JPH0645572A - Solid-state image pick-up device with microlens - Google Patents
Solid-state image pick-up device with microlensInfo
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- JPH0645572A JPH0645572A JP4216478A JP21647892A JPH0645572A JP H0645572 A JPH0645572 A JP H0645572A JP 4216478 A JP4216478 A JP 4216478A JP 21647892 A JP21647892 A JP 21647892A JP H0645572 A JPH0645572 A JP H0645572A
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- Japan
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- microlens
- light receiving
- receiving region
- solid
- semiconductor substrate
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 環状の受光領域に対して、集光効率が悪化せ
ずに有効に集光できるようにする。
【構成】 半導体基板の１主面上に分離層としての酸化
物２が形成され、この酸化物内に受光領域３が環状に埋
設され、半導体基板と対向する主面上にはマイクロレン
ズ４が形成される。受光領域３の半導体基板と対向する
主面上に形成されたマイクロレンズ４は、環状に形成さ
れており、このマイクロレンズ４の凸部の中心を結ぶ線
は、受光領域３の環状の帯の中心の線と一致するように
形成される。
(57) [Summary] (Corrected) [Purpose] To enable effective focusing of light in a ring-shaped light receiving area without degrading the focusing efficiency. [Structure] An oxide 2 as a separation layer is formed on one main surface of a semiconductor substrate, a light receiving region 3 is embedded in a ring in the oxide, and a microlens 4 is provided on the main surface facing the semiconductor substrate. It is formed. The microlens 4 formed on the main surface of the light receiving region 3 facing the semiconductor substrate is formed in an annular shape, and the line connecting the centers of the convex portions of the microlens 4 is the annular band of the light receiving region 3. It is formed so as to coincide with the center line.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロレンズを備え
た固体撮像素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device having a microlens.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、ＣＣＤなどの固体撮像装置の
各画素にマイクロレンズを設けることによって、受光領
域への集光効率を上げることが行われていた。2. Description of the Related Art Conventionally, a microlens is provided in each pixel of a solid-state image pickup device such as a CCD to increase the light collection efficiency in a light receiving region.
【０００３】このようなマイクロレンズを備えた従来の
固体撮像素子（固体撮像装置の単位画素）の構造を図１
１に示す。図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は線Ｃ
−Ｃ’についての水平方向の断面図をそれぞれ示す。The structure of a conventional solid-state image pickup device (unit pixel of a solid-state image pickup device) provided with such a microlens is shown in FIG.
Shown in 1. 11A is a plan view, and FIG. 11B is a line C.
Each of the horizontal cross-sectional views about -C 'is shown.
【０００４】図１１において、Ｓｉ基板２１内の一部の
領域に受光部であるフォトダイオード領域２２があり、
フォトダイオード領域２２以外の領域は遮光膜２３で覆
われている。その上に、ＳｉＯ2等からなる酸化物２４
を介して、長方形ドーム型のマイクロレンズ２５を、そ
の光軸をフォトダイオード領域２２の中心に一致させて
１対１に対応するように形成し、入射した光２６がフォ
トダイオード領域２２に集光する構造になっている。カ
マボコ型のマイクロレンズを１画素列に１本形成する構
成も考えられている。In FIG. 11, a photodiode region 22 which is a light receiving portion is provided in a partial region of the Si substrate 21,
Areas other than the photodiode area 22 are covered with a light shielding film 23. On top of that, an oxide 24 made of SiO 2 or the like is used.
Through, the rectangular dome-shaped microlens 25 is formed so that its optical axis coincides with the center of the photodiode region 22, and the incident light 26 is focused on the photodiode region 22. It is structured to A configuration in which one camcorder type microlens is formed in each pixel column is also considered.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の構
成では、例えば、ＭＯＳＳＩＴを単位画素とする固体撮
像素子のように受光領域が環状である場合、受光領域ば
かりでなく、環の中心の非受光領域にも集光されてしま
うため、量子効率が悪くなるという問題があった。In the conventional structure as described above, for example, when the light receiving area is a ring like a solid-state image pickup device having MOSSIT as a unit pixel, not only the light receiving area but also the center of the ring is formed. There is a problem that the quantum efficiency is deteriorated because the light is also condensed in the non-light-receiving region.
【０００６】そこで、本発明の目的は、受光領域が環状
の場合でも、量子効率が悪化せずに有効に集光できるよ
うにした固体撮像素子を提供するものである。Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state image sensor capable of effectively collecting light without deteriorating the quantum efficiency even when the light receiving region is annular.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明のマイクロレンズ
を備えた固体撮像素子は、半導体基板１の１主面上に受
光領域３を形成し、前記受光領域３の前記半導体基板１
と対向する主面上にマイクロレンズ４を形成してなり、
前記受光領域３を環状に形成し、前記マイクロレンズ４
と受光領域３により画素を構成するようにしたマイクロ
レンズを備えた固体撮像素子において、前記マイクロレ
ンズ４を環状に形成したことを特徴とする。In a solid-state image pickup device having a microlens of the present invention, a light receiving region 3 is formed on one main surface of a semiconductor substrate 1, and the semiconductor substrate 1 in the light receiving region 3 is formed.
A microlens 4 is formed on the main surface facing
The light receiving area 3 is formed in an annular shape, and the microlens 4 is formed.
In the solid-state image sensor having a microlens configured to form a pixel by the light receiving region 3, the microlens 4 is formed in an annular shape.
【０００８】また、前記マイクロレンズ４は、１画素内
に複数個形成されていることを特徴とする。また、前記
マイクロレンズ４は円柱形状に形成され、前記円柱形状
マイクロレンズが１画素列内に複数個形成されているこ
とを特徴とする。A plurality of the microlenses 4 are formed in one pixel. Further, the microlens 4 is formed in a cylindrical shape, and a plurality of the cylindrical microlens is formed in one pixel row.
【０００９】[0009]
【作用】請求項１の発明では、環状の受光領域３に対し
てマイクロレンズ４が環状に形成されることにより、受
光領域３に対して有効に集光される。また、請求項２の
発明では、１画素内に複数個形成されたマイクロレンズ
４ａ、４ｂにより、その画素内の受光領域に対して有効
に集光される。また、請求項３の発明では、１画素列内
に複数個形成された円柱形状のマイクロレンズ４ｃ、４
ｄにより、その画素列内の受光領域に対して有効に集光
される。According to the first aspect of the invention, the microlens 4 is formed in an annular shape in the annular light receiving area 3 so that the light is effectively focused in the light receiving area 3. According to the invention of claim 2, the plurality of microlenses 4a and 4b formed in one pixel effectively collect the light on the light receiving region in the pixel. Further, in the invention of claim 3, a plurality of cylindrical microlenses 4c and 4c formed in one pixel column.
Due to d, the light is effectively focused on the light receiving region in the pixel column.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１および図２は、本発明の第１実施例を示す。こ
れらの図において、Ｓｉ等の半導体基板１の１主面上に
は、ＳｉＯ2等からなる酸化物２が形成され、この酸化
物２内に受光領域としてのポリシリコンゲート電極３が
埋設されている。このポリシリコンゲート電極３は、環
状に形成されている。酸化物２は、基板１とのショート
防止および素子の保護の役割を果たす。ポリシリコンゲ
ート電極３を透過した光が、半導体基板１内に電子およ
び正孔を発生させ、ゲート電極３下に正孔が蓄積され
る。この正孔によって、半導体基板１内のソース−ドレ
イン間電流が変調され、光強度が検出される。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a first embodiment of the present invention. In these figures, an oxide 2 made of SiO 2 or the like is formed on one main surface of a semiconductor substrate 1 made of Si or the like, and a polysilicon gate electrode 3 as a light receiving region is embedded in the oxide 2. There is. The polysilicon gate electrode 3 is formed in a ring shape. The oxide 2 plays a role of preventing a short circuit with the substrate 1 and protecting the element. The light transmitted through the polysilicon gate electrode 3 generates electrons and holes in the semiconductor substrate 1, and holes are accumulated under the gate electrode 3. The holes modulate the source-drain current in the semiconductor substrate 1, and the light intensity is detected.
【００１１】また、酸化物２の半導体基板１と対向する
主面上には、マイクロレンズ４が形成されている。マイ
クロレンズ４は、平面から見て（図１において）環状に
形成されている。その結果、ポリシリコンゲート電極３
の環状の帯の中心線と、マイクロレンズ４の凸部の中心
線とが、平面からみて（図１において）一致する。これ
により、各画素Ａの領域に入射された光の殆どがポリシ
リコンゲート電極３に入射され、量子効率を向上するこ
とができる。環状マイクロレンズ４は、例えばフォトレ
ジスト等のレンズ材料をフォトリソグラフィによって環
状にパターニングし、これを熱処理することによって得
られる。A microlens 4 is formed on the main surface of the oxide 2 facing the semiconductor substrate 1. The microlens 4 is formed in an annular shape when viewed from above (in FIG. 1). As a result, the polysilicon gate electrode 3
The center line of the annular band of and the center line of the convex portion of the microlens 4 are coincident with each other when viewed from the plane (in FIG. 1). As a result, most of the light incident on the area of each pixel A is incident on the polysilicon gate electrode 3, and the quantum efficiency can be improved. The annular microlens 4 is obtained, for example, by patterning a lens material such as photoresist into an annular shape by photolithography and heat-treating the patterned material.
【００１２】図３および図４は本発明の第２実施例を示
し、１画素Ａの領域内に２個の円柱状のマイクロレンズ
４ａ、４ｂが並設されて形成されており、この２個のマ
イクロレンズ４ａ、４ｂの中心は、ポリシリコンゲート
電極３の一方の辺（図３において縦方向の辺）の中央に
位置するように配置されている。従って、この場合も量
子効率を向上させることができる。なお、マイクロレン
ズ４ａ、４ｂの形成方法は第１実施例のマイクロレンズ
４の場合と同様である。FIG. 3 and FIG. 4 show a second embodiment of the present invention, in which two cylindrical microlenses 4a and 4b are formed in parallel in the area of one pixel A. The centers of the microlenses 4a and 4b are arranged so as to be located at the center of one side (the side in the vertical direction in FIG. 3) of the polysilicon gate electrode 3. Therefore, also in this case, the quantum efficiency can be improved. The method of forming the microlenses 4a and 4b is the same as that of the microlens 4 of the first embodiment.
【００１３】図５および図６は本発明の第３実施例を示
し、１画素列Ｂ内に２つの長い円柱形状のマイクロレン
ズ４ｃ、４ｄが並設されて形成されている。マイクロレ
ンズ４ｃ、４ｄの中心は、ポリシリコンゲート電極３の
図５において縦の辺の中央に位置しており、第２実施例
の場合と、ほぼ同一の量子効率とすることができる。但
し、マイクロレンズの形成は第２実施例の場合より一体
化して形成できる分容易となる。なお、マイクロレンズ
４ｃ、４ｄの形成方法は第１実施例の場合と同様であ
る。FIG. 5 and FIG. 6 show a third embodiment of the present invention, in which two long cylindrical microlenses 4c and 4d are formed in parallel in one pixel column B. The centers of the microlenses 4c and 4d are located at the centers of the vertical sides of the polysilicon gate electrode 3 in FIG. 5, and the quantum efficiency can be almost the same as that of the second embodiment. However, the microlenses are easier to form than the second embodiment because they can be integrally formed. The method of forming the microlenses 4c and 4d is the same as that of the first embodiment.
【００１４】図７および図８、並びに図９および図１０
は、それぞれ本発明の第４、第５実施例を示し、図３お
よび図４の実施例と図５および図６の実施例において、
２つのマイクロレンズ４ａ、４ｂ間、及び４ｃ、４ｄ間
の酸化物２内に、例えばアルミニウムよりなる配線層５
を埋設させたものである。配線層５は、マイクロレンズ
４ａと４ｂの間、あるいは４ｃと４ｄの間に配置されて
いる。これらの実施例においては、マイクロレンズ４
ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの端部に入射された光も、それら
のレンズ作用によりポリシリコンゲート電極３に有効に
入射される。これにより、量子効率の減少を抑制するこ
とができる。7 and 8 and FIGS. 9 and 10.
Respectively show the fourth and fifth embodiments of the present invention. In the embodiments of FIGS. 3 and 4 and the embodiments of FIGS. 5 and 6,
A wiring layer 5 made of, for example, aluminum is provided in the oxide 2 between the two microlenses 4a and 4b and between 4c and 4d.
Is buried. The wiring layer 5 is arranged between the microlenses 4a and 4b or between 4c and 4d. In these examples, the microlens 4
The light incident on the ends of a, 4b, 4c, and 4d is also effectively incident on the polysilicon gate electrode 3 due to their lens action. This makes it possible to suppress a decrease in quantum efficiency.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、固体撮
像素子の受光領域が環状の場合でも、量子効率が悪化せ
ずに有効に集光することができる。As described above, according to the present invention, even if the light receiving region of the solid-state image pickup device is annular, it is possible to effectively collect light without deteriorating the quantum efficiency.
【図１】本発明にかかる固体撮像素子の第１実施例を示
す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a solid-state image sensor according to the present invention.
【図２】図１のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line X-X 'of FIG.
【図３】本発明にかかる固体撮像素子の第２実施例を示
す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the solid-state image sensor according to the present invention.
【図４】図３のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line X-X ′ of FIG.
【図５】本発明にかかる固体撮像素子の他の実施例を示
す図である。FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the solid-state image sensor according to the present invention.
【図６】図５のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。6 is a cross-sectional view taken along line X-X 'of FIG.
【図７】本発明にかかる固体撮像素子の第３実施例を示
す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing a third embodiment of the solid-state image sensor according to the present invention.
【図８】図７のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。8 is a cross-sectional view taken along line X-X 'of FIG.
【図９】本発明にかかる固体撮像素子の第４実施例を示
す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing a fourth embodiment of the solid-state image sensor according to the present invention.
【図１０】図９のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。10 is a cross-sectional view taken along line X-X 'of FIG.
【図１１】従来の固体撮像素子を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a conventional solid-state imaging device.
１ 半導体基板 ２ 酸化物 ３ ポリシリコンゲート電極（受光領域） ４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ マイクロレンズ ５ 配線層 Ａ 画素 Ｂ 画素列 1 Semiconductor substrate 2 Oxide 3 Polysilicon gate electrode (light receiving area) 4, 4a, 4b, 4c, 4d Microlens 5 Wiring layer A Pixel B Pixel column
Claims (3)
し、 前記受光領域の前記半導体基板と対向する主面上にマイ
クロレンズを形成してなり、 前記受光領域を環状に形成し、 前記マイクロレンズと受光領域により画素を構成するよ
うにしたマイクロレンズを備えた固体撮像素子におい
て、 前記マイクロレンズを環状に形成したことを特徴とする
マイクロレンズを備えた固体撮像素子。1. A light receiving region is formed on one main surface of a semiconductor substrate, and a microlens is formed on a main surface of the light receiving region facing the semiconductor substrate. The light receiving region is formed in an annular shape, A solid-state imaging device including a microlens configured to form a pixel by the microlens and a light receiving region, wherein the microlens is formed in an annular shape.
し、 前記受光領域の前記半導体基板と対向する主面上にマイ
クロレンズを形成してなり、 前記受光領域を環状に形成し、 前記マイクロレンズと受光領域により画素を構成するよ
うにしたマイクロレンズを備えた固体撮像素子におい
て、 前記マイクロレンズは、１画素内に複数個形成されてい
ることを特徴とするマイクロレンズを備えた固体撮像素
子。2. A light receiving region is formed on one main surface of a semiconductor substrate, and a microlens is formed on a main surface of the light receiving region facing the semiconductor substrate. The light receiving region is formed in an annular shape. A solid-state image sensor including a microlens configured to form a pixel by the microlens and a light receiving region, wherein a plurality of the microlens are formed in one pixel. Image sensor.
し、 前記受光領域の前記半導体基板と対向する主面上にマイ
クロレンズを形成してなり、 前記受光領域を環状に形成し、 前記マイクロレンズと受光領域により画素を構成するよ
うにしたマイクロレンズを備えた固体撮像素子におい
て、 前記マイクロレンズは円柱形状に形成され、 前記円柱形状マイクロレンズが１画素列内に複数個形成
されていることを特徴とするマイクロレンズを備えた固
体撮像素子。3. A light receiving region is formed on one main surface of a semiconductor substrate, and a microlens is formed on a main surface of the light receiving region facing the semiconductor substrate. The light receiving region is formed in an annular shape, In a solid-state imaging device including a microlens configured to form a pixel with the microlens and a light receiving region, the microlens is formed in a cylindrical shape, and a plurality of the cylindrical microlenses are formed in one pixel row. A solid-state image sensor having a microlens, which is characterized in that
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4216478A JPH0645572A (en) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | Solid-state image pick-up device with microlens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4216478A JPH0645572A (en) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | Solid-state image pick-up device with microlens |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645572A true JPH0645572A (en) | 1994-02-18 |
Family
ID=16689073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4216478A Withdrawn JPH0645572A (en) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | Solid-state image pick-up device with microlens |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0645572A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN119805632A (en) * | 2025-03-11 | 2025-04-11 | 福建中科光芯光电科技有限公司 | A method for preparing a substrate-integrated, self-assembled, self-aligned microlens group |
-
1992
- 1992-07-22 JP JP4216478A patent/JPH0645572A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991005 |