線Nに対して角度θ4 (>θ3 )方向に屈折
される。
【0020】そして、この第1のマイクロ集光レンズ5
に入射した光Lgは、次に、下層のカラーフィルタ(図
示の例では4R)及び平坦化膜3の各表面にて、幾分屈
折されて、最終的にシリコン基板1表面に形成された受
光部2に入射する。このように、第1のマイクロ集光レ
ンズ5間におけるギャップg部分に入射する光Lgも受
光部2上に集光させることができる。尚、ギャップg以
外の部分に入射する光Lは、確実に受光部2に入射され
る。
【0021】上述のように、本例によれば、受光部2上
に形成されるマイクロ集光レンズを、夫々屈折率の異な
る第1及び第2のマイクロ集光レンズ5及び7にて構成
し、第2のマイクロ集光レンズ7で第1のマイクロ集光
レンズ5のギャップgを埋めるように形成するようにし
たので、下層に形成される第1のマイクロ集光レンズ5
間のギャップgを上層に形成される第2のマイクロ集光
レンズ7で埋めるかたちとなり、マイクロ集光レンズ間
のギャップレス化を実現させることができる。その結
果、イメージエリア全体に入射する光を有効利用するこ
とができ、感度の向上を効率よく図ることができる。
【0022】特に、第1及び第2のマイクロ集光レンズ
5及び7の各屈折率を夫々n1 及びn2 としたとき、n
1 >n2 >1の関係にすることにより、第1のマイクロ
集光レンズ5間のギャップg部分に入射する光Lgを受
光部2側へ有効に集光させることができ、更に感度の向
上を図ることができる。
【0023】ここで、第1のマイクロ集光レンズ5の繰
り返しピッチPを8μm、第1のマイクロ集光レンズ5
間のギャップ幅dを1.5μmとすると、本例の場合、
上層の第2のマイクロ集光レンズ7によって、第1のマ
イクロ集光レンズ5間のギャップgがなくなる形となる
ため、集光最大幅は8−0=8μm、最大感度の向上率
は8/3=2.7倍となり、従来の2.2倍と比して大
幅なる感度の向上を図ることができる。尚、図におい
て、第1及び第2のマイクロ集光レンズ5及び7は、ス
トライプ形状で、断面方向からの集光しか考えないもの
とする。
【0024】
【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置によれば、マ
イクロ集光レンズ間のギャップをなくして、イメージエ
リア全体に入射する光を有効利用することができ、感度
の大幅なる向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る固体撮像装置の要部(イメージ
エリア)を示す構成図。
【図2】従来例に係る固体撮像装置の要部(イメージエ
リア)を示す構成図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 受光部 3 平坦化膜 4R,4G,4B カラーフィルタ 5 第1のマイクロ集光レンズ 6 段差 7 第2のマイクロ集光レンズ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受光部上に集光レンズが形成された固体
    撮像装置において、 上記集光レンズが、夫々屈折率の異なる第1及び第2の
    集光レンズにて構成され、上記第2の集光レンズが、上
    記第1の集光レンズのギャップを埋めるように形成され
    ていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 上記第1及び第2の集光レンズの各屈折
    率を夫々n1 及びn2 としたとき、n1 >n2 >1の関
    係を有することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装
    置。
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