(57)【要約】【課題】  受光部の位置が周期的に異なる固体撮像装置において、画素サイズが更に縮小される場合にも、各画素の受光感度をより向上させ、Ｆ値による画素の特性劣化を抑制する。【解決手段】  各フォトダイオード１１の配置が行方向および列方向で周期的に異なるように各フォトダイオード１１が偏った画素セルを有する固体撮像装置１０において、周期性を有する４画素をグループ化し、一つのグループ毎に、各画素毎に配置され、画像光を集光するための上層マイクロレンズ１２Ａと、４画素を覆ってまたがり、上層マイクロレンズ１２Ａによる集光を内側に曲げるための下層マイクロレンズ１２Ｂとを有している。【選択図】  図２
2007311563.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、該複数の受光部上にそれぞれ光を集光するためのマイクロレンズとを備えた固体撮像装置において、
周期性を有する所定数の受光部毎にグループ化され、各グループに対してそれぞれ、該マイクロレンズは、該受光部毎に配置される第１マイクロレンズと、該所定数の受光部上方を覆うようにまたがる第２マイクロレンズとを有している固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２マイクロレンズは、円、楕円、矩形または正方形の平面視形状を有しており、該平面視形状の少なくとも外周部分がレンズ曲面形状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３】
前記第２マイクロレンズは、前記平面視形状の外周部分の内側の中央部分がレンズ曲面形状かまたは平面形状に形成されている請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２マイクロレンズは、前記所定数の受光部と前記第１マイクロレンズとの間に設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１マイクロレンズは、前記第２マイクロレンズよりも上層に位置している請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２マイクロレンズは、前記受光部毎に配置された各第１マイクロレンズによる集光を、前記周期性を有する所定数の受光部毎に内側に曲げる構成となっている請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２マイクロレンズの断面形状が、上、下または上下に凸レンズ形状である請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１マイクロレンズの断面形状が、上、下または上下に凸レンズ形状である請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１マイクロレンズおよび前記第２マイクロレンズは、前記各受光部の中央部に光が集光されるように配置されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記受光部間の上方にあって、該受光部と前記第１マイクロレンズおよび前記第２マイクロレンズとの間に金属配線層が設けられている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第１マイクロレンズがカラーフィルタ層よりも上層に設けられ、前記第２マイクロレンズが該カラーフィルタ層よりも下層に設けられている請求項１に記載の固体撮像装置。  
【請求項１２】
前記複数の受光部は、平面視で一方向および該一方向と交差する方向のうちの少なくともいずれかの方向に周期的に異なるように配置されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記複数の受光部は、平面視で列方向および行方向にマトリクス状に設けられ、該列方向および行方向の少なくとも一方向に周期的に異なるよう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】
前記周期性を有する所定数の受光部は、平面視で列方向および行方向に各２画素の合計４画素が一つのグループとされている請求項１、１２および１３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記周期性を有する所定数の受光部は、平面視で列方向または行方向に２画素が一つのグループとされている請求項１、１２および１３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記グループ化された４画素毎に、前記受光部の４つが、隣接する各画素間のチャンネルストップ部のクロス部分側に均等に寄って形成されている請求項１４に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記グループ化された４画素にまたがる下層マイクロレンズは、前記４画素を構成する４つの受光部の中心である前記チャンネルストップ部のクロス部分に光軸が一致するように設けられている請求項１６に記載の固体撮像装。
【請求項１８】
前記グループ化された２画素毎に、前記受光部の２つが、隣接する各画素間のチャンネルストップ部側に均等に寄って形成されている請求項１５に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記グループ化された２画素にまたがる下層マイクロレンズは、前記２画素を構成する２つの受光部間の中心である前記チャンネルストップ部に光軸が一致するように設けられている請求項１８に記載の固体撮像装。
【請求項２０】
前記第１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前記第２マイクロレンズを通して集光されるように、前記グループ化した互いに隣接する第１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させる場合に、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請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項２１】
前記互いに隣接する第１マイクロレンズは、該第１マイクロレンズの周縁部の少なくとも一部が隣接する第１マイクロレンズと重なって形成されている請求項２０に記載の固体撮像装置。
【請求項２２】
前記互いに隣接する第１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２０に記載の固体撮像装置。
【請求項２３】
前記互いに隣接する第１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２０に記載の固体撮像装置。
【請求項２４】
前記受光部の間隔に応じて前記第１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２０に記載の固体撮像装置。
【請求項２５】
前記受光部および前記第１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２以上の整数）で周期的に配置されている請求項１または２０に記載の固体撮像装置。
【請求項２６】
前記受光部および前記第１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２０に記載の固体撮像装置。
【請求項２７】
前記所定数の受光部毎に一つの出力アンプが共有して設けられている請求項１または２０に記載の固体撮像装置。
【請求項２８】
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または２０に記載の固体撮像装置。
【請求項２９】
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または２０に記載の固体撮像装置。
【請求項３０】
請求項１〜２９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、光を光電変換する受光部上方にマイクロレンズを備えたＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサなどの固体撮像装置および、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】
一般に、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では、アレイ状に配置された画素セル内にフォトダイオードなどの受光部が設けられ、その受光部で光電変換された信号電荷が出力撮像信号として出力されている。
【０００３】
例えば、ＣＣＤ型イメージセンサの場合、上記画素セルは、上記受光部と、隣接する画素同士の分離を行うためのチャネルストップ部と、この受光部から信号電荷を読み出して垂直方向に電荷転送するための複数の垂直電荷転送部とによって構成されている。垂直電荷転送された信号電荷は、水平電荷転送部によって水平方向に電荷転送され、ＦＤ（フローティング・ディフュージョン）部においてＭＯＳトランジスタにより電気信号に変換されて、固体撮像装置から外部に撮像信号として出力される。
【０００４】
ＣＭＯＳ型イメージセンサの場合、各画素で信号電荷を電気信号に光電変換するため、上記画素セルは、上記受光部と、隣接する画素同士の分離を行うためのチャネルストップ部と、この受光部から信号電荷を読み出すためのトランスファーゲート部と、読み出された信号電荷を電気信号に変換するためのＦＤ（フローティング・ディフュージョン）部と、ＭＯＳトランジスタおよび金属配線とによって構成されている。
【０００５】
さらに、受光部以外の部分に照射された光は光電変換されないため、各画素セルには、無効領域となる光をも効率よく受光部上に集光させるために、受光部の上方にマイクロレンズが設けられている。
【０００６】
しかしながら、単位画素における受光部の位置が行方向または列方向に同一ピッチ（配置間隔）で配置されていない場合には、受光部の中央部とマイクロレンズの光軸とがずれて、受光感度が低下するという問題がある。
【０００７】
この問題を解決するために、例えば特許文献１には、次のような従来の固体撮像装置が提案されている。
【０００８】
図１１は、特許文献１において提案されている従来の固体撮像装置の概略要部構成例を示す上面図であり、図１２は、図１１に示す従来の固体撮像装置をＡ−Ａ’線部分で切断した場合の縦断面図である。
【０００９】
図１１および図１２において、従来の固体撮像装置２０は、アレイ状に配置された複数の画素セル２１のうち、周期性を有する４画素を構成する各フォトダイオード２２ａ〜２２ｄが一つのグループとしてまとめられており、この一つのグループに対して、４画素を構成する各フォトダイオード２２ａ〜２２ｄの中心部分に光軸Ｃが一致するように、オンチップマイクロレンズ２３が形成されている。この場合、４つのフォトダイオード２２ａ〜２２ｄに対して１つのマイクロレンズ２３が対応しており、マイクロレンズ２３の光軸Ｃが、平面視で、４画素の各フォトダイオード２２ａ〜２２ｄを分離する２本のチャネルストップ部２４のクロス部分に位置している。
【００１０】
図１３は、特許文献２において提案されている従来の固体撮像装置の概略要部構成例を示す縦断面図である。
【００１１】
図１３において、従来の固体撮像装置３０は、一方向に周期性を有する２画素を構成する各フォトダイオード３２ａ，３２ｂが一つのグループとして、２画素を構成する各フォトダイオード３２ａ，３２ｂの中心部分にそれぞれ集光するように、各マイクロレンズ３３と、このマイクロレンズ３３と各フォトダイオード３２ａ，３２ｂ間に配された層間絶縁膜３４、その上の保護膜３５およびその上のカラーフィルタ層３６とが形成されている。この場合に、層間絶縁膜３４および保護膜３５は、互いに異なる屈折率を持つ光透過材料からなり、層間絶縁膜３４と保護膜３５との界面が、マイクロレンズ３３と各フォトダイオード３２ａまたは３２ｂとの平面位置ずれ量に応じた傾斜部を有するように構成されている。
【特許文献１】特開平５−２４３５４３号公報
【特許文献２】特開２００５−１５０４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１において提案されている従来の固体撮像装置２０には、次のような問題がある。
【００１３】
図１４は、図１１に示す従来の固体撮像装置２０をＡ−Ａ’線部分で切断した場合の縦断面図であって、図１２が、真上から画像光が入射される受光領域の中央部分での各フォトダイオードへの集光の様子を示す図であるのに対して、斜め方向から光が入射される受光領域の周辺部分での各フォトダイオードへの集光の様子を示す図である。
【００１４】
図１２に示すように、従来の固体撮像装置２０では、光軸Ｃを中心として、マイクロレンズ２３からチャンネルストップ部２４のクロス部分上に集光する画像光は、各フォトダイオード２２ａ〜２２ｄによりそれぞれ光電変換できないために、そのクロス部分上の光の分だけ各画素において受光感度が低下することになる。
【００１５】
また、図１４に示すように、Ｆ（フォーカス）値が小さく、角度が大きい斜め光が入射したときに、マイクロレンズ２３による集光方向がずれる分だけ、隣接して並んで寄ったフォトダイオード２１ｃ，２１ｄに入射される光量が異なり、画素毎の特性が異なってしまう。特に、カラーフィルタ２５が設けられている場合には、対応するカラーフィルタ２５の色層と隣接する色層からの画像光がフォトダイオード２２ｃ，２２ｄに入射されて、混色が生じる虞がある。さらに、マイクロレンズ２３の周縁部に入射された画像光は、入射方向によっては、フォトダイオード２２ｃ，２２ｄ間の上方に設けられた金属配線層２６ａ〜２６ｃにより遮ぎられ、フォトダイオード２２ｃまたは２２ｄへの入射が妨げられる虞もある。
【００１６】
また、特許文献２の固体撮像装置では、図１３に示すように、層間絶縁膜３４と保護膜３５との界面が、マイクロレンズ３３と各フォトダイオード３２ａまたは３２ｂとの平面位置ずれ量に応じた傾斜部を有しているが、この谷型の傾斜部により、このマイクロレンズ３３による集光を、各フォトダイオード３２ａ，３２ｂの寄り具合に応じて一方向にのみ寄るように構成している。ところが、この固体撮像装置では、周期性を有する画素が２画素の場合ではなく、図１１のように４画素の場合には、一方向と異なる他の方向で集光が受光部からはみ出して受光感度が低下したり、これによって、隣接して並んで寄ったフォトダイオードに入射される光量が異なって、画素毎の特性が異なってしまったり、混色が生じたりする。さらには、画素サイズが更に縮小化される場合には、上記一方向においても、集光が受光部からはみ出して受光感度が低下したり、これによって、隣接して並んで寄った各フォトダイオードに入射される光量が異なって、画素毎の特性が異なってしまったり、混色が生じたりする。
【００１７】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、受光部の位置が周期的に異なる固体撮像装置において、画素サイズが更に縮小される場合にも、各画素の受光感度をより向上させ、Ｆ値による画素の特性劣化を抑制できる固体撮像装置および、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】
【００１８】
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、該複数の受光部上にそれぞれ光を集光するためのマイクロレンズとを備えた固体撮像装置において、周期性を有する所定数の受光部毎にグループ化され、各グループに対してそれぞれ、該マイクロレンズは、該受光部毎に配置される第１マイクロレンズと、該所定数の受光部上方を覆うようにまたがる第２マイクロレンズとを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１９】
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第２マイクロレンズは、円、楕円、矩形または正方形の平面視形状を有しており、該平面視形状の少なくとも外周部分がレンズ曲面形状に形成されている。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第２マイクロレンズは、前記平面視形状の外周部分の内側の中央部分がレンズ曲面形状かまたは平面形状に形成されている。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第２マイクロレンズは、前記所定数の受光部と前記第１マイクロレンズとの間に設けられている。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第１マイクロレンズは、前記第２マイクロレンズよりも上層に位置している。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第２マイクロレンズは、前記受光部毎に配置された各第１マイクロレンズによる集光を、前記周期性を有する所定数の受光部毎に内側に曲げる構成となっている。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第２マイクロレンズの断面形状が、上、下または上下に凸レンズ形状である。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第１マイクロレンズの断面形状が、上、下または上下に凸レンズ形状である。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第１マイクロレンズおよび第２マイクロレンズは、前記各受光部の中央部に光が集光されるように配置されている。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部間の上方にあって、該受光部と前記第１マイクロレンズおよび前記第２マイクロレンズとの間に金属配線層が設けられている。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第１マイクロレンズがカラーフィルタ層よりも上層に設けられ、前記第２マイクロレンズが該カラーフィルタ層よりも下層に設けられている。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における複数の受光部は、平面視で一方向および該一方向と交差する方向のうちの少なくともいずれかの方向に周期的に異なるように配置されている。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における複数の受光部は、平面視で列方向および行方向にマトリクス状に設けられ、該列方向および行方向の少なくとも一方向に周期的に異なるように配置されている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記周期性を有する所定数の受光部は、平面視で列方向および行方向に各２画素の合計４画素が一つのグループとされている。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記周期性を有する所定数の受光部は、平面視で列方向または行方向に２画素が一つのグループとされている。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記グループ化された４画素毎に、前記受光部の４つが、隣接する各画素間のチャンネルストップ部のクロス部分側に均等に寄って形成されている。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記グループ化された４画素にまたがる下層マイクロレンズは、前記４画素を構成する４つの受光部の中心である前記チャンネルストップ部のクロス部分に光軸が一致するように設けられている。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記グループ化された２画素毎に、前記受光部の２つが、隣接する各画素間のチャンネルストップ部側に均等に寄って形成されている。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記グループ化された２画素にまたがる下層マイクロレンズは、前記２画素を構成する２つの受光部間の中心である前記チャンネルストップ部に光軸が一致するように設けられている。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記第１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前記第２マイクロレンズを通して集光されるように、前記グループ化した互いに隣接する第１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させる場合に、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。
【００３８】
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第１マイクロレンズは、該第１マイクロレンズの周縁部の少なくとも一部が隣接する第１マイクロレンズと重なって形成されている。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記互いに隣接する第１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。
【００４０】
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第１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。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部の間隔に応じて前記第１マイクロレンズの位置が異なって配置されている。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記第１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２以上の整数）で周期的に配置されている。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記受光部および前記第１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。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記所定数の受光部毎に一つの出力アンプが共有して設けられている。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における受光部は光を光電変換する光電変換部である。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４９】
本発明にあっては、複数の受光部の配置間隔が行方向および列方向のうちの少なくとも一方向に周期的に異なる固体撮像装置において、周期性を有する所定数（例えば２または４）の画素がグループ化され、各グループに対してそれぞれ、各画素毎に配置される第１マイクロレンズと、グループ化された所定数の画素にまたがって配置される第２マイクロレンズとを有している。
【００５０】
このように、２種類以上のマイクロレンズを設けることによって、画素サイズが更に縮小される場合にも、上下二つのマイクロレンズにより集光しつつ、受光無効領域を縮小して集光率を高めて、受光部の中央部上に効率良く画像光を集光させ、各画素の受光感度を向上させることが可能となる。また、受光領域周辺部など、斜め光が入射されたときでも、上層の第１マイクロレンズにより画像光を集光し、下層の第２マイクロレンズにより光軸の中心を各画素の受光部の中央部上に合わせることが容易かつ確実にできるため、画素毎の集光率のばらつきや混色を低減して各画素の特性劣化を抑制することが可能となる。
【００５１】
また、グループ化して隣接する上層の各第１マイクロレンズをその外周部分が重なる位置まで近づけて配置することができるため、画素サイズを更にいっそう縮小化する場合にも、受光感度の向上と共に画素の特性劣化の抑制を行うことが可能となる。
【００５２】
第１マイクロレンズおよび第２マイクロレンズが金属配線層よりも上層に形成されていることにより、受光部間の上方の金属配線により集光が妨げられることをも防ぐことが可能となる。
【発明の効果】
【００５３】
以上により、本発明によれば、複数の受光部の配置間隔が周期的に異なる固体撮像装置において、画素サイズが更に縮小される場合にも、上下二つの第１マイクロレンズおよび第２マイクロレンズにより集光しつつ、受光無効領域を縮小して集光率を高めて各画素における受光感度を向上させると共に、受光領域周辺部などにおいて、角度が大きい斜め光が入射されたときに生じる集光率のばらつきや混色を低減できて各画素の特性劣化を抑制できるなど、画素の特性向上を図ることできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
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概略要部構成例を示す平面図であり、図２は、図１に示す固体撮像装置をＢ−Ｂ’線部分で切断した場合の断面図である。
【００５５】
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、この複数のフォトダイオード１１上にそれぞれ画像光を集光するためのマイクロレンズ１２とを備えている。
【００５６】
複数のフォトダイオード１１は、光をそれぞれ光電変換する各光電変換部であって、平面視で行方向および列方向に周期的に異なるように配置されており、周期性を有する４つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｄは、平面視で行方向および列方向に各２画素の合計４画素毎に一つのグループを構成している。
【００５７】
マイクロレンズ１２は、フォトダイオード１１毎に配置される第１マイクロレンズとしての上層マイクロレンズ１２Ａと、周期性を有しグループ化された４つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｄ毎にこれらの上方を覆うようにまたがる第２マイクロレンズとしての下層マイクロレンズ１２Ｂとを有しており、下層マイクロレンズ１２Ｂは、４つの上層マイクロレンズ１２Ａによる各集光をそれぞれ、周期性を有する所定数（ここでは４つ）の互いに寄ったフォトダイオード１１の各中央部に対して曲げるようになっている。
【００５８】
下層マイクロレンズ１２Ｂは、フォトダイオード１１と上層マイクロレンズ１２Ａとの間に設けられており、上層マイクロレンズ１２Ａおよび下層マイクロレンズ１２Ｂは、平面視で矩形状または正方形状であり、その断面形状は共に上に凸のレンズ形状（下面は平面）である。
【００５９】
これらのフォトダイオード１１ａ〜１１ｄおよびマイクロレンズ１２により、ストライプ状の２本のチャンネルストップ部１３で区切られたマトリクス状でアレイ状の画素セル１４（１４ａ〜１４ｄ）が構成されており、それぞれの画素セル１４ａ〜１４ｄにはそれぞれ、一つのフォトダイオード１１と一つの上層マイクロレンズ１２Ａとが対応している。上層マイクロレンズ１２Ａは、各画素セル１４ａ〜１４ｄをそれぞれほぼ覆うように各画素毎に設けられている。
【００６０】
各画素セル１４ａ〜１４ｄ内におけるフォトダイオード１１ａ〜１１ｄの配置間隔は、行方向および列方向に周期的に異なっており、本実施形態１では、グループ化された４画素毎に、隣接する画素セル１４ａ〜１４ｄ間のチャンネルストップ部１３のクロス部分に近い部分に寄って形成されている。即ち、チャンネルストップ部１３に近づいて隣接している４つの画素セル１４ａ〜１４ｄ毎に一つのグループとしてまとめられており、一つのグループに対してそれぞれ、４画素を覆うようにまたがる下層マイクロレンズ１２Ｂが一つ設けられて、４画素セル１４ａ〜１４ｄ毎に共有化されている。下層マイクロレンズ１２Ｂは、４画素セル１４ａ〜１４ｄの中心（チャンネルストップ部１３のクロス部分）に光軸Ｃが一致するように設けられている。
【００６１】
上記構成により、以下に、その作用について説明する。
【００６２】
図３は、図１の固体撮像装置１０をＢ−Ｂ’線部分で切断した場合の断面図であって、図２が真上から光が入射されたときのフォトダイオードへの集光の様子を示しているのに対して、斜め方向から画像光が入射されたときのフォトダイオードへの集光の様子を示す図である。ここでは、従来の固体撮像装置２０を示した図１１および図１３と比較して詳細に説明する。
【００６３】
まず、各画素セル１４が受光領域中央部分で、真上から画像光が各画素セル１４に入射される場合、従来の固体撮像装置２０では、図１２に示したように、光軸Ｃの中心が周期性を有する４画素の中心に位置するが、この部分は、４画素を分離するためのチャネルストップ部２４のクロス部分に相当する。よって、このクロス部分に集光された画像光は、フォトダイオード２２ａ〜２２ｄでは光電変換することができず、各画素において受光感度が低下する。
【００６４】
これに対して、本実施形態１の固体撮像装置１０では、図２に示すように、上層マイクロレンズ１２Ａおよび下層マイクロレンズ１２Ｂの上下の２つのマイクロレンズによって、左右二つの上層マイクロレンズ１２Ａによってある程度集光した画像光を、一つの下層マイクロレンズ１２Ｂによって内側に寄せるように曲げることができるため、左右の各上層マイクロレンズ１２Ａの光軸Ｃの中心を各フォトダイオード２２ｃおよび１２ｄの各中央部に容易かつ確実にそれぞれ合わせることができて、より受光効率よく画像光をフォトダイオード１１ａ〜１１ｄ上にそれぞれ集光させることができる。
【００６５】
次に、各画素セル１４が受光領域周辺部分で、斜め方向から画像光が各画素セル１４に入射される場合、従来の固体撮像装置２０では、図１４に示したように、Ｆ値が小さく、角度が大きい斜め光が右上から左下方向に入射されたときに、右側のフォトダイオード２２ｄよりも左側のフォトダイオード２２ｃに入射される光量が多くなって、画素セル毎に集光特性にばらつきが生じる。特に、カラーフィルタ２５が設けられている場合には、異なる色層を通った画像光が隣接する画素のフォトダイオード２２に入射されてしまい、そのフォトダイオード２２にて混色が生じる虞がある。
【００６６】
これに対して、本実施形態１の固体撮像装置１０では、図３に示すように、上層マイクロレンズ１２Ａで集光された画像光が、その下の下層マイクロレンズ１２Ｂにより受光部であるフォトダイオード１１の中央部にその光軸Ｃを合わせるように集光されるため、斜め光が右上から左下方向に入射されたときにも、右側のフォトダイオード１１ｄと左側のフォトダイオード１１ｃとに入射される光量に差がなくなって、画素毎の集光ばらつきが少なく、混色も低減することができる。さらに、上記下層マイクロレンズ１２Ｂは、金属配線８〜１０よりも上層に形成されるため、グループ化されたフォトダイオード１１ａ〜１１ｄとフォトダイオード１１ａ〜１１ｄとの間上方に設けられた金属配線１６ａ〜１６ｃにより、各フォトダイオード１１ａ〜１１ｄへの集光が妨げられることを防ぐことができる。
【００６７】
次に、本実施形態１の固体撮像装置１０の製造方法について図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。
【００６８】
図４Ａ〜図４Ｃは、本実施形態１の固体撮像装置１０の製造方法の各製造工程（その１〜３）について説明するための要部縦断面図である。ここでは、上に凸のレンズ形状となった下層マイクロレンズ１２Ｂおよび上層マイクロレンズ１２Ａの形成方法について説明する。
【００６９】
まず、図４Ａに示すように、３層目の金属配線１６ｃをエッチング加工して所定のパターン形成にした後、その上に平坦化膜１７を形成し、その上にマイクロレンズ材１２ｂを、下層マイクロレンズ１２Ｂの所定パターンで転写して現像する。
【００７０】
次に、図４Ｂに示すように、マイクロレンズ材１２ｂをベーク（熱処理）して、上に凸状となった下層マイクロレンズ１２Ｂを形成する。
【００７１】
その後、図４Ｃに示すように、平坦化膜１７および下層マイクロレンズ１２Ｂ上に平坦化膜１８を形成し、その上にマイクロレンズ材１２ａを、上層マイクロレンズ１２Ａの所定パターンで転写して現像する。さらに、マイクロレンズ材１２ａをベーク（熱処理）して、一つの下層マイクロレンズ１２Ｂ毎に、上に凸状となった４つの上層マイクロレンズ１２Ａをそれぞれ形成する。
【００７２】
以上により、上記実施形態１によれば、各画素毎に配置される上層マイクロレンズ１２Ａと、４画素を覆うようにまたがる下層マイクロレンズ１２Ｂとの２種類のマイクロレンズ１２を形成することにより、画素セル１４内の受光部としての各フォトダイオード１１の配置が行方向（横方向）および列方向（縦方向）で周期的に異なる固体撮像装置１０においても、各画素の受光感度を向上させ、画素毎の集光のばらつきを少なくして、混色を低減することができる。
（実施形態２）
上記実施形態１では、上に凸状のレンズ形状の上層マイクロレンズ１２Ａおよび下層マイクロレンズ１２Ｂの場合について説明したが、本実施形態２では、上層マイクロレンズ１２Ａは上に凸状のレンズ形状であるが、上に凸状のレンズ形状の下層マイクロレンズ１２Ｂに代えて上下に凸レンズ形状の下層マイクロレンズ１２Ｃとする場合について説明する。
【００７３】
図５および図６は、本発明の実施形態２に係る固体撮像装置について、図１に示すＢ−Ｂ’線部分で切断した場合と同様の要部縦断面図であり、図５は真上から画像光が入射されたときの各フォトダイオードへの集光の様子を示す図、図６は斜め方向から画像光が入射されたときの各フォトダイオードへの集光の様子を示す図である。なお、図５および図６では、上記実施形態１の図２および図３に対応しており、図２および図３の作用効果と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付している。
【００７４】
図５および図６において、本実施形態２の固体撮像装置１０Ａ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、この複数のフォトダイオード１１上にそれぞれ画像光を集光するためのマイクロレンズ１２１とを備えている。
【００７５】
複数のフォトダイオード１１は、光をそれぞれ光電変換する各光電変換部であって、平面視で行方向および列方向に周期的に異なるように配置されており、周期性を有する４つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｄは、平面視で行方向および列方向に各２画素の合計４画素毎に一つのグループを構成している。
【００７６】
マイクロレンズ１２１は、フォトダイオード１１毎に配置される第１マイクロレンズとしての上層マイクロレンズ１２Ａと、グループ化された４つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｄ毎にこれらの上方を覆うようにまたがる第２マイクロレンズとしての下層マイクロレンズ１２Ｃとを有している。
【００７７】
下層マイクロレンズ１２Ｃは、フォトダイオード１１と上層マイクロレンズ１２Ａとの間に設けられており、上層マイクロレンズ１２Ａは、平面視で矩形状または正方形状であり、その断面形状は上に凸状（片面凸状）のレンズ形状（下面は平面）であり、下層マイクロレンズ１２Ｃは、平面視で矩形状または正方形状であり、その断面形状は上下に凸状（両面凸状）のレンズ形状である。このように、下層マイクロレンズ１２Ｃが両面凸状の場合には、上記実施形態１の下層マイクロレンズ１２Ｂが片面凸状の場合に比べて、フォトダイオード１１上への集光率がより良好なものとなる。
【００７８】
次に、本実施形態２の固体撮像装置１０Ａの製造方法について図７Ａ〜図７Ｅを用いて説明する。
【００７９】
図７Ａ〜図７Ｆは、本実施形態２の固体撮像装置１０Ａの製造方法の各製造工程（その１〜６）について説明するための要部縦断面図である。ここでは、上下に凸状のレンズ形状となった下層マイクロレンズ１２Ｃおよび、上に凸状のレンズ形状となった上層マイクロレンズ１２Ａの形成方法について説明する。
【００８０】
まず、図７Ａに示すように、３層目の金属配線１６ｃをエッチング加工して所定パターンに形成した後、その上に平坦化膜１７を形成し、その平坦化膜１７上に、平坦化膜１７との選択比が０．５〜２．０程度のレジスト膜７を転写して現像する。このとき、左右に隣接しているフォトダイオード１１ｃ、１１ｄの間のチャンネルストップ部１３のクロス部分上にレジスト膜７の開口部が配置されるように、レジスト膜７を所定のパターンに形成する。
【００８１】
次に、図７Ｂに示すように、このレジスト膜７をベーク（熱処理）して、レジスト膜７ａとして、チャンネルストップ部１３の真上が最も凹んだ凹凸状のレンズ面形状を有するように形成する。このとき、左右に隣接するフォトダイオード１１ｃ、１１ｄ間のチャンネルストップ部１３のクロス部分上方に凹部の最も低位置（レンズ中央部）が設けられ、その両側（レンズ周囲）に凸部が設けられている。
【００８２】
さらに、図７Ｃに示すように、凹凸状のレジスト膜７ａ上から異方性エッチングを行って、レジスト膜７ａの凹凸形状を平坦化膜１７に転写して平坦化膜１７ａとする。
【００８３】
続いて、図７Ｄに示すように、平坦化膜１７ａ上にマイクロレンズ材１２ａを、下層マイクロレンズ１２Ｃの所定パターンで転写して現像する。
【００８４】
その後、図７Ｅに示すように、マイクロレンズ材１２ａをベーク（熱処理）して、上下に凸状（両面凸）となった下層マイクロレンズ１２Ｃを形成する。
【００８５】
さらに、図７Ｆに示すように、平坦化膜１７ａおよび下層マイクロレンズ１２Ｃ上に平坦化膜１８を形成し、その上にマイクロレンズ材１２ａを、上層マイクロレンズ１２Ａの所定パターンで転写して現像する。さらに、マイクロレンズ材１２ａをベーク（熱処理）して、一つの下層マイクロレンズ１２Ｃ毎に、上に凸状となった４つの上層マイクロレンズ１２Ａをそれぞれ形成する。
【００８６】
以上により、上記実施形態２によれば、各画素毎に配置される上層マイクロレンズ１２Ａと、４画素を覆うようにまたがる下層マイクロレンズ１２Ｃとの２種類のマイクロレンズ１２１を形成することにより、画素セル１４内の受光部としての各フォトダイオード１１の配置が行方向（横方向）および列方向（縦方向）で周期的に異なる固体撮像装置１０Ａにおいても、上記実施形態１の場合と同様に、各画素の受光感度を向上させ、画素毎の集光のばらつきを少なくして、混色を低減することができる。本実施形態２では、上層マイクロレンズ１２Ａは上に凸状のレンズ形状であるが、上記実施形態１の上（片面）に凸レンズ形状の下層マイクロレンズ１２Ｂに代えて上下（両面）に凸レンズ形状の下層マイクロレンズ１２Ｃとしており、この下層マイクロレンズ１２Ｃが両面凸状であるため、上記実施形態１の片面凸状の場合に比べて、各フォトダイオード１１ａ〜１１ｄ上への集光率が更に良好なものとなって、画素サイズが更に縮小された場合にも、各画素の受光感度を向上させ、画素毎の集光のばらつきを少なくして、混色を低減することができる。
（実施形態３）
上記実施形態１では、上に凸状のレンズ形状の上層マイクロレンズ１２Ａおよび下層マイクロレンズ１２Ｂの場合について説明したが、本実施形態３では、上に凸状のレンズ形状の上層マイクロレンズ１２Ａおよび、下に凸状のレンズ形状の下層マイクロレンズ１２Ｄの場合について説明について説明する。
【００８７】
図８は、本発明の実施形態３に係る固体撮像装置について、図１に示すＢ−Ｂ’線部分で切断した場合と同様の要部縦断面図であり、斜め方向から画像光が入射されたときの各フォトダイオードへの集光の様子を示す図である。なお、図８では、上記実施形態１の図３に対応しており、図３の作用効果と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付している。また、上記実施形態１の図２に対応する真上から画像光が入射されたときの各フォトダイオードへの集光の様子については、図２において、上に凸状のレンズ形状の下層マイクロレンズ１２Ｂを、図８で後述するが、下に凸状のレンズ形状の下層マイクロレンズ１２Ｄに代えればよい。
【００８８】
図８において、本実施形態３の固体撮像装置１０Ｂ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、この複数のフォトダイオード１１上にそれぞれ画像光を集光するためのマイクロレンズ１２２とを備えている。
【００８９】
複数のフォトダイオード１１は、光をそれぞれ光電変換する各光電変換部であって、平面視で行方向および列方向に周期的に異なるように配置されており、周期性を有する４つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｄは、平面視で行方向および列方向に各２画素の合計４画素毎に一つのグループを構成している。
【００９０】
マイクロレンズ１２２は、フォトダイオード１１毎に配置される第１マイクロレンズとしての上層マイクロレンズ１２Ａと、グループ化された４つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｄ毎にこれらの上方を覆うようにまたがる第２マイクロレンズとしての下層マイクロレンズ１２Ｄとを有している。
【００９１】
下層マイクロレンズ１２Ｄは、フォトダイオード１１と上層マイクロレンズ１２Ａとの間に設けられており、上層マイクロレンズ１２Ａは、平面視で矩形状または正方形状であり、その断面形状は上に凸状（片面凸状）のレンズ形状（下面は平面）であり、下層マイクロレンズ１２Ｄは、平面視で矩形状または正方形状であり、その断面形状は下に凸状（片面凸状）のレンズ形状（上面は平面）である。このように、下層マイクロレンズ１２Ｄが下に凸状の場合には、上記実施形態１の上に凸状の下層マイクロレンズ１２Ｂの場合と同様に、グループ化したフォトダイオード１１ｃ，１１ｄに合わせて、上層マイクロレンズ１２Ａによる集光を互いに内側に曲げて寄らせる（集光を互いに近づける）ことができる。また、下層マイクロレンズ１２Ｄの透明材料の屈折率が、下層マイクロレンズ１２Ｄのレンズ曲面側に接する透明材料の屈折率よりも大きく設定されている。
【００９２】
以上により、上記実施形態３によれば、各画素毎に配置される上層マイクロレンズ１２Ａと、４画素を覆うようにまたがる下層マイクロレンズ１２Ｄとの２種類のマイクロレンズ１２２を形成することにより、画素セル１４内の受光部としての各フォトダイオード１１の配置が行方向（横方向）および列方向（縦方向）で周期的に異なる固体撮像装置１０Ｂにおいても、上記実施形態１の場合と同様に、各画素の受光感度を向上させ、画素毎の集光のばらつきを少なくして、混色を低減することができる。
（実施形態４）
上記実施形態１では、上に凸状のレンズ形状の上層マイクロレンズ１２Ａおよび下層マイクロレンズ１２Ｂの場合について説明したが、本実施形態３では、上に凸状のレンズ形状の上層マイクロレンズ１２Ａおよび、下に凸状で外周部分のみがレンズ曲面形状の下層マイクロレンズ１２Ｅの場合について説明について説明する。
【００９３】
図９は、本発明の実施形態４に係る固体撮像装置について、図１に示すＢ−Ｂ’線部分で切断した場合と同様の要部縦断面図であり、真上から画像光が入射されたときの各フォトダイオードへの集光の様子を示す図である。なお、図９では、上記実施形態１の図２に対応しており、図２の作用効果と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付している。また、上記実施形態１の図３に対応する斜め方向から画像光が入射されたときの各フォトダイオードへの集光の様子については、図３において、上に凸状のレンズ形状の下層マイクロレンズ１２Ｂを、図９で後述するが、下に凸状で外周部分のみがレンズ曲面形状の下層マイクロレンズ１２Ｅに代えればよい。
【００９４】
図９において、本実施形態４の固体撮像装置１０Ｃ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、この複数のフォトダイオード１１上にそれぞれ画像光を集光するためのマイクロレンズ１２３とを備えている。
【００９５】
複数のフォトダイオード１１は、光をそれぞれ光電変換する各光電変換部であって、平面視で行方向および列方向に周期的に異なるように配置されており、周期性を有する４つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｄは、平面視で行方向および列方向に各２画素の合計４画素毎に一つのグループを構成している。
【００９６】
マイクロレンズ１２３は、フォトダイオード１１毎に配置される第１マイクロレンズとしての上層マイクロレンズ１２Ａと、グループ化された４つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｄ毎にこれらの上方を覆うようにまたがる第２マイクロレンズとしての下層マイクロレンズ１２Ｅとを有している。
【００９７】
下層マイクロレンズ１２Ｅは、フォトダイオード１１と上層マイクロレンズ１２Ａとの間に設けられており、上層マイクロレンズ１２Ａは、平面視で矩形状または正方形状であり、その断面形状は上に凸状（片面凸状）のレンズ形状（下面は平面）であり、下層マイクロレンズ１２Ｅは、平面視で矩形状または正方形状であり、その断面形状は下に凸状（片面凸状）のレンズ形状（上面は平面）である。また、下層マイクロレンズ１２Ｅは、平面視円形または楕円形の外周部分１２Ｅａが凸レンズ曲面形状に形成され、平面視円形または楕円形の中央部分１２Ｅｂが平面状に形成されている。このように、下層マイクロレンズ１２Ｅが下に凸状でその平面視で外周部分のみが凸レンズ曲面形状の場合には、グループ化したフォトダイオード１１ｃ，１１ｄ（１１ｃ，１１ｄのみが図示されているが実際には１１ａ〜１１ｄの４つ全部）の外周部分の上層マイクロレンズ１２Ａによる集光を互いに内側に曲げて寄らせる（集光を互いに近づける）ことができる。また、下層マイクロレンズ１２Ｅの透明材料の屈折率が、下層マイクロレンズ１２Ｅのレンズ曲面側に接する透明材料の屈折率よりも大きく設定されている。
【００９８】
したがって、上記実施形態４によれば、各画素毎に配置される上層マイクロレンズ１２Ａと、４画素毎に画素上方を覆うようにまたがる下層マイクロレンズ１２Ｅとの２種類のマイクロレンズ１２３を形成することにより、画素セル１４内の受光部としての各フォトダイオード１１の配置が行方向（横方向）および列方向（縦方向）で周期的に異なる固体撮像装置１０Ｃにおいても、上記実施形態１の場合と同様に、各画素の受光感度を向上させ、画素毎の集光のばらつきを少なくして、混色を低減することができる。この場合に、大きい下層マイクロレンズ１２Ｅを製造する場合に、中央部分が平面であるため、その形成がより容易になる。
（実施形態５）
上記実施形態１では、上に凸状のレンズ形状の上層マイクロレンズ１２Ａがそれぞれ単独で設けられている場合について説明したが、本実施形態５では、上に凸状のレンズ形状の四つの上層マイクロレンズが、グループとして隣接する場合に、互いに重なるなど、互いのレンズ周端部を超えて接近する場合について説明について説明する。
【００９９】
図１０は、本発明の実施形態５に係る固体撮像装置について、図１に示すＢ−Ｂ’線部分で切断した場合と類似の要部縦断面図であり、真上方向から画像光が入射されたときの各フォトダイオードへの集光の様子を示す図である。なお、図１０では、上記実施形態１の図２に対応しており、図２の作用効果と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付している。また、上記実施形態１の図３に対応する斜め方向から画像光が入射されたときの各フォトダイオードへの集光の様子についてはここでは省略している。
【０１００】
図１０において、本実施形態５の固体撮像装置１０Ｄ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、この複数のフォトダイオード１１上にそれぞれ画像光を集光するためのマイクロレンズ１２４とを備えている。
【０１０１】
複数のフォトダイオード１１は、光をそれぞれ光電変換する各光電変換部であって、平面視で行方向および列方向に周期的に異なるように配置されており、周期性を有する４つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｄは、平面視で行方向および列方向に各２画素の合計４画素毎に一つのグループを構成している。
【０１０２】
マイクロレンズ１２４は、フォトダイオード１１毎に配置される第１マイクロレンズとしての上層マイクロレンズ１２Ｆと、グループ化された４つのフォトダイオード１１ａ〜１１ｄ毎にこれらの上方を覆うようにまたがる第２マイクロレンズとしての下層マイクロレンズ１２Ｂとを有している。
【０１０３】
上層マイクロレンズ１２Ｆは、入射された光がそれぞれに対応するグループ毎の４つの各フォトダイオード１１ａ〜１１ｄ上の同じ位置に集光されるように、互いに隣接する上層マイクロレンズ１２Ｆのうちの一部（例えば４つのうちの２つなど）または全部（例えば４つ全部）が、互いのレンズ周端部を超えて接近させる場合（フォトダイオード同士が接近しすぎる場合にレンズ自体が重なってもレンズを更に接近させる場合）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。この互いに隣接する上層マイクロレンズ１２Ｆは、上層マイクロレンズ１２Ｆの周縁部の少なくとも一部が隣接する上層マイクロレンズ１２Ｆと重なって形成されている。また、互いに隣接する上層マイクロレンズ１２Ｆは、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、または所定隙間分だけ離間させて配置されている。さらに、各フォトダイオード１１の間隔に応じて上層マイクロレンズ１２Ｆの位置が異なって配置されている。
【０１０４】
下層マイクロレンズ１２Ｂは、フォトダイオード１１と上層マイクロレンズ１２Ｆとの間に設けられており、上層マイクロレンズ１２Ｆは、平面視で矩形状または正方形状であり、その断面形状は上に凸状（片面凸状）のレンズ形状（下面は平面）であり、下層マイクロレンズ１２Ｂは、平面視で矩形状または正方形状であり、その断面形状は上に凸状（片面凸状）のレンズ形状（下面は平面）である。このように、下層マイクロレンズ１２Ｂは、グループ化したフォトダイオード１１ａ〜１１ｄの各位置に合わせて、各上層マイクロレンズ１２Ｆによる集光を互いに内側に曲げて寄らせる（集光を互いに近づける）ことができる。また、下層マイクロレンズ１２Ｂの透明材料の屈折率は、下層マイクロレンズ１２Ｂのレンズ曲面側に接する透明材料の屈折率よりも大きく設定されている。
【０１０５】
上層マイクロレンズ１２Ｆの形成方法の一例について簡単に説明する。
【０１０６】
従来、マイクロレンズ同士を重ねてくっ付ける場合には、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５では、上層マイクロレンズ１２Ｆの配置間隔を縮小して互いに重ねる場合には、重なる一方の上層マイクロレンズ１２Ｆを形成して固まってから、他方の上層マイクロレンズ１２Ｆを形成して固めるというように、２回に分けて別々に上層マイクロレンズ１２Ｆを形成すること（４つの上層マイクロレンズ１２Ｆがグループ化している場合には、２つづつ形成して固めること）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、隣接する上層マイクロレンズ１２Ｆの位置を任意に近づけて光軸Ｃの間隔を容易に設定できる。
【０１０７】
即ち、上層マイクロレンズ１２Ｆの形成方法は、各上層マイクロレンズ１２Ｆのうち互いに接触しない位置にある各上層マイクロレンズ１２Ｆを形成する第１工程と、形成していない各上層マイクロレンズ１２Ｆのうち互いに接触しない位置にある上層マイクロレンズ１２Ｆを、少なくとも行方向および列方向のいずれか一方向（ここでは行方向および列方向の両方向）に、既に形成された隣接する上層マイクロレンズ１２Ｆと重なるかまたは接触するように形成する第２工程とを有し、形成していない上層マイクロレンズ１２Ｆがなくなるまでこの第２の工程を繰り返す。
【０１０８】
また、上層マイクロレンズ１２Ｆの形成方法として、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微細な隙間を開けて配置する場合には、少なくとも行方向および列方向のいずれか一方向（ここでは行方向および列方向の両方向）に、互いに隣接する上層マイクロレンズ１２Ｆとして、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形成する工程を有する。
【０１０９】
このように、各上層マイクロレンズ１２Ｆの間隔を任意に縮小をして設定することができるため、各フォトダイオード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１１の中心位置Ｃ１が上層マイクロレンズ１２Ｆの光軸位置Ｃ２と一致するように、上層マイクロレンズ１２Ｆの最適位置に、容易に配置することができる。
【０１１０】
したがって、上記実施形態５によれば、各画素毎に配置される上層マイクロレンズ１２Ｆと、４画素を覆うようにまたがる下層マイクロレンズ１２Ｂとの２種類のマイクロレンズ１２４を形成することにより、画素セル１４内の受光部としての各フォトダイオード１１の配置が行方向（横方向）および列方向（縦方向）で周期的に異なる固体撮像装置１０Ｄにおいて、画素サイズが更に縮小される場合にも、各画素の受光感度を向上させ、画素毎の集光のばらつきを少なくして、混色を低減することができる。
【０１１１】
以上により、上記実施形態１〜５によれば、各フォトダイオード１１の配置が行方向および列方向で周期的に異なるように各フォトダイオード１１が偏った画素セル１４を有する固体撮像装置１０（または１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）において、周期性を有する４画素をグループ化し、一つのグループ毎に、各画素毎に配置され、画像光を集光するための上層マイクロレンズ１２Ａ（または１２Ｆ）と、４画素を覆ってまたがり、上層マイクロレンズ１２Ａ（または１２Ｆ）による集光を内側に曲げるための下層マイクロレンズ１２Ｂ（または１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ）とを有している。これによって、画素サイズが更に縮小される場合にも、上下二つのマイクロレンズにより集光しつつ、受光無効領域を縮小して集光率を高めて各画素の受光感度を向上させ、Ｆ値による画素の特性劣化を抑制することができる。
【０１１２】
また、受光部領域の中央部分とその周辺部分、その周辺部分でも位置によって三原色のＲＧＢの混色の様子（ＧにＲが混ざったりＧにＢ混ざったりする様子）が異なっていたが、上記実施形態１〜４によれば、受光部領域の中央部分でもその周辺部分でも、受光部（各フォトダイオード１１）の中央部分に容易かつ確実に集光させることができるため、受光感度はもちろんのこと、輝度シェーディング特性の低下や不均一を防ぐことができ。よって、これを補正処理で解決しようとすると複雑な補正制御は必要なくなる。
【０１１３】
なお、上記実施形態１〜５では、下層マイクロレンズ１２Ｂ〜１２Ｄは、矩形または正方形の平面視形状を有し、この平面視形状の外周部分およびその内側の中央部分が共にレンズ曲面形状の場合について説明し、また、下層マイクロレンズ１２Ｅは、矩形または正方形の平面視形状を有し、この平面視形状の外周部分がレンズ曲面形状で、平面視形状の外周部分の内側の中央部分が平面形状の場合について説明したが、これに限らず、本発明の下層マイクロレンズは、円形（近似円形を含む）または楕円形の平面視形状を有しておてもよく、この平面視形状の外周部分およびその内側の中央部分が共にレンズ曲面形状であってもよく、その中央部分が平面形状であってもよい。要するに、本発明の下層マイクロレンズは、円（近似円形を含む）、楕円（近似楕円形を含む）、矩形（近似矩形を含む；四隅の角のうち少なくとも一つの角がアール状になっている）または正方形（近似正方形を含む；少なくとも一つの角がアール状など）の平面視形状を有しており、該平面視形状の少なくとも外周部分がレンズ曲面形状に形成されている。
【０１１４】
また、上記実施形態１〜５では、複数の受光部としての複数のフォトダイオード１１は、平面視で列方向および行方向にマトリクス状（２次元状）に設けられ、この列方向および行方向に共に周期的に異なるように配置されている場合について説明したが、これに限らず、画素セル１４内の受光部（フォトダイオード１１）の位置が行方向および列方向のうちのいずれか一方向に周期的に異なる全ての固体撮像装置にも適用することができる。また、このような列方向および行方向の直交する方向に限らず、複数のフォトダイオード１１は、平面視で一方向およびこの一方向と交差する方向のうちの少なくともいずれかの方向に周期的に異なるように配置されている場合にも本発明を適用することができる。
【０１１５】
さらに、上記実施形態１〜５では、周期性を有する複数の画素として、４画素を一つのグループとしたが、本発明はこれに限らず、周期性を有する２画素以上の複数の画素が設けられた全ての固体撮像装置に適用することができる。
【０１１６】
例えば、周期性を有する所定数の受光部（フォトダイオード１１）として、平面視で列方向または行方向に２画素が一つのグループとされていてもよい。この場合に、グループ化された２画素毎に、受光部（フォトダイオード１１）の２つが、隣接する各画素間のチャンネルストップ部１３側に均等に寄って形成されている。また、グループ化された２画素にまたがる下層マイクロレンズは、２画素を構成する２つの受光部（フォトダイオード１１）間の中心であるチャンネルストップ部１３上に光軸Ｃが一致するように設けられている。
【０１１７】
また、前述したが、周期性を有する所定数の受光部（フォトダイオード１１）として、平面視で列方向および行方向に各２画素の合計４画素が一つのグループとされている場合には、グループ化された４画素毎に、受光部（フォトダイオード１１）の４つが、隣接する各画素間の２本のチャンネルストップ部１３のクロス部分側に均等に寄って形成されている。また、グループ化された４画素にまたがる下層マイクロレンズは、４画素を構成する４つの受光部（フォトダイオード１１）の中心である２本のチャンネルストップ部１３のクロス部分の中心位置に光軸Ｃが一致するように設けられている。
【０１１８】
さらに、上記実施形態１〜５では、第１マイクロレンズとしての上層マイクロレンズ１２Ａ（または１２Ｆ）の断面形状が上に凸レンズ形状で、第２マイクロレンズとしての下層マイクロレンズ１２Ｂまたは１２Ｃ、１２Ｄ，１２Ｅの断面形状が、上、下または上下に凸レンズ形状である場合について説明したが（上層マイクロレンズ１２Ｆと下層マイクロレンズ１２Ｂまたは１２Ｃ、１２Ｄ，１２Ｅの組合せでもよい）、これに限らず、上層マイクロレンズ１２Ａ（または１２Ｆ）の断面形状として、下または上下に凸レンズ形状であってもよく、これらのいずれかと上記下層マイクロレンズ１２Ｂまたは１２Ｃ、１２Ｄ，１２Ｅとの組合せであってもよい。
【０１１９】
さらに、本発明は、上記実施形態１〜５では、特に説明しなかったが、各フォトダイオード１１と各上層マイクロレンズ１２Ａまたは１２Ｆと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２以上の整数）で周期的に配置されている。また、各フォトダイオード１１と各上層マイクロレンズ１２Ａまたは１２Ｆと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）の合計Ｋ画素単位（Ｋ＝Ｉ×Ｊ）で周期的に配置されている。これらのＮ画素単位またはＫ画素単位で所定数の画素としてグループ化されている。
【０１２０】
さらに、本発明は、上記実施形態１，２，５で説明した製造方法に限定されず、フォトリソグラフィー、エッチングなど、周知のプロセス技法によりマイクロレンズが形成された全ての固体撮像装置に適用することができる。
【０１２１】
さらに、本発明は、上記実施形態１〜５では、特に説明しなかったが、ＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサのいずれにも適用することができる。
【０１２２】
さらに、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１〜４の固体撮像装置１０（または１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）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（または１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）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。
【０１２３】
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】
【０１２４】
本発明は、受光部上にマイクロレンズを備えたＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサなどの固体撮像装置および、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、画素サイズが更に縮小される場合にも、上下二つの第１マイクロレンズおよび第２マイクロレンズにより集光しつつ、受光無効領域を縮小して集光率を高めて各画素における受光感度を向上させると共に、受光領域周辺部などにおいて、角度が大きい斜め光が入射されたときに生じる集光率のばらつきや混色を低減できて各画素の特性劣化を抑制できるなど、画素の特性向上を図ることできる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の概略要部構成例を示す平面図である。
【図２】図１の固体撮像装置をＢ−Ｂ’線部分で切断した場合であって、真上から光が入射される受光領域中央部分の要部断面図である。
【図３】図１の固体撮像装置をＢ−Ｂ’線部分で切断した場合であって、斜め方向から光が入射する受光領域周辺部分の要部断面図である。
【図４Ａ】本実施形態１の固体撮像装置の製造方法の製造工程（その１）について説明するための要部縦断面図である。
【図４Ｂ】本実施形態１の固体撮像装置の製造方法の製造工程（その２）について説明するための要部縦断面図である。
【図４Ｃ】本実施形態１の固体撮像装置の製造方法の製造工程（その３）について説明するための要部縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る固体撮像装置であって、真上から光が入射される受光領域中央部分の要部断面図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る固体撮像装置であって、斜め方向から光が入射する受光領域周辺部分の要部断面図である。
【図７Ａ】本実施形態２の固体撮像装置の製造方法の製造工程（その１）について説明するための要部縦断面図である。
【図７Ｂ】本実施形態２の固体撮像装置の製造方法の製造工程（その２）について説明するための要部縦断面図である。
【図７Ｃ】本実施形態２の固体撮像装置の製造方法の製造工程（その３）について説明するための要部縦断面図である。
【図７Ｄ】本実施形態２の固体撮像装置の製造方法の製造工程（その４）について説明するための要部縦断面図である。
【図７Ｅ】本実施形態２の固体撮像装置の製造方法の製造工程（その５）について説明するための要部縦断面図である。
【図７Ｆ】本実施形態２の固体撮像装置の製造方法の製造工程（その６）について説明するための要部縦断面図である。
【図８】本発明の実施形態３に係る固体撮像装置について、図１に示すＢ−Ｂ’線部分で切断した場合と同様の要部縦断面図であり、真上から画像光が入射されたときの各フォトダイオードへの集光の様子を示す図である。
【図９】本発明の実施形態４に係る固体撮像装置について、図１に示すＢ−Ｂ’線部分で切断した場合と同様の要部縦断面図であり、真上から画像光が入射されたときの各フォトダイオードへの集光の様子を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態５に係る固体撮像装置について、図１に示すＢ−Ｂ’線部分で切断した場合と同様の要部縦断面図であり、真上から画像光が入射されたときの各フォトダイオードへの集光の様子を示す図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の概略要部構成例を示す上面図である。
【図１２】図１１の従来の固体撮像装置をＡ−Ａ’線部分で切断した場合であって、真上から光が入射する受光領域中央部分の断面図である。
【図１３】従来の他の固体撮像装置の概略要部構成例を示す上面図である。
【図１４】図１１の従来の固体撮像装置をＡ−Ａ’線部分で切断した場合であって、斜め方向から光が入射する受光領域周辺部分の断面図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ  固体撮像装置
１１、１１ａ〜１１ｄ  フォトダイオード（受光部）
１２、１２１、１２２、１２３、１２４  マイクロレンズ
１２ａ  マイクロレンズ材
１２Ａ、１２Ｆ  上層マイクロレンズ
１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ  下層マイクロレンズ
１３  チャネルストップ部
１４、１４ａ〜１４ｄ  画素セル
１５  カラーフィルタ
１６ａ  金属配線（１層目）
１６ｂ  金属配線（２層目）
１６ｃ  金属配線（３層目）
１７〜１９  平坦化膜
１７ａ  凹凸状の平坦化膜
７、７ａ  レジスト膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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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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