(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光領域に配列されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードの各列間に配列されたＣＣＤと、前記フォトダイオードの各列と前記フォトダイオードの各列に対して両側に隣接する前記ＣＣＤとの間に形成されたＣＣＤ分離部とを備え、電荷蓄積時において、前記ＣＣＤ間分離部のポテンシャル障壁が、前記フォトダイオード間に形成されたフォトダイオード間分離部のポテンシャル障壁よりも信号電荷に対して高く形成されている固体撮像装置。
【請求項２】
前記ＣＣＤと前記ＣＣＤ間分離部とを覆う金属遮光膜を備え、前記金属遮光膜の開口形状が、前記ＣＣＤに対して平行な向きのストライプ状である請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記フォトダイオードの上部に、入射光を集光するためのオンチップマイクロレンズ層を備えた請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記オンチップマイクロレンズ層が、前記ＣＣＤに対して平行な向きに凸部を有するレンチキュラー型である請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記フォトダイオードの上部に絶縁膜を備え、前記絶縁膜の上部に前記絶縁膜よりも屈折率の高い材料で形成され、凸レンズとして機能する平坦化層を備えた請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記平坦化層が、前記ＣＣＤに対して平行な向きに凸部を有するレンチキュラー型である請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記フォトダイオードと前記ＣＣＤとがｎ型領域として形成され、前記ＣＣＤ間分離部と前記フォトダイオード間分離部とがｐ型領域として形成され、前記ＣＣＤ間分離部のｐ型領域の濃度が前記フォトダイオード間分離部のｐ型領域の濃度よりも濃くなるように、イオン注入のドーズ量が前記フォトダイオード間分離部よりも前記ＣＣＤ間分離部の方に多く注入されている請求項１から６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関するものであり、詳しくは、スミアの発生を防止して、実効的なフォトダイオード面積を拡げて高感度を得ることができる固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置を構成する固体撮像素子については、小型化・高画素化が進み、その製造技術についても微細化の一途を辿っている。そして、それに伴い、高感度化および低スミア化が課題となっている。
【０００３】
以下、図面（図１１〜図１４）を参照しながら、従来技術に係る固体撮像装置の一例について説明する。
図１１は、従来技術に係る固体撮像装置の受光部の一部の拡大上面図を示している。図１２は図１１のＸ−Ｘ断面図を示し、図１３は図１１のＹ−Ｙ断面図を示している。図１４は図１１のＡ”−Ａ−Ｂ−Ａ’断面における電荷蓄積時のポテンシャル分布図を示している。
【０００４】
以上の図面から明らかなように、従来技術に係る固体撮像装置は、半導体基板１、フォトダイオード２、垂直ＣＣＤ３、ＣＣＤ間分離部４、フォトダイオード間分離部５、ポリシリコン電極６、酸化膜７、金属遮光膜８、遮光膜の開口部１０および絶縁膜１１を用いて構成されている。また、それぞれの図において、入射光９によって発生した信号電荷の動き１２が示されている。
【０００５】
次に、以上の固体撮像装置の具体的な構造について説明する。
半導体基板１はシリコン単結晶であり、受光部を形成する部分には、イオン注入によってｐ型ウエルが形成されている。ｐ型ウエル中には、ｎ型のヒ素やリンなどを注入することによって、フォトダイオード２が形成されている。同様に、ｐ型ウエル中には、ｎ型のヒ素やリンなどを注入することによって、垂直ＣＣＤ３が形成されている。
【０００６】
フォトダイオード２と垂直ＣＣＤ間３との間には、ｐ型のボロンなどを注入することによって、ポテンシャルの障壁をつくりＣＣＤ間分離部４が形成されている。同様に、隣り合うフォトダイオード２間にもｐ型のボロンなどを注入することによって、ポテンシャルの障壁をつくりフォトダイオード間分離部５が形成されている。
【０００７】
垂直ＣＣＤ３上にはポリシリコン電極６が形成され、このポリシリコン電極６によって垂直ＣＣＤ３の電位が制御されている。ポリシリコン電極６上には、ポリシリコン電極６の表面を覆うように酸化膜７が形成されている。酸化膜７上には金属遮光膜８が形成され、垂直ＣＣＤ３を入射光９から遮蔽して、スミアの発生を抑制している。フォトダイオード２上には、入射光９を受光するための遮光膜の開口部１０が形成されている。金属遮光膜８上には絶縁膜１１が形成されており、この絶縁膜１１が固体撮像装置を保護している。
【０００８】
以上のように構成された従来技術に係る固体撮像装置においては、入射光９が半導体基板１に形成されたフォトダイオード２で光電変換により信号電荷を発生させる。そして、この信号電荷が垂直ＣＣＤ３に読み出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術に係る固体撮像装置においては、フォトダイオード間分離部のｐ型濃度とＣＣＤ間分離部のｐ型濃度とを比較すると、フォトダイオード間分離部の方がＣＣＤ間分離部よりもイオン注入によるドーズ量が多く注入されているため、電荷蓄積時において、ＣＣＤ間分離部のポテンシャル障壁よりも、フォトダイオード間分離部５のポテンシャル障壁の方が高くなる（図１４参照）。そうすると、ＣＣＤ間分離部（Ｂ点）の方のポテンシャル障壁が低いために、フォトダイオード間分離部（Ａ点）に入射した光によって発生した信号電荷は、フォトダイオードに蓄積されずに、直接垂直ＣＣＤに入ってしまうことがあり、この信号電荷によってスミアが発生するという問題が生ずる。
【００１０】
このような問題を解消するために、フォトダイオード間分離部上には、通常、入射光を遮るための遮光膜が形成されている。しかし、フォトダイオード開口マスクの合わせズレに対するプロセスマージンや、下地段差に対する遮光膜のカバレッジを考慮しながらフォトダイオード間分離部上に遮光膜を形成すると、遮光膜開口幅はかなり制限され、フォトダイオード面積は実効的に小さくなり、感度向上への障害になるという問題が生ずる。
【００１１】
また、フォトダイオード間分離部上に遮光膜を形成しても、開口を通過した入射光の一部によって発生した信号電荷は、ドリフトにより、垂直ＣＣＤに直接取り込まれスミアが発生するという問題が生ずる。この問題を解消する対策としては、遮光膜の開口面積を小さくすることがあげられるが、これを実施すると、感度はさらに低下してしまう。
【００１２】
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、フォトダイオード間分離部に入射した光によって発生する信号電荷を適当にフォトダイオードに蓄積させる構造とすることによって、フォトダイオード間分離部上に金属遮光膜を設けず、フォトダイオード面積を最大限に利用することにより、実効的なフォトダイオード面積を拡げて高感度を得ることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る固体撮像装置は、受光領域に配列されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードの各列間に配列されたＣＣＤと、前記フォトダイオードの各列と前記フォトダイオードの各列に対して両側に隣接する前記ＣＣＤとの間に形成されたＣＣＤ分離部とを備え、電荷蓄積時において、前記ＣＣＤ間分離部のポテンシャル障壁が、前記フォトダイオード間に形成されたフォトダイオード間分離部のポテンシャル障壁よりも信号電荷に対して高く形成されている。本発明に係る固体撮像装置によれば、前記ＣＣＤ間分離部のポテンシャル障壁が、前記フォトダイオード間分離部のポテンシャル障壁よりも信号電荷に対して高く形成されているため、前記フォトダイオード間分離部への入射光によって発生した信号電荷は、前記ＣＣＤには直接入らず、適当に前記フォトダイオードに蓄積されるので、前記フォトダイオード間分離部を金属遮光膜で遮光する必要がない。したがって、前記フォトダイオードと前記フォトダイオード間分離部とが連続して配列されている方向（以下「フォトダイオードの長手方向」という）において、前記フォトダイオードは、開口面積を最大限にとることが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記ＣＣＤと前記ＣＣＤ間分離部とを覆う金属遮光膜を備え、前記金属遮光膜の開口形状が、配列された前記ＣＣＤに対して平行な向きのストライプ状であることが好ましい。上述したように、本発明に係る固体撮像装置によれば、前記フォトダイオード間分離部への入射光によって発生した信号電荷は適当に前記フォトダイオードに蓄積されるので、この好ましい例のように、電荷転送部（前記ＣＣＤと前記ＣＣＤ間分離部）のみを遮光すればよいこととなる。したがって、配列された前記ＣＣＤに対して平行な向きのストライプ状に金属遮光膜の開口形状を設けることができるため、受光領域の開口幅は、フォトダイオードの長手方向においては画素サイズと実効的に同様となり、開口面積を最大限にとることが可能となり、感度を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記フォトダイオードの上部に、入射光を集光するためのオンチップマイクロレンズ層を備えた構成であることが好ましい。この好ましい例によれば、オンチップマイクロレンズによって、入射光を集光させることができるため、さらに感度を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記オンチップマイクロレンズ層が、配列された前記ＣＣＤに対して平行な向きに凸部を有するレンチキュラー型であることが好ましい。この好ましい例によれば、レンチキュラー型であるため、前記オンチップマイクロレンズ層の製造が容易となる。また、レンチキュラー型のオンチップマイクロレンズ層としたことにより、フォトダイオードの長手方向と垂直な方向の受光領域の開口幅をも拡げることが可能となるため、より一層開口面積が拡がる。したがって、入射光を効率的に前記フォトダイオードに集光することができることとなり、感度が向上する。
【００１７】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記フォトダイオードの上部に絶縁膜を備え、前記絶縁膜の上部に前記絶縁膜よりも屈折率の高い材料で形成され、凸レンズとして機能する平坦化層を備えた構成であることが好ましい。この好ましい例によれば、凸レンズとして機能する平坦化層によって、入射光を集光させることができるため、さらに感度を向上させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明に係る固体撮像装置においては、前記平坦化層が、前記ＣＣＤに対して平行な向きに凸部を有するレンチキュラー型であることが好ましい。この好ましい例によれば、レンチキュラー型であるため、前記平坦化層の製造が容易となる。また、レンチキュラー型の平坦化層としたことにより、フォトダイオードの長手方向と垂直な方向の受光領域の開口幅をも拡げることが可能となるため、より一層開口面積が拡がる。したがって、入射光を効率的に前記フォトダイオードに集光することができることとなり、感度が向上する。
【００２１】
また、以上の固体撮像装置においては、前記フォトダイオードと前記ＣＣＤとがｎ型領域として形成され、前記ＣＣＤ間分離部と前記フォトダイオード間分離部とがｐ型領域として形成され、前記ＣＣＤ間分離部のｐ型領域の濃度が前記フォトダイオード間分離部のｐ型領域の濃度よりも濃くなるように、イオン注入のドーズ量が前記フォトダイオード間分離部よりも前記ＣＣＤ間分離部の方に多く注入されていることが好ましい。この好ましい例によれば、前記ＣＣＤ間分離部のｐ型領域の濃度が、前記フォトダイオード間分離部のｐ型領域の濃度よりも濃いため、電荷蓄積時において、前記ＣＣＤ間分離部のポテンシャル障壁が、前記フォトダイオード間分離部のポテンシャル障壁よりも信号電荷に対して高く形成される。したがって、フォトダイオード間分離部への入射光によって発生した信号電荷は、ＣＣＤには直接入らず、適当にフォトダイオードに蓄積されるので、スミアの発生を防止することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係る固体撮像装置の受光部の一部の拡大上面図を示している。図２は図１のＸ−Ｘ断面図を示し、図３は図１のＹ−Ｙ断面図を示している。図４は図１のＡ”−Ａ−Ｂ−Ａ’断面における電荷蓄積時のポテンシャル分布図を示している。
【００２３】
以上の図面から明らかなように、本発明の第一の実施形態に係る固体撮像装置は、半導体基板１３、フォトダイオード１４、垂直ＣＣＤ１５、ＣＣＤ間分離部１６、フォトダイオード間分離部１７、ポリシリコン電極１８、酸化膜１９、金属遮光膜２０、遮光膜の開口部２２および絶縁膜２３を用いて構成されている。また、それぞれの図において、入射光２１によって発生した信号電荷の動き２４が示されている。
【００２４】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の具体的な構造について説明する。
半導体基板１３はシリコン単結晶であり、受光部を形成する部分には、イオン注入によってｐ型ウエルが形成されている。ｐ型ウエル中には、ｎ型のヒ素やリンなどを注入することによって、フォトダイオード１４が形成されている。同様に、ｐ型ウエル中には、ｎ型のヒ素やリンなどを注入することによって、垂直ＣＣＤ１５が形成されている。
【００２５】
フォトダイオード１４と垂直ＣＣＤ１５との間には、ｐ型のボロンなどを注入することによって、ポテンシャルの障壁をつくりＣＣＤ間分離部１６が形成されている。同様に、隣り合うフォトダイオード１４間にもｐ型のボロンなどを注入することによって、ポテンシャルの障壁をつくりフォトダイオード間分離部１７が形成されている。このとき、ＣＣＤ間分離部１６のｐ型濃度とフォトダイオード間分離部１７のｐ型濃度とを比較すると、ＣＣＤ間分離部１６の方が、フォトダイオード間分離部１７よりもイオン注入によるドーズ量が多く注入されている。
【００２６】
垂直ＣＣＤ１５上にはポリシリコン電極１８が形成され、このポリシリコン電極１８によって垂直ＣＣＤ１５の電位が制御されている。ポリシリコン電極１８上には、ポリシリコン電極１８の表面を覆うように酸化膜１９が形成されている。酸化膜１９上には金属遮光膜２０が形成され、垂直ＣＣＤ１５を入射光２１から遮蔽して、スミアの発生を抑制している。フォトダイオード１４上には、入射光２１を受光するための遮光膜の開口部２２が、垂直ＣＣＤ１５に対して平行な向きにストライプ状に形成されている。金属遮光膜２０上には、絶縁膜２３が形成されており、この絶縁膜２３が本実施形態に係る固体撮像装置を保護している。
【００２７】
次に、以上のように構成された本実施形態に係る固体撮像装置の動作について説明する。入射光２１は、半導体基板１３に形成されたフォトダイオード１４で光電変換により信号電荷を発生させる。そして、この信号電荷が垂直ＣＣＤ１５に読み出される。
【００２８】
本実施形態においては、ＣＣＤ間分離部１６のｐ型濃度は、フォトダイオード間分離部１７のｐ型濃度よりも、イオン注入によってドーズ量が１０％以上多く注入されている。このため、電荷蓄積時において、フォトダイオード間分離部１７（Ａ点）のポテンシャル障壁よりもＣＣＤ間分離部１６（Ｂ点）のポテンシャル障壁の方が高くなる（図４参照）。このため、フォトダイオード間分離部１７への入射光２１によって発生した信号電荷は、垂直ＣＣＤ１５には直接入らず、適当にフォトダイオード１４に蓄積されるので、フォトダイオード間分離部１７を金属遮光膜２０で遮光する必要がない。
【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、電荷転送部のみ（垂直ＣＣＤ１５およびＣＣＤ間分離部１６）を遮光すればよいため、遮光膜の開口部２２を垂直ＣＣＤ１５に対して平行な向きにストライプ状に設けることが可能となる。したがって、遮光膜の開口部２２の開口幅は、垂直ＣＣＤ１５と平行方向（フォトダイオードの長手方向）においては画素サイズと実効的に同様となり、開口面積を最大限にとることが可能となるため、感度を向上させることができる。
【００３０】
（第二の実施形態）
図５は、本発明の第二の実施形態に係る固体撮像装置の受光部の一部の拡大上面図を示している。図６は図５のＸ−Ｘ断面図を示し、図７は図５のＹ−Ｙ断面図を示している。そして、図５のＡ”−Ａ−Ｂ−Ａ’断面における電荷蓄積時のポテンシャル分布図は、第一の実施形態と同様に図４で示される。
【００３１】
以上の図面から明らかなように、本発明の第二の実施形態に係る固体撮像装置は、半導体基板１３、フォトダイオード１４、垂直ＣＣＤ１５、ＣＣＤ間分離部１６、フォトダイオード間分離部１７、ポリシリコン電極１８、酸化膜１９、金属遮光膜２０、遮光膜の開口部２２、絶縁膜２３、オンチップカラーフィルター２５およびオンチップマイクロレンズ２６を用いて構成されている。また、それぞれの図において、入射光２１によって発生した信号電荷の動き２４が示されている。
【００３２】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の具体的な構造について説明する。
半導体基板１３はシリコン単結晶であり、受光部を形成する部分には、イオン注入によってｐ型ウエルが形成されている。ｐ型ウエル中には、ｎ型のヒ素やリンなどを注入することによって、フォトダイオード１４が形成されている。同様に、ｐ型ウエル中には、ｎ型のヒ素やリンなどを注入することによって、垂直ＣＣＤ１５が形成されている。
【００３３】
フォトダイオード１４と垂直ＣＣＤ１５との間には、ｐ型のボロンなどを注入することによって、ポテンシャルの障壁をつくりＣＣＤ間分離部１６が形成されている。同様に、隣り合うフォトダイオード１４間にもｐ型のボロンなどを注入することによって、ポテンシャルの障壁をつくりフォトダイオード間分離部１７が形成されている。このとき、ＣＣＤ間分離部１６のｐ型濃度とフォトダイオード間分離部１７のｐ型濃度とを比較すると、ＣＣＤ間分離部１６の方が、フォトダイオード間分離部１７よりもイオン注入によるドーズ量が多く注入されている。
【００３４】
垂直ＣＣＤ１５上にはポリシリコン電極１８が形成され、このポリシリコン電極１８によって垂直ＣＣＤ１５の電位が制御されている。ポリシリコン電極１８上には、ポリシリコン電極１８の表面を覆うように酸化膜１９が形成されている。酸化膜１９上には金属遮光膜２０が形成され、垂直ＣＣＤ１５を入射光２１から遮蔽して、スミアの発生を抑制している。フォトダイオード１４上には、入射光２１を受光するための遮光膜の開口部２２が、垂直ＣＣＤ１５に対して平行な向きにストライプ状に形成されている。金属遮光膜２０上には、絶縁膜２３が形成されており、この絶縁膜２３が本実施形態に係る固体撮像装置を保護している。
【００３５】
そして、絶縁膜２３上には、オンチップカラーフィルター２５が形成されており、固体撮像装置を構成する素子をカラー化している。オンチップカラーフィルター２５上には、入射光２１を遮光膜の開口部２２に集光するためのオンチップマイクロレンズ２６が形成されている。このオンチップマイクロレンズ２６は、垂直ＣＣＤ１５に平行な向きのレンチキュラー型に形成されている。
【００３６】
次に、以上のように構成された本実施形態に係る固体撮像装置の動作について説明する。入射光２１は、オンチップマイクロレンズ２６で遮光膜の開口部２２に向かって屈折し、オンチップカラーフィルター２５を通過した後、半導体基盤１３に形成されたフォトダイオード１４に入射し、光電変換により信号電荷を発生させる。そして、この信号電荷が垂直ＣＣＤ１５に読み出される。
【００３７】
本実施形態においては、レンチキュラー型のオンチップマイクロレンズ２６により、フォトダイオードの長手方向と垂直な方向の受光領域の開口幅をも拡げることが可能となるため、より一層開口面積が拡がる。したがって、入射光２１を効率的に前記フォトダイオード１４に集光することができることとなり、感度を向上させることが可能となる。
【００３８】
また、第一の実施形態と同様に、ＣＣＤ間分離部１６の方に対して、フォトダイオード間分離部１７よりもイオン注入によるドーズ量を１０％以上多く注入しているため、電荷蓄積時において、フォトダイオード間分離部１７（Ａ点）のポテンシャル障壁よりもＣＣＤ間分離部１６（Ｂ点）のポテンシャル障壁の方が高くなり（図４参照）、フォトダイオード間分離部１７への入射光２１によって発生した信号電荷は、垂直ＣＣＤ１５には直接入らず、適当にフォトダイオード１４に蓄積される。したがって、フォトダイオード間分離部１７を金属遮光膜２０で遮光する必要がない。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、オンチップマイクロレンズ２６を垂直ＣＣＤ１５に対して平行な向きのレンチキュラー型とすることにより、開口面積を拡げ、入射光２１を効率よくフォトダイオード１４に集光することができるため、感度を向上させることができる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、オンチップカラーフィルター２５上に設けるレンズとして、レンチキュラー型のオンチップマイクロレンズ２６を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、二段レンズ等のように水平方向と垂直方向とのレンズ曲率を変えたものや、ドーム型のオンチップマイクロレンズ等を用いてもよい。
【００４１】
また、本実施形態においては、絶縁膜２３とオンチップマイクロレンズ２６との間にオンチップカラーフィルター２５を設ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、絶縁膜２３とオンチップマイクロレンズ２６との間に、分光特性を持たない単なる透明な平坦化層を設けてもよい。この場合においても、同様の効果を得ることができる。
【００４２】
（第三の実施形態）
図８は、本発明の第三の実施形態に係る固体撮像装置の受光部の一部の拡大上面図を示している。図９は図８のＸ−Ｘ断面図を示し、図１０は図８のＹ−Ｙ断面図を示している。そして、図８のＡ”−Ａ−Ｂ−Ａ’断面における電荷蓄積時のポテンシャル分布図は、第一の実施形態と同様に図４で示される。
【００４３】
以上の図面から明らかなように、本発明の第三の実施形態に係る固体撮像装置は、半導体基板１３、フォトダイオード１４、垂直ＣＣＤ１５、ＣＣＤ間分離部１６、フォトダイオード間分離部１７、ポリシリコン電極１８、酸化膜１９、金属遮光膜２０、遮光膜の開口部２２、絶縁膜２３、オンチップカラーフィルター２５、オンチップマイクロレンズ２６、平坦化層２７および層内マイクロレンズ２８を用いて構成されている。また、それぞれの図において、入射光２１によって発生した信号電荷の動き２４が示されている。
【００４４】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の具体的な構造について説明する。
半導体基板１３はシリコン単結晶であり、受光部を形成する部分には、イオン注入によってｐ型ウエルが形成されている。ｐ型ウエル中には、ｎ型のヒ素やリンなどを注入することによって、フォトダイオード１４が形成されている。同様に、ｐ型ウエル中には、ｎ型のヒ素やリンなどを注入することによって、垂直ＣＣＤ１５が形成されている。
【００４５】
フォトダイオード１４と垂直ＣＣＤ１５との間には、ｐ型のボロンなどを注入することによって、ポテンシャルの障壁をつくりＣＣＤ間分離部１６が形成されている。同様に、隣り合うフォトダイオード１４間にもｐ型のボロンなどを注入することによって、ポテンシャルの障壁をつくりフォトダイオード間分離部１７が形成されている。このとき、ＣＣＤ間分離部１６のｐ型濃度とフォトダイオード間分離部１７のｐ型濃度とを比較すると、ＣＣＤ間分離部１６の方が、フォトダイオード間分離部１７よりもイオン注入によるドーズ量が多く注入されている。
【００４６】
垂直ＣＣＤ１５上にはポリシリコン電極１８が形成され、このポリシリコン電極１８によって垂直ＣＣＤ１５の電位が制御されている。ポリシリコン電極１８上には、ポリシリコン電極１８の表面を覆うように酸化膜１９が形成されている。酸化膜１９上には金属遮光膜２０が形成され、垂直ＣＣＤ１５を入射光２１から遮蔽して、スミアの発生を抑制している。フォトダイオード１４上には、入射光２１を受光するための遮光膜の開口部２２が、垂直ＣＣＤ１５に対して平行な向きにストライプ状に形成されている。金属遮光膜２０上には、絶縁膜２３が形成されており、この絶縁膜２３が本実施形態に係る固体撮像装置を保護している。
【００４７】
そして、絶縁膜２３上には平坦化層２７が形成されおり、この平坦化層２７が固体撮像装置を構成している素子の段差を平坦化している。このとき、平坦化層２７を形成する材料として、絶縁膜２３よりも屈折率の高いものを選択すれば、平坦化層２７の一部が、受光部であるフォトダイオード１４に光を集める凸レンズとして機能することとなる。以下、この凸レンズを構成する平坦化層２７の一部を層内マイクロレンズ２８と呼ぶ。層内マイクロレンズ２８は、垂直ＣＣＤ１５に平行な向きのレンチキュラー型に形成されている。
【００４８】
平坦化層２７には、オンチップカラーフィルター２５が形成されており、固体撮像装置を構成する素子をカラー化している。オンチップカラーフィルター２５上には、入射光２１を遮光膜の開口部２２に集光するためのオンチップマイクロレンズ２６が形成されている。このオンチップマイクロレンズ２６は、垂直ＣＣＤ１５に平行な向きのレンチキュラー型に形成されている。
【００４９】
次に、以上のように構成された本実施形態に係る固体撮像装置の動作について説明する。入射光２１は、オンチップマイクロレンズ２６で遮光膜の開口部２２に向かって屈折し、オンチップカラーフィルター２５を通過する。さらに入射光線２１は、層内マイクロレンズ２８で遮光膜の開口部２２に向かって屈折し、半導体基盤１３に形成されたフォトダイオード１４に入射する。フォトダイオード１４に入射した入射光２１は、光電変換により信号電荷を発生させる。そして、この信号電荷が垂直ＣＣＤ１５に読み出される。
【００５０】
本実施形態においては、オンチップマイクロレンズ２６と層内マイクロレンズ２８とを用いることにより、入射光２１を集光させることができるため、さらに感度を向上させることが可能となる。具体的には、レンチキュラー型のオンチップマイクロレンズ２６と層内マイクロレンズ２８とを設けたことにより、フォトダイオードの長手方向と垂直な方向の受光領域の開口幅をも拡げることが可能となるため、より一層開口面積が拡がる。したがって、入射光２１を効率的に前記フォトダイオード１４に集光することができることとなり、感度を向上させることが可能となる。
【００５１】
また、第一の実施形態と同様に、ＣＣＤ間分離部１６の方に対して、フォトダイオード間分離部１７よりもイオン注入によるドーズ量を１０％以上多く注入しているため、電荷蓄積時において、フォトダイオード間分離部１７（Ａ点）のポテンシャル障壁よりもＣＣＤ間分離部１６（Ｂ点）のポテンシャル障壁の方が高くなり（図４参照）、フォトダイオード間分離部１７への入射光２１によって発生した信号電荷は、垂直ＣＣＤ１５には直接入らず、適当にフォトダイオード１４に蓄積される。したがって、フォトダイオード間分離部１７を金属遮光膜２０で遮光する必要がない。
【００５２】
以上のように、本実施形態によれば、層内マイクロレンズ２８を垂直ＣＣＤ１５に対して平行な向きのレンチキュラー型とすることにより、入射光２１をさらに効率よくフォトダイオード１４に集光することができるため、感度を向上させることができる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、オンチップマイクロレンズ２６および層内マイクロレンズ２８を共に垂直ＣＣＤに対して平行な向きのレンチキュラー型として構成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、片方がドーム型のレンズ等である場合、もしくは両方共がドーム型のレンズ等である場合でもよい。また、その他の型のレンズの組み合わせでもよい。
【００５４】
さらに、本実施形態においては、オンチップマイクロレンズ２６を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、オンチップマイクロレンズ２６を有しない場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【００５５】
また、本実施形態においては、オンチップカラーフィルター２５を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、オンチップカラーフィルター２５を有しない場合であっも、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、フォトダイオード間分離部に入射した光によって発生する信号電荷を適当にフォトダイオードに蓄積させることができるため、フォトダイオード間分離部上に金属遮光膜を形成する必要がなく、フォトダイオード面積を最大限に利用して、実効的なフォトダイオード面積を拡げて高感度を得ることが可能である固体撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る固体撮像装置の受光部の一部拡大断面図
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図
【図３】図１のＹ−Ｙ断面図
【図４】図１、図５および図８のＡ”−Ａ−Ｂ−Ａ’断面における電荷蓄積時のポテンシャル分布図
【図５】本発明の第二の実施形態に係る固体撮像装置の受光部の一部拡大断面図
【図６】図５のＸ−Ｘ断面図
【図７】図５のＹ−Ｙ断面図
【図８】本発明の第三の実施形態に係る固体撮像装置の受光部の一部拡大断面図
【図９】図８のＸ−Ｘ断面図
【図１０】図８のＹ−Ｙ断面図
【図１１】従来技術に係る固体撮像装置の受光部の一部拡大断面図
【図１２】図１１のＸ−Ｘ断面図
【図１３】図１１のＹ−Ｙ断面図
【図１４】図１１のＡ”−Ａ−Ｂ−Ａ’断面における電荷蓄積時のポテンシャル分布図
【符号の説明】
１３    半導体基板
１４    フォトダイオード
１５    垂直ＣＣＤ
１６    ＣＣＤ間分離部
１７    フォトダイオード間分離部
１８    ポリシリコン電極
１９    酸化膜
２０    金属遮光膜
２１    入射光
２２    遮光膜の開口部
２３    絶縁膜
２４    信号電荷の動き
２５    オンチップカラーフィルター
２６    オンチップマイクロレンズ
２７    平坦化層
２８    層内マイクロレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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