(57)【要約】【課題】感度シェーディングを抑制する固体撮像装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る固体撮像装置は、行方向及び列方向に二次元状に複数の画素セル１５４が配置された画素アレイ領域１５１を有する固体撮像装置１００であって、各画素セル１５４は、光を信号電荷に変換する複数の光電変換領域１１０及び１２０と、各光電変換領域１１０及び１２０に光を集光する複数の集光レンズ１０９とを備え、複数の光電変換領域１１０及び１２０は、画素アレイ領域１５１内で等ピッチに配置されず、かつ画素セル１５１内で画素セル１５１の中心線１６０に対して線対称に配置され、複数の集光レンズ１０９の上面の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、画素アレイ領域１５１内で等ピッチに配置されず、かつ画素セル１５４の中心線１６０に対して線対称に配置される。【選択図】図３
2008153370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行方向及び列方向に二次元状に複数の画素セルが配置された画素アレイ領域を有する固体撮像装置であって、
前記各画素セルは、
光を信号電荷に変換する複数の光電変換領域と、
前記各光電変換領域が変換した信号電荷を読み出すための複数の読み出しゲートと、
前記各光電変換領域に光を集光する複数の集光レンズとを備え、
前記複数の画素セルに含まれる前記複数の光電変換領域は、前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置され、
前記複数の画素セルに含まれる前記複数の集光レンズの上面の高さが最も高い点は、前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記各画素セルは、該画素セルが備える光電変換領域と、該光電変換領域の信号電荷を読み出すための読み出しゲートと、該光電変換領域に光を集光する集光レンズとを含む複数の単位画素領域を含み、
前記単位画素領域の中心に対して該単位画素領域に含まれる集光レンズの上面の高さが最も高い点が位置する方向は、該単位画素領域の中心に対して該単位画素領域に含まれる光電変換領域の中心が位置する方向と同一である
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】
前記光電変換領域の中心と前記集光レンズの上面の高さが最も高い点とは一致する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記集光レンズの形状は、前記集光レンズの上面の高さが最も高い点の法線に対して非対称であり、
前記法線から前記集光レンズの端部までの距離が長い方の端部における曲率は、短い方の端部における曲率より大きい
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
光を信号電荷に変換する複数の光電変換領域と、前記各光電変換領域が変換した信号電荷を読み出すための複数の読み出しゲートと、前記各光電変換領域に光を集光する複数の集光レンズとを備える複数の画素セルが行方向及び列方向に二次元状に配置された画素アレイ領域を有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される前記光電変換領域を形成する第１ステップと、
前記複数の読み出しゲートを形成する第２ステップと、
前記集光レンズの上面の高さが最も高い点が前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される複数の集光レンズを形成する第３ステップとを含む
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記第３ステップでは、前記集光レンズの上面の高さが最も高い点の法線に対して非対称な形状の集光レンズが、光の透過率が一定ではない分布を有するグレーマスクを用いて形成される
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、多画素１セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置として、一般的にＣＭＯＳイメージセンサと、ＣＣＤイメージセンサとが知られている。ＣＭＯＳイメージセンサの製造プロセスは、ＣＭＯＳのＬＳＩのプロセスと類似しているため、ＣＣＤイメージセンサに比べ、同じチップに複数の回路を積載できる利点がある。例えば、ＣＭＯＳイメージセンサと、ＣＭＯＳで構成されるＡ／Ｄ変換回路及びタイミングジェネレーター等を同じチップに形成することができる。一方で、ＣＭＯＳイメージセンサは、複数の回路を搭載するために、複数の金属配線層（通常は２層〜４層）を形成する必要がある。これにより、金属配線によって光が遮られ、光電変換領域に入射光が届きにくくなる。すなわち、ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤイメージセンサに比べて、フォトダイオードへの入射光量が低下する。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサは、優れた感度特性を確保することが困難である。
【０００３】
これに対して、フォトダイオードの面積をより広く確保できるように、多画素１セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置が知られている。多画素１セル構造とは、検出容量部及び複数のトランジスタを、複数のフォトダイオードで、共有する構造である。多画素１セル構造を用いることで、１画素当たりの検出容量部及び複数のトランジスタの占有面積を小さくすることができる。
【０００４】
以下、図１０、図１１及び図１２を参照しながら、従来の多画素１セル構造の増幅型固体撮像装置について説明する。
【０００５】
図１０は、従来の多画素１セル構造の増幅型固体撮像装置の回路構成を示す図である。
図１０に示す固体撮像装置５００は、多画素１セル構造のＣＭＯＳイメージセンサ（増幅型固体撮像装置）である。固体撮像装置５００は、画素アレイ領域５５１と、垂直走査部５５２と、水平走査部５５３とを備える。
【０００６】
画素アレイ領域５５１は、フォトダイオードを含む複数の画素が二次元マトリクス状に配置される。画素アレイ領域５５１は、複数の画素セル５５４を含む。画素セル５５４は、２つのフォトダイオード５１０及び５２０と、読み出しトランジスタ５１１及び５２１と、検出容量部５１３と、増幅トランジスタ５１４と、リセットトランジスタ５１６とを備える。画素セル５５４は、２つのフォトダイオード５１０及び５２０が、検出容量部５１３、増幅トランジスタ５１４及びリセットトランジスタ５１６を共有する２画素１セル構造である。なお、図１０では、画素アレイ領域５５１を構成する複数の画素のうち、一部のみが示されている。
【０００７】
図１１は、従来の固体撮像装置５００の画素アレイ領域５５１の平面構造を模式的に示す図である。なお、図１１において、図１０に示す２つの画素セル５５４である画素セル５５４Ａ及び５５４Ｂの平面構造を示す。図１２は、従来の固体撮像装置の断面構造を模式的に示す図である。図１２（ａ）は、図１１のＹ４−Ｙ５における断面構造を模式的に示す図である。図１２（ｂ）は、図１１のＸ４−Ｘ５における断面構造を模式的に示す図である。図１１及び図１２に示すように、従来の固体撮像装置５００は、半導体基板５０１と、フォトダイオード５１０Ａ、５２０Ａ、５１０Ｂ及び５２０Ｂ（フォトダイオード５１０Ａ及び５１０Ｂは、それぞれ、図１０のフォトダイオード５１０に対応する。フォトダイオード５２０Ａ及び５２０Ｂ、それぞれ、図１０のフォトダイオード５２０に対応する。また、フォトダイオード５１０Ａ及び５１０Ｂを特に区別しない場合は、フォトダイオード５１０と記す。フォトダイオード５２０Ａ及び５２０Ｂを特に区別しない場合は、フォトダイオード５２０と記す。）と、読み出しゲート５１２及び５２２と、検出容量部５１３と、絶縁膜５０２と、金属配線層５０３と、絶縁膜５０５と、金属遮光膜５０６と、絶縁膜５０７と、カラーフィルタ５０８と、集光レンズ５０９Ａ、５０９Ｂ、５０９Ｃ及び５０９Ｄ（集光レンズ５０９Ａ、５０９Ｂ、５０９Ｃ及び５０９Ｄを特に区別しない場合は、集光レンズ５０９と記す。）とを備える。
【０００８】
フォトダイオード５１０、５２０、読み出しゲート５１２、５２２及び検出容量部５１３は、半導体基板５０１の表面に形成される。フォトダイオード５１０は、光電変換領域を構成する。読み出しゲート５１２は、フォトダイオード５１０に蓄積された電荷の読み出しに用いられる読み出しトランジスタ５１１のゲート電極である。読み出しゲート５２２は、フォトダイオード５２０に蓄積された電荷の読み出しに用いられる読み出しトランジスタ５２１のゲート電極である。検出容量部５１３は、読み出しゲート５１２及び５２２を介して読み出された電荷を蓄積する。集光レンズ５０９は、カラーフィルタ５０８の上方に形成され、入射光をフォトダイオード５１０及び５２０上に集光する。なお、図１１及び図１２において、上面から見たフォトダイオード５１０Ａ、５２０Ａ、５１０Ｂ及び５２０Ｂのそれぞれの中心をＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と示す。また、上面から見た画素セル５５４に含まれる１画素のレイアウトセルのそれぞれの中心をＣ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４で示す。また、集光レンズ５０９の高さ（図１２における縦方向の厚さ）が最も高い点をそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４と示す。なお、以降、多画素１セル構造の画素セル５５４に含まれる１画素（フォトダイオード５１０（又は５２０）と読み出しトランジスタ５１１（又は５２１））を単位画素と称す。また、単位画素のレイアウトセルを単位画素セルと称す。
【０００９】
次に、従来の固体撮像装置の動作を説明する。
読み出しゲート５１２に電圧が印加されることで読み出しトランジスタ５１１がＯＮされ、フォトダイオード５１０Ａに蓄積された電荷が検出容量部５１３に転送される。検出容量部５１３に転送された電荷は、増幅ゲート５１５を構成要素とする増幅トランジスタ５１４により電気信号として検出される。その後、リセットゲート５１７を構成要素とするリセットトランジスタ５１６がＯＮされ、検出容量部５１３の電荷が除去される。次に、読み出しゲート５２２に電圧が印加されることで読み出しトランジスタ５２１がＯＮされ、同様にフォトダイオード５２０Ａに蓄積された電荷が読み出される。
【００１０】
一方で、集光レンズの形状を変更させ、感度を向上させる固体撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−４９７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の２画素１セル構造の固体撮像装置では、図１１及び図１２に示すように、画素セル５５４を構成する２つの単位画素のフォトダイオード５１０の中心Ｐ１と５２０の中心Ｐ２とは、画素アレイ領域５５１内の垂直方向（図１１の縦方向）で等ピッチではなく、画素セル５５４内の２つの単位画素セルの境界線５６０に対して線対称に配置される。同様に、画素セル５５４を構成する２つの単位画素の読み出しゲート５１２と５２２とは、画素アレイ領域５５１内で等ピッチではなく、画素セル５５４内の２つの単位画素セルの境界線５６０に対して線対称に配置される。一般的に読み出しゲート５１２及び５２２は、ポリシリコン又は金属（アルミニウム及びタングステン等）により形成されるため、光が入射すると入射光が反射される。
【００１２】
図１３は、従来の固体撮像装置５００の垂直方向の断面構造、及び画素上の各位置に入射する光量を示す図である。図１３に示すように、従来の固体撮像装置５００では、集光レンズ５０９Ａ（５０９Ｂ）の高さが最も高い点Ｌ１（Ｌ２）がフォトダイオード５１０Ａ（５２０Ａ）の中心Ｐ１（Ｐ２）と一致しないので、入射光量のピークがフォトダイオード５１０Ａ（５２０Ａ）の中心Ｐ１（Ｐ２）と一致しない。具体的には、入射光量のピークは、フォトダイオード５１０Ａ（５２０Ａ）の中心から読み出しゲート５１２（５２２）の方向にシフトする。よって、図１３に示す領域Ａ０（Ａ１）では、読み出しゲート５１２（５２２）により入射光が散乱される。これにより、フォトダイオード５１０Ａ（５２０Ａ）に入射する光量が減少し、感度が低下する。また、光の入射方向により、読み出しゲート５１２と読み出しゲート５２２とで散乱される入射光の光量が異なるので、フォトダイオード５１０Ａとフォトダイオード５２０Ａとに入射する光量にばらつきが生じる。すなわち、従来の固体撮像装置５００では、画素セル５５４の中心（単位画素セルの境界線５６０）に対して対称に配置される単位画素間にて、感度の相違が生じる（感度シェーディングが発生する）という問題がある。
【００１３】
前記課題に鑑み、本発明は、感度シェーディングを抑制する固体撮像装置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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、行方向及び列方向に二次元状に複数の画素セルが配置された画素アレイ領域を有する固体撮像装置であって、前記各画素セルは、光を信号電荷に変換する複数の光電変換領域と、前記各光電変換領域が変換した信号電荷を読み出すための複数の読み出しゲートと、前記各光電変換領域に光を集光する複数の集光レンズとを備え、前記複数の画素セルに含まれる前記複数の光電変換領域は、前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置され、前記複数の画素セルに含まれる前記複数の集光レンズの上面の高さが最も高い点は、前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される。
【００１５】
この構成によれば、光電変換領域が画素アレイ領域内で等ピッチに配置されない多画素１セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置において、集光レンズの上面の高さが最も高い点が画素アレイ領域内で等ピッチに配置されない。すなわち、本発明に係る固体撮像装置では、集光レンズの焦点位置を、光電変換領域の配置に合せて形成することができる。これにより、画素セルに含まれる光電変換領域間の感度の相違を低減することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、感度シェーディングを抑制することができる。
【００１６】
また、前記各画素セルは、該画素セルが備える光電変換領域と、該光電変換領域の信号電荷を読み出すための読み出しゲートと、該光電変換領域に光を集光する集光レンズとを含む複数の単位画素領域を含み、前記単位画素領域の中心に対して該単位画素領域に含まれる集光レンズの上面の高さが最も高い点が位置する方向は、該単位画素領域の中心に対して該単位画素領域に含まれる光電変換領域の中心が位置する方向と同一であってもよい。
【００１７】
この構成によれば、単位画素領域（単位画素セル）の中心に対して光電変換領域が位置する方向に、集光レンズの上面の高さが最も高い点が配置される。すなわち、光電変換領域の中心に集光レンズの焦点位置が近づくように、集光レンズが形成される。よって、読み出しゲート等による入射光の散乱を低減し、画素セルに含まれる光電変換領域の受光量のばらつきを抑制することができる。すなわち、本発明に係る固体撮像装置は、感度シェーディングを抑制することができる。
【００１８】
また、前記光電変換領域の中心と前記集光レンズの上面の高さが最も高い点とは一致してもよい。
【００１９】
この構成によれば、集光レンズの焦点位置を光電変換領域の中心にすることができる。よって、読み出しゲート等による反射を低減し、画素セルに含まれる光電変換領域の受光量のばらつきを抑制することができる。すなわち、本発明に係る固体撮像装置は、感度シェーディングを抑制することができる。
【００２０】
また、前記集光レンズの形状は、前記集光レンズの上面の高さが最も高い点の法線に対して非対称であり、前記法線から前記集光レンズの端部までの距離が長い方の端部における曲率は、短い方の端部における曲率より大きくてもよい。
【００２１】
これによれば、光電変換領域の中心からの距離が遠い方の集光レンズの端部の曲率が、光電変換領域の中心からの距離が遠い方の集光レンズの端部の曲率より大きくなる。これにより、入射光を光電変換領域の中心に集光することができる。
【００２２】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光を信号電荷に変換する複数の光電変換領域と、前記各光電変換領域が変換した信号電荷を読み出すための複数の読み出しゲートと、前記各光電変換領域に光を集光する複数の集光レンズとを備える複数の画素セルが行方向及び列方向に二次元状に配置された画素アレイ領域を有する固体撮像装置の製造方法であって、前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される前記光電変換領域を形成する第１ステップと、前記複数の読み出しゲートを形成する第２ステップと、前記集光レンズの上面の高さが最も高い点が前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される複数の集光レンズを形成する第３ステップとを含む。
【００２３】
これによれば、光電変換領域が画素アレイ領域内で等ピッチに配置されない多画素１セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置において、集光レンズの上面の高さが最も高い点が画素アレイ領域内で等ピッチに配置されない。すなわち、本発明に係る製造方法により、集光レンズの焦点位置を、光電変換領域の配置に合せて形成することができる。これにより、画素セルに含まれる光電変換領域間の感度の相違を低減することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、感度シェーディングを抑制する固体撮像装置を製造することができる。
【００２４】
また、前記第３ステップでは、前記集光レンズの上面の高さが最も高い点の法線に対して非対称な形状の集光レンズが、光の透過率が一定ではない分布を有するグレーマスクを用いて形成されてもよい。
【００２５】
これによれば、上面の高さが最も高い点の法線に対して非対称な形状の集光レンズを形成することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、感度シェーディングを抑制する固体撮像装置及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、フォトダイオードが画素アレイ領域内で等ピッチに配置されない多画素１セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置において、集光レンズの焦点位置をフォトダイオードの配置に合せて等ピッチに配置しない。これにより、読み出しゲート等による入射光の散乱を低減し、感度シェーディングを抑制することができる。
【００２９】
まず、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の回路構成を示す図である。図１に示す固体撮像装置１００の回路構成は、図１０と同様であり、画素アレイ領域１５１と、垂直走査部１５２と、水平走査部１５３とを備える。
【００３０】
画素アレイ領域１５１は、行方向及び列方向に二次元マトリクス状に配置された複数の画素セル１５４を含む。
【００３１】
画素セル１５４は、２つのフォトダイオード１１０及び１２０と、読み出しトランジスタ１１１及び１２１と、検出容量部１１３と、増幅トランジスタ１１４と、リセットトランジスタ１１６とを備える。画素セル１５４は、２つのフォトダイオード１１０及び１２０が、検出容量部１１３、増幅トランジスタ１１４及びリセットトランジスタ１１６を共有する２画素１セル構造である。なお、図１では、画素アレイ領域１５１を構成する複数の画素のうち、一部（８個の画素セル１５４）のみが示されている。
【００３２】
フォトダイオード１１０及び１２０は、入射光を信号電荷に光電変換し、蓄積する。読み出しトランジスタ１１１は、フォトダイオード１１０に蓄積された信号電荷を検出容量部１１３に読み出す。読み出しトランジスタ１２１は、フォトダイオード１２０に蓄積された信号電荷を検出容量部１１３に読み出す。増幅トランジスタ１１４は、検出容量部１１３の信号電荷を増幅し、増幅した信号を出力する。リセットトランジスタ１１６は、検出容量部１１３の信号電荷を除去する。読み出しトランジスタ１１１、１２１、増幅トランジスタ１１４及びリセットトランジスタ１１６は、ＭＯＳトランジスタである。
【００３３】
垂直走査部１５２は、行列状に配置された複数の画素の行を選択する。具体的には、垂直走査部１５２は、読み出しトランジスタ１１１及び１２１を制御することで、行を選択する。また、垂直走査部１５２は、リセットトランジスタ１１６を制御することで、複数の画素の検出容量部１１３の信号電荷をリセットする。
【００３４】
水平走査部１５３は、行列状に配置された複数の画素の列を選択する。
図２は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の画素アレイ領域１５１の平面構造を模式的に示す図である。なお、図２において、図１に示す２つの画素セル１５４である画素セル１５４Ａ及び１５４Ｂの平面構造を示す。図３は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の断面構造を模式的に示す図である。図３（ａ）は、図２のＹ０−Ｙ１における断面構造を模式的に示す図である。図３（ｂ）は、図２のＸ０−Ｘ１における断面構造を模式的に示す図である。
【００３５】
図２及び図３に示すように、固体撮像装置１００は、半導体基板１０１と、フォトダイオード１１０Ａ、１１０Ｂ、１２０Ａ及び１２０Ｂ（フォトダイオード１１０Ａ及び１１０Ｂは、それぞれ、図１のフォトダイオード１１０に対応する。フォトダイオード１２０Ａ及び１２０Ｂ、それぞれ、図１のフォトダイオード１２０に対応する。また、フォトダイオード１１０Ａ及び１１０Ｂを特に区別しない場合は、フォトダイオード１１０と記す。フォトダイオード１２０Ａ及び１２０Ｂを特に区別しない場合は、フォトダイオード１２０と記す。）と、読み出しゲート１１２及び１２２と、検出容量部１１３と、絶縁膜１０２と、金属配線層１０３と、絶縁膜１０５と、金属遮光膜１０６と、絶縁膜１０７と、カラーフィルタ１０８と、集光レンズ１０９Ａ、１０９Ｂ、１０９Ｃ及び１０９Ｄ（集光レンズ１０９Ａ、１０９Ｂ、１０９Ｃ及び１０９Ｄを特に区別しない場合は、集光レンズ１０９と記す。）と、増幅ゲート１１５と、リセットゲート１１７とを備える。増幅ゲート１１５は、増幅トランジスタ１１４のゲート電極である。リセットゲート１１７は、リセットトランジスタ１１６のゲート電極である。
【００３６】
フォトダイオード１１０及び１２０は、半導体基板１０１の表面に形成される。フォトダイオード１１０及び１２０は、光電変換領域を構成する。
【００３７】
読み出しゲート１１２及び１２２は、半導体基板１０１の表面に形成される。読み出しゲート１１２は、フォトダイオード１１０に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート１２２は、フォトダイオード１２０に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート１１２は読み出しトランジスタ１１１のゲート電極であり、読み出しゲート１２２は読み出しトランジスタ１２１のゲート電極である。
【００３８】
検出容量部１１３は、半導体基板１０１の表面に形成される。検出容量部１１３は、読み出しゲート１１２及び１２２を介して読み出された電荷を蓄積する。
【００３９】
絶縁膜１０２は、フォトダイオード１１０、１２０、読み出しゲート１１２、１２２及び検出容量部１１３上に形成される。金属配線層１０３は、絶縁膜１０２上に形成される。絶縁膜１０５は、絶縁膜１０２及び金属配線層１０３上に形成される。金属遮光膜１０６は、絶縁膜１０５上に形成され、光電変換領域の上部に開口が形成される。絶縁膜１０７は、絶縁膜１０５及び金属遮光膜１０６上に形成される。カラーフィルタ１０８は、絶縁膜１０７の上方に形成される。
【００４０】
集光レンズ１０９は、カラーフィルタ１０８の上方に形成され、入射光をフォトダイオード１１０及び１２０上に集光する。集光レンズ１０９Ａは、フォトダイオード１１０Ａの上方に形成され、フォトダイオード１１０Ａに入射光を集光する。集光レンズ１０９Ｂは、フォトダイオード１２０Ａの上方に形成され、フォトダイオード１２０Ａに入射光を集光する。集光レンズ１０９Ｃは、フォトダイオード１１０Ｂの上方に形成され、フォトダイオード１１０Ｂに入射光を集光する。集光レンズ１０９Ｄは、フォトダイオード１２０Ｂの上方に形成され、フォトダイオード１２０Ｂに入射光を集光する。なお、金属配線層１０３及び金属遮光膜１０６は図２に図示していない。また、図２及び図３において、上面から見たフォトダイオード１１０Ａの中心をＰ１と示し、フォトダイオード１２０Ａの中心をＰ２と示し、フォトダイオード１１０Ｂの中心をＰ３と示し、フォトダイオード１２０Ｂの中心をＰ４と示す。また、上面から見たフォトダイオード１１０Ａを含む単位画素セルの中心をＣ１と示し、フォトダイオード１２０Ａを含む単位画素セルの中心をＣ２と示し、フォトダイオード１１０Ｂを含む単位画素セルの中心をＣ３と示し、フォトダイオード１２０Ｂを含む単位画素セルの中心をＣ４と示す。また、集光レンズ１０９Ａの上面の高さ（図３における縦方向の厚さ）が最も高い点をＬ１と示し、集光レンズ１０９Ｂの上面の高さが最も高い点をＬ２と示し、集光レンズ１０９Ｃの上面の高さが最も高い点をＬ３と示し、集光レンズ１０９Ｄの上面の高さが最も高い点をＬ４と示す。
【００４１】
画素アレイ領域１５１の垂直方向において、図３（ａ）に示すように、集光レンズ１０９の高さの最も高い点Ｌ１とＬ２と（Ｌ３とＬ４と）は、画素アレイ領域１５１内で等ピッチでは配置されず、画素セル１５４内で単位画素セルの境界線（画素セル１５４の中心線）１６０に対して線対称に配置される。すなわち、垂直方向において、集光レンズ１０９の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、単位画素セルの中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４と一致しない。同様に、フォトダイオード１１０及び１２０の中心Ｐ１とＰ２と（Ｐ３とＰ４と）は、画素アレイ領域１５１内で等ピッチでは配置されず、画素セル１５４内で単位画素セルの境界線（画素セル１５４の中心線）１６０に対して線対称に配置される。すなわち、垂直方向において、フォトダイオード１１０及び１２０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４は、単位画素セルの中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４と一致しない。また、集光レンズ１０９の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、それぞれ、フォトダイオード１１０及び１２０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と一致する。
【００４２】
画素アレイ領域１５１の水平方向において、図３（ｂ）に示すように、集光レンズ１０９の高さの最も高い点Ｌ１とＬ３と（Ｌ２とＬ４と）は、画素アレイ領域１５１内で等ピッチで配置される。また、フォトダイオード１１０及び１２０の中心Ｃ１とＣ２と（Ｃ３とＣ４と）は、画素アレイ領域１５１内で等ピッチで配置される。すなわち、水平方向において、単位画素セルの中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４と、フォトダイオード１１０及び１２０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と、集光レンズ１０９の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４とが一致する。
【００４３】
図４は、集光レンズ１０９Ａ（１０９Ｃ）の垂直方向の断面構造を示す図である。なお、集光レンズ１０９Ｂ（１０９Ｄ）の垂直方向の断面構造は、図４に示す集光レンズ１０９Ａの断面構造の左右逆の構造である。図４に示すように、集光レンズ１０９の形状は、集光レンズ１０９の上面の高さが最も高い点Ｌ１の法線に対して非対称である。また、集光レンズ１０９の上面の高さが最も高い点Ｌ１の法線から集光レンズ１０９の端部までの距離が長い方の端部１６４における曲率は、短い方の端部１６３における曲率より大きい。すなわち、集光レンズ１０９の形状は、集光レンズ１０９の高さが最も高い点Ｌ１から左側１６１の単位画素セルの端の領域１６３は曲率が小さく、右側１６２の単位画素セルの端の領域１６４は曲率が大きい。一般に、レンズの曲率が小さい領域では、レンズで屈折された後の入射光の角度θＡは小さく、レンズの曲率が大きい領域では、レンズで屈折された後の入射光の角度θＢは大きい。従って、集光レンズ１０９を図４に示すように集光レンズ１０９の領域１６３の曲率を小さくし、領域１６４の曲率を大きくすることで、フォトダイオード１１０Ａの中心Ｐ１に集光レンズ１０９の焦点位置を近づけることができる。これにより、フォトダイオード１１０への集光効率を改善し、感度を向上することができる。なお、フォトダイオード１１０Ａの中心Ｐ１と、集光レンズ１０９の高さが最も高い点Ｌ１とは必ずしも一致させる必要はない。例えば、画素の中心Ｃ１からフォトダイオード１１０Ａの中心がずれている方向（図４における右側）に、集光レンズ１０９の高さが最も高い点Ｌ１をずらすことにより、集光レンズ１０９の焦点位置をフォトダイオード１１０Ａの中心Ｐ１に近づけることができる。よって、フォトダイオード１１０Ａへの集光効率を改善することができる。
【００４４】
図５は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の垂直方向の断面構造、及び画素上の各位置に入射する光量を示す図である。図５に示すように本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００では、集光レンズ１０９Ａ（１０９Ｂ）の高さが最も高い点Ｌ１（Ｌ２）がフォトダイオード１１０Ａ（１２０Ａ）の中心Ｐ１（Ｐ２）と一致するので、入射光量のピークがフォトダイオード１１０Ａ（１２０Ａ）の中心Ｐ１（Ｐ２）と一致する。これにより、従来の固体撮像装置５００と比べ、読み出しゲート１１２（１２２）による入射光の散乱を抑制することができる。よって、読み出しゲート１１２（１２２）による入射光の散乱に起因するフォトダイオード１１０Ａとフォトダイオード１２０Ａとに入射する光量のばらつきを低減することができる。すなわち、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００は、感度低下を抑制することができる。
【００４５】
なお、フォトダイオード１１０の中心が等ピッチに配置される水平方向（読み出しゲートなどが配置されない方向）では、上記のような問題は生じない。
【００４６】
以上より、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００では、画素アレイ領域１５１の垂直方向において、集光レンズ１０９Ａと１０９Ｂと（１０９Ｃと１０９Ｄと）の、レンズの凸面の曲率が最大となる点Ｌ１とＬ２と（Ｌ３とＬ４と）は、画素アレイ領域１５１内では等ピッチではなく、画素セル１５４内で線対称に配置される。さらに、集光レンズ１０９の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４がフォトダイオード１１０及び１２０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と一致するので、入射光量のピークがフォトダイオード１１０及び１２０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と一致する。これにより、読み出しゲート１１２及び１２２による入射光の散乱を低減することができるので、感度向上を実現できる。また、読み出しゲート１１２（１２２）による入射光の散乱に起因する、１つの画素セル１５４に含まれるフォトダイオード１１０と１２０との感度ばらつきを低減することができる。すなわち、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００は、感度シェーディングを抑制することができる。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の製造方法を説明する。
まず、半導体基板１０１にフォトダイオード１１０、１２０及び検出容量部１１３が形成される。次に、半導体基板１０１上に読み出しゲート１１２及び１２２が形成される。次に、フォトダイオード１１０、１２０、検出容量部１１３、読み出しゲート１１２及び１２２上に、絶縁膜１０２が形成される。次に、絶縁膜１０２上に金属配線層１０３が形成される。次に、絶縁膜１０２及び金属配線層１０３上に絶縁膜１０５が形成される。次に、絶縁膜１０５上に金属遮光膜１０６が形成される。次に、絶縁膜１０５及び金属遮光膜１０６上に絶縁膜１０７が形成される。次に、絶縁膜１０７の上方にカラーフィルタ１０８が形成される。次に、カラーフィルタ１０８の上方に集光レンズ１０９が形成される。なお、集光レンズ１０９以外の製造方法は、従来技術で製造することができる。以下、集光レンズ１０９の詳細な製造方法について説明する。
【００４８】
図６は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の集光レンズ１０９の製造方法を示す図である。
【００４９】
まず、無機系又は有機系の透明材料から構成されるレンズ材料１７０上の全面にポジ型レジストを形成する。次に、グレースケールマスク１７２を用いて、ポジ型レジストパターンを露光した後、現像する。これにより、図６（ａ）に示す断面形状のポジ型レジスト１７１が形成される。
【００５０】
次に、エッチバックによりポジ型レジスト１７１の断面形状をレンズ材料１７０に転写する。これにより、図６（ｂ）に示す断面形状を有する集光レンズ１０９が形成される。
【００５１】
ここで、グレースケールマスク１７２は、図６（ｃ）に示すように光の透過率が一定ではない分布を有する。通常のマスクでは、透過率は１か０の２種類であるが、グレースケールマスク１７２では透過率を連続的に変化させることができる。
【００５２】
以上の工程により、固体撮像装置１００が形成される。
以上、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置及びその製造方法について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００５３】
例えば、上記説明では、フォトダイオード１１０及び１２０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と、集光レンズ１０９の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４とが一致するとしたが、必ずしも一致しなくともよい。例えば、図２に示す例では、集光レンズ１０９の高さが最も高い点Ｌ１（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）は、単位画素セルの中心Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）とフォトダイオード１１０Ａ（１２０Ａ、１１０Ｂ、１２０Ｂ）と間に位置してもよい。すなわち、単位画素セルの中心Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）に対して集光レンズの上面の高さが最も高い点Ｌ１（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）が位置する方向は、単位画素セルの中心Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）に対してフォトダイオード１１０及び１２０の中心Ｐ１（Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）が位置する方向と同一であってもよい。これにより、集光レンズ１０９の集光位置をフォトダイオード１１０及び１２０の中心Ｐ１（Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に近づけることができる。よって、読み出しゲート１１２及び１２２による入射光の散乱を低減することができるので、感度向上を実現できる。また、画素セル１５４内のフォトダイオード１１０と１２０との感度ばらつきを低減することができる。すなわち、感度シェーディングを抑制することができる。
【００５４】
また、上記説明では、１つの画素セル１５４に含まれる２つの単位画素セルは垂直方向に隣接して配置されているが、水平方向に隣接して配置されてもよい。
【００５５】
（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、２画素１セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置に本発明を適用した実施例を説明した。実施の形態２では、４画素１セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置に本発明を適用した実施例を説明する。
【００５６】
図７は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の回路構成を示す図である。なお、図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図７に示す固体撮像装置２００は、画素アレイ領域２５１と、垂直走査部１５２と、水平走査部１５３とを備える。
【００５７】
画素アレイ領域２５１は、行方向及び列方向に二次元マトリクス状に配置された複数の画素セル２５４を含む。画素セル２５４は、４つのフォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０と、読み出しトランジスタ２１１、２２１、２３１及び２４１と、検出容量部１１３と、増幅トランジスタ１１４と、リセットトランジスタ１１６とを備える。画素セル２５４は、４つのフォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０が、検出容量部１１３、増幅トランジスタ１１４及びリセットトランジスタ１１６を共有する４画素１セル構造である。なお、図７では、画素アレイ領域２５１を構成する複数の画素のうち、一部（４個の画素セル２５４）のみが示されている。
【００５８】
フォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０は、入射光を信号電荷に光電変換し、蓄積する。読み出しトランジスタ２１１は、フォトダイオード２１０に蓄積された信号電荷を検出容量部１１３に読み出す。読み出しトランジスタ２２１は、フォトダイオード２２０に蓄積された信号電荷を検出容量部１１３に読み出す。読み出しトランジスタ２３１は、フォトダイオード２３０に蓄積された信号電荷を検出容量部１１３に読み出す。読み出しトランジスタ２４１は、フォトダイオード２４０に蓄積された信号電荷を検出容量部１１３に読み出す。増幅トランジスタ１１４は、検出容量部１１３の信号電荷を増幅し、増幅した信号を出力する。リセットトランジスタ１１６は、検出容量部１１３の信号電荷を除去する。読み出しトランジスタ２１１、２２１、２３１、２４１、増幅トランジスタ１１４及びリセットトランジスタ１１６は、ＭＯＳトランジスタである。
【００５９】
図８は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２００の画素アレイ領域２５１の平面構造を模式的に示す図である。なお、図８において、図７に示す１つの画素セル２５４の平面構造を示す。図９は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２００の断面構造を模式的に示す図である。図９（ａ）は、図８のＹ２−Ｙ３における断面構造を模式的に示す図である。図９（ｂ）は、図８のＸ２−Ｘ３における断面構造を模式的に示す図である。なお、図２及び図３と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００６０】
図８及び図９に示すように、固体撮像装置２００は、半導体基板１０１と、フォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０と、読み出しゲート２１２、２２２、２３２及び２４２と、検出容量部１１３と、絶縁膜１０２と、金属配線層１０３と、絶縁膜１０５と、金属遮光膜１０６と、絶縁膜１０７と、カラーフィルタ１０８と、集光レンズ２０９Ａ、２０９Ｂ、２０９Ｃ及び２０９Ｄ（集光レンズ２０９Ａ、２０９Ｂ、２０９Ｃ及び２０９Ｄを特に区別しない場合は、集光レンズ２０９と記す。）と、増幅ゲート１１５と、リセットゲート１１７とを備える。
【００６１】
フォトダイオード２１０、２２０、２３０、２４０は、半導体基板１０１の表面に形成される。フォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０は、光電変換領域を構成する。
【００６２】
読み出しゲート２１２、２２２、２３２及び２４２は、半導体基板１０１の表面に形成される。読み出しゲート２１２は、フォトダイオード２１０に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート２２２は、フォトダイオード２２０に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート２３２は、フォトダイオード２３０に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート２４２は、フォトダイオード２４０に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート２１２は読み出しトランジスタ２１１のゲート電極であり、読み出しゲート２２２は読み出しトランジスタ２２１のゲート電極であり、読み出しゲート２３２は読み出しトランジスタ２３１のゲート電極であり、読み出しゲート２４２は読み出しトランジスタ２４１のゲート電極である。
【００６３】
検出容量部１１３は、半導体基板１０１の表面に形成される。検出容量部１１３は、読み出しゲート２１２、２２２、２３２及び２４２を介して読み出された電荷を蓄積する。
【００６４】
集光レンズ２０９は、カラーフィルタ１０８の上方に形成され、入射光をフォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０上に集光する。集光レンズ２０９Ａは、フォトダイオード２１０の上方に形成され、フォトダイオード２１０に入射光を集光する。集光レンズ２０９Ｂは、フォトダイオード２２０の上方に形成され、フォトダイオード２２０に入射光を集光する。集光レンズ２０９Ｃは、フォトダイオード２３０の上方に形成され、フォトダイオード２３０に入射光を集光する。集光レンズ２０９Ｄは、フォトダイオード２４０の上方に形成され、フォトダイオード２４０に入射光を集光する。また、上面から見たフォトダイオード２１０を含む単位画素セルの中心をＣ１と示し、フォトダイオード２２０を含む単位画素セルの中心をＣ２と示し、フォトダイオード２３０を含む単位画素セルの中心をＣ３と示し、フォトダイオード２４０を含む単位画素セルの中心をＣ４と示す。また、集光レンズ２０９Ａの上面の高さが最も高い点をＬ１と示し、集光レンズ２０９Ｂの上面の高さが最も高い点をＬ２と示し、集光レンズ２０９Ｃの上面の高さが最も高い点をＬ３と示し、集光レンズ２０９Ｄの上面の高さが最も高い点をＬ４と示す。
【００６５】
実施の形態２に係る固体撮像装置２００の垂直方向の断面構造は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００と同様である。画素アレイ領域２５１の垂直方向において、図９（ａ）に示すように、集光レンズ２０９の高さの最も高い点Ｌ１とＬ２と（Ｌ３とＬ４と）は、画素アレイ領域２５１内で等ピッチでは配置されず、画素セル２５４内で水平方向の単位画素セルの境界線２６０に対して線対称に配置される。すなわち、垂直方向において、集光レンズ２０９の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、単位画素セルの中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４と一致しない。同様に、フォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１とＰ２と（Ｐ３とＰ４と）は、画素アレイ領域２５１内で等ピッチでは配置されず、画素セル２５４内で水平方向の単位画素セルの境界線２６０に対して線対称に配置される。すなわち、垂直方向において、フォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４は、単位画素セルの中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４と一致しない。また、集光レンズ２０９の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、それぞれ、フォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と一致する。
【００６６】
実施の形態２に係る固体撮像装置２００の水平方向の断面構造は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００の水平方向の断面構造と異なり、垂直方向の断面構造と同様の断面構造である。画素アレイ領域２５１の水平方向において、図９（ｂ）に示すように、集光レンズ２０９の高さの最も高い点Ｌ１とＬ３と（Ｌ２とＬ４と）は、画素アレイ領域２５１内で等ピッチでは配置されず、画素セル２５４内で垂直方向の単位画素セルの境界線２６１に対して線対称に配置される。すなわち、水平方向において、集光レンズ２０９の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、単位画素セルの中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４と一致しない。同様に、フォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１とＰ２と（Ｐ３とＰ４と）は、画素アレイ領域２５１内で等ピッチでは配置されず、画素セル２５４内で垂直方向の単位画素セルの境界線２６１に対して線対称に配置される。すなわち、水平方向において、フォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４は、単位画素セルの中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４と一致しない。また、集光レンズ２０９の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、それぞれ、フォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と一致する。
【００６７】
すなわち、画素セル２５４に含まれる４つの集光レンズ２０９の高さが最大となる点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、画素セル２５４の中心点（４つの単位画素セルの交点）２６２に対して点対称である。また、画素セル２５４に含まれる４つのフォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４は、画素セル２５４の中心点に対して点対称である。
【００６８】
以上より、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２００は、集光レンズ２０９Ａと２０９Ｂと２０９Ｃと２０９Ｄとの、レンズの凸面の曲率が最大となる点Ｌ１とＬ２とＬ３とＬ４とは、画素アレイ領域２５１内では垂直方向及び水平方向において等ピッチではなく、画素セル２５４内で画素セル２５４の中心点２６２に対して点対称に配置される。さらに、集光レンズ２０９の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４がフォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と一致するので、入射光量のピークがフォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と一致する。これにより、読み出しゲート２１２、２２２、２３２及び２４２による入射光の散乱を低減することができるので、感度向上を実現できる。また、読み出しゲート２１２（２２２、２３２、２４２）による入射光の散乱に起因する、１つの画素セル２５４内のフォトダイオード２１０と２２０と２３０と２４０との感度ばらつきを低減することができる。すなわち、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２００は、感度シェーディングを抑制することができる。
【００６９】
また、フォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４は、単位画素セルの中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４から、画素アレイ領域２５１に対して斜め方向にシフトする。この場合、集光レンズ２０９のシフト方向も斜め方向である。すなわち、集光レンズ２０９の斜め方向の断面構造は、図４に示す断面構造であり、集光レンズ２０９の凸面の曲率が最大となる点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は、画素セル２５４内において画素セル２５４の中心点２６２に対して点対称にとなる。また、集光レンズ２０９の斜め方向の断面形状は、図４に示すように、集光レンズ２０９の高さが最も高い点Ｌ１から左側１６１の単位画素の端の領域１６３は曲率が小さく、右側１６２の単位画素の端の領域１６４は曲率が大きい。一般に、レンズの曲率が小さい領域では、レンズで屈折された後の入射光の角度θＡは小さく、レンズの曲率が大きい領域では、レンズで屈折された後の入射光の角度θＢは大きい。従って、集光レンズ２０９を図４に示すように集光レンズ２０９の領域１６３の曲率を小さくし、領域１６４の曲率を大きくすることで、フォトダイオード２１０の中心Ｐ１に集光レンズ２０９の焦点位置を近づけることができる。これにより、フォトダイオード２１０への集光効率を改善し、感度を向上することができる。
【００７０】
また、実施の形態２に係る固体撮像装置２００の製造方法は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００の製造方法と同様であり、説明は省略する。
【００７１】
なお、上記説明では、フォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４と、集光レンズ２０９の高さが最も高い点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４とが一致するとしたが、必ずしも一致しなくともよい。例えば、図８に示す例では、集光レンズ２０９の高さが最も高い点Ｌ１（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）は、単位画素セルの中心Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）とフォトダイオード２１０（２２０、２３０、２４０）と間に位置してもよい。すなわち、単位画素セルの中心Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）に対して集光レンズの上面の高さが最も高い点Ｌ１（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）が位置する方向は、単位画素セルの中心Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）に対してフォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１（Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）が位置する方向と同一であってもよい。これにより、集光レンズ２０９の集光位置をフォトダイオード２１０、２２０、２３０及び２４０の中心Ｐ１（Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に近づけることができる。よって、読み出しゲート２１２、２２２、２３２及び２４２による入射光の散乱を低減することができるので、感度向上を実現できる。また、画素セル２５４内のフォトダイオード２１０と２２０と２３０と２４０との感度ばらつきを低減することができる。すなわち、感度シェーディングを抑制することができる。
【００７２】
また、上記実施の形態１では２画素１セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置について説明し、上記実施の形態２では４画素１セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置について説明したが、本発明は多画素１セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、固体撮像装置に適用でき、特に、多画素１セル構造を有するＣＭＯＳイメージセンサに適用できる。さらに、本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサを用いるデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、Ｗｅｂカメラ、及び携帯電話に搭載されるカメラ等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の画素アレイ領域の平面構造を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の画素アレイ領域の断面構造を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の集光レンズの断面構造を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の断面構造、及び画素上の各位置に入射する光量を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の集光レンズの製造方法を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の回路構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の画素アレイ領域の平面構造を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の画素アレイ領域の断面構造を示す図である。
【図１０】従来の固体撮像装置の回路構成を示す図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の画素アレイ領域の平面構造を示す図である。
【図１２】従来の固体撮像装置の画素アレイ領域の断面構造を示す図である。
【図１３】従来の固体撮像装置の断面構造、及び画素上の各位置に入射する光量を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００、２００、５００  固体撮像装置
１０１，５０１  半導体基板
１０２、１０５、１０７、５０２、５０５、５０７  絶縁膜
１０３、５０３  金属配線層
１０６、５０６  金属遮光膜
１０８、５０８  カラーフィルタ
１０９、１０９Ａ、１０９Ｂ、１０９Ｃ、１０９Ｄ、２０９、２０９Ａ、２０９Ｂ、２０９Ｃ、２０９Ｄ、５０９、５０９Ａ、５０９Ｂ、５０９Ｃ、５０９Ｄ  集光レンズ
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、２１０、２２０、２３０、２４０、５１０、５１０Ａ、５１０Ｂ、５２０、５２０Ａ、５２０Ｂ  フォトダイオード
１１１、１２１、２１１、２２１、２３１、２４１、５１１、５２１  読み出しトランジスタ
１１３、５１３  検出容量部
１１４、５１４  増幅トランジスタ
１１５、５１５  増幅ゲート
１１６、５１６  リセットトランジスタ
１１７、５１７  リセットゲート
１１２、１２２、２１２、２２２、２３２、２４２、５１２、５２２  読み出しゲート
１５１、２５１、５５１  画素アレイ領域
１５２、５５２  垂直走査部
１５３、５５３  水平走査部
１５４、１５４Ａ、１５４Ｂ、２５４、５５４、５５４Ａ、５５４Ｂ  画素セル
１６０、２６０、２６１、５６０  単位画素セルの境界線
１７０  レンズ材料
１７１  ポジ型レジスト
１７２  グレースケールマスク
２６２  画素セルの中心点
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４  単位画素セルの中心
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４  集光レンズの高さが最も高い点
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  フォトダイオードの中心
【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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