(57)【要約】【課題】  良好な特性を保持し、ダイナミックレンジを拡大した固体撮像装置を提供する。【解決手段】  固体撮像装置は、受光領域を画定した半導体基板と、受光領域に形成された多数の画素であって、各画素が高感度光電変換素子と低感度光電変換素子とを含む多数の画素と、受光領域上方に形成され、各画素の上方で高感度光電変換素子の少なくとも一部と低感度光電変換素子の少なくとも一部とを露出する単一の開口を有する遮光膜と、遮光膜の開口上方に形成され、入射光を集束させるオンチップマイクロレンズと、遮光膜とオンチップマイクロレンズとの間に形成されたインナレンズであって、前記オンチップマイクロレンズで集束された光の内、一部を除く光を受け、さらに集束させるとともに、前記一部はインナレンズを透過せずに開口に向かうように配置されているインナレンズと、を有する。【選択図】  図１
2005086083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光領域を画定した半導体基板と、
前記半導体基板の受光領域に形成された多数の画素であって、各画素が高感度光電変換素子と低感度光電変換素子とを含む多数の画素と、
前記受光領域上方に形成され、各画素の上方で前記高感度光電変換素子の少なくとも一部と前記低感度光電変換素子の少なくとも一部とを露出する単一の開口を有する遮光膜と、
前記遮光膜の前記開口上方に形成され、入射光を集束させるオンチップマイクロレンズと、
前記遮光膜と前記オンチップマイクロレンズとの間に形成されたインナレンズであって、前記オンチップマイクロレンズで集束された光の内、一部を除く光を受け、さらに集束させるとともに、前記一部はインナレンズを透過せずに前記開口に向かうように配置されているインナレンズと、
を有する固体撮像装置。
【請求項２】
前記インナレンズの光軸は、前記オンチップマイクロレンズの光軸から軸外しされている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記インナレンズの光軸は、前記オンチップマイクロレンズの光軸から、前記低感度光電変換素子から離れる方向に、軸外しされている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記低感度光電変換素子は、前記高感度光電変換素子を挟む複数の領域を含む請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記半導体基板の１断面において、前記低感度光電変換素子は、前記高感度光電変換素子に対して実質的に対称な位置に配置されている請求項１または４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記開口内に露出された高感度光電変換素子の開口率は、前記開口内に露出された低感度光電変換素子の開口率より高い請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記高感度光電変換素子の前記半導体基板内占有面積は、前記低感度光電変換素子の前記半導体基板内占有面積より大きい請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記多数の画素が行列状に配置され、さらに、
前記多数の画素の各列に沿うように形成された画像信号転送部と、
前記オンチップマイクロレンズと前記インナレンズとの間に配置されたカラーフィルタと、
を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記画像信号転送部が、前記半導体基板内に形成されたチャネルと、前記チャネル上の半導体基板表面を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された転送電極とを含み、前記遮光膜に覆われているＶＣＣＤを含む請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記多数の画素は、隣接する行、隣接する列で画素の位置が半ピッチずれた画素ずらし配置で配列され、前記ＶＣＣＤのチャネルは各列の画素の縁に沿って蛇行して配置されている請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記各画素が、さらに、ＭＯＳトランジスタで形成され、前記遮光膜に覆われた画像信号形成回路を含み、前記画像信号転送部が前記画像信号形成回路に接続された配線を含む請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
さらに、前記遮光膜の上方に形成され、平坦化された第１表面を有する第１平坦化絶縁層を有し、前記インナレンズは第１表面上に配置されている請求項８〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
さらに、前記インナレンズ上に形成され、平坦化された第２表面を有する第２平坦化絶縁層を有し、前記カラーフィルタは前記第２表面上に配置されている請求項８〜１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
さらに、前記カラーフィルタ上に形成され、平坦化された第３表面を有する第３平坦化絶縁層を有し、前記オンチップマイクロレンズは前記第３表面上に配置されている請求項８〜１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記高感度光電変換素子の縁は、前記開口の縁から第１の方向に沿って距離ｄ離され、前記インナレンズの光軸は前記開口の中心から第１の方向に距離ｄ／４以上ずらされている請求項１〜１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記インナレンズの光軸は前記開口の中心から第１の方向に距離ｄ／２以上ずらされている請求項１５に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記インナレンズは等方性の球面レンズである請求項１〜１６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記オンチップマイクロレンズ、前記インナレンズを透過した光は前記半導体基板表面上に焦合する請求項１〜１７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記半導体基板は、第１導電型の基礎部分と、前記基礎部分上に形成された第２導電型のウェルとを含み、前記高感度光電変換素子、前記低感度光電変換素子は前記ウェル内に形成された第１導電型の電荷蓄積領域を含む請求項１〜１８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
さらに、前記高感度光電変換素子と前記低感度光電変換素子との間に形成された第２導電型のアイソレーション領域を含む請求項１９に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、固体撮像装置に関し、特にダイナミックレンジの広い固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に画素として多数のホトダイオードを形成した固体撮像装置が広く用いられている。高集積化による画素数の増大と共に分解能は向上し、銀塩カメラを凌駕するものも出現している。チップ面積の拡大を抑制し、画素数を増大すると１画素あたりの占有面積は減少する。Ｓ／Ｎ比の低下を防ぎ、高い感度を得るためには、入射する光線をなるべく有効利用することが望まれる。
【０００３】
半導体基板の受光領域には、ホトダイオードのみでなく、ＣＣＤ型の場合は電荷転送用ＣＣＤ、ＭＯＳ型の場合は画像信号形成回路、画像信号転送部も形成する必要がある。これらホトダイオード以外の領域に入射する光は無効となる。入射光を有効に利用するため、画素上にオンチップマイクロレンズを形成することが行われている。
【０００４】
図９Ａは、特公平４−５５０２８号公報に提案されたオンチップマイクロレンズを有するＣＣＤ型固体撮像装置の構成を再現する。半導体基板ＳＵＢの表面部に逆導電型領域でホトダイオードＰＤとＶＣＣＤ用チャネルＶＣが形成され、その間の転送ゲート領域ＴＧを介して電荷読出が可能とされている。転送ゲート領域ＴＧ、チャネルＶＣの上方には、絶縁層を介して転送電極ＴＥが形成され、さらに上方に遮光層ＬＳが形成されている。遮光層ＬＳは、チャネルＶＣ近傍に入射する光を遮り、ノイズを低減する。
【０００５】
基板上方に平坦化層ＰＬを介してオンチップマイクロレンズＭＬが形成されている。オンチップマイクロレンズＭＬは、各ホトダイオードの中心に軸合わせされ、互いに接するように形成されて入射光の大部分をホトダイオードＰＤ上に集束する。このようにして、オンチップマイクロレンズを用いることにより、遮光層の存在に拘わらず、入射光を有効利用することができる。
【０００６】
ホトダイオードは入射光の光量に従って、信号電荷を蓄積する。ホトダイオードが電荷で飽和すると、その後は入射光によって光電変換が生じ、電荷が発生してもその電荷は蓄積できない。ホトダイオードに光が入射する開口を狭くすれば、単位光量によって発生する電荷が減少するのでダイナミックレンジは拡大できるが感度が低下してしまう。感度を良好に保った場合、銀塩フィルムと較べ、ホトダイオードで画素を形成した固体撮像装置のダイナミックレンジは狭い。
【０００７】
ダイナミックレンジを拡大するため、１画素内に高感度光電変換素子と低感度光電変換素子とを備え、両者を合わせてダイナミックレンジを拡大する提案がされている。
【０００８】
図９Ｂは、特開平９−２０５５８９号公報に提案された画素分割構造固体撮像装置の構成を再現する。チャネルストップ領域ＣＳで分離された２つのホトダイオードＰＤ１、ＰＤ２が形成されている。その上に形成された遮光膜に、ホトダイオードＰＤ１上に広い開口ＬＡ，ホトダイオードＰＤ２上に狭い開口ＳＡが形成されている。広い開口ＬＡは高感度光電変換素子ＨＳ−ＰＥＣを構成し、狭い開口ＳＡは低感度光電変換素子ＬＳ−ＰＥＣを構成する。広い開口ＬＡ上にはオンチップマイクロレンズＭＬが配置され、さらに感度を向上している。
【０００９】
オンチップマイクロレンズＭＬにも、狭い開口ＳＡにも入射しない光は利用されない。もし、図９Ａに示すような画素の大部分を覆うような広いオンチップマイクロレンズを形成すれば、入射光の大部分を利用できるが、焦点は１つであるから、２つの開口ＬＡ，ＳＡに入射光を分配することは出来なくなる。
【００１０】
本出願人は、目的は異なるが、単位画素内に主ホトダイオードと従ホトダイオードの２つのホトダイオードを形成し、共通の開口内に露出させる構成を提案した（特開２００３―２１８３４３号）。
【００１１】
図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、この提案の一部を再現する。
【００１２】
図１０Ａは、固体撮像装置の平面図、図１０Ｂ、１０Ｃは、図１０ＡのＸＢ−ＸＢ線に沿う断面図及びＸＣ−ＸＣ線に沿う断面図である。図１０Ａにおいて、２つの画素ＰＩＸが横に並んで示されている。各画素ＰＩＸは、主ホトダイオード領域３、従ホトダイオード領域４を含む。画素ＰＩＸの右側に垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）８が配置されている。
【００１３】
なお、図示したハニカム構造の画素配列においては、図示した２つの画素の上側及び下側の画素は横方向に半ピッチずれた位置に配置される。４相駆動するためのポリシリコン電極２４、２５、２８、２９（まとめてＥＬで示す）がＶＣＣＤ８の上方に配置される。例えば転送電極２４、２８は第１ポリシリコン層で形成され、転送電極２５、２９は第２ポリシリコン層で形成される。転送電極２５は、従ホトダイオード４からの電荷読出しも制御する。転送電極２８は、主ホトダイオードからの電荷読出しも制御する。
【００１４】
図１０Ｂ、１０Ｃの断面図に示すように、ｎ型半導体基板１の１表面に、ｐ型ウエル２が形成されている。ｐ型ウエル２の表面領域に２つのｎ型領域３、４が形成され、主と従の２つのホトダイオードを構成している。ｐ＋型領域７は、画素、ＶＣＣＤ等の電気的な分離を行なうチャネルストッパである。図１０Ｃに示すように、ホトダイオードを構成するｎ型領域３（４）の近傍に、ＶＣＣＤを構成するｎ型チャネル領域８が配置されている。又、ｎ型領域３（４）、ｐ型ウエル２、ｎ型基板１が基板向きシャッタ構造を構成している。
【００１５】
半導体基板表面上には、酸化シリコン等の絶縁層が形成され、その上にポリシリコンで形成された転送電極ＥＬが形成される。転送電極ＥＬは、ＶＣＣＤのチャネル領域８上方を覆うように配置されている。転送電極ＥＬの上に、さらに酸化シリコン等の絶縁層が形成され、その上にＶＣＣＤ等の構成要素を覆い、ホトダイオード上方に開口を有する遮光膜１２がタングステン等により形成されている。遮光膜１２を覆うようにホスホシリケートガラス等で形成された層間絶縁膜１３が形成され、その表面が平坦化されている。
【００１６】
層間絶縁膜１３の上に、カラーフィルタ１５が形成されている。カラーフィルタ１５の上に各画素に対応してオンチップマイクロレンズ１６がレジスト材料等により形成されている。オンチップマイクロレンズ１６は、各画素の上に１つ形成されており、その下方には遮光膜１２の開口１８が配置されている。オンチップマイクロレンズ１６は、上方より入射する光を開口１８内に集光させる機能を有する。
【００１７】
近年、デバイスの小型化、高集積化に伴い、集光効率の向上が望まれている。オンチップマイクロレンズによる集光効果はほぼ限界に近づいていると言われ、オンチップマイクロレンズの下方に層内（インナ）レンズを挿入する種々の提案がされている（例えば、特許文献４）。
【００１８】
【特許文献１】特公平４−５５０２８号公報
【特許文献２】特開平９−２０５５８９号公報
【特許文献３】特開２００３−２１８３４３号公報
【特許文献４】特開平１１−４０７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、良好な特性を保持し、ダイナミックレンジを拡大した固体撮像装置を提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、入射光の利用効率が高く、ダイナミックレンジが広く、特性が優れた固体撮像装置を提供することである。
【００２１】
本発明のさらに他の目的は、新規な構成を有する固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の１観点によれば、受光領域を画定した半導体基板と、前記半導体基板の受光領域に形成された多数の画素であって、各画素が高感度光電変換素子と低感度光電変換素子とを含む多数の画素と、前記受光領域上方に形成され、各画素の上方で前記高感度光電変換素子の少なくとも一部と前記低感度光電変換素子の少なくとも一部とを露出する単一の開口を有する遮光膜と、前記遮光膜の前記開口上方に形成され、入射光を集束させるオンチップマイクロレンズと、前記遮光膜と前記オンチップマイクロレンズとの間に形成されたインナレンズであって、前記オンチップマイクロレンズで集束された光の内、一部を除く光を受け、さらに集束させるとともに、前記一部はインナレンズを透過せずに前記開口に向かうように配置されているインナレンズと、を有する固体撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
オンチップマイクロレンズを用い、入射光の利用効率を高く保つ。さらにインナレンズを用いることにより、高感度光電変換素子の特性を良好に保つと共に、入射光の利用効率を高く保つ。遮光膜の開口を１つとし、オンチップマイクロレンズで集束された光の一部はインナレンズを介さず、低感度光電変換素子上に入射させることにより低感度光電変換素子の特性も良好にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００２５】
図１Ａは、本発明の第１の実施例による固体撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。ｎ型基板１の１表面にｐ型ウエル２が形成され、ｐ型ウエル２の表面層にｎ型領域３、４が形成され、第１のホトダイオード、第２のホトダイオードを構成する。２つｎ型領域３、４の間にはｐ型分離領域５が形成されている。ｐ型ウエル２の表面層には、他にＶＣＣＤ用ｎチャネル領域８、ｐ型素子分離領域７、ｐ＋型埋め込み領域６等も形成される。
【００２６】
半導体基板表面にはＯＮＯ膜（酸化膜−窒化膜−酸化膜）等の絶縁層９を介して多結晶シリコンの転送電極１０、１１が形成され、その上には絶縁層を介して遮光膜１２がタングステン等により形成されている。遮光膜１２は、主ホトダイオード３、従ホトダイオード４を含む各画素の中央に開口１８を有する。
【００２７】
開口内に主ホトダイオード３の一部と従ホトダイオード４の一部が露出し、入射光を受ける。主ホトダイオード３の開口率は、従ホトダイオード４の開口率よりも大きく設定されている。従って、従ホトダイオードは、主ホトダイオードより感度が低く、飽和しにくい。
【００２８】
遮光膜上に燐ガラス層等の絶縁層１３が形成され、表面が平坦化されている。絶縁層１３の平坦表面上にインナレンズ１４が形成される。インナレンズ１４の光軸は遮光膜の開口１８の中心から右方向、すなわち従ホトダイオード領域４から離れる方向、にずらされている。インナレンズ１４は、例えば屈折率１．８〜２．４の窒化シリコン膜を堆積し、その上にレジストパターンを形成し、軟化、溶融させてレンズ形状とした後異方性エッチングしてレジストパターンのレンズ形状を窒化シリコン膜に転写することで形成される。
【００２９】
インナレンズ１４形成後、表面の凹凸を埋め、平坦化された表面を有する有機樹脂膜または燐ガラス膜やボロン−燐ガラス膜等の平坦化膜１３ａが形成される。この平坦化表面上にカラーフィルタ１５が形成される。カラーフィルタ１５は３色以上のカラーフィルタを別個形成する物であり、その表面には凹凸が生じる。カラーフィルタ１５の上にも有機樹脂膜等の平坦化膜１３ｂが形成され平坦な表面を提供する。
【００３０】
この平坦化膜１３ｂの平坦表面上にオンチップマイクロレンズ１６が形成される。オンチップマイクロレンズ１６は、例えばホトレジスト層をパターニングし、その後軟化、溶融することによって表面を球面状に変化させ、硬化させて形成する。オンチップマイクロレンズ１６は、ほぼ遮光膜１２の開口１８と軸合わせされている。すなわち、オンチップマイクロレンズ１６の光軸は、開口１８の中心に合致する。
【００３１】
図１Ｂは、主ホトダイオード３、従ホトダイオード４を含む画素ＰＩＸ、遮光膜の開口１８、その上方のインナレンズ１４の関係を概略的に示す平面図である。図に示すように、画素ＰＩＸは、ほぼ正方形に近い矩形形状を有する。画素ＰＩＸ内の大部分の面積を占有するように、長方形状の主ホトダイオード３、従ホトダイオード４が配置されている。開口１８は、画素ＰＩＸの中央部に形成されている。主ホトダイオード領域３は、画素の右端から開口１８の中心を越え左側まで分布している。従って、主ホトダイオードの中心は開口の中心より右側に位置する。
【００３２】
従ホトダイオード領域４は、画素の左端から開口１８の左端を越え、開口１８内に一部露出する。従ホトダイオード４の開口１８内に露出している面積の率、開口率、は主ホトダイオード領域３の開口率より低く設定されている。
【００３３】
ホトダイオードの開口率は高いほど多くの光を受光できるので、感度を高くすることが可能である。単位面積当たりの電荷蓄積能力が一定であれば、開口率が低いほど飽和光量を高くすることが可能である。但し、オンチップマイクロレンズ、インナレンズで入射光を集光すると、実効開口率を変化させることができる。
【００３４】
インナレンズ１４は、開口１８の中心から右方向に変位され、主ホトダイオード領域３上に焦合するように配置されている。例えば、主ホトダイオード領域３が開口１８の左辺から距離ｄ離れた左辺を有する時、インナレンズ１４は開口の中心からｄ／４以上、例えばｄ／２以上ｄ以下同一方向に移動している。
【００３５】
図１Ａに示すように、オンチップマイクロレンズ１６は、入射する光のなるべく多くを集束し、開口１８内に向かわせる。インナレンズ１４はオンチップマイクロレンズ１６で集束された光の内、一部分を除く光を受け、さらに集束し、好ましくは半導体基板のｎ型領域３表面上に焦合させる。実効開口率はさらに大きくなる。
【００３６】
オンチップマイクロレンズ１６で集束を受けたが、インナレンズ１４を透過しない光はそのまま進行し、開口１８を通過して、従ホトダイオード領域４の表面に入射する。なお、インナレンズ１４を透過しなかった光が全て従ホトダイオード領域４に入射するわけではなく、その一部は主ホトダイオード領域３や両ホトダイオードの間の分離領域５にも入射する。インナレンズ１４で集束された光は主ホトダイオード領域３に入射するので、開口率比以上に主ホトダイオードは高感度に、従ホトダイオードは低感度に（すなわち、高飽和光量に）設定される。
【００３７】
図２は、図１Ａ、１Ｂに示された画素構造を有する固体撮像装置の半導体基板１全体の構成を示す概略平面図である。半導体チップ１の表面上に受光領域２０が画定され、この受光領域内に複数の画素ＰＩＸが行列状に配置されている。各画素ＰＩＸは、主ホトダイオード３と従ホトダイオード４とを含む。画素ＰＩＸの各列に沿って、ＶＣＣＤが配置されている。複数のＶＣＣＤの下方には１つのＨＣＣＤ２１が配置され、１行分の画像信号を転送する。ＨＣＣＤ２１の出力端には出力回路２２が接続されている。
【００３８】
画素の配列は図２に示す正方行列に限らない。
【００３９】
図３は、画素ずらし配置のハニカム配列の例を示す。主ホトダイオード領域３と従ホトダイオード領域４とを含む各画素が１行ごとに横方向に半ピッチずれて配列されている。その結果、列方向のピッチも隣接する列で１／２ピッチずれている。
【００４０】
４相の駆動電極２４、２５、２８、２９が行方向に延在して配列され、その間の空間に画素を配置している。転送電極の上方の遮光膜は、開口１８を画素中央に有する。単一開口１８内に、主ホトダイオード領域３、従ホトダイオード領域４のそれぞれ一部が露出されている。主ホトダイオード領域３の開口率は、従ホトダイオード領域の開口率よりも大きく設定されている。従って、同一強度の光が入射した場合、主ホトダイオード領域３が先に飽和し、その後従ホトダイオード領域４が飽和する。
【００４１】
図１Ｂに示すようにインナレンズ１４が主ホトダイオード領域３に入射光を集光するので、主ホトダイオードの感度はさらに高く、従ホトダイオードの飽和光量は主ホトダイオード領域３の飽和光量よりも著しく大きくなる。１画素が１つのホトダイオードを有する場合の性能と比べ、性能を大幅に低下させないように、主ホトダイオード領域３はなるべく広い面積を有し、入射光の大部分を受光して高い感度を有することが望まれる。
【００４２】
従ホトダイオード領域４は、高照度の場合にダイナミックレンジを拡大する目的に用いられ、主として、主ホトダイオード領域３が飽和した後の画像情報を得るために用いられる。主ホトダイオードと較べれば、精度は低くてもよい。従ホトダイオード領域４の基板表面上の占有面積は、主ホトダイオード領域占有面積よりも小さく設定し、主ホトダイオードの性能が低下しすぎないようにする。
【００４３】
図４Ａに示すように、固体撮像装置の半導体チップ１に入射する光は撮像用レンズ３０を透過したものである。チップの中央においてはほぼ垂直な入射光を受けるが、チップの端部においては入射光が傾く。
【００４４】
図４Ｂで示すように、１画素内で主ホトダイオード領域３と従ホトダイオード領域４が配列される横方法をＸ−Ｘ方向とし、それに直交する方向をＹ−Ｙ方向とする。先ず、Ｙ−Ｙ方向について入射角の変化により焦合状況がどのように変化するかをシュミレーションで調べた。図４Ｃは、入射角度０度の場合のＹ−Ｙ方向断面図である。主ホトダイオード領域３のほぼ中央に入射光が照合している。
【００４５】
図４Ｄは、入射角度が７度の場合のシュミレーション結果を示す図である。入射角度が右方向に７度傾くと、焦合位置は主ホトダイオード領域３の中央から左方向に移動している。
【００４６】
図４Ｅは、入射角度を−７度とした場合のシュミレーション結果を示す。図３Ｄと反対に、主ホトダイオード領域３の右側に焦合位置が移動している。いずれの場合にも、主ホトダイオード領域３の中央部に光が焦合しているため、ほぼ均一な特性が期待される。
【００４７】
図５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、Ｘ−Ｘ方向の光の焦合状態を示す。この断面図においては、従ホトダイオード領域４も現れる。主ホトダイオード領域３における焦合位置の変化は、図４Ｃ、４Ｄ、４Ｅと同様であり、いずれも主ホトダイオード領域３の中央部上に照合している。これに対して従ホトダイオード領域４は、垂直方向及び入射角度−７度では入射光があるが、入射角度７度の場合には入射光はずべて従ホトダイオード領域４から外れ入射光が無くなってしまう。
【００４８】
各画素において、光の入射角度は一定である。従って、従ホトダイオードに確実に光を入射させるためには、画素の位置に応じて少なくともホトダイオード領域の位置を調整することが望まれる。
【００４９】
図５Ｄは、このようなシェーディング調整を行う画素の移動方向を概略的に示す。受光部中心から外側に向うにつれ、半径方向に画素構造を変位させることによりシェーディングを防止することが可能である。
【００５０】
図６Ａは、本発明の第２の実施例による画素構造を示す概略平面図である。半導体基板表面の各画素において、中央に主ホトダイオード領域３を配置し、その左右に従ホトダイオード領域４を配置する。主ホトダイオード領域３に対し、従ホトダイオード領域は対称的に配置することが好ましい。このような構成とすると、両側の従ホトダイオード領域４が互いに補完的な役割を果たす。
【００５１】
図６Ｂは、Ｘ−Ｘ断面での光の進行方向を示す。インナレンズを透過した光は主ホトダイオード領域３に入射するが、その外側の光は従ホトダイオード領域４に入射している。
【００５２】
図６Ｃは、Ｙ−Ｙ方向の光の焦合状態を示す。オンチップマイクロレンズ１６を透過し、インナレンズ１４を透過した光は主ホトダイオード領域３の中央部に照合している。その外側の光は、インナレンズ１４を透過しないが、主ホトダイオード領域３の中に照射されている。
【００５３】
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、Ｘ−Ｘ方向の断面図を示し、入射角度が振れた場合を示している。図７Ａ、７Ｂ、７Ｃはそれぞれ入射角度０度、７度、−７度の場合を示している。入射角度が傾くと、インナレンズ外側の光の一方は従ホトダイオードに入射しなくなるが、他方の光は依然入射する。従って、従ホトダイオードに入射する光が無くなってしまうことが防止できる。もちろん、従ホトダイオードが２つ以上の領域を含む場合にさらにシェーディング防止のための位置ずらしを行ってもよい。
【００５４】
図８Ａ、８Ｂは、上述の実施例の変形例を示す。図８Ａにおいて、従ホトダイオード領域４は、主ホトダイオード領域３を挟んで実質的に対称な領域を有すると共に、これらの領域を接続する接続領域も含む。なお、実質的に対称とは、光電変換機能に着目した時対称な配置と同等の機能を示す配置を含む概念である。従ホトダイオード領域４に蓄積された電荷は、図で示すように右上のチャネルに転送され、主ホトダイオード領域３に蓄積された電荷は、右下の方向に転送される。従ホトダイオード領域４は、開口１８の上下端部においてわずかに入射光に露出するのみである。
【００５５】
図８Ｂは、ＣＣＤ型固体撮像装置ではなく、ＭＯＳ型固体撮像装置の場合を示す。各画素の主ホトダイオード領域３及び従ホトダイオード領域４にそれぞれＭＯＳ型電荷検出回路Ｑ１、Ｑ２が接続されている。ＭＯＳ型電荷検出回路Ｑ１，Ｑ２の出力はスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して出力信号配線（画像信号転送部）ＴＲに供給される。電荷読出し機構が異なるが、入射光を受光し、光電変換する機能に関しては、上述の実施例同様である。
【００５６】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
デジタルカメラ、携帯端末等に用いられる固体撮像装置に広く利用できる。特に、ダイナミックレンジの広い固体撮像装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例による固体撮像装置の構成を概略的に示す断面図及び一部平面図である。
【図２】固体撮像装置の全体構成を示す平面図である。
【図３】固体撮像装置の他の形態を示す部分平面図である。
【図４】図１に示す固体撮像装置の機能を説明するための断面図及び平面図である。
【図５】図１Ａに示す固体撮像装置の機能を説明するための断面図及びシェーディング防止を説明するための概略平面図である。
【図６】本発明の第２の実施例による固体撮像装置を示す概略平面図及び機能説明断面図である。
【図７】第２の実施例の機能を説明する概略断面図である。
【図８】上述の実施例の変形例を示す概略平面図である。
【図９】従来技術の例を示す断面図及び平面図である。
【図１０】本出願人の提案した先の出願の内容を概略的に示す平面図及び断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  ｎ型基板
２  ｐ型ウエル
３  高感度ホトダイオード領域（ｎ型領域）
４  低感度ホトダイオード領域（ｎ型領域）
５  ホトダイオード領域間素子分離領域（ｐ型領域）
６  ホトダイオード埋込ｐ＋型領域
７  素子分離領域（ｐ型領域）
８  垂直ＣＣＤチャネル領域
９  ゲート絶縁膜（ＯＮＯ膜）
１０、１１  転送電極
１２  遮光膜
１３  平坦化膜
１４  インナレンズ
１５  カラーフィルタ
１６  オンチップマイクロレンズ
１８  開口
２１  ＨＣＣＤ
２２  出力回路
３０  撮像レンズ
Ｑ１、Ｑ２  電荷検出回路
【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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