(57)【要約】【課題】補助レンズによりスミア特性を向上させることができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】フォトダイオード１０２の一方の側には読み出し部、転送チャネル１０３、他方の側にはチャネルストップが形成され、シリコン基板１０１の表面部には、熱酸化法やＣＶＤ法等によって形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜１０４が設けられている。絶縁膜１０４の上には、転送チャネル１０３の直上位置にポリシリコンからなる転送電極１０５が形成され、さらに転送電極１０５を覆って遮光膜１０６が形成されている。各転送電極１０５間および遮光膜１０６を覆って層間絶縁膜１２５が形成され、その上部に凸形状の補助レンズ１０７を設けている。この補助レンズ１０７は、隣り合う縦横二つずつのフォトダイオード１０２で囲まれた箇所の直上位置に、隣り合う縦横二つずつの単位画素１３０の隅部１３０ａが集まった位置に形成する。【選択図】図１
2006261278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の表層部に縦横に配列した状態に設けられた多数のフォトダイオードと、
前記フォトダイオードから読み出された信号電荷を垂直方向に転送する転送チャネルと、
前記転送チャネルの上に備えた転送電極および遮光膜と、
前記基体上における各フォトダイオードの直上位置に設けられて入射光を前記フォトダイオードに集光するトップレンズがあり、
隣り合う縦横二つずつの前記フォトダイオードで囲まれた箇所の直上位置に、凸形状を有する補助レンズを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記補助レンズにより屈折する光の焦点位置は、前記遮光部の上下延長領域にあ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】
前記トップレンズの下に凸形状または凹形状の層内レンズを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスミア特性に優れた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置では、フォトダイオード直上外に補助レンズを形成して感度などの特性向上を図る方法が提案されている。
【０００３】
そこで、特許文献１を参照しながら、補助レンズを形成した固体撮像装置について図面を用いて説明する。
【０００４】
図４は、凹形状の補助レンズを形成した固体撮像装置であり、（ａ）は要部側断面図、（ｂ）は要部平面図である。
【０００５】
固体撮像装置１０にはフォトダイオード３、転送チャネル２０、転送電極２１があり、また隣り合う縦横二つずつのフォトダイオード３で囲まれた箇所の直上位置、すなわち図４（ｂ）に示すように隣り合う縦横二つずつの単位画素９の隅部９ａが集まった位置に、凹レンズ１１が形成されている。
【０００６】
また、図４（ａ）に示すように固体撮像装置１０には、平坦化膜６上のカラーフィルタ７上に凹レンズ１１が形成されている。
【０００７】
この凹レンズ１１は、カラーフィルタ７の上層部が凹状に削られ、この凹状に削られた箇所にパッシベーション材料が埋め込まれてパッシベーション層１２が形成されたことによって構成されたものである。
【０００８】
ここで、カラーフィルタ７の凹状に削られた箇所はその凹面１１ａが下側に凸となる略半球面状となっている。
【０００９】
また、このような構成からなる凹レンズ１１は、図４（ｂ）に示したように隣り合う縦横二つずつの単位画素９の隅部９ａが集まった位置に形成されている。
【００１０】
したがって、例えば図４（ｂ）中において中央に示した凹レンズ１１Ａでは、ここに入射した光をそれぞれの入射位置に応じて四方に分散する。
【００１１】
すなわち、単位画素９Ａに入射した光成分についてはこれを単位画素９Ａのフォトダイオード３に屈折させて入射させ、また単位画素９Ｂに入射した光成分についてはこれを単位画素９Ｂのフォトダイオード３に屈折させて入射させるようになっているのである。
【００１２】
また、２は基板、４は絶縁膜、５は遮光膜、８はトップレンズである。
【特許文献１】特開平１１−８７６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術に示した固体撮像装置は、カメラレンズの絞りにより入射光の角度に変化が生じるため、補助レンズにより屈折した光がフォトダイオードに到達せず、転送電極下の絶縁膜を通りながら転送チャネルに侵入するという現象が起きる。
【００１４】
このため、固体撮像装置のスミア特性が悪化するという課題を有している。
【００１５】
また、一般的には感度特性向上の取り組みとして、固体撮像装置はトップレンズのレンズ底部面積を広げてトップレンズ間のスペースを狭くすることが行われている。
【００１６】
この場合、トップレンズ間のスペースおよび補助レンズを通過する光の量は少なくなるため、凹形状の補助レンズを形成しても固体撮像装置の感度特性は向上しない。
【００１７】
そこで本発明では、前記課題に鑑み、補助レンズによりスミア特性を向上させることが
できる固体撮像装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、基体の表層部に縦横に配列した
状態に設けられた多数のフォトダイオードと、フォトダイオードから読み出された信号電
荷を垂直方向に転送する転送チャネルと、転送チャネルの上に備えた転送電極および遮光
膜と、基体上における各フォトダイオードの直上位置に設けられて入射光をフォトダイオ
ードに集光するトップレンズがあり、隣り合う縦横二つずつの前記フォトダイオードで囲
まれた箇所の直上位置に、凸形状を有する補助レンズを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００１９】
なお、本発明の固体撮像装置は、補助レンズにより屈折する光の焦点位置は、遮光部の
上下延長領域にあることがより好ましい。
【００２０】
なお、本発明の固体撮像装置は、トップレンズの下に凸形状または凹形状の層内レンズ
を備えたことがより好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の固体撮像装置は、フォトダイオードに到達しない光を低反射の遮光膜に到達させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置を詳しく説明する。
【００２３】
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係る固体撮像装置を示す図であり、（ａ）は要部側断面図、（ｂ）は要部平面図である。
【００２４】
固体撮像装置において、そのシリコン基板（基体）１０１には、図１（ａ）に示すようにその表層部に縦横に配列した状態で多数のフォトダイオード１０２が形成されている。
【００２５】
フォトダイオード１０２の一方の側には読み出し部（図示略）、転送チャネル１０３がこの順に形成され、他方の側にはチャネルストップ（図示略）が形成されている。
【００２６】
そして、このような構成によりフォトダイオード１０２で光電変換されて得られた信号電荷は、読み出し部を介して転送チャネル１０３に読み出され、さらに転送チャネル１０３にて転送されるようになっている。
【００２７】
また、シリコン基板１０１の表面部には、熱酸化法やＣＶＤ法等によって形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜１０４が設けられている。
【００２８】
絶縁膜１０４の上には、転送チャネル１０３の直上位置にポリシリコンからなる転送電極１０５が形成されている。
【００２９】
さらに、絶縁膜１０４上には、転送電極１０５を覆って遮光膜１０６が形成されている。
【００３０】
遮光膜１０６は、フォトダイオード１０２の直上部を開口して形成されたもので、タングステンなどの低反射の高融点金属や、アルミニウム表面に低反射金属のＴｉＮを形成した金属膜を用いる。
【００３１】
なお、転送電極１０５は第１転送電極と第２転送電極とからなる二層構造を示したが、これに限定されず第１、第２、第３の転送電極からなる三層構造でもよい。
【００３２】
また、各転送電極１０５間には酸化膜等からなる層間絶縁膜（図示略）が形成されている。
【００３３】
さらに、絶縁膜１０４上には、遮光膜１０６を覆って層間絶縁膜１２５が形成されている。
【００３４】
この層間絶縁膜１２５は、ＣＶＤ法等によりＮＳＧ（シリケートガラス）やＰＳＧ（リンシリケートガラス）、ＢＰＳＧ（ホウ素リンシリケートガラス）、シリコン窒化膜などが堆積されて形成される。
【００３５】
さらに、層間絶縁膜１２５は、その上部に凸形状の補助レンズ１０７を設けている。
【００３６】
この補助レンズ１０７は、隣り合う縦横二つずつのフォトダイオード１０２で囲まれた箇所の直上位置に、すなわち図１（ｂ）に示すように隣り合う縦横二つずつの単位画素１３０の隅部１３０ａが集まった位置に形成する。
【００３７】
また、この補助レンズ１０７を通過する光の焦点位置は、遮光膜１０６の上下延長領域
１２１にあり、フォトダイオード１０２に到達しない光は補助レンズ１０７により低反射特性を持つ遮光部１０６上に到達する。
【００３８】
この補助レンズ１０７の形成方法としては、層間絶縁膜１２５上の凸形状のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜１２５の一部をエッチングすることにより形成出来る。
【００３９】
さらに、補助レンズ１０７、層間絶縁膜１２５上には、カラーフィルタ１０８、透明膜１２６を形成し、その上にトップレンズ１０９を形成する。
【００４０】
トップレンズ１０９は、略半球状に形成された凸レンズであり、図１（ｂ）に示すように一つのフォトダイオード１０２を備えてなる単位画素１３０に一つずつ形成され、これにより入射した光を各単位画素１３０のフォトダイオード１０２に集光するものである。
【００４１】
なお、トップレンズ１０９底面は楕円形状、円形状または長方形状となるが、トップレンズ１０９間のスペースを狭めて多くの光を集めるには、底面形状は長方形状が良い。
【００４２】
さらに、図１（ａ）に示すように、トップレンズ１０９の底部面積を広げて、トップレンズ１０９下には補助レンズ１０７が一部重なる領域１２０ができるように、トップレンズ１０９、補助レンズ１０７を配置すると、固体撮像装置の感度特性を向上させることができる。
【００４３】
但し、この場合、トップレンズ１０９により屈折した光が、補助レンズ１０７を通過しないように補助レンズ１０７を配置する。
【００４４】
本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、以上の説明した装置構成を備えている。
【００４５】
本実施形態では、隣り合う縦横二つずつのフォトダイオード１０２で囲まれた箇所の直上位置に、凸形状の補助レンズ１０７を備え、さらに通過する光の焦点位置が遮光膜１０６の上下延長領域１２１にあるようなレンズ曲率またはレンズ形状にする。
【００４６】
この曲率、形状により補助レンズ１０７を通過した光は低反射特性を持つ遮光部１０６上に到達し、反射光を低減させることが出来る。
【００４７】
したがって、絶縁膜１０４と転送電極１０５の間隙を通過して発生する光がなくなり、固体撮像装置のスミア特性を向上させることが出来る。
【００４８】
また、本発明は多くの光をフォトダイオード１０２に到達させることを目的として、図２に示すように凸型の層内レンズ１２２や、図３に示すように凹型の層内レンズ１２３と適宜組み合わせることが出来る。
【００４９】
特に、凸型の層内レンズ１２２を組み合わせた場合、ハーフ−トーン型やレベンソン型などの位相シフトマスクを用いることにより、層内レンズ１２２と補助レンズ１０７を形成する微細なレジストパターンを同時形成することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係る固体撮像装置は、スミア特性を向上させることができ、高画質が求められるビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に用いる固体撮像装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置を示す図であり、（ａ）は要部側断面図、（ｂ）は要部平面図
【図２】本発明のその他の実施形態に係る固体撮像装置を示す図であり、（ａ）は要部側断面図、（ｂ）は要部平面図
【図３】本発明のその他の実施形態に係る固体撮像装置を示す図であり、（ａ）は要部側断面図、（ｂ）は要部平面図
【図４】従来技術の固体撮像装置を示す図であり、（ａ）は要部側断面図、（ｂ）は要部平面図
【符号の説明】
【００５２】
１０１  基板
１０２  フォトダイオード
１０３  転送チャネル
１０４  絶縁膜
１０５  転送電極
１０６  遮光膜
１０７  補助レンズ
１０８  カラーフィルタ
１０９  トップレンズ
１２０  重なり領域
１２１  補助レンズの焦点位置がある領域
１２２  凸形状の層内レンズ
１２３  凹形状の層内レンズ
１２５  層間絶縁膜
１２６  透明膜
１３０  単位画素
１３０ａ  単位画素の隅部
【図１】
2006261278.tif 000003
【図２】
2006261278.tif 000004
【図３】
2006261278.tif 000005
【図４】
2006261278.tif 000006