(57)【要約】【課題】フォトダイオードの位置が周期的に異なっている固体撮像装置において、受光感度や輝度シェーディング特性を向上させる。【解決手段】フォトダイオード１１の上方に配置されたマイクロレンズ１２を、その周縁部が隣接するマイクロレンズ１２と重なるように形成して、マイクロレンズ１２の位置を周期的に異ならせる。マイクロレンズ１２に入射された画像光は、フォトダイオード１１のほぼ同じ位置（例えば中央部）に入射させる。【選択図】図１
2007311413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置が周期的に異なるように配置された複数の受光部と、該複数の受光部の上方にそれぞれ対応するように配置された各マイクロレンズとを備えた固体撮像装置であって、
該各マイクロレンズに入射された光がそれぞれに対応する受光部上に、該各マイクロレンズのうちの互いに隣接するマイクロレンズの一部または全部が、互いのレンズ周端部を超えて接近する場合に、互いに重なるレンズ部分を切り取って隣接させたレンズ形状に形成されている固体撮像装置。
【請求項２】
前記互いに隣接するマイクロレンズは、該マイクロレンズの周縁部の少なくとも一部が隣接するマイクロレンズと重なって形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記互いに隣接するマイクロレンズは、前記重なったレンズ部分を切り取ったレンズ形状同士を接触させて配置されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記互いに隣接するマイクロレンズは、前記重なったレンズ部分を切り取ったレンズ形状同士を所定隙間分だけ離間させて配置されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記受光部の間隔に応じて前記マイクロレンズの位置が異なって配置されている請求項１のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれ周期的に異なるように２画素単位で周期的に配置されている請求項１または５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれ周期的に異なるようにＮ画素単位（Ｎは３以上の整数）で周期的に配置されている請求項１または５に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれマトリクス状に配列されており、行方向に２画素、列方向に２画素の４画素単位で周期的に配置されている請求項１または５に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれマトリクス状に配列されており、行方向にＩ画素（Ｉは２以上の整数）、列方向にＪ画素（Ｊは２以上の整数）のＫ画素単位（Ｋ＝Ｉ×Ｊ）で周期的に配置されている請求項１または５に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれ周期的に異なるように２画素単位で周期的に配置され、該２画素単位で隣接する二つの受光部の上方にそれぞれ対応するように配置された二つのマイクロレンズが重なるかまたは接触するように形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記受光部および前記マイクロレンズはそれぞれマトリクス状に配列されており、該マイクロレンズの位置が、行方向および列方向のいずれか一方に隣接する２画素単位で周期的に配置されている請求項１または１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれ周期的に異なるようにＮ画素単位（Ｎは３以上の整数）で周期的に配置され、該Ｎ画素単位（Ｎは３以上の整数）で隣接するＮ個の受光部の上方にそれぞれ対応するように配置されたＮ個のマイクロレンズが重なるかまたは接触するように形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記受光部および前記マイクロレンズはそれぞれマトリクス状に配列されており、該マイクロレンズの位置が、行方向および列方向のいずれか一方に隣接するＮ画素単位（Ｎは３以上の整数）で周期的に配置されている請求項１または１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれマトリクス状に配列されており、行方向に２画素、列方向に２画素の４画素単位で周期的に配置され、該４画素単位で隣接する四つの受光部の上方にそれぞれ対応するように配置された四つのマイクロレンズが重なるかまたは接触するように形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれマトリクス状に配列されており、行方向にＩ画素（Ｉは２以上の整数）、列方向にＪ画素（Ｊは２以上の整数）のＫ画素単位（Ｋ＝Ｉ×Ｊ）で周期的に配置され、該Ｋ画素単位で隣接する各受光部の上方にそれぞれ対応するように配置された各マイクロレンズが隣同士で重なるかまたは接触するように形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記マイクロレンズは平面視円形状または近似円形状、楕円形状に形成されて、その曲率が一定に設定されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記マイクロレンズの周縁部が、左右横方向または上下縦方向の２方向かまたは、左右横方向および上下縦方向の４方向で隣接するマイクロレンズと重なるかまたは接触するように形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
隣接する受光部の位置が近い部分で該受光部の上方に配置されたマイクロレンズが大きく重なって形成され、隣接する受光部の位置が遠い部分で該受光部の上方に配置されたマイクロレンズが小さく重なって形成されている請求項１７に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記マイクロレンズの位置が周期的に異なるように配置されると共に、前記受光部上に集光されるように、チップ中心から周辺への位置に応じて、前記受光部と該マイクロレンズの相対的な位置がずらされている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
前記受光部上に集光される位置は、１画素毎に同じ輝度特性を示すような受光部の所定の位置範囲内である請求項１、１８および１９のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項２１】
前記受光部上に集光される位置は、該受光部の同じ位置である請求項１、１８、１９および２０のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項２２】
前記受光部上に集光される位置は、該受光部の中央部である請求項１および１８〜２１のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項２３】
前記受光部は光を光電変換する光電変換部である請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項２４】
ＣＣＤ型イメージセンサまたはＣＭＯＳ型イメージセンサである請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項２５】
前記所定数の受光部毎に一つの出力アンプを共有して設けた請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項２６】
請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置を製造する固体撮像装置の製造方法であって、
前記各マイクロレンズのうち互いに接触しない位置にある各マイクロレンズを形成する第１の工程と、
形成していない各マイクロレンズのうち互いに接触しない位置にあるマイクロレンズを、少なくとも行方向および列方向のいずれか一方向に、既に形成された隣接するマイクロレンズと重なるかまたは接触するように形成する第２の工程とを有し、形成していないマイクロレンズがなくなるまで該第２の工程を繰り返す固体撮像装置の製造方法。
【請求項２７】
請求項１、３および４のいずれかに記載の固体撮像装置を製造する固体撮像装置の製造方法であって、
少なくとも行方向および列方向のいずれか一方向に、前記互いに隣接するマイクロレンズとして、前記重なったレンズ部分を切り取ったレンズ形状同士を接触させるかまたは、所定隙間分だけ離間させて形成する工程を有した固体撮像装置の製造方法。
【請求項２８】
請求項１〜２５のいずれかに記載の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣接する光電変換部の位置が周期的に異なるように配置され、被写体からの画像光を光電変換部毎にそれぞれ光電変換して各画素としてそれぞれ撮像する固体撮像装置、この固体撮像装置の製造方法および、この固体撮像装置を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサなどの従来の固体撮像装置においては、画素セルサイズの縮小化が盛んに行われている。特に、ＣＭＯＳ型イメージセンサでは、複数のフォトダイオード（受光部；光電変換部）により一つの出力アンプを共有することにより、１画素当たりに必要とされるトランジスタの個数を減らし、画素セルサイズを縮小化させることが急速に進められている。
【０００３】
ここでは、まず、一つのフォトダイオードにより一つの出力アンプが設けられ、各フォトダイオードは行方向および列方向にマトリクス状にそれぞれ等間隔に配置されている場合について図１４を参照して説明する。次に、二つのフォトダイオードにより一つの出力アンプを共有して設け、各フォトダイオード１の間隔が周期的に異なっている場合について図１５〜図１７を用いて説明する。
【０００４】
図１４は、従来の固体撮像装置における画素部の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【０００５】
図１４において、従来の固体撮像装置１００は、画素を構成するフォトダイオード１毎にその上方にそれぞれ対応して各マイクロレンズ２がそれぞれ配置されている。各画素に入射された画像光は、各マイクロレンズ１によりそれぞれ集光されて各フォトダイオード１にそれぞれ入射され、各フォトダイオード１でそれぞれ光電変換されるようになっている。
【０００６】
図１５は、従来の他の固体撮像装置における画素部の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【０００７】
図１５において、従来の固体撮像装置１００Ａでは、隣接するフォトダイオード１Ａの位置が１画素毎に異なって配置されている。例えばＣＭＯＳ型イメージセンサなどでは、複数の画素のフォトダイオードにより一つの出力アンプを共有する場合に、図１５に示すように、隣接するフォトダイオード１Ａの位置が等間隔に配置されておらず、隣接する二つのフォトダイオード１Ａ毎に周期的に位置が寄っている。各画素を構成するフォトダイオード１Ａの上方にはマイクロレンズ２Ａが配置されているが、平面視において、マイクロレンズ２Ａの中央の位置と、フォトダイオード１Ａの中央位置は一致していない。各マイクロレンズ２Ａに真上から入射された画像光は、各フォトダイオード１Ａの中央部に集光されていない。
【０００８】
ここでは、画像光が各マイクロレンズ２Ａに真上から入射される場合を示しているが、これは、受光領域の中央部であって、受光領域の端部分では、画像光が各マイクロレンズ２Ａに対して斜め方向から入射される。次に、この場合について、図１６を用いて説明する。
【０００９】
図１６は、図１５の固体撮像装置１００Ａについて、斜め入射光に対する集光特性を模式的に示す縦断面図である。
【００１０】
図１６に示すように、各マイクロレンズ２Ａに対して斜め方向から画像光が入射された場合、画素毎にフォトダイオード１Ａにおける集光位置が異なっている。フォトダイオード１Ａの中央部に集光することができないため、フォトダイオード１Ａの受光感度が低下し、また、フォトダイオード１Ａ上の同じ部分に集光することができないため、１画素毎に集光特性が異なって、１画素毎に異なる輝度シェーディング特性を示すことになってしまう。
【００１１】
このような不具合を改善するために、例えば特許文献１には、以下のような従来の固体撮像装置が提案されている。これを図１７を用いて説明する。
【００１２】
図１７は、特許文献１に開示されている従来の他の固体撮像装置１００Ｂにおける画素部の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【００１３】
図１７において、従来の固体撮像装置１００Ｂは、隣接するフォトダイオード１Ｂの位置が異なって配置されており、隣接する二つのフォトダイオード１Ａ毎に周期的に位置が寄っている。このため、二つの画素毎に共通の凸球状透明部３が設けられ、その上に二つのマイクロレンズ２Ｂが形成されて集光方向が内側に寄るように変えられており、それぞれのフォトダイオード１Ｂの中央部に画像光が入射され得るようになっている。
【００１４】
このように、この固体撮像装置１００Ｂは、２画素共有のフォトダイオード１Ｂを持ち、この各フォトダイオード１Ｂの位置が２画素単位で周期的に異なっているＣＣＤイメージセンサにおいて、２画素を覆うように設けられた凸球状透明部３の表面の傾きにより、入射光の方向が曲げられて各フォトダイオード１Ｂの中央部に入射しやすくなっている。
【００１５】
特許文献２に開示されている従来の他の固体撮像装置には、図１４と同様に、一つのフォトダイオードに対して一つの出力アンプが設けられ、各フォトダイオードは行方向および列方向にマトリクス状にそれぞれ等間隔に配置されている場合に、隣接したマイクロレンズ間の隙間の光無効領域をなくすためにマイクロレンズアレイとしてマイクロレンズ間をくっ付けて配置したものが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２７０８１１号公報
【特許文献２】特開２００３−２２９５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前述したように、図１４に示した従来の固体撮像装置１００では、フォトダイオード１１が行方向および列方向に均等な間隔で並んでおり、フォトダイオード１とマイクロレンズ２との位置が平面視で一致しているために、入射した画像光は、フォトダイオード１の中央部に集光されている。ところが、図１５に示した従来の固体撮像装置１００Ａでは、異なる間隔で配置されたフォトダイオード１Ａの上方に各マイクロレンズ２Ａが均等な間隔で配置されているため、フォトダイオード１Ａとマイクロレンズ２Ａとの位置が平面視でずれており、各マイクロレンズ２Ａに入射される画像光はフォトダイオード１Ａの中央部には入射されない。このため、以下のような問題が生じる。
【００１７】
第１に、受光感度について考察する。通常、マイクロレンズからＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサに集光されて入射される画像光には、Ｆ値に応じた斜め入射光が含まれている。マイクロレンズの曲率が一定でない場合には、画像光が一点に集まらず、真上から入射される画像光についても、ある程度の広がりを持って集光される。このことを考慮すると、フォトダイオードに入射される画像光は、一点に集光されるわけでなく、ある点を中心に広がりを持って分布している。したがって、真上から入射される画像光に対して、可能な限りフォトダイオードの中央部に画像光を集光させる方が、受光感度が良くなることが分かる。以上の理由により、図１５に示した従来の固体撮像装置１００Ａでは、図１４に示した従来の固体撮像装置１００の場合に比べて、斜め入射光を含む画像光に対する受光感度が低下している。
【００１８】
第２に、輝度シェーディングについて考察する。この輝度シェーディングとは、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサのチップ中心（受光領域の中央部）における受光感度に対するＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサのチップ周辺（受光領域の端部分）における受光感度の比のことである。通常、マイクロレンズからＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサに入射される画像光は、チップの中心位置から周辺の位置に行くにしたがって入射角度（基板面に対する垂線とのなす角度）が大きくなる（垂線の方向からより傾いてくる）。ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサ側から見たマイクロレンズまでの距離を射出瞳位置と言うが、この射出瞳位置に応じて、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサのチップ周辺部に入射される画像光の入射角度が変化する。図１６に示すように、チップ周辺部における斜め入射光に対しては、画素毎にフォトダイオード１Ａ上の異なる位置に集光される。このため、全ての画素における輝度シェーディング特性を同時に良くすることは難しい。よって、輝度シェーディング特性が悪化するだけではなく、画素毎に輝度シェーディング特性が異なるという不具合が生じてしまう。
【００１９】
これらの不具合を改善するために、前述したが、特許文献１に開示されている従来の他の固体撮像装置１００Ｂでは、図１７に示すように、二つの画素に共通の凸球状透明部１３を設けて、その上に二つのマイクロレンズ２Ｂを形成し、集光方向を変えて、それぞれのフォトダイオード１Ｂの中央部に光が入射されるようにしている。
【００２０】
しかしながら、図１７に示す従来の他の固体撮像装置１００Ｂでは、凸球状透明部３の上に二つのマイクロレンズ２Ｂが形成されるため、以下のような問題がある。第１に、マイクロレンズ形成時に表面に凹凸があるため、マイクロレンズ２Ｂの加工が難しいという問題があった。第２に、凸球状透明部３とマイクロレンズ２Ｂをアライメントして位置合わせするため、アライメントを精度良く制御する必要がある。第３に、各マイクロレンズ２Ｂからフォトダイオード１Ｂに入射される光の角度は、凸球状透明部３の形状に依存するため、隣接するフォトダイオード１Ｂの位置に合わせて、画像光を最適に入射させることが難しいという問題があった。
【００２１】
一方、特許文献２に開示されている従来の他の固体撮像装置では、各フォトダイオードが等間隔に配置され、フォトダイオードの中央位置とマイクロレンズの光軸はもともと合っており、各マイクロレンズ間の隙間の光の無効領域をなくすように、マイクロレンズの外周縁部を広げて隣接するマイクロレンズ間を互いにくっ付けているものであるが、これは、後述して詳細に説明する本発明のように、図１５〜図１７のように、画素セルサイズの縮小化のために、二つのフォトダイオードにより一つの出力アンプを共有して設け、各フォトダイオードの間隔が周期的に異なって内側に寄っている場合に、二つのマイクロレンズの各光軸を二つのフォトダイオードの中央位置に合わせるように内側に寄せて互いの距離を縮小してマイクロレンズ同士をくっ付けたものとはその前提技術、技術思想および構成が全く異なっている。
【００２２】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、斜め入射光を含む画像光に対する感度低下、輝度シェーディング特性の低下や不均一を防ぐことが可能で、加工が容易で、フォトダイオードの位置に合わせて最適に画像光を入射させることができる固体撮像装置およびその製造方法、この固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器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】
【００２３】
本発明の固体撮像装置は、位置が周期的に異なるように配置された複数の受光部と、該複数の受光部の上方にそれぞれ対応するように配置された各マイクロレンズとを備えた固体撮像装置であって、該各マイクロレンズに入射された光がそれぞれに対応する受光部上の同じ位置に集光されるように、該各マイクロレンズのうちの互いに隣接するマイクロレンズの一部または全部が、互いのレンズ周端部を超えて接近する場合に、互いに重なるレンズ部分を切り取って隣接させたレンズ形状に形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記互いに隣接するマイクロレンズは、該マイクロレンズの周縁部の少なくとも一部が隣接するマイクロレンズと重なって形成されている。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記互いに隣接するマイクロレンズは、前記重なったレンズ部分を切り取ったレンズ形状同士を接触させて配置されている。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記互いに隣接するマイクロレンズは、前記重なったレンズ部分を切り取ったレンズ形状同士を所定隙間分だけ離間させて配置されている。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部の間隔に応じて前記マイクロレンズの位置が異なって配置されている。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれ周期的に異なるように２画素単位で周期的に配置されている。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれ周期的に異なるようにＮ画素単位（Ｎは３以上の整数）で周期的に配置されている。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれマトリクス状に配列されており、行方向に２画素、列方向に２画素の４画素単位で周期的に配置されている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれマトリクス状に配列されており、行方向にＩ画素（Ｉは２以上の整数）、列方向にＪ画素（Ｊは２以上の整数）のＫ画素単位（Ｋ＝Ｉ×Ｊ）で周期的に配置されている。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれ周期的に異なるように２画素単位で周期的に配置され、該２画素単位で隣接する二つの受光部の上方にそれぞれ対応するように配置された二つのマイクロレンズが重なるかまたは接触するように形成されている。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記マイクロレンズはそれぞれマトリクス状に配列されており、該マイクロレンズの位置が、行方向および列方向のいずれか一方に隣接する２画素単位で周期的に配置されている。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれ周期的に異なるようにＮ画素単位（Ｎは３以上の整数）で周期的に配置され、該Ｎ画素単位（Ｎは３以上の整数）で隣接するＮ個の受光部の上方にそれぞれ対応するように配置されたＮ個のマイクロレンズが重なるかまたは接触するように形成されている。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記マイクロレンズはそれぞれマトリクス状に配列されており、該マイクロレンズの位置が、行方向および列方向のいずれか一方に隣接するＮ画素単位（Ｎは３以上の整数）で周期的に配置されている。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれマトリクス状に配列されており、行方向に２画素、列方向に２画素の４画素単位で周期的に配置され、該４画素単位で隣接する四つの受光部の上方にそれぞれ対応するように配置された四つのマイクロレンズが重なるかまたは接触するように形成されている。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記マイクロレンズの各位置がそれぞれマトリクス状に配列されており、行方向にＩ画素（Ｉは２以上の整数）、列方向にＪ画素（Ｊは２以上の整数）のＫ画素単位（Ｋ＝Ｉ×Ｊ）で周期的に配置され、該Ｋ画素単位で隣接する各受光部の上方にそれぞれ対応するように配置された各マイクロレンズが隣同士で重なるかまたは接触するように形成されている。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるマイクロレンズは平面視円形状または近似円形状、楕円形状に形成されて、その曲率が一定に設定されている。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるマイクロレンズの周縁部が、左右横方向または上下縦方向の２方向かまたは、左右横方向および上下縦方向の４方向で隣接するマイクロレンズと重なるかまたは接触するように形成されている。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、隣接する受光部の位置が近い部分で該受光部の上方に配置されたマイクロレンズが大きく重なって形成され、隣接する受光部の位置が遠い部分で該受光部の上方に配置されたマイクロレンズが小さく重なって形成されている。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記マイクロレンズの位置が周期的に異なるように配置されると共に、受光部上に集光されるように、チップ中心から周辺への位置に応じて、前記受光部と該マイクロレンズの相対的な位置がずらされている。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部上に集光される同じ位置は、該受光部の中央部である。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部上に集光される位置は、１画素毎に同じ輝度特性を示すような受光部の所定の位置範囲内である。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部上に集光される位置は、該受光部の同じ位置である。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部上に集光される位置は、該受光部の中央部である。
【００４６】
前記受光部は光を光電変換する光電変換部である。
【００４７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置は、ＣＣＤ型イメージセンサまたはＣＭＯＳ型イメージセンサである。
【００４８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記所定数の受光部毎に一つの出力アンプを共有して設けている。
【００４９】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、本発明の上記固体撮像装置を製造する固体撮像装置の製造方法であって、前記各マイクロレンズのうち互いに接触しない位置にある各マイクロレンズを形成する第１の工程と、形成していない各マイクロレンズのうち互いに接触しない位置にあるマイクロレンズを、少なくとも行方向および列方向のいずれか一方向に、既に形成された隣接するマイクロレンズと重なるかまたは接触するように形成する第２の工程とを有し、形成していないマイクロレンズがなくなるまで該第２の工程を繰り返すものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５０】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、本発明の上記固体撮像装置を製造する固体撮像装置の製造方法であって、少なくとも行方向および列方向のいずれか一方向に、前記互いに隣接するマイクロレンズとして、前記重なったレンズ部分を切り取ったレンズ形状同士を接触させるかまたは、所定隙間分だけ離間させて形成する工程を有ものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５１】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５２】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００５３】
本発明にあっては、受光部の上方に配置された複数のマイクロレンズの周縁部の少なくとも一部が、隣接するマイクロレンズと重なるか、または接触するように形成されており、マイクロレンズの位置が周期的に異なるように配置されている。隣接する受光部の位置が周期的に異なるように配置されている固体撮像装置では、受光部の位置が周期的に異なっている方向に、受光部の上方に配置されたマイクロレンズの位置が周期的に異なるように配置されている。これにより、マイクロレンズに入射された光がそれぞれに対応する受光部のほぼ同じ位置（例えば中央部または中心部）に入射され、受光感度および輝度シェーディング特性を向上させると共に輝度シェーディング特性の均一性を向上させることが可能となる。
【００５４】
マイクロレンズを複数回に分けて形成することによって、マイクロレンズ自体の品質を維持しつつ、受光部の位置、受光感度および輝度シェーディング特性を考慮して、マイクロレンズの位置を最適な位置に設定することが可能となる。
【発明の効果】
【００５５】
以上により、本発明によれば、隣接する受光部の位置が周期的に異なるように配置されている固体撮像装置において、受光部の位置が周期的に異なっている方向にマイクロレンズの位置が周期的に異なるように配置されていることにより、それぞれの画素の受光感度を向上させ、輝度シェーディング特性を向上させることができる。また、各受光部に対してほぼ同じ位置に画像光を入射させることができるため、周期的に異なる画素毎の輝度シェーディング特性を均等にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下に、本発明の固体撮像装置の実施形態１〜５について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の画素部の要部構成例を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線断面部分を模式的に示す縦断面図である。
【００５７】
図１および図２において、本実施形態１の固体撮像装置１０は、位置が周期的に異なるように配置された複数の受光部としての複数のフォトダイオード１１と、複数のフォトダイオード１１の上方にそれぞれ対応するように配置された各マイクロレンズ１２とを備えており、各マイクロレンズ１２に入射された画像光がそれぞれに対応するフォトダイオード１１上の同じ位置に集光されるように、各マイクロレンズ１２のうちの互いに隣接するマイクロレンズ１２の一部または全部が、互いのレンズ周端部を超えて接近するように互いの距離が近い場合に、互いに重なるレンズ部分を直線的に切り取ったレンズ形状同士を互いに隣接させて形成している。
【００５８】
横方向に２画素を構成するフォトダイオード１１の上方に対応するように一つのマイクロレンズ１２が配置されている。この一つのマイクロレンズ１２は、平面視において、横方向に隣接する二つのフォトダイオード１１のそれぞれに対応した二つのマイクロレンズ３２ａ，３２ｂをそれぞれ有しており、各フォトダイオード１１の中心位置Ｃ１がそれぞれ二つのマイクロレンズ３２ａ，３２ｂの各光軸位置Ｃ２にそれぞれ一致するように配置されている。
【００５９】
例えばＣＭＯＳ型イメージセンサなどにおいて、複数のフォトダイオード（ここでは二つのフォトダイオード）において一つの出力アンプを共有する場合には、隣接するフォトダイオードの位置が等間隔に配置されていないことがある。本実施形態１では、行方向（水平方向）に隣接するフォトダイオード１１の位置が１画素毎に均等ではなく異なって配置されており、２画素周期でフォトダイオード１１の間隔が異なっている。
【００６０】
マイクロレンズ１２の位置は、各画素を構成するフォトダイオード１１の真上に配置されるように、隣接する二つのフォトダイオード１１の位置が近い部分で、それぞれのフォトダイオード１１の上方に位置する二つのマイクロレンズ１２が重なって形成されている。これにより、フォトダイオード１１の位置が周期的に異なっている方向（行方向）にマイクロレンズ１２の位置が２画素毎に均等に配置されている（または、マイクロレンズ１２の位置が２画素単位で周期的に異なっている）。つまり、２画素単位中のマイクロレンズ１２間の間隔と、２画素単位で二つのマイクロレンズ１２と二つのマイクロレンズ１２との間隔とが異なっており、この二つのマイクロレンズ１２と二つのマイクロレンズ１２との間隔が２画素単位中のマイクロレンズ１２間の間隔よりも離れて設けられている。
【００６１】
上記構成により、以下に、本実施形態１の固体撮像装置１０の特性について説明する。
【００６２】
まず、受光領域の中央部分において、マイクロレンズ２の真上から画像光が入射された場合について、図２を用いて説明する。図２に示すように、この固体撮像装置１０のチップ中央部（受光領域の中央部分）において、マイクロレンズ２に真上から入射された画像光は、各フォトダイオード１１の中央部に集光している。このように、マイクロレンズ１２によりフォトダイオード１１の中央部に集光させることができるため、受光感度および輝度シェーディング特性が良好な固体撮像装置１０を得ることができる。
【００６３】
次に、受光領域の周辺部分において、マイクロレンズ２に斜めから画像光が入射された場合について、図３を用いて説明する。
【００６４】
図３は、図１の固体撮像装置１０のチップ周辺（受光領域の端部分）において、斜め入射光に対する集光特性を模式的に示す縦断面図である。
【００６５】
この固体撮像装置１０のチップ周辺において、マイクロレンズ１２に斜め光が入射された場合、図１６に示した従来の固体撮像装置１００Ａでは、画素毎にフォトダイオードへの集光位置が異なっていたが、図３に示すように、本実施形態１の固体撮像装置１０では、フォトダイオード１１のほぼ同じ位置（例えば中央部または中心部）に集光させることができる。このため、従来の固体撮像装置１００Ａのように画素毎に輝度シェーディング特性が異なるという不具合が生じることなく、受光領域の中央部からその周辺部の全ての画素で同じ輝度シェーディング特性を得ることができる。
【００６６】
以下に、本実施形態１の固体撮像装置１０の製造方法について、その一例を図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。
【００６７】
図４Ａおよび図４Ｂは、本実施形態１の固体撮像装置１０の製造方法を説明するための一部平面図である。
【００６８】
まず、図４Ａに示すように、複数のフォトダイオード１１が２次元状に形成された基板部上に、周期的な二つのフォトダイオード１１の一方上に対応させて、レンズ材料をフォトリソグラフィー法などにより配置して熱処理により所定のレンズ形状（球または近似球を切り取った形状など）の各第１マイクロレンズ１２ａおよび第２マイクロレンズ１２ｂをそれぞれ、互いにくっ付かないように一つ置きに形成する。つまり、行方向および列方向の一つ置きのフォトダイオード１１上にそれぞれ、市松模様状に、実線で囲んで示した各第１マイクロレンズ１２ａおよび第２マイクロレンズ１２ｂをそれぞれ形成する。
【００６９】
次に、図４Ｂに示すように、二つ周期の各フォトダイオード１１の他方（第１マイクロレンズ１２ａおよび第２マイクロレンズ１２ｂが形成されていない各フォトダイオード１１）上に対応させて、レンズ材料をフォトリソグラフィー法などにより配置して熱処理により所定のレンズ形状（球または近似球を切り取った形状など）の各第１マイクロレンズ１２ａおよび第２マイクロレンズ１２ｂをそれぞれ、既に形成された互いに対となる第２マイクロレンズ１２ｂおよび第１マイクロレンズ１２ａのいずれかの一方側に重なるようにそれぞれ形成する。
【００７０】
従来は、マイクロレンズ同士をくっ付けると、固まった後に互いに引っ張られて表面が変形したり内部応力が生じてクラックの原因になったり、レンズとして使えない状態になる場合があるので、本実施形態１では、一方が固まってから他方を固めるというように、２回に分けて別々にマイクロレンズ１２（第１マイクロレンズ１２ａと第２マイクロレンズ１２ｂ）を形成することによって、上記問題を解決し、一方が他方に重なる場合にも、対となる第１マイクロレンズ１２ａと第２マイクロレンズ１２ｂの位置を任意に近づけて設定できる。このように、マイクロレンズ２の位置（間隔）を任意に縮小をして設定することができるため、フォトダイオード１１の位置、受光感度およびシェーディング特性を考慮して、例えば、各フォトダイオード１の中心位置Ｃ１がマイクロレンズ２の光軸位置Ｃ２と一致するように、マイクロレンズ１２の最適位置に、容易に配置することができる。
（実施形態２）
本実施形態２では、上記実施形態１の第１マイクロレンズ２ａと第２マイクロレンズ２ｂを平面視で円形（または近似円形または楕円形）にして、その曲率を一定にした場合について説明する。
【００７１】
図５は、本発明の実施形態２に係る固体撮像装置の画素部の要部構成例を示す平面図であり、図６は、図５のＢ−Ｂ’線断面部分を模式的に示す縦断面図である。
【００７２】
図５および図６において、本実施形態２の固体撮像装置２０は、間隔が周期的に異なって各画素を構成している各フォトダイオード２１の上方にそれぞれ対応するようにマイクロレンズ２２が配置されている。平面視において、フォトダイオード２１の中心位置Ｃ１がマイクロレンズ２２の光軸位置Ｃ２と一致している。この固体撮像装置２０は、上記実施形態１の固体撮像装置１０の場合に比べてマイクロレンズ２２の曲率を一定にするため、マイクロレンズ２２の形状を、平面視で円形状で球の一部の形状としており、行方向（横方向）に隣接する２画素同士が互いに重なり合って形成されている。ここでは、列方向（縦方向）にのみ、フォトダイオード２１の間隔が周期的に異なっている。
【００７３】
マイクロレンズ２２の位置は、各画素を構成するフォトダイオード２１上に対応して配置されるように、隣接する二つのフォトダイオード２１の位置が近い部分では、それぞれのフォトダイオード２１の上方に位置する二つのマイクロレンズ２２が大きく重なって形成されている。また、隣接する二つのフォトダイオード２１の位置が遠い部分では、それぞれのフォトダイオード２１の上方に位置する二つのマイクロレンズ２２の重なりを小さくして形成している。これにより、フォトダイオード２１の位置が周期的に異なっている方向（行方向）にマイクロレンズ２２の位置が２画素毎に異なるように配置される。
【００７４】
このため、マイクロレンズ２２に真上から入射された画像光は、図６に示すように、各フォトダイオード２１の中心位置Ｃ１（中央部）に集光される。このように、各フォトダイオード２１の中央部にそれぞれ集光させることができるため、受光感度および輝度シェーディング特性が良好な固体撮像装置２０を得ることができる。なお、マイクロレンズ２２に斜め光が入射される場合は、図３に示した上記実施形態１の固体撮像装置１０の場合と同様に、チップ中央部のフォトダイオード１１とほぼ同じ位置（例えば中央部または中心部）に集光して、全ての画素で同じ輝度シェーディング特性を得ることができる。
【００７５】
さらに、マイクロレンズ２２の曲率を一定とすることによって、画像光を一点に集めることが可能となり、受光感度を更に向上させることができる。さらに、ここでは、マイクロレンズ２２の周縁部が上下および左右の４方向側の全てにおいて重なり合っており、ギャップの存在を抑えることができるため、更なる受光感度の向上を図ることができる。
【００７６】
以下に、本実施形態２の固体撮像装置２０の製造方法について、その一例を図７Ａおよび図７Ｂを用いて詳細に説明する。
【００７７】
図７Ａおよび図７Ｂは、本実施形態２の固体撮像装置２０の製造方法における各製造工程を説明するための一部平面図である。
【００７８】
まず、図７Ａに示すように、複数のフォトダイオード２１がマトリクス状に形成された基板部上に、二つ周期の各フォトダイオード２１の一方上にレンズ材料をフォトリソグラフィー法などにより配置して熱処理により、互いにくっ付かない位置にある一つ置きのレンズ形状の第１マイクロレンズ２２ａおよび第２マイクロレンズ２２ｂにする。つまり、一つ置きのフォトダイオード２１上にそれぞれ、市松模様状に、平面視円形状で球の一部の形状（球を切り取った形状）を有する第１マイクロレンズ２２ａおよび第２マイクロレンズ２２ｂをそれぞれ形成する。
【００７９】
次に、図７Ｂに示すように、二つ周期の各フォトダイオード２１の他方上にレンズ材料をフォトリソグラフィー法などにより配置して熱処理により、互いにくっ付かない位置にある一つ置きのレンズ形状の第１マイクロレンズ２２ａおよび第２マイクロレンズ２２ｂにする。つまり、第１マイクロレンズ２２が形成されていないフォトダイオード１上にそれぞれ、既に形成された第１マイクロレンズ２２ａおよび第２マイクロレンズ２２ｂのいずれかに重なるように、平面視円形状で球の一部の形状（球を切り取った形状で平面視円形状）を有する第１マイクロレンズ２２ａおよび第２マイクロレンズ２２ｂをそれぞれ形成する。
【００８０】
従来は、前述したように、マイクロレンズ同士をくっ付けると、固まった後に互いに引っ張られてレンズ表面が変形したり内部応力が生じてクラックの原因になったり、レンズとして使えない状態になるが、本実施形態２においては、一方が固まってから他方を固めるというように、２回に分けて別々にマイクロレンズ２２（第１マイクロレンズ２２ａと第２マイクロレンズ２２ｂ）を形成することによって、上記問題が解決され、重なりの大きい部分と重なりが小さい部分とを設けることによって、第１マイクロレンズ２２ａと第２マイクロレンズ２２ｂの位置を任意に設定することができる。このように、マイクロレンズ２２の位置を任意に設定することができるため、フォトダイオード２１の位置、受光感度およびシェーディング特性を考慮して、例えば、各フォトダイオード２１の中心位置Ｃ１がマイクロレンズ２の光軸位置Ｃ２と一致するように、マイクロレンズ２２を最適な位置に、容易に配置することができる。
【００８１】
なお、通常、マイクロレンズからＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサに入射される画像光は、チップの中心位置（受光領域の中央部）から周辺位置に行くにしたがって、マイクロレンズに入射される入射角度が大きくなる。そこで、ＣＣＤセンサおよびＣＭＯＳセンサでは、輝度シェーディング特性を良くするために、チップの中心位置（受光領域の中央部）から周辺位置にかけて、フォトダイオードとマイクロレンズの相対的な位置をずらす方法が用いられている。当然のことながら、上記実施形態１の固体撮像装置１０および本実施形態２の固体撮像装置２０についても、マイクロレンズの位置が周期的に異なるように配置しながら、チップの中心位置（受光領域の中央部）から周辺位置にかけて、フォトダイオードとマイクロレンズの相対的な位置を順次ずらすことができる。
【００８２】
また、上記実施形態１および本実施形態２では、フォトダイオード上に対応するようにマイクロレンズを形成することによって、フォトダイオードの中央部に画像光を集光させるように構成（各フォトダイオード２１の中心位置Ｃ１がマイクロレンズ２の光軸位置Ｃ２と一致するように構成）した固体撮像装置１０または２０について説明したが、これはあくまで、フォトダイオードの中央部に画像光を集光させるためのものであり、これに限らず、フォトダイオードとマイクロレンズの相対位置は、特にチップ周辺部で、必ずしも、一致しているとは限らない。当然のことながら、必ずしも、フォトダイオードの中央部に集光させることができる場合に限らず、フォトダイオード上の同じ位置であればよい。マイクロレンズの曲率についても、可能な限り曲率を一定に近づける方が受光感度は向上するが、この曲率が完全に一定でなくてもよい。
【００８３】
さらに、上記実施形態１および本実施形態２では、マイクロレンズを２回で別々に形成する事例について説明したが、これに限らず、マイクロレンズの周縁部の少なくとも一部が隣接するマイクロレンズと接触して、マイクロレンズの位置が周期的に異なって配置されるように、マイクロレンズを１回で形成することもできる。
【００８４】
さらに、上記実施形態１および本実施形態２では、マイクロレンズの位置が２画素周期で異なっている場合について説明したが、これに限らず、マイクロレンズの位置がＮ画素周期（Ｎは２以上の正の整数）で異なっている場合についても、本発明は適用可能である。この場合、隣接するマイクロレンズが互いに重なるように、マイクロレンズを少なくともＮ回に分けて形成することができる。さらに、マイクロレンズの周縁部の少なくとも一部が隣接するマイクロレンズと接触して、マイクロレンズの位置が周期的に異なって配置されるように、マイクロレンズを１回で形成することもできる。
【００８５】
さらに、上記実施形態１および本実施形態２では、マイクロレンズの位置が行方向（水平方向）にのみ周期的に異なっている場合について説明したが、これに限らず、マイクロレンズの位置はフォトダイオードの位置が周期的に異なっている方向に周期的に異なるように配置されていればよく、マイクロレンズの位置が列方向（垂直方向）にのみ周期的に異なっていてもよいし、マイクロレンズの位置が行方向（水平方向）および列方向（垂直方向）に共に周期的に異なっていてもよい。
（実施形態３）
上記実施形態１，２では、２画素共有のフォトダイオード１１または２１を持ち、このフォトダイオード１１または２１の位置が２画素単位で行方向（水平方向）にのみ周期的に異なっている場合について説明したが、本実施形態３では、４画素共有のフォトダイオードを持ち、このフォトダイオードの位置が４画素単位で行方向（水平方向）および列方向（垂直方向）に周期的に異なっている場合について説明する。
【００８６】
図８は、本発明の実施形態３に係る固体撮像装置の画素部の要部構成例を示す平面図である。
【００８７】
図８において、本実施形態３の固体撮像装置３０は、横および縦方向に４画素を構成する四つのフォトダイオード３１の上方にそれぞれ対応するように一つのマイクロレンズ３２が配置されている。この一つのマイクロレンズ３２は、平面視において、四つのフォトダイオード３１のそれぞれに対応した四つのマイクロレンズ３２ａ〜３２ｄをそれぞれ有しており、各フォトダイオード３１の所定位置に集光するように、チップ中央部では、各フォトダイオード３１の中心位置Ｃ１がそれぞれマイクロレンズ３２ａ〜３２ｄの各光軸位置Ｃ２にそれぞれ一致させ、チップ周辺部に行くに従って中心位置Ｃ１と光軸位置Ｃ２とをずらせている。
【００８８】
例えばＣＭＯＳ型イメージセンサなどにおいて、複数のフォトダイオードにおいて一つの出力アンプを共有する場合には、隣接するフォトダイオードの位置が等間隔に配置されていない。本実施形態３では、行方向（水平方向）および列方向（垂直方向）にそれぞれ隣接するフォトダイオード３１の位置が１画素毎に異なって配置されており、行方向に２画素、列方向に２画素単位で周期的にフォトダイオード３１の間隔が異なっている。これらのフォトダイオード３１は４画素単位でまとまって周期的に設けられている。
【００８９】
即ち、マイクロレンズ３２は、４画素を構成する各フォトダイオード３１の上に配置されるように、隣接する四つのフォトダイオード３１の位置が近い部分で、それぞれのフォトダイオード３１の上方に位置する四つのマイクロレンズ３２ａ〜３２ｄが互いに等量だけ重なった状態で構成されている。これにより、四つのマイクロレンズのうちの二つが行方向に２画素と２画素の２行の４画素単位で周期的に配置されている。
【００９０】
このため、チップ中央部において、マイクロレンズ３２に真上から入射された画像光は、各フォトダイオード３１の中央部に集光する。このように、各フォトダイオード３１の中央部に集光させることができるため、受光感度および輝度シェーディング特性が良好な固体撮像装置３０を得ることができる。また、チップ周辺部において、マイクロレンズ３２に斜め光が入射された場合にも、マイクロレンズ３２によりフォトダイオード３１のほぼ同じ位置（中央部の場合にはマイクロレンズ３２とフォトダイオード３１の位置が、チップ中央部から周辺部の位置に応じてずれている場合）に集光させて、全ての画素で同じ輝度シェーディング特性を得ることができる。
【００９１】
以下に、本実施形態３の固体撮像装置３０の製造方法について、その一例を図９を用いて詳細に説明する。
【００９２】
図９は、本実施形態３の固体撮像装置３０の製造方法における製造工程を説明するための一部平面図である。
【００９３】
図９に示すように、４画素単位の各フォトダイオード３１のうちの左上のフォトダイオード３１上に第１マイクロレンズ３２ａ、右上のフォトダイオード３１上に第２マイクロレンズ３２ｂ、左下のフォトダイオード３１上に第３マイクロレンズ３２ｃおよび右下のフォトダイオード３１上に第４マイクロレンズ３２ｄを、互いに一部均等に重なるように４回に分けて順に形成する。
【００９４】
このように、４回に分けてマイクロレンズ３２ａ〜３２ｄを形成することによって、第１マイクロレンズ３２ａ、第２マイクロレンズ３２ｂ、第３マイクロレンズ３２ｃおよび第４マイクロレンズ３２ｄの各位置を、フォトダイオード３１に応じて任意に設定することができる。このように、マイクロレンズ３２（マイクロレンズ３２ａ〜３２ｄ）の位置を任意に設定することができるため、フォトダイオードの位置、受光感度およびシェーディング特性を考慮して、例えば各フォトダイオード３１の中心位置Ｃ１がそれぞれマイクロレンズ３２ａ〜３２ｄの各光軸位置Ｃ２とそれぞれ一致するように、マイクロレンズ３２（マイクロレンズ３２ａ〜３２ｄ）を最適な位置に、容易に配置することができる。
（実施形態４）
上記実施形態３では、４画素共有のフォトダイオードを持ち、このフォトダイオードが４画素単位で行方向（水平方向）および列方向（垂直方向）に周期的に設けられている場合であって、四つのフォトダイオードにそれぞれ対応するようにマイクロレンズ３２（マイクロレンズ３２ａ〜３２ｄ）がそれぞれ設けられた場合について説明したが、本実施形態４では、４画素共有のフォトダイオードを持ち、このフォトダイオードの位置が４画素単位で行方向（水平方向）および列方向（垂直方向）に周期的に設けられている場合であって、横方向または縦方向に隣接する二つのフォトダイオード毎にそれぞれ対応するように各マイクロレンズ４２Ａ（マイクロレンズ３２Ａａ，４２Ａｂ）および各マイクロレンズ４２Ｂ（マイクロレンズ３２Ｂａ，４２Ｂｂ）がそれぞれ設けられた場合について説明する。
【００９５】
図１０は、本発明の実施形態４に係る固体撮像装置の画素部の要部構成例を示す平面図である。
【００９６】
図１０において、本実施形態４の固体撮像装置４０は、横および縦方向に４画素を構成する四つのフォトダイオード４１のうち、横方向に隣接する二つのフォトダイオード４１の上方にそれぞれ対応するように一つのマイクロレンズ４２Ａが配置され、その列方向の下側に、横方向に隣接する二つのフォトダイオード４１の上方にそれぞれ対応するように一つのマイクロレンズ４２Ｂが配置されている。この一つのマイクロレンズ４２Ａおよび４２Ｂはそれぞれ、平面視において、横方向に並んだ二つのフォトダイオード４１のそれぞれに対応した二つのマイクロレンズ４２Ａａ，４２Ａｂおよび二つのマイクロレンズ４２Ｂａ，４２Ｂｂをそれぞれ有しており、フォトダイオードとマイクロレンズとは、例えば、各フォトダイオード４１の中心位置Ｃ１がそれぞれマイクロレンズ４２Ａａ，４２Ａｂ，４２Ｂａ，４２Ｂｂの各光軸位置Ｃ２にそれぞれ一致するように、フォトダイオード上の同じ位置（例えば中央部）に集光する最適な位置に配列されている。
【００９７】
上記構成の固体撮像装置４０を製造する場合には、図１０に示すように、第１マイクロレンズ４２Ａａおよび第４マイクロレンズ４２Ｂｂと、第３マイクロレンズ４２Ｂａおよび第２マイクロレンズ４２Ａｂとの２回に分けて、第２マイクロレンズ４２Ａｂが第１マイクロレンズ４２Ａａに重なり、第３マイクロレンズ４２Ｂａが第４マイクロレンズ４２Ｂｂに重なるように順に形成する。
【００９８】
この場合には、各フォトダイオード４１の位置に対して、マイクロレンズ４２（第１マイクロレンズ４２Ａａ〜第４マイクロレンズ４２Ｂｂ）の相対位置が列方向に少しずれているものの、マイクロレンズ４２（第１マイクロレンズ４２Ａａ〜第４マイクロレンズ４２Ｂｂ）の形成工程を２回に減らすことができる。
（実施形態５）
本実施形態５では、上記実施形態３のマイクロレンズ３２ａ〜３２ｄを平面視で円形（または擬似円形または楕円形）にして、その曲率を一定にした場合について説明する。
【００９９】
図１１は、本発明の実施形態５に係る固体撮像装置の画素部の要部構成例を示す平面図である。
【０１００】
図１１において、本実施形態５の固体撮像装置５０は、間隔が周期的に異なって各画素を構成している複数のフォトダイオード５１において、４画素単位の四つのフォトダイオード５１の上方にそれぞれ対応するように各マイクロレンズ５２がそれぞれ配置されている。平面視において、各フォトダイオード５１の少なくとも所定位置（例えば中央部）に画像光が集光するように、例えば、各フォトダイオード５１の中心位置Ｃ１がマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄの各光軸位置Ｃ２とそれぞれ一致している。この固体撮像装置５０は、上記実施形態３の固体撮像装置３０の場合に比べてマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄの曲率を一定にするため、マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄの形状を、平面視で円形状で球の一部の形状（球または擬似球を一部切り取った形状；ここでは片面がレンズ球面を持っている場合であるが、両面にレンズ球面を持っていてもよい）としており、行方向（横方向）および列方向（縦方向）に隣接するレンズ同士が互いに重なり合って形成されている。ここでは、行方向（横方向）および列方向（縦方向）でフォトダイオード５１の間隔が異なっている。
【０１０１】
マイクロレンズ５２（マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄ）の位置は、各画素を構成するフォトダイオード５１の上に配置されるように、隣接する四つのフォトダイオード５１の位置が近い部分では、それぞれのフォトダイオード５１の上方に位置する四つのマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄが大きく重なって形成されている。また、隣接する四つのフォトダイオード５１の位置が遠い部分では、それぞれのフォトダイオード５１の上方に位置する四つのマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄの横方向または縦方向に重なりを小さくして形成されている。これにより、マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄの位置が、行方向に２画素、列方向に２画素の４画素単位で周期的に異なるように配置されている。
【０１０２】
このため、マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄに真上から入射された画像光は、各フォトダイオード５１の中央部に集光される。このように、フォトダイオード５１の中央部に集光させることができるため、受光感度および輝度シェーディング特性が良好な固体撮像装置５０を得ることができる。また、マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄに斜め光が入射された場合には、各フォトダイオード５１のほぼ同じ位置（例えば中央部）に集光させて、全ての画素で同じ輝度シェーディング特性を得ることができる。
【０１０３】
さらに、平面視円形状としてマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄの曲率を一定とすることによって、画像光を一点に集めることが可能となり、受光感度を向上させることができる。さらに、マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄの周縁部が上下（列方向）および左右（行方向）の４方向の全てにおいて重なり合っており、ギャップがより小さくなっているため、この場合にも、受光感度をより向上させることができる。
【０１０４】
以下に、本実施形態５の固体撮像装置５０の製造方法について、その一例を図１２を用いて説明する。
【０１０５】
図１２に示すように、各フォトダイオード５１上に、球の一部の形状を有する第１マイクロレンズ５２ａ、第２マイクロレンズ５２ｂ、第３マイクロレンズ５２ｃおよび第４マイクロレンズ５２ｄを、互いに重なるように４回に分けて順に形成する。
【０１０６】
このように、４回に分けて別々にマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄを形成し、重なり部分を均等に（または、重なりの大きい部分と重なりが小さい部分とを）設けて、第１マイクロレンズ５２ａ、第２マイクロレンズ５２ｂ、第３マイクロレンズ５２ｃおよび第４マイクロレンズ５２ｄの位置を任意に設定することができる。このように、マイクロレンズ５２ａ〜５２ｄの位置を任意に設定することができるため、各フォトダイオード５１の位置、受光感度およびシェーディング特性を考慮して、マイクロレンズを最適な位置に、容易に配置することができる。
【０１０７】
以上により、上記実施形態１〜５によれば、フォトダイオードの上方に配置されたマイクロレンズを、その周縁部が隣接するマイクロレンズと重なるように形成して、マイクロレンズの位置を周期的に異ならせる。マイクロレンズに入射された画像光は、フォトダイオードのほぼ同じ位置（例えば中央部）に入射させる。これによって、フォトダイオードの位置が周期的に異なっている固体撮像装置において、受光感度や輝度シェーディング特性を向上させることができる。
【０１０８】
なお、上記実施形態５では、四つのマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄが互いに重なり合うように構成したが、図１３に示すように、第１マイクロレンズ５２ａと第４マイクロレンズ５２ｄ、第２マイクロレンズ５２ｂと第３マイクロレンズ５２ｃが互いにそれぞれ重ならないように位置させれば、第１マイクロレンズ５２ａおよび第４マイクロレンズ５２ｄを形成し、第２マイクロレンズ５２ｂおよび第３マイクロレンズ５２ｃを形成するｙ９おうに２回に分けて順に形成することができる。この場合、各フォトダイオード１の位置に対して、四つのマイクロレンズ５２ａ〜５２ｄの相対位置が列方向に少しずれているが、マイクロレンズの形成工程を２回に減らすことができる。
【０１０９】
なお、通常、マイクロレンズからＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサに入射される画像光は、チップの中心位置（受光領域の中央部）から周辺位置に行くにしたがって、マイクロレンズに入射される入射角度が大きくなる。そこで、ＣＣＤセンサおよびＣＭＯＳセンサでは、輝度シェーディング特性を良くするために、チップの中心位置（受光領域の中央部）から周辺位置にかけて、フォトダイオードとマイクロレンズの相対的な位置をずらす方法を用いることができる。当然のことながら、上記実施形態３の固体撮像装置３０、上記実施形態４の固体撮像装置４０および本実施形態５の固体撮像装置５０についても、マイクロレンズの位置が周期的に異なるように配置しながら、チップの中心位置（受光領域の中央部）から周辺位置にかけて、フォトダイオードとマイクロレンズの相対的な位置を順次ずらすことができる。
【０１１０】
また、上記実施形態１〜３では、フォトダイオード上に対応するようにマイクロレンズを形成することによって、フォトダイオードの中央部に画像光を集光させるように構成（例えば、各フォトダイオード２１の中心位置Ｃ１がマイクロレンズ２の光軸位置Ｃ２と一致するように構成）した固体撮像装置３０、４０または５０について説明したが、これはあくまで、フォトダイオードの所定位置（中央部）に画像光を集光させるためのものであり、これに限らず、フォトダイオードとマイクロレンズの相対位置は、特にチップ周辺部で、必ずしも、一致しているとは限らない。当然のことながら、また、必ずしも、フォトダイオードの中央部に集光させることができる場合に限らず、フォトダイオード上の同じ位置（中央部付近の位置）であればよい。マイクロレンズの曲率についても、可能な限り曲率を一定に近づける方が受光感度は向上するが、この曲率が完全に一定でなくてもよい。
【０１１１】
さらに、上記実施形態３〜５では、マイクロレンズを２回または４回で形成する例について説明したが、マイクロレンズの周縁部の少なくとも一部が隣接するマイクロレンズと接触して、マイクロレンズの位置が周期的に異なって配置されるように、マイクロレンズを１回で形成することもできる。
【０１１２】
さらに、上記実施形態３〜５では、マイクロレンズの位置が行方向に２画素、列方向に２画素の４画素単位で周期的に異なっている場合について説明したが、マイクロレンズの位置が行方向にＩ画素（Ｉは２以上の整数）、列方向にＪ画素（Ｊは２以上の整数）のＫ画素単位（ＫはＩ×Ｊ）で周期的に異なっている場合についても、本発明は適用可能である。この場合、マイクロレンズを、隣接するマイクロレンズが互いに重なるように、Ｉ回、Ｊ回またはＫ回に分けて形成することができる。さらに、マイクロレンズの周縁部の少なくとも一部が隣接するマイクロレンズと接触して、マイクロレンズの位置が周期的に異なって配置されるように、マイクロレンズを１回で形成することもできる。
【０１１３】
さらに、上記実施形態１〜５では、各マイクロレンズに入射された光がそれぞれに対応するフォトダイオード上の同じ位置（中央部）に集光されるように、各マイクロレンズのうちの互いに隣接するマイクロレンズの一部または全部が、互いのレンズ周端部を超えて接近する場合に、互いに重なるレンズ部分を切り取って隣接させたレンズ形状に形成されている場合について説明したが、確かに、フォトダイオードの同じ位置（中央部）に集光するのが理想であるが、作製上の制約で同じフォトダイオードの真上にマイクロレンズを形成できない場合がある。このため、フォトダイオード上の同じ位置またはその近傍位置を含む集光範囲内である。要するに、フォトダイオード上に集光される位置は、１画素毎に同じ輝度特性を示すようなフォトダイオードの所定の位置範囲内であり、画素毎に異なる輝度シェーディング特性を示さないフォトダイオード上の位置範囲内である。何れにせよ、各マイクロレンズに入射された光がそれぞれに対応するフォトダイオード上からはみ出すことなくフォトダイオード上にのみ集光されるように、互いに隣接するマイクロレンズのうちの一部または全部が、互いのレンズ周端部を超えて接近するものである。
【０１１４】
さらに、上記実施形態１〜５では、本発明の固体撮像装置をＣＭＯＳ型イメージセンサに適用し、所定数のフォトダイオード毎に一つの出力アンプを共有して設けた場合について説明したが、これに限らず、本発明の固体撮像装置をＣＣＤ型イメージセンサに適用することもできる。
【０１１５】
なお、上記実施形態１〜５では、特に説明しなかったが、次に、上記実施形態１〜５の固体撮像装置１０〜５０を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、例えば、本発明の上記実施形態１〜５の固体撮像装置１０〜５０のいずれかを撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【０１１６】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜５を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜５に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜５の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、隣接する光電変換部の位置が周期的に異なるように配置され、被写体からの画像光を光電変換部毎にそれぞれ光電変換して撮像する固体撮像装置、この固体撮像装置の製造方法および、この固体撮像装置を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、フォトダイオードの位置が周期的に異なっている方向にマイクロレンズの位置が周期的に異なるように配置されていることにより、それぞれの画素の感度を向上させ、輝度シェーディング特性を向上させることができる。また、各フォトダイオードに対してほぼ同じ位置に光を入射させることができるため、周期的に異なる画素毎の輝度シェーディング特性を均等にさせることができる。さらに、複数回に分けてマイクロレンズを形成することによって、フォトダイオードの位置、感度およびシェーディング特性を考慮して、マイクロレンズを最適な位置に、容易に配置することができる。また、マイクロレンズの周縁部の少なくとも一部を隣接するマイクロレンズと接触させて、マイクロレンズの位置が周期的に異なって配置させることによって、マイクロレンズ形成工程を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の画素部の要部構成例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線断面部分を模式的に示す縦断面図である。
【図３】図１の固体撮像装置のチップ周辺において、について、斜め入射光に対する集光特性を模式的に示す縦断面図である。
【図４Ａ】本実施形態１の固体撮像装置の製造方法における製造工程（その１）を説明するための一部平面図である。
【図４Ｂ】本実施形態１の固体撮像装置の製造方法における製造工程（その２）を説明するための一部平面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る固体撮像装置の画素部の要部構成例を示す平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ’線断面部分を模式的に示す縦断面図である。
【図７Ａ】本実施形態２の固体撮像装置の製造方法における製造工程（その１）を説明するための一部平面図である。
【図７Ｂ】本実施形態２の固体撮像装置の製造方法における製造工程（その２）を説明するための一部平面図である。
【図８】本発明の実施形態３に係る固体撮像装置の画素部の要部構成例を示す平面図である。
【図９】本実施形態３の固体撮像装置の製造方法における製造工程を説明するための一部平面図である。
【図１０】本発明の実施形態４に係る固体撮像装置の画素部の要部構成例を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施形態５に係る固体撮像装置の画素部の要部構成例を示す平面図である。
【図１２】本実施形態５の固体撮像装置の製造方法における製造工程を説明するための一部平面図である。
【図１３】本実施形態５の他の固体撮像装置の製造方法における製造工程を説明するための一部平面図である。
【図１４】従来の固体撮像装置における画素部の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図１５】従来の他の固体撮像装置における画素部の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図１６】図１５の固体撮像装置について、斜め入射光に対する集光特性を模式的に示す縦断面図である。
【図１７】特許文献１に開示されている従来の他の固体撮像装置における画素部の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０、２０、３０、４０、５０、５０Ａ  固体撮像装置
１１、２１、３１、４１、５１  フォトダイオード
１２、２２、３２、４２Ａ、４２Ｂ、５２  マイクロレンズ
１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２Ａａ、５２ａ  第１マイクロレンズ
１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２Ａｂ、５２ｂ  第２マイクロレンズ
３２ｃ、４２Ｂａ、５２ｃ  第３マイクロレンズ
３２ｄ、４２Ｂｂ、５２ｄ  第４マイクロレンズ
【図１】
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【図２】
2007311413.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
2007311413.tif 000006
【図４Ｂ】
2007311413.tif 000007
【図５】
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【図６】
2007311413.tif 000009
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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