(57)【要約】【課題】開口の位置が不等間隔に配置されている固体撮像素子の各画素の特性を均一とする。【解決手段】固体撮像素子１１は、等間隔に配置された各フォトダイオード２に対して行方向に不等間隔に配置された開口部を有している。固体撮像素子１１の受光面の略中央部に位置するフォトダイオード２に対応するオンチップレンズＬ１Ａ（Ｌ１Ｂ）を、真上から見たときの中心Ｌ１Ｃが対応する開口部Ｏ１（Ｏ２）の真上から見た中心Ｏ１Ｃ（Ｏ２Ｃ）と重なるように配置する。さらに、オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂを、そのオンチップレンズの中心ＬＣと、対応する開口部Ｏ１、Ｏ２の中心Ｏ１Ｃ、Ｏ２Ｃとが重なる位置を基準として、固体撮像素子１１の受光面の中央部から周辺部へ向って、フォトダイオード２の配列ピッチに対して微小スケーリングをかけて配列する。【選択図】  図３
2011009365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光した光を信号電荷に変換する光電変換領域であって、行方向及び列方向に二次元状に等間隔に配置され、それぞれ画素分離領域によって分離された複数の光電変換領域と、
前記複数の光電変換領域の２列毎に配置され、読み出した２列分の光電変換領域の信号電荷を列方向に転送するための電荷転送領域と、
前記画素分離領域上に形成される第１の遮光部と、
前記電荷転送領域上に形成される第２の遮光部であって、前記第１の遮光部よりも幅の広い第２の遮光部と、
前記第１の遮光部及び前記第２の遮光部によって形成された複数の開口部であって、行方向の間隔が不等間隔に形成され、それぞれ前記複数の光電変換領域に対応する複数の開口部と、
受光した光をそれぞれ対応する光電変換領域に集光させるための複数のオンチップレンズであって、それぞれ対応する開口部の位置に応じて配置された複数のオンチップレンズと、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記二次元状に配置された複数の光電変換領域の略中央部に位置する光電変換領域において、該光電変換領域に対応するオンチップレンズは、該オンチップレンズの中心と該光電変換領域に対応する開口部の中心とが一致するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記複数のオンチップレンズは、各オンチップレンズの中心と該オンチップレンズに対応する開口部の中心とが一致する位置を基準とし、前記略中央部に位置する光電変換領域に対応するオンチップレンズからの距離に応じてスケーリングされて配置されることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
各オンチップレンズと対応する各光電変換領域との間に、受光した光をオンチップレンズとともに対応する光電変換領域に集光させるための層内レンズを備え、
前記層内レンズは、その中心が対応する開口部の中心と一致するように配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記層内レンズは、光路上流側から見て上凸レンズであることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記層内レンズは、光路上流側から見て下凸レンズであることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記層内レンズは、光路上流側から見て上凸レンズ及び下凸レンズであることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記開口部は、前記電荷転送領域を介して隣り合う開口部が該電荷転送領域の中心線に対して線対称に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記開口部は、前記電荷転送領域を介して隣り合う開口部が該電荷転送領域の中心点に対して点対称に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記オンチップレンズと前記光電変換領域との間にカラーフィルタ層を備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
受光した光を信号電荷に変換する複数の光電変換領域を行方向及び列方向に二次元状に等間隔に配置して形成する工程と、
前記複数の光電変換領域をそれぞれ分離する画素分離領域を形成する工程と、
前記複数の光電変換領域の２列毎に配置され、読み出した２列分の光電変換領域の信号電荷を列方向に転送するための電荷転送領域を形成する工程と、
前記画素分離領域上に第１の遮光部を形成する工程と、
前記電荷転送領域上に前記第１の遮光部よりも幅の広い第２の遮光部を形成する工程と、
前記第１の遮光部及び前記第２の遮光部により、それぞれ前記複数の光電変換領域に対応する複数の開口部を行方向の間隔が不等間隔になるように形成する工程と、
受光した光をそれぞれ対応する光電変換領域に集光させるための複数のオンチップレンズを、それぞれ対応する開口部の位置に応じて配置して形成する工程と、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像素子及びその製造方法に係り、特に、開口の位置が不等間隔に配置されている固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高集積化を実現した結果、各画素の受光部（開口）の位置が等間隔に配置されない構造となった固体撮像素子が知られている。しかしながら、各画素の開口が不均一になると、各画素間でマイクロレンズによる集光が同一でなくなり、偽色やシェーディングが発生するという問題点があった。
【０００３】
このような問題点に対し、特許文献１では、等ピッチに配置されていない開口を持つ各画素に対して、集光レンズの形状を非対称な形状にする固体撮像素子が提案されている。この技術によれば、集積密度の向上を図りつつ、偽信号の抑制を実現することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３２０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された集光レンズは、製造ばらつきの制御が困難であるという問題点があった。また、チップ面内の光学層スケーリングが困難であるという問題点もある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、開口の位置が不等間隔に配置されている構造であっても、各画素の特性が均一となる固体撮像素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために請求項１に記載の固体撮像素子は、受光した光を信号電荷に変換する光電変換領域であって、行方向及び列方向に二次元状に等間隔に配置され、それぞれ画素分離領域によって分離された複数の光電変換領域と、前記複数の光電変換領域の２列毎に配置され、読み出した２列分の光電変換領域の信号電荷を列方向に転送するための電荷転送領域と、前記画素分離領域上に形成される第１の遮光部と、前記電荷転送領域上に形成される第２の遮光部であって、前記第１の遮光部よりも幅の広い第２の遮光部と、前記第１の遮光部及び前記第２の遮光部によって形成された複数の開口部であって、行方向の間隔が不等間隔に形成され、それぞれ前記複数の光電変換領域に対応する複数の開口部と、受光した光をそれぞれ対応する光電変換領域に集光させるための複数のオンチップレンズであって、それぞれ対応する開口部の位置に応じて配置された複数のオンチップレンズとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、オンチップレンズを対応する開口部の位置に応じて配置したので、開口の位置が不等間隔に配置されている構造であっても、各画素の特性を均一にすることができる。
【０００９】
請求項２に示すように請求項１に記載の固体撮像素子において、前記二次元状に配置された複数の光電変換領域の略中央部に位置する光電変換領域において、該光電変換領域に対応するオンチップレンズは、該オンチップレンズの中心と該光電変換領域に対応する開口部の中心とが一致するように配置されることを特徴とする。
【００１０】
これにより、適切にオンチップレンズを開口の位置に応じて配置することができる。
【００１１】
請求項３に示すように請求項２に記載の固体撮像素子において、前記複数のオンチップレンズは、各オンチップレンズの中心と該オンチップレンズに対応する開口部の中心とが一致する位置を基準とし、前記略中央部に位置する光電変換領域に対応するオンチップレンズからの距離に応じてスケーリングされて配置されることを特徴とする。
【００１２】
これにより、適切にオンチップレンズを開口の位置に応じて配置することができる。
【００１３】
請求項４に示すように請求項１から３のいずれかに記載の固体撮像素子において、各オンチップレンズと対応する各光電変換領域との間に、受光した光をオンチップレンズとともに対応する光電変換領域に集光させるための層内レンズを備え、前記層内レンズは、その中心が対応する開口部の中心と一致するように配置されたことを特徴とする。
【００１４】
これにより、層内レンズを用いた場合であっても、各画素の特性を均一にすることができる。
【００１５】
請求項５に示すように請求項４に記載の固体撮像素子において、前記層内レンズは、光路上流側から見て上凸レンズであることを特徴とする。
【００１６】
これにより、適切に受光した光を集光することができる。
【００１７】
請求項６に示すように請求項４に記載の固体撮像素子において、前記層内レンズは、光路上流側から見て下凸レンズであることを特徴とする。
【００１８】
これにより、適切に受光した光を集光することができる。
【００１９】
請求項７に示すように請求項４に記載の固体撮像素子において、前記層内レンズは、光路上流側から見て上凸レンズ及び下凸レンズであることを特徴とする。
【００２０】
これにより、適切に受光した光を集光することができる。
【００２１】
請求項８に示すように請求項１から７のいずれかに記載の固体撮像素子において、前記開口部は、前記電荷転送領域を介して隣り合う開口部が該電荷転送領域の中心線に対して線対称に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項９に示すように請求項１から７のいずれかに記載の固体撮像素子において、前記開口部は、前記電荷転送領域を介して隣り合う開口部が該電荷転送領域の中心点に対して点対称に配置されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０に示すように請求項１から９のいずれかに記載の固体撮像素子において、前記オンチップレンズと前記光電変換領域との間にカラーフィルタ層を備えたことを特徴とする。
【００２４】
前記目的を達成するために、請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法において、受光した光を信号電荷に変換する複数の光電変換領域を行方向及び列方向に二次元状に等間隔に配置して形成する工程と、前記複数の光電変換領域をそれぞれ分離する画素分離領域を形成する工程と、前記複数の光電変換領域の２列毎に配置され、読み出した２列分の光電変換領域の信号電荷を列方向に転送するための電荷転送領域を形成する工程と、前記画素分離領域上に第１の遮光部を形成する工程と、前記電荷転送領域上に前記第１の遮光部よりも幅の広い第２の遮光部を形成する工程と、前記第１の遮光部及び前記第２の遮光部により、それぞれ前記複数の光電変換領域に対応する複数の開口部を行方向の間隔が不等間隔になるように形成する工程と、受光した光をそれぞれ対応する光電変換領域に集光させるための複数のオンチップレンズを、それぞれ対応する開口部の位置に応じて配置して形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、開口の位置が不等間隔に配置されている構造であっても、各画素の特性を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の固体撮像素子１０の受光部を示す図
【図２】従来の固体撮像素子１０の入射効率特性を示すグラフ
【図３】第１の実施形態の固体撮像素子１１の受光部を示す図
【図４】第１の実施形態の固体撮像素子１１の入射効率特性を示すグラフ
【図５】第１の実施形態の変形例の固体撮像素子１１´の受光部を示す図
【図６】第２の実施形態の固体撮像素子１２の受光部を示す図
【図７】第３の実施形態の固体撮像素子１３の受光部を示す図
【図８】第４の実施形態の固体撮像素子１４の受光部を示す図
【図９】ハニカム画素配列の固体撮像素子１５の受光面を示す図
【図１０】図９（ａ）に示す受光面の拡大図
【図１１】固体撮像素子１５の各製造工程における上面図と断面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面に従って本発明を実施するための形態について説明する。
【００２８】
［従来の固体撮像素子の構造と入射効率特性］
図１（ａ）は、従来の固体撮像素子１０の受光面の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線Ａ−Ａ´における断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）に示す受光面の略中央部における拡大図である。
【００２９】
図１（ａ）に示すように、固体撮像素子１０は、受光面にアレイ状に形成された多数の光電変換素子（フォトダイオード）２を備えている。各フォトダイオード２は、行方向及び列方向に均等に配置されており、その周囲に設けられた図示しない画素分離領域により、画素毎に分離されている。また、２列のフォトダイオード２に対して１本の割合で垂直転送路（ＶＣＣＤ）３が配置されており、１本のＶＣＣＤ３は、ＶＣＣＤ３に接している２列分のフォトダイオード２の信号電荷をそれぞれ読み出し、垂直方向に転送する。
【００３０】
これらのフォトダイオード２及びＶＣＣＤ３は、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１に埋設されている。フォトダイオード２に蓄積された電荷は、図示しない電荷読み出し手段によりＶＣＣＤ３へ読み出される。
【００３１】
また、半導体基板１の表面には、各フォトダイオード２の周囲に形成された画素分離領域を遮光する遮光膜Ｓ１と、ＶＣＣＤ３を遮光する遮光膜Ｓ２が形成されており、遮光膜Ｓ２の幅は遮光膜Ｓ１の幅よりも大きくなっている。なお、ＶＣＣＤ３は、遮光膜Ｓ２の下部に配置されるために上面（受光面）からは視認できないが、図１（ａ）においては、便宜上ＶＣＣＤ３を透視させて図示している。
【００３２】
この遮光膜Ｓ１、Ｓ２により、各フォトダイオード２を露出させるための開口部Ｏ１、Ｏ２が形成される。ここでは、ＶＣＣＤ３に対して、図１において右側に位置する開口部をＯ１、左側に位置する開口部をＯ２とする。開口部Ｏ１、Ｏ２は、列方向には等間隔に配置されるが、遮光膜Ｓ１、Ｓ２の幅が異なるために、行方向には不等間隔に配置される。また、開口部Ｏ１、Ｏ２は、ＶＣＣＤ３の中心線Ｂ−Ｂ´に対して線対称に配置される。
【００３３】
遮光膜Ｓ１、Ｓ２の光路上流側には、遮光膜Ｓ１、Ｓ２から近い順に絶縁膜４、平坦層６、及びカラーフィルタ層５が形成されている。カラーフィルタ層５は、ベイヤー配列等の所定の配列構造で配置された、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の原色カラーフィルタから構成されており、各フォトダイオード２に対していずれか１色のカラーフィルタが対応するように配置される。
【００３４】
さらに、カラーフィルタ層５の光路上流側には、各フォトダイオード２に対応して被写体像を結像させるためのオンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂが形成されている。ここでは、ＶＣＣＤ３に対して、図１において右側に位置するオンチップレンズをＬ１Ａ、左側に位置するオンチップレンズをＬ１Ｂとするが、レンズ自体の構造に違いはない。
【００３５】
固体撮像素子１１の受光面（有効画素領域）の略中央部に位置するフォトダイオード２に対応するオンチップレンズＬ１Ａ（Ｌ１Ｂ）は、図１（ｃ）に示すように、真上（光路上流側）から見たときの中心Ｌ１Ｃが対応するフォトダイオード２を真上から見た中心２Ｃと重なるように配置されている。ここで、オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは略円形であり、その中心Ｌ１Ｃとは、この円の中心を指している。また、フォトダイオード２は略正方形であり、フォトダイオード２の中心２Ｃとは正方形の対角線の交点を指している。
【００３６】
また、オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは、そのオンチップレンズの中心ＬＣと、対応するフォトダイオードの中心２Ｃとが重なる位置を基準として、固体撮像素子１１の受光面の中央部から周辺部へ向って、フォトダイオード２の配列ピッチに対して微小スケーリングをかけて配列されている。即ち、オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは、受光面の中央部から周辺部へ遠ざかるにしたがって、対応するフォトダイオード２より中央部方向へ漸次大きくずらして配置される。
【００３７】
このように構成された従来の固体撮像素子１０の入射効率特性について説明する。
【００３８】
固体撮像素子１０は、フォトダイオード２が等間隔に配置されているのに対し、遮光膜Ｓ１とＳ２の幅が異なるために開口部Ｏ１、Ｏ２は行方向に等間隔とならない。したがって、フォトダイオード２は、行方向に関しては遮光膜Ｓ１との距離よりも遮光膜Ｓ２との距離の方が近い位置に配置されることになる。
【００３９】
これにより、図１（ｂ）に示すように、固体撮像素子１０の受光面に対して角度θの入射角で光が入射した場合に、オンチップレンズＬ１Ａで集光した光は正常にフォトダイオード２へ到達するが、オンチップレンズＬ１Ｂで集光した光は、フォトダイオード２への光路上において遮光膜Ｓ２によって遮られてしまい、フォトダイオード２まで到達しないという現象が発生することがある。
【００４０】
すなわち、隣り合うフォトダイオード２において、照射される光の量が異なってしまうことにより、画像にシェーディングや偽色が発生する。
【００４１】
図２は、入射光の受光面に対する入射角θと開口部Ｏ１、Ｏ２を通る光の光量との関係（入射効率特性）を電磁場解析光学シミュレーションで検証した結果を示すグラフであり、垂直入射時の入射効率で規格化したものである。同図に示すように、入射角θが大きくなるほど開口部Ｏ１、Ｏ２を通る光の光量の差が大きくなることがわかる。
【００４２】
以上のように、本願出願人は、従来の、開口の位置が不等間隔に配置されている固体撮像素子の構造では、隣り合う光電変換領域の入射効率特性が入射光の入射角によって異なってしまうことにより、シェーディングや偽色が発生するという不具合が生じることを見出した。
【００４３】
［第１の実施形態］
図３（ａ）は、本実施形態に係る固体撮像素子１１の受光面の上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線Ａ−Ａ´における断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示す受光面の略中央部における拡大図である。なお、図１と共通する部分には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
固体撮像素子１１は、半導体基板１上に形成されたフォトダイオード２、ＶＣＣＤ３、遮光膜Ｓ１、Ｓ２、絶縁膜４、平坦層６、及びカラーフィルタ層５までの構造が固体撮像素子１０と同様の構造となっており、オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂの配置が異なっている。
【００４５】
固体撮像素子１１の受光面の略中央部に位置するフォトダイオード２に対応するオンチップレンズＬ１Ａ（Ｌ１Ｂ）は、図３（ｃ）に示すように、真上から見たときの中心Ｌ１Ｃが対応する開口部Ｏ１（Ｏ２）の真上から見た中心Ｏ１Ｃ（Ｏ２Ｃ）と重なるように配置されている。ここで、開口部Ｏ１、Ｏ２は略長方形であり、その中心Ｏ１Ｃ、Ｏ２Ｃとは、開口部の長方形の対角線の交点を指している。
【００４６】
また、オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは、そのオンチップレンズの中心Ｌ１Ｃと、対応する開口部Ｏ１、Ｏ２の中心Ｏ１Ｃ、Ｏ２Ｃとが重なる位置を基準として、固体撮像素子１１の受光面の中央部から周辺部へ向って、フォトダイオード２の配列ピッチに対して微小スケーリングをかけて配列されている。即ち、オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは、受光面の中央部から周辺部へ遠ざかるにしたがって、対応する開口部Ｏ１、Ｏ２より中央部方向へ漸次大きくずらして配置される。
【００４７】
このようにオンチップレンズを配置することで、図３（ｂ）に示すように、オンチップレンズＬ１Ａの焦点位置とオンチップレンズＬ１Ｂの焦点位置とが、開口部Ｏ１、Ｏ２面内で同じ位置となる。したがって、オンチップレンズＬ１Ａで集光した光とオンチップレンズＬ１Ｂで集光した光とが、均等にそれぞれのフォトダイオード２に入射されることになる。
【００４８】
図４は、図２の場合と同様に本実施の形態の固体撮像素子１１の入射効率特性を電磁場解析光学シミュレーションで検証した結果を示すグラフである。同図に示すように、入射角θにかかわらず、開口部Ｏ１、Ｏ２を通る光の光量に差がなく、略一致していることがわかる。
【００４９】
このように、オンチップレンズを開口部の位置を基準として配置することにより、開口部が不等間隔の固体撮像素子であっても、シェーディングや偽色の問題を抑制することが可能となる。また、従来のオンチップレンズのスケーリングを適用することができる。
【００５０】
なお、本発明は、スケーリングされていない固体撮像素子においても適用可能である。この場合は、全てのオンチップレンズについて、その中心位置を開口部の中心位置と一致させて配置させればよい。
【００５１】
［第１の実施形態の変形例］
第１の実施形態の固体撮像素子１１は、オンチップレンズＬ１Ａの焦点位置とオンチップレンズＬ１Ｂの焦点位置とを、開口部Ｏ１、Ｏ２面内で同じ位置とするために、開口部の位置を基準としてオンチップレンズを配置したが、オンチップレンズの形状を変更することにより、これを実現してもよい。
【００５２】
図５は、第１の実施形態の変形例の固体撮像素子１１´の受光部を示す図である。なお、図１と共通する部分には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
同図に示すように、オンチップレンズＬ１Ａ´、Ｌ１Ｂ´は、左右非対称の形状を有しており、それぞれの焦点位置が、開口部Ｏ１、Ｏ２面内で同じ位置となるように構成されている。したがって、オンチップレンズＬ１Ａ´で集光した光とオンチップレンズＬ１Ｂ´で集光した光とが、均等にそれぞれのフォトダイオード２に入射されることになる。
【００５４】
［第２の実施形態］
図６は、本実施形態に係る固体撮像素子１２の断面図である。なお、図１と共通する部分には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
固体撮像素子１２は、絶縁膜４と平坦層６との間に、レンズ層２１が形成されている。レンズ層２１は、絶縁膜４側は平坦に形成されており、平坦層６側には受光面に向けて突出した上凸形状を有する層内上凸レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂが各フォトダイオード２に対応して１つずつ形成されている。
【００５６】
層内上凸レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂは、集光効率を高めるためのレンズであり、対応するオンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂとともに入射光を集光し、対応するフォトダイオード２へ入射させる。
【００５７】
オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは、第１の実施形態と同様に、固体撮像素子１２の受光面の中央部において、真上から見たときの中心Ｌ１Ｃが対応する開口部Ｏ１（Ｏ２）を真上から見た中心Ｏ１Ｃ（Ｏ２Ｃ）と重なるように配置されており、さらに、受光面の中央部から周辺部へ向って、フォトダイオード２の配列ピッチに対して、対応する開口部の中心と重なる位置を基準として微小スケーリングをかけて配列されている。
【００５８】
これに対し、全ての層内上凸レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂは、真上から見たときの中心Ｌ２Ｃが、対応する開口部Ｏ１（Ｏ２）を真上から見た中心Ｏ１Ｃ（Ｏ２Ｃ）と重なるように配置されている。即ち、スケーリングは行われていない。
【００５９】
このように構成することで、オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂと層内上凸レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂとからなるレンズ系の焦点が、開口部Ｏ１、Ｏ２面内において同じ位置となる。したがって、開口部が不等間隔であっても、シェーディングや偽色の問題を抑制することができる。
【００６０】
［第３の実施形態］
図７は、本実施形態に係る固体撮像素子１３の断面図である。なお、図１と共通する部分には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
第２の実施の形態と同様に、絶縁膜４と平坦層６との間にレンズ層２１が形成されているが、本実施の形態のレンズ層２１は、平坦層６側は平坦に形成されており、絶縁膜４側にはフォトダイオード２に向けて突出した下凸形状を有する層内下凸レンズＬ３Ａ、Ｌ３Ｂが、各フォトダイオード２に対応して１つずつ形成されている。
【００６２】
層内下凸レンズＬ３Ａ、Ｌ３Ｂは、集光効率を高めるためのレンズであり、対応するオンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂとともに入射光を集光し、対応するフォトダイオード２へ入射させる。
【００６３】
これまでと同様に、オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは、固体撮像素子１３の受光面の中央部において、真上から見たときの中心Ｌ１Ｃが対応する開口部Ｏ１（Ｏ２）を真上から見た中心Ｏ１Ｃ（Ｏ２Ｃ）と重なるように配置されており、さらに、受光面の中央部から周辺部へ向って、フォトダイオード２の配列ピッチに対して、対応する開口部の中心と重なる位置を基準として微小スケーリングをかけて配列されている。
【００６４】
これに対し、全ての層内下凸レンズＬ３Ａ、Ｌ３Ｂは、真上から見たときの中心Ｌ３Ｃが、対応する開口部Ｏ１（Ｏ２）を真上から見た中心Ｏ１Ｃ（Ｏ２Ｃ）と重なるように配置されている。
【００６５】
このように構成することで、オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂと層内下凸レンズＬ３Ａ、Ｌ３Ｂとからなるレンズ系の焦点が、開口部Ｏ１、Ｏ２面内において同じ位置となる。したがって、開口部が不等間隔であっても、シェーディングや偽色の問題を抑制することができる。
【００６６】
［第４の実施形態］
図８は、本実施形態に係る固体撮像素子１４の断面図である。なお、図６、図７と共通する部分には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
本実施の形態のレンズ層２１は、平坦層６側には受光面に向けて突出した上凸形状を有する層内上凸レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂが、絶縁膜４側にはフォトダイオード２に向けて突出した下凸形状を有する層内下凸レンズＬ３Ａ、Ｌ３Ｂが、各フォトダイオード２に対応して１つずつ形成されている。
【００６８】
層内上凸レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂと層内下凸レンズＬ３Ａ、Ｌ３Ｂは、対応するオンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂとともに入射光を集光し、対応するフォトダイオード２へ入射させ、集光効率を高めている。
【００６９】
オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂは、そのオンチップレンズの中心ＬＣと、対応する開口部Ｏ１（Ｏ２）の中心Ｏ１Ｃ（Ｏ２Ｃ）とが重なる位置を基準として、受光面の中央部から周辺部へ向って、フォトダイオード２の配列ピッチに対してスケーリングされて配置されている。
【００７０】
また、第２の実施の形態及び第３の実施の形態と同様に、全ての層内上凸レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ、及び全ての層内下凸レンズＬ３Ａ、Ｌ３Ｂは、真上から見たときの中心Ｌ２Ｃ、Ｌ３Ｃが、対応する開口部Ｏ１（Ｏ２）を真上から見た中心Ｏ１Ｃ（Ｏ２Ｃ）と重なるように配置されている。
【００７１】
このように構成することで、オンチップレンズＬ１Ａ、Ｌ１Ｂ、層内上凸レンズＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ、層内下凸レンズＬ３Ａ、Ｌ３Ｂとからなるレンズ系の焦点が、開口部Ｏ１、Ｏ２面内において同じ位置となる。したがって、開口部が不等間隔であっても、シェーディングや偽色の問題を抑制することができる。
【００７２】
なお、第１〜第４の実施形態においては、所謂ベイヤー配列等の固体撮像素子１１を例に説明したが、本発明はその他の配列の固体撮像素子に適用することも可能である。
【００７３】
例えば、図９に示すような、奇数行のフォトダイオード２に対して偶数行のフォトダイオード２が１／２ピッチずつずらして配置された所謂ハニカム画素配列（図９（ａ）では、４５度傾けて示している）の固体撮像素子１５に適用することもできる。
【００７４】
固体撮像素子１５の各フォトダイオード２は、行方向及び列方向に等間隔に配置されている。
【００７５】
固体撮像素子１５のＶＣＣＤ３は、図９（ａ）に示すように、各フォトダイオード２の上側と右側、又は各フォトダイオード２の下側と左側とを通って電荷を転送するように稲妻型に配置されている。また、フォトダイオード２が斜め４５度方向の列を形成していると考えると、ＶＣＣＤ３は、２列のフォトダイオード２に対して１本の割合で配置されている。このＶＣＣＤ３は、ＶＣＣＤ３に接している２列分のフォトダイオード２の信号電荷を転送する。
【００７６】
ＶＣＣＤ３を遮光する遮光膜Ｓ２は、各フォトダイオード２の周囲に形成された画素分離領域を遮光する遮光膜Ｓ１よりも幅が大きく形成されており、図１０に示すように、各開口部Ｏ１、Ｏ２は、１つの直線部を形成するＶＣＣＤ３の中心点３Ｃに対して点対象に配置されている。なお、ＶＣＣＤ３の右側に位置する開口部をＯ１、左側に位置する開口部をＯ２としている。
【００７７】
さらに、これまでと同様に、オンチップレンズＬ１Ａの中心Ｌ１Ｃと開口部Ｏ１の中心Ｏ１Ｃとを重なるように配置し、オンチップレンズＬ１Ｂの中心Ｌ１Ｃが開口部Ｏ２の中心Ｏ２Ｃと重なるように配置する。
【００７８】
したがって、図９（ｂ）に示すように、オンチップレンズＬ１Ａの焦点位置とオンチップレンズＬ１Ｂの焦点位置とが、開口部Ｏ１、Ｏ２面内で同じ位置となる。即ち、オンチップレンズＬ１Ａで集光した光とオンチップレンズＬ１Ｂで集光した光とが、均等にそれぞれのフォトダイオード２に入射されることになる。
【００７９】
このように、ハニカム画素配列においても、オンチップレンズの中心と開口部の中心を重ねることにより、シェーディングや偽色の問題を抑制することができる。なお、層内レンズを備えた場合であっても、層内レンズは第２〜第４の実施の形態と同様に配置すればよい。
【００８０】
［個体撮像素子の製造方法］
最後に、本発明に係る固体撮像素子の製造フローについて説明する。ここでは、図９に示す個体撮像素子１５を例に説明する。
【００８１】
個体撮像素子１５の製造は、従来の個体撮像素子と同様の製造フローで実現することができ、従来の個体撮像素子との相違点については、フォトマスクの変更だけで対応可能である。
【００８２】
図１１（ｉ）〜（ｉｉｉ）は、個体撮像素子１５の各製造工程における（ａ）上面から見たレイアウトと、（ｂ）破線Ａ−Ａ´における断面を示す図である。
【００８３】
図１１（ｉ）は、ＶＣＣＤ３の形成時におけるレイアウトと断面を示す図である。なお、図中の破線は画素の境界を示しており、図中の矢印はＶＣＣＤ３における電荷の転送方向を示している。
【００８４】
図１１（ｉ）（ｂ）に示すように、まず半導体基板１中にフォトダイオード２及びＶＣＣＤ３が形成される。このフォトダイオード２は、図１１（ｉ）（ａ）に示すように、二次元状に等間隔に配置され、それぞれ画素分離領域（基板領域）によって分離されて形成される。また、ＶＣＣＤ３は、２列のフォトダイオード２に対して１本の割合で配置される。即ち、１列のフォトダイオード２に対して１本の割合で配置される個体撮像素子と比較し、ＶＣＣＤ３が１本ずつ間引かれて形成されている。
【００８５】
図１１（ｉｉ）は、遮光膜Ｓ１、Ｓ２形成時におけるレイアウトと断面を示す図である。なお、便宜上ＶＣＣＤ３を透視させて図示している。
【００８６】
ＶＣＣＤ３上には、転送電極３１が形成される。転送電極３１は、供給されたクロックに同期して、フォトダイオード２から読み出されたＶＣＣＤ３上の信号電荷を図示しない垂直転送路に１ラインずつ出力するための電極である。また、ＶＣＣＤ３が形成されていない画素分離領域にも同様に転送電極３１が形成され、これらの転送電極３１上には、シリコン酸化膜３２が形成される。
【００８７】
さらに、画素分離領域を遮光する遮光膜Ｓ１と、ＶＣＣＤ３を遮光する遮光膜Ｓ２が形成される。画素分離領域を遮光する遮光膜Ｓ１は、その下部にＶＣＣＤ３が存在せず、遮光が不完全でもスミアが発生しないため、その遮光膜側壁を薄くすることができる。したがって、遮光膜Ｓ１の幅は遮光膜Ｓ２の幅よりも小さく生成されている。なお、遮光膜Ｓ１は、側壁無しの構造としてもよい。
【００８８】
このように、遮光膜Ｓ１とＳ２では幅が異なるために、遮光膜Ｓ１、Ｓ２から形成される開口部Ｏ１、Ｏ２は不等間隔に配置されて形成される。
【００８９】
図１１（ｉｉｉ）は、オンチップレンズＬ１、Ｌ２形成時におけるレイアウトと断面を示す図である。遮光膜Ｓ１、Ｓ２上には平坦層６を含む絶縁膜４、カラーフィルタ層５が形成される。
【００９０】
さらに、カラーフィルタ層５にはレジストがパターニングされ、これをリフローさせることによりオンチップレンズＬ１、Ｌ２が形成される。前述したように、このオンチップレンズＬ１、Ｌ２は、入射した光をそれぞれ対応するフォトダイオード２に集光させるためのレンズである。
【００９１】
ここで、オンチップレンズＬ１、Ｌ２は、従来の個体撮像素子とは配置される位置が異なっている。即ち、従来の個体撮像素子は、真上（光路上流側）から見たときの中心Ｌ１Ｃ（Ｌ２Ｃ）が対応するフォトダイオード２を真上から見た中心２Ｃと重なるように配置されているが、個体撮像素子１５は、真上から見たときの中心Ｌ１Ｃが対応する開口部Ｏ１（Ｏ２）の真上から見た中心Ｏ１Ｃ（Ｏ２Ｃ）と重なるように配置されている。
【００９２】
したがって、オンチップレンズＬ１、Ｌ２のレジストをパターニングするフォトマスクを変更することにより、オンチップレンズＬ１、Ｌ２の配置を変更している。
【００９３】
このように、従来の個体撮像素子に対して、フォトマスクを変更するだけで、オンチップレンズの配置を変更することができる。したがって、従来の製造方法で実現が可能であり、製造安定性に優れているという利点がある。
【００９４】
なお、ここでは個体撮像素子１５の製造方法について説明したが、固体撮像素子１１〜１４においても、従来の個体撮像素子に対してフォトマスクを変更するだけで、オンチップレンズの配置を変更することができ、本発明の効果を得ることが可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１…半導体基板、２…フォトダイオード、２Ｃ…光電変換領域の中心、３…垂直転送路（ＶＣＣＤ）、５…カラーフィルタ層、１０、１１、１１´、１２、１３、１４、１５…固体撮像素子、２１…レンズ層、３１…転送電極、３２…酸化膜、Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ…オンチップレンズ、Ｌ１Ｃ…オンチップレンズの中心、Ｌ２Ａ、Ｌ２Ｂ…層内上凸レンズ、Ｌ２Ｃ…層内上凸レンズの中心、Ｌ３Ａ、Ｌ３Ｂ…層内下凸レンズ、Ｌ３Ｃ…層内下凸レンズの中心、Ｏ１…開口部、Ｏ１Ｃ…開口部Ｏ１の中心、Ｏ２…開口部、Ｏ２Ｃ…開口部Ｏ２の中心、Ｓ１、Ｓ２…遮光膜
【図２】
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【図４】
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【図１】
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【図３】
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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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