(57)【要約】【課題】  色シェーディングの発生を抑えることが可能な固体撮像素子を提供する。【解決手段】  固体撮像素子１００は、半導体基板上に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換領域を含み、複数の光電変換領域の上方に当該複数の光電変換領域の各々に対応して１つずつ形成されたＲＧＢのカラーフィルタ１０７〜１０９と、カラーフィルタ１０７〜１０９の隣接する２つのカラーフィルタ同士の間に形成された当該２つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つ混色カラーフィルタ１１０〜１１２とを備える。【選択図】  図１
2005159016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換領域を含む固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換領域の上方に前記複数の光電変換領域の各々に対応して１つずつ形成された少なくとも３色のカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの隣接する２つのカラーフィルタ同士の間に形成された当該２つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つカラーフィルタとを備える固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記２つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つカラーフィルタは、前記複数の光電変換領域が配設される領域の周辺部にのみ形成されたものである固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記２つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つカラーフィルタの前記２つのカラーフィルタの配列方向の長さが、前記複数の光電変換領域が配設される領域の中心部から周辺部に向かうほど長くなっているものである固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換領域を含む固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の固体撮像素子は高精細化されてきている。この高精細化に伴う感度の低下を防ぐ為に、半導体基板上の複数の光電変換領域に対応して設けられるマイクロレンズやカラーフィルタ同士の配置間隔を極力狭くすることが必須となっている。このような固体撮像素子では、マイクロレンズの境界の部分に入射される光までをも有効利用しようとするが、マイクロレンズやカラーフィルタ同士の配置間隔が狭いために、マイクロレンズの境界とカラーフィルタの境界との位置のわずかなずれが混色を生み出し、色シェーディング（色ムラ）の原因となってしまう。以下、この色シェーディングについて図面を用いて説明する。
【０００３】
図３は、マイクロレンズ及びカラーフィルタ同士を接触させて配置した固体撮像素子の概略断面を示す図である。（ａ）はマイクロレンズの配置位置にずれが生じていないものを示し、（ｂ）はマイクロレンズの配置位置にずれが生じたものを示している。この固体撮像素子は、複数のフォトダイオードが半導体基板上にマトリクス状に配置されたものである。
【０００４】
図３（ａ）に示すように、固体撮像素子の上方から斜めに入射してくる光ｄは、マイクロレンズ３０１に入射し、緑のカラーフィルタ３０２のみを通過して、フォトダイオード３０３に入射し、ここで変換された信号電荷が垂直転送部３０４により転送される。
【０００５】
一方、図３（ｂ）では、マイクロレンズ３０１及び３０５の配置位置にずれが生じているため、マイクロレンズ３０１とマイクロレンズ３０５との境界付近に斜めに入射してくる光ｅは、マイクロレンズ３０１に入射した後、一旦、赤のカラーフィルタ３０６を通過し、その後、緑のカラーフィルタ３０２を通過して、フォトダイオード３０３に入射する。したがって、フォトダイオード３０３は、光ｅについて、赤のカラーフィルタ３０６の分光特性と、緑のカラーフィルタ３０２の分光特性との共通部分の波長にしか感光しない。このように、マイクロレンズ３０１及び３０５の配置位置にずれが生じると、図３の固体撮像素子では色シェーディングが発生してしまう。
【０００６】
色シェーディングは、マイクロレンズ３０１及び３０５がなくても発生しうる。例えば、図３（ｂ）において、点線で示した光ｆについては、マイクロレンズ３０１及び３０５がない場合、光ｅと同様に、一旦、赤のカラーフィルタ３０６を通過し、その後、緑のカラーフィルタ３０２に入射して、フォトダイオード３０３に入射する。このため、上記同様、色シェーディングは発生してしまう。
【０００７】
この色シェーディングを低減するための技術として特許文献１に記載された固体撮像素子がある。
この固体撮像素子は、半導体基板上に複数の受光部がマトリクス状に配置され、複数の受光部の上に各受光部に対応するカラーフィルタ及びマイクロレンズが形成されたものであり、受光部に対応するカラーフィルタ及びマイクロレンズの配置位置を、複数の受光部が配置される領域の中心部から周辺部に向かうにつれて、除々にずらしていく構成をとっている。特許文献１記載の固体撮像素子では、周辺部における、受光部、カラーフィルタ、及びマイクロレンズのそれぞれの配置位置を精度良く決めておくことで、色シェーディングの発生を抑制している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１６０９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１記載の固体撮像素子では、受光部、マイクロレンズ、及びカラーフィルタを高精度に位置決めする必要があり、製造が容易ではない。又、受光部、マイクロレンズ、及びカラーフィルタの位置にずれが生じると、色シェーディングが発生してしまう。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、色シェーディングの発生を抑えることが可能な固体撮像素子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】
【００１１】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換領域を含む固体撮像素子であって、前記複数の光電変換領域の上方に前記複数の光電変換領域の各々に対応して１つずつ形成された少なくとも３色のカラーフィルタと、前記カラーフィルタの隣接する２つのカラーフィルタ同士の間に形成された当該２つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つカラーフィルタとを備える。
【００１２】
この構成により、複数の光電変換領域の上方に複数の光電変換領域の各々に対応して１つずつ形成された少なくとも３色のカラーフィルタの隣接する２つのカラーフィルタ同士の間に、当該２つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つカラーフィルタが形成されているため、各光電変換領域に斜め方向から入射してくる光の出力落ちを防ぐことができ、色シェーディングの発生を抑制することができる。
【００１３】
又、本発明の固体撮像素子は、前記２つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つカラーフィルタは、前記複数の光電変換領域が配設される領域の周辺部にのみ形成されたものである。
【００１４】
又、本発明の固体撮像素子は、前記２つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つカラーフィルタの前記２つのカラーフィルタの配列方向の長さが、前記複数の光電変換領域が配設される領域の中心部から周辺部に向かうほど長くなっているものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、色シェーディングの発生を抑えることが可能な固体撮像素子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】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
固体撮像素子１００は、例えば、特開平１０−１３６３９１号公報に記載されている構成と同様であり、半導体基板１１６上に行方向（図中矢印Ｘで示す方向）とこれに直交する列方向（図中矢印Ｙで示す方向）とに配設された複数の光電変換領域１０１〜１０３（符号は一部のみに付す）を含む。複数の光電変換領域１０１〜１０３は、例えばフォトダイオードである。固体撮像素子１００はＣＣＤであるが、ＭＯＳ型のものであっても良い。
【００１７】
複数の光電変換領域１０１〜１０３の内の奇数列のものは、偶数列のものに対して複数の光電変換領域１０１〜１０３同士の列方向ピッチの略1／２だけ列方向にずれており、又、奇数行のものは、偶数行のものに対して複数の光電変換領域１０１〜１０３同士の行方向ピッチの略１／２だけ行方向にずれて配置される、いわゆるハニカム配列となっている。又、複数の光電変換領域１０１〜１０３からそれぞれ読み出される信号電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部１０４〜１０６が、列方向の各光電変換領域１０１〜１０３を避けるように蛇行配置されている。
【００１８】
複数の光電変換領域１０１〜１０３の各々の形状は八角形であり、複数の光電変換領域１０１〜１０３の上方には、複数の光電変換領域１０１〜１０３の各々に対応してＲＧＢ３色の複数のカラーフィルタ１０７〜１０９（符号は一部のみに付す）が形成されている。尚、このカラーフィルタは、３色に限らず、４色以上であっても良い。図１（ａ）では、複数のカラーフィルタ１０７〜１０９の各々に、その色を示す文字（Ｒ＝赤、Ｇ＝緑、Ｂ＝青）を記してある。
【００１９】
複数のカラーフィルタ１０７〜１０９は、公知の配列方式で配列されている。複数のカラーフィルタ１０７〜１０９の隣接する２つのカラーフィルタ同士の間には、当該２つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つ複数の混色カラーフィルタ１１０〜１１２（符号は一部のみに付す）が形成されている。複数の混色カラーフィルタ１１０〜１１２は、複数のカラーフィルタ１０７〜１０９と同一平面上に形成され、その厚さも複数のカラーフィルタ１０７〜１０９と同一になっている。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、隣接するＲのカラーフィルタとＧのカラーフィルタとの間には、イエロー（Ｙ）のカラーフィルタが形成され、隣接するＢのカラーフィルタとＧのカラーフィルタとの間には、シアン（Ｃ）のカラーフィルタが形成されている。本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、複数のカラーフィルタ１０７〜１０９の隣接する２つのカラーフィルタ（Ｒのカラーフィルタ１０７、Ｇのカラーフィルタ１０８）と、当該２つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つ混色カラーフィルタ１１０との間に隙間は無いが、隙間を設けても良い。
【００２１】
複数のカラーフィルタ１０７〜１０９の上方には、それぞれマイクロレンズ１１３〜１１５（符号は一部のみに付す）が形成されている。複数の光電変換領域１０１〜１０３の各々の中心と、複数のカラーフィルタ１０７〜１０９の各々の中心と、マイクロレンズ１１３〜１１５の各々の中心とは、それぞれ一致するように設計されている。
【００２２】
以下、固体撮像素子１００に入射する光の様子について説明する。
図１（ｂ）に示すように、固体撮像素子１００の上方から垂直に入射してくる光ａ及び斜めに入射してくる光ｂは、マイクロレンズ１１４に入射し、Ｇのカラーフィルタ１０８のみを通過して、光電変換領域１０２に入射し、ここで変換された信号電荷が垂直転送部１０５により転送される。このように、マイクロレンズ１１３〜１１５及びカラーフィルタ１０７〜１０９が設計値通りに配置されているため、固体撮像素子１００において色シェーディングはほとんど発生しない。
【００２３】
ここで、図１の固体撮像素子１００の複数のマイクロレンズ１１３〜１１５の配置位置に設計値からのずれがあった場合に、固体撮像素子１００に入射する光の様子について説明する。
図２は、図１（ｂ）において、複数のマイクロレンズ１１３〜１１５の配置位置に設計値からのずれがあった場合に、その固体撮像素子に入射する光の様子を示す図である。
同図に示すように、マイクロレンズ１１３〜１１５の配置位置にずれが生じているため、マイクロレンズ１１３とマイクロレンズ１１４との境界付近に斜めに入射してくる光ｃは、マイクロレンズ１１４に入射した後、一旦、Ｙの混色カラーフィルタ１１０を通過し、その後、Ｇのカラーフィルタ１０８を通過して、光電変換領域１０２に入射する。こののように、光電変換領域１０２は、光ｃについて、Ｙの混色カラーフィルタ１１０の分光特性と、Ｇのカラーフィルタ１０８の分光特性との共通部分の波長に感光する。したがって、マイクロレンズ１１３〜１１５の配置位置にずれが生じている場合でも、色シェーディングは発生しない。
【００２４】
以上のように固体撮像素子１００によれば、隣接するカラーフィルタ１０７と１０８との間に、カラーフィルタ１０７と１０８の各々の分光特性をあわせ持つ混色カラーフィルタ１１０が形成されている。このため、複数のマイクロレンズ１１３〜１１５の配置位置にずれが生じている場合でも、固体撮像素子１００の上方から斜めに入射してくる光、特にマイクロレンズ１１３〜１１５同士の隙間に入射してくる光の出力落ちを防ぐことができる。したがって、固体撮像素子１００の色シェーディングの発生を抑制することができる。
【００２５】
又、混色カラーフィルタ１１０〜１１２を特許文献１記載のような構成の固体撮像素子に設けることで、マイクロレンズ及びカラーフィルタの配置位置に多少のずれが生じていても、隣接するカラーフィルタ同士の間に形成されるカラーフィルタにより、そのずれによる色シェーディングの発生を抑えることができるため、ある程度の製造誤差を許容することができる。
【００２６】
尚、上記では、複数の光電変換領域１０１〜１０３の配列がハニカム配列となっているが、正方格子配列等のその他の配列方式を適用することも可能である。
【００２７】
又、複数の混色カラーフィルタ１１０〜１１２は、複数の光電変換領域１０１〜１０３の配設される半導体基板１１６上の領域のうち、固体撮像素子１００に入射する光の入射角が急になり、この結果、色シェーディングの発生する可能性が高くなる周辺部（図１（ａ）の点線で囲まれた部分）にある複数のカラーフィルタ１０７〜１０９同士の間にのみに設けるようにしても良い。
【００２８】
又、複数の混色カラーフィルタ１１０〜１１２の、その各々に隣接する２つのカラーフィルタの配列方向（図１（ｂ）の矢印Ｈで示す方向）の長さ（幅）を、複数の光電変換領域１０１〜１０３の配設される半導体基板１１６上の領域の中心部から周辺部に向かうにつれて長く（広く）することが望ましい。周辺部では、固体撮像素子１００に入射する光の入射角が急になるため、上記のように混色カラーフィルタの幅を中心部から周辺部にいくにしたがって広くすることで、色シェーディングの抑制力をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の複数のマイクロレンズの配置位置に設計値からのずれがあった場合に、この固体撮像素子に入射する光の様子を示す図
【図３】従来の固体撮像素子の概略断面を示す図
【符号の説明】
【００３０】
１００  固体撮像素子
１０１〜１０３  光電変換領域
１０７〜１０９  カラーフィルタ
１１０〜１１２  混色カラーフィルタ
【図１】
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【図２】
2005159016.tif 000004
【図３】
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