(57)【要約】【課題】画素領域の部位によって光の感度にばらつきが生じることを防止することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】複数の光電変換部３０と、複数の光電変換部３０で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部４０と、画素領域Ｔの表面において、複数の光電変換部３０上にそれぞれ形成されたマイクロレンズ６０と、マイクロレンズ６０に入射した光を集光して複数の光電変換部３０に導く層内レンズ２０とを備え、層内レンズ２０が、複数の光電変換部３０のそれぞれの上部に形成されたレンズ凸部２１を有し、レンズ凸部２１が画素領域Ｔの中央部Ｏから周辺部に近いほど、大きいレンズ径となるように形成されている。【選択図】図１
2007189021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、
前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、
画素領域の表面において、前記複数の光電変換部上に形成されたマイクロレンズと、
前記マイクロレンズに入射した光を集光して前記光電変換部に導く層内レンズとを備えた固体撮像素子であって、
前記層内レンズが、前記光電変換部の上部に形成されたレンズ凸部を有し、前記レンズ凸部が前記画素領域の中央部から周辺部に近いほど、大きいレンズ径となるように形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
光電変換部と、
前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、
画素領域の表面において、前記光電変換部上に形成されたマイクロレンズと、
前記マイクロレンズに入射した光を集光して前記光電変換部に導く層内レンズとを備えた固体撮像素子の製造方法であって、
前記層内レンズに、前記光電変換部の上部にレンズ凸部を形成し、前記レンズ凸部が前記画素領域の中央部から周辺部に近いほど、大きいレンズ径となるように形成する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、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子では、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。
従来の固体撮像素子の構造の一例を図５に示す。図５に示すように、従来の固体撮像素子１は、基板２上に光電変換部を構成するフォトダイオード部３が形成され、該フォトダイオード部３の上方に平坦化層が形成され、また、フォトダイオード部３上にパッシベーション膜を兼ねた層内レンズ４が形成された構造が知られている。さらに、固体撮像素子１は、層内レンズ４の上層に平坦化膜、カラーフィルタ７、平坦化膜８、オンチップのマイクロレンズ６とを順次形成されている。固体撮像素子１は、マイクロレンズ６に入射した光Ｌがカラーフィルタ７を透過し、層内レンズ４のレンズ凸部５に集光されるとともにフォトダイオード部３に受光されることで、フォトダイオード部３において電荷信号に変換される構造である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、固体撮像素子１は、画像領域の中央部とその周辺部とでは入射する光の入射角が異なる。すると、画像領域の周辺部では、マイクロレンズ６に入射する光の入射角度が垂直方向に対して傾斜する角度が大きくなるため、マイクロレンズ６から入射した光が層内レンズ４のレンズ凸部５に適正に導くことができなくなり、フォトダイオード部３に入り込む光量が異なることによって、画像領域の中央部と周辺部とでは感度にばらつきが生じて不均一となり、画質の低下を引き起こす要因となっていた。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、画素領域の部位によって光の感度にばらつきが生じることを防止することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の上記目的は、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、画素領域の表面において、前記複数の光電変換部上に形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズに入射した光を集光して前記光電変換部に導く層内レンズとを備えた固体撮像素子であって、
前記層内レンズが、前記光電変換部の上部に形成されたレンズ凸部を有し、前記レンズ凸部が前記画素領域の中央部から周辺部に近いほど、大きいレンズ径となるように形成されていることを特徴とする固体撮像素子によって達成される。
【０００６】
また、本発明の上記目的は、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、画素領域の表面において、前記光電変換部上に形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズに入射した光を集光して前記光電変換部に導く層内レンズとを備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記層内レンズに、前記光電変換部の上部にレンズ凸部を形成し、前記レンズ凸部が前記画素領域の中央部から周辺部に近いほど、大きいレンズ径となるように形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法によって達成される。
【０００７】
本発明は、層内レンズのレンズ凸部が、固体撮像素子の画素領域の中央部から周辺部に近いほど大きいレンズ径となるように形成されている。すると、画素領域の周辺部において、マイクロレンズに入射した光が、レンズ径を大きくしたことにより、より確実に層内レンズのレンズ凸部に集光されるようになる。このため、画素領域の周辺部における光の入射角度が中央部における入射角度に比べて撮像領域の面の垂直方向に対して大きく傾斜する角度となっても、画素領域の周辺部における光電変換部に入射する光と、画素領域の中央部における光電変換部に入射する光との光量に差が生じることを防止できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、画素領域の部位によって光の感度にばらつきが生じることを防止することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明にかかるレンズ及びそのレンズの製造方法の実施形態について、図面を参照し、説明する。
図１は、本発明に係る固体撮像素子の断面図である。図２は、図１の固体撮像素子の平面図である。なお、図１は、図２のＡ−Ａ線を矢印方向の状態を示す断面図である。
【００１０】
本実施形態の固体撮像素子１０は、図１に示すように、シリコン基板１１の表面にはｐウェル層１２が形成されている。ｐウェル層１２内に、ｐ領域３０ａとｎ領域３０ｂとが形成され、これらがｐｎ接合を形成している。ｐ領域３０ａとｎ領域３０ｂとが、光電変換部として機能するフォトダイオード３０を構成している。このフォトダイオード３０で発生した信号電荷は、ｎ領域３０ｂに蓄積される。
【００１１】
フォトダイオード３０の右方には、少し離間してｎ領域からなる電荷転送チャネル３３が形成される。ｎ領域３０ｂと電荷転送チャネル３３の間のｐウェル層１２に電荷読み出し領域３４が形成され、電荷転送部４０を構成している。
【００１２】
電荷転送部４０は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板１１表面部の列方向に並べて形成された複数本の電荷転送チャネル３３と、電荷転送チャネル３３の上層に形成された電荷転送電極１４と、フォトダイオード３０で発生した電荷を電荷転送チャネル３３に読み出すための電荷読み出し領域３４とを含む。
【００１３】
シリコン基板１１表面にはゲート酸化膜１３が形成されている。ゲート酸化膜１３は、図示しないが、ボトム酸化膜１３ａと、窒化シリコン膜１３ｂと、電荷転送電極１４の下層のみに形成された酸化シリコン膜１３ｃとの３層からなる多層構造膜（いわゆる、ＯＮＯ膜）である。
【００１４】
電荷読み出し領域３４と電荷転送チャネル３３の上には、ゲート酸化膜１３を介して電荷転送電極１４が形成される。なお、電荷転送電極１４は、第１の電極１４ａと第２の電極１４ｂとからなる単層電極構造を有している。第１の電極１４ａと第２の電極１４ｂとの間には酸化シリコン膜などからなる電極間絶縁膜１６が形成されている。
【００１５】
垂直転送チャネル３３の右側にはｐ＋領域からなるチャネルストップ３２が設けられ、隣接するフォトダイオード３０との分離がなされている。
【００１６】
電荷転送電極１３の上層には酸化シリコン膜などで構成された絶縁膜１５が形成されている。なお、絶縁膜１５の上層には、窒化シリコン膜などからなる反射防止膜が形成されている。
【００１７】
反射防止膜の上層に、フォトダイオード３０上に開口を有し、タングステン膜からなる遮光膜１７が形成される。
【００１８】
遮光膜１７の上層には、中間層として、ＢＰＳＧ（borophospho  silicate  glass）からなる平坦化膜７２と、Ｐ−ＳｉＮからなる絶縁膜であって、いわゆるパッシベーション膜を兼ねた層内レンズ２０と、透明樹脂等からなる下側平坦化膜７４とが形成されている。また、中間層は、下側平坦化膜７４の上層に形成されたカラーフィルタ５０と、カラーフィルタ５０上に形成された、絶縁性の透明樹脂等からなる上側平坦化膜６１とを有している。カラーフィルタ５０は緑色フィルタ領域と、青色フィルタ領域と、赤色フィルタ領域とを備えている。また、カラーフィルタには、図示しないフィルタ分離領域が形成されていてもよい。
【００１９】
中間層の上側表面には、マイクロレンズ６０が設けられる。
【００２０】
固体撮像素子１０は、フォトダイオード３０で発生した信号電荷がｎ領域３０ｂに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル３３によって列方向（図２のＸ方向）に転送され、転送された信号電荷が図示しない水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）によって行方向（図２のＹ方向）に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力されるように構成されている。すなわち、固体撮像素子１０は、画素領域である固体撮像素子部と、周辺回路（ＰＡＤ部等）が形成される領域である周辺回路部とが形成された構成である。
【００２１】
層内レンズ２０は、フォトダイオード３０のそれぞれの上部に、上方に向って突出する湾曲面が形成されたレンズ凸部２１を有している。
【００２２】
図３は、本実施形態の固体撮像素子の全体を平面視した状態を示している。固体撮像素子１０は、概略的には、周囲に周辺回路部が形成され、該周辺回路部の内側に画素領域Ｔが形成されている。なお、図３において、撮像領域Ｔの縦方向寸法の中心線と、横方向寸法の中心線とをそれぞれ破線で示し、これら中心線同士が交わる位置を画素領域Ｔの中央部Ｏとしている。
【００２３】
固体撮像素子１０は、層内レンズ２０のレンズ凸部２１が、画素領域Ｔの中央部Ｏから周辺部（画素領域Ｔの周縁部分）に近くなるほど大きいレンズ径となるように形成されている。
【００２４】
図４は、画素領域において位置の異なる層内レンズの凸部同士の寸法を示す図である。図４（ａ）に示すように、層内レンズ２０には、画素領域Ｔの中央部Ｏに近い順に、レンズ凸部２１ａ，レンズ凸部２１ｂ，レンズ凸部２１ｃが形成されている。層内レンズ２０において、レンズ凸部２１ｂは、そのレンズ径Ｄ２が、中央部Ｏに最も近い位置に形成されたレンズ凸部２１ａのレンズ径Ｄ１に比べ大きくなるように形成されている。また、凸部２１ｃは、そのレンズ径Ｄ３が、中央部Ｏのレンズ凸部２１ａと、レンズ凸部２１ｂとのそれぞれのレンズ径Ｄ１，Ｄ２よりも大きくなるように形成されている。
【００２５】
固体撮像素子１０は、層内レンズ２０のレンズ凸部が中央部Ｏから放射方向の外側に向って徐々に大きくなる構成としてもよく、中央部Ｏから所定の距離ごとに段階的に大きくなるように構成されていてもよい。
【００２６】
固体撮像素子１０は、層内レンズ２０のレンズ凸部２１が、固体撮像素子１０の画素領域Ｔの中央部Ｏから周辺部に近いほど大きいレンズ径となるように形成されている。すると、画素領域Ｔの周辺部において、マイクロレンズ６０に入射した光が、レンズ径を大きくしたことにより、より確実に層内レンズ２０のレンズ凸部２１に集光されるようになる。このため、画素領域Ｔの周辺部における光の入射角度が中央部における入射角度に比べて撮像領域の面の垂直方向に対して大きく傾斜する角度となっても、画素領域Ｔの周辺部における光電変換部（フォトダイオード）３０に入射する光と、画素領域Ｔの中央部における光電変換部３０に入射する光との光量に差が生じることを防止できる。したがって、本発明の固体撮像素子１０によれば、画素領域Ｔの部位によって光の感度にばらつきが生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る固体撮像素子の断面図である。
【図２】図１の固体撮像素子の平面図である。
【図３】固体撮像素子の全体を平面視した状態を示している。
【図４】画素領域において位置の異なる層内レンズの凸部同士の寸法を示す図である。
【図５】従来の固体撮像素子の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    固体撮像素子
１４    電荷転送電極
２０    層内レンズ
２１    レンズ凸部
３０    光電変換部
４０    電荷転送部
６０    マイクロレンズ
Ｔ    画素領域
【図１】
2007189021.tif 000003
【図２】
2007189021.tif 000004
【図３】
2007189021.tif 000005
【図４】
2007189021.tif 000006
【図５】
2007189021.tif 000007