(57)【要約】【課題】固体撮像素子の周辺部画素の感度低下とスミア増加を抑制する。【解決手段】半導体基板の受光領域に複数の受光部１２が２次元アレイ状に配列形成されると共に各受光部１２の上にトップマイクロレンズ１９が各受光部１２対応に積層される固体撮像素子において、受光領域の中央部に設けられるトップマイクロレンズ１９の厚さに対して受光領域の周辺部に設けられるトップマイクロレンズ１９の厚さを薄くする。これにより、周辺部画素における集光点の前ピンが抑制され、周辺部画素の感度低下とスミア増大が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の受光領域に複数の受光部が２次元アレイ状に配列形成されると共に各受光部の上にトップマイクロレンズが各受光部対応に積層される固体撮像素子において、前記受光領域の中央部に設けられる前記トップマイクロレンズの厚さに対して前記受光領域の周辺部に設けられる前記トップマイクロレンズの厚さを薄くしたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記周辺部の前記トップマイクロレンズが前記中央部の方向に偏奇して設けられることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＭＯＳ型イメージセンサやＣＣＤ型イメージセンサ等の固体撮像素子に係り、特に、中央部の画素に対する周辺部の画素の感度低下やスミア増大を抑制した固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子、例えばＣＣＤ型固体撮像素子は、図３に示すように、半導体基板１の受光領域表面部に複数のフォトダイオード（受光部：画素）２を備える。各フォトダイオード２は二次元アレイ状に配列形成され、各フォトダイオード２の上にカラーフィルタ層やマイクロレンズ層が積層される。
【０００３】
斯かる固体撮像素子に撮影レンズを通して光が入射すると、入射光は、素子中央部の画素（フォトダイオード）２ａには真っ直ぐ入るが、素子周辺部の画素２ｂには斜めに入ることになる。このため、従来から、下記特許文献１記載の様に、周辺部の画素ほど、マイクロレンズの積層位置を、素子中央方向に偏奇させて設け、素子周辺部の画素の感度低下を抑制する様にしている。これを図４（ａ）（ｂ）で説明する。
【０００４】
図４（ａ）は、中央部画素２ａの断面模式図であり、図４（ｂ）は、周辺部画素２ｂの断面模式図である。ｐ型半導体基板１またはｎ型半導体基板表面部に形成されたｐウェル層１には、ｎ領域６が設けられることでフォトダイオードが形成される。半導体基板の表面上には遮光膜７が積層される。この遮光膜７には、各フォトダイオード受光面位置に受光窓７ａが開口されている。遮光膜７の上には、平坦化層やカラーフィルタ層等の光学層８が積層され、その上に、フォトダイオード対応のトップマイクロレンズ９が積層される。
【０００５】
トップマイクロレンズ９は、中央部画素２ａでは、図４（ａ）に示されるように、受光窓７ａの中心軸に対してトップマイクロレンズ９の中心軸が一致する様に設けられるが、周辺部画素２ｂでは、図４（ｂ）に示されるように、受光窓７ａの中心軸Ｘに対してトップマイクロレンズ９の中心軸Ｙが矢印Ｚに示す様に、中央方向に偏奇して設けられる。
【０００６】
これにより、周辺部画素２ｂに斜めから入射する入射光は、受光窓７ａより手前位置でピントが合う状態（前ピン状態）となるが、大部分が受光窓７ａ内に入り、周辺部画素２ｂの感度低下が抑制される。
【０００７】
【特許文献１】特開平１―２１３０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年の固体撮像素子は、半導体集積回路製造技術の進歩により数百万画素以上を搭載するのが普通になってきており、受光窓７ａの開口寸法は小さくなる一方である。これに対し、光学層８の厚さを薄くする技術は遅々として進まない。
【０００９】
このため、トップマイクロレンズ９の斜め入射光による集光点が前ピンになると、入射光はフォトダイオード受光面に達する位置で広がり、遮光膜７に阻止されてフォトダイオード受光面に入る光量が低下してしまう。また、斜め入射光が遮光膜７とその下地の半導体基板表面との間に入り込む光量も増えてしまう。この結果、固体撮像素子の周辺部の感度が低下し、またスミアも増大してしまう。
【００１０】
本発明の目的は、周辺部画素においても感度低下やスミア増大を抑制することができる固体撮像素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板の受光領域に複数の受光部が２次元アレイ状に配列形成されると共に各受光部の上にトップマイクロレンズが各受光部対応に積層される固体撮像素子において、前記受光領域の中央部に設けられる前記トップマイクロレンズの厚さに対して前記受光領域の周辺部に設けられる前記トップマイクロレンズの厚さを薄くしたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の固体撮像素子は、前記周辺部の前記トップマイクロレンズが前記中央部の方向に偏奇して設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、受光領域周辺部のトップマイクロレンズによる集光点が受光部より前ピンになるのを抑制することができ、感度低下やスミア増大を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の中央部画素の断面模式図であり、図１（ｂ）はその周辺部画素の断面模式図である。この実施形態の固体撮像素子は、ＣＣＤ型であるが、ＣＭＯＳ型その他の固体撮像素子にも本発明を適用可能である。
【００１６】
図１において、ｐ型半導体基板１１またはｎ型半導体基板表面部に形成されたｐウェル層１１には、ｎ領域１２が設けられることでフォトダイオード（受光部）が形成される。
【００１７】
ｎ領域１２の表面には暗電流抑制用の高濃度不純物拡散層（ｐ＋拡散層）１３が形成される。また、ｎ領域１２の両脇には、垂直転送路（ＶＣＣＤ）の埋め込みチャネル（図示せず）が形成される。
【００１８】
半導体基板の最表面はゲート絶縁層１４で覆われ、その上に、金属製遮光膜１５が積層される。遮光膜１５はｎ領域１２上に受光窓１５ａが開口され、遮光膜１５に覆われる位置に垂直転送路の転送電極１６が設けられる。
【００１９】
遮光膜１５の上には、平坦化層やカラーフィルタ層等の光学層１８が積層され、その上に、フォトダイオード対応のトップマイクロレンズ１９が積層される。
【００２０】
このトップマイクロレンズ１９は、中央部画素では、図１（ａ）に示されるように、受光窓７ａの中心軸に対してトップマイクロレンズ９の中心軸が一致する様に、且つ所定高さ（厚さ）に設けられる。
【００２１】
これに対し、周辺部画素では、図１（ｂ）に示されるように、受光窓１５ａの中心軸Ｘに対してトップマイクロレンズ１９の中心軸Ｙが矢印Ｚに示す様に中央方向に偏奇して設けられ、且つ周辺部画素のマイクロレンズ１９の高さ（厚さ）は、中央部画素のトップマイクロレンズより厚さｔだけ薄く形成される。尚、中央部と周辺部の各トップマイクロレンズ１９の底面積は同一となるように製造される。
【００２２】
この様に、周辺部画素のトップマイクロレンズ１９の厚さを中央部画素より薄く製造することで、斜め入射光の集光点位置はフォトダイオード受光面上且つ受光窓１５ａ内になる。このため、周辺部画素の受光感度の低下が抑制されると共に、斜め入射光が遮光膜１５と半導体基板表面（ｐ＋拡散層１３）との間の隙間に入り込む光量が減り、周辺部画素のスミアも抑制される。
【００２３】
図２は、図１（ａ）（ｂ）に示す高さの異なるトップマイクロレンズの製造工程の一例を説明する図である。先ず、光学層１８まで製造された固体撮像素子の表面に、トップマイクロレンズを形成するレンズ材料（例えばレジスト）層２１を所定厚さに形成する。
【００２４】
次に、このレンズ材料層２１をパターニングし、各画素対応のマイクロレンズ形成位置に同一径の円柱部２２を残す。勿論、この円柱部２２は、中央部画素ではｎ領域１２の直上に、周辺部画素ではｎ領域１２の直上から中央方向に偏奇させた位置に形成する。
【００２５】
次に、周辺部画素位置における円柱部２２の表面をエッチング等で削り、その高さを低くする。そして、所定温度で熱リフロー処理すると、円柱部２２が溶けて角部が丸まり、上凸形状のトップマイクロレンズ１９が形成される。
【００２６】
以上により、周辺部画素のトップマイクロレンズ１９の厚さを、中央部画素のトップマイクロレンズより薄く製造することができる。
【００２７】
尚、周辺部画素位置の円柱部２２の表面を削るのではなく、中央部画素位置の円柱部２２の上に同一材料層を積層して円柱部２２の高さを高くすることで、高さの異なるトップマイクロレンズを形成することも可能である。
【００２８】
中央部画素のトップマイクロレンズの厚さに対し、周辺部画素のトップマイクロレンズの厚さを、周辺部に行くに従って徐々に薄くするのが好ましいが、そうすると、製造工程数（上述した円柱部２２表面を削る工程数）が多くなってしまう。そこで、固体撮像素子の受光領域を、中央部領域と周辺部領域の２つの領域あるいはそれ以上の領域に分け、夫々の領域内でのトップマイクロレンズの厚さを同一とすることでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係る固体撮像素子は、周辺部における受光感度の低下を抑制できまたスミアも抑制できるため、デジタルカメラ等に搭載する固体撮像素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の中央部画素（ａ）と周辺部画素（ｂ）の断面模式図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子におけるトップマイクロレンズの製造工程説明図である。
【図３】固体撮像素子の一例であるＣＣＤ型イメージセンサの表面模式図である。
【図４】図３に示す固体撮像素子の中央部画素（ａ）と周辺部画素（ｂ）の断面模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  ｐウェル層
１２  ｎ領域
１５  遮光膜
１５ａ  受光窓
１８  光学層
１９  トップマイクロレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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