(57)【要約】【課題】異なるマイクロレンズ構造を有するマイクロレンズ領域間の感度差が視認されにくい固体撮像装置を提供することを課題とする。【解決手段】固体撮像装置は、複数の画素の各々は、光電変換部と、その上に設けられた光学要素と、その上に設けられたマイクロレンズとを有し、複数の画素のマイクロレンズは、第１のマイクロレンズ領域（２３）では複数の第１のマイクロレンズ構造が配置され、第２のマイクロレンズ領域（２２）では複数の第２のマイクロレンズ構造が配置され、複数の画素の光学要素は、第１の光学要素領域（７１）では複数の第１の光学要素構造が配置され、第２の光学要素領域（７２）では複数の第２の光学要素構造が配置され、第１の光学要素領域と第２の光学要素領域との境界の上に第１のマイクロレンズ領域が位置する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元状に配列された複数の画素を有し、
前記複数の画素の各々は、
光電変換部と、
前記光電変換部の上に設けられた光学要素と、
前記光学要素の上に設けられたマイクロレンズとを有し、
前記複数の画素のマイクロレンズは、第１のマイクロレンズ領域では複数の第１のマイクロレンズ構造のマイクロレンズが配置され、第２のマイクロレンズ領域では前記第１のマイクロレンズ構造とは異なる複数の第２のマイクロレンズ構造のマイクロレンズが配置され、
前記複数の画素の光学要素は、第１の光学要素領域では複数の第１の光学要素構造の光学要素が配置され、第２の光学要素領域では前記第１の光学要素構造とは異なる複数の第２の光学要素構造の光学要素が配置され、
前記第１の光学要素領域と前記第２の光学要素領域との境界の上に前記第１のマイクロレンズ領域が位置することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記光学要素は、開口部を有する配線層であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の光学要素構造及び前記第２の光学要素構造は、相互に前記開口部の大きさが異なることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記光学要素は、反射防止膜であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記反射防止膜は、ＳｉＯ2膜及びＳｉＮ膜を有し、
前記第１の光学要素構造及び前記第２の光学要素構造は、相互に前記ＳｉＮ膜の膜厚が異なることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記光学要素は、カラーフィルタであることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１の光学要素構造及び前記第２の光学要素構造は、相互に前記カラーフィルタの膜厚が異なることを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１のマイクロレンズ構造は、頂点を通る軸に回転対称な形状を有するマイクロレンズであり、
前記第２のマイクロレンズ構造は、頂点を通る軸に回転対称でない形状を有するマイクロレンズであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１のマイクロレンズ領域は、前記２次元状に配列された複数の画素のうちの中央部の領域であり、
前記第２のマイクロレンズ領域は、前記２次元状に配列された複数の画素のうちの周辺部の領域であることを特徴とする請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の光学要素領域と前記第２の光学要素領域との境界部では、前記第１の光学要素構造の光学要素と前記第２の光学要素構造の光学要素とが入り混じって配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第１のマイクロレンズ領域及び前記第２のマイクロレンズ領域は相互に隣接し、
前記第１の光学要素領域及び前記第２の光学要素領域は相互に隣接し、
前記第１の光学要素領域の光学要素と前記第２の光学要素領域の光学要素との感度差の平均値は、前記第１のマイクロレンズ領域のマイクロレンズと前記第２のマイクロレンズ領域のマイクロレンズとの感度差の平均値以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、市場から携帯情報端末や移動体機器への搭載が求められており、小型化や薄型化が進められている。固体撮像装置の小型化や薄型化に伴い、撮像レンズと固体撮像装置との距離は縮小するが、撮像レンズと固体撮像装置の距離が小さくなると、撮像領域内の周辺部において光入射角度が大きくなる。その結果、固体撮像装置の撮像領域内の周辺部において、光の検出感度が低下する現象、いわゆるシェーディングが発生してしまう。
【０００３】
この課題に対して、マイクロレンズの形状を大きな光入射角度に適した形状にする方法が提案されている。特許文献１は、撮像領域を複数の区画に分割して、それぞれの区画毎に大きな光入射角度に適した形状のマイクロレンズを設計、配置して、設計作業を簡略化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−９４３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の固体撮像装置は、撮像領域中心部から周辺部に向かって複数の区画に分割され、それぞれの区画に異なる形状のマイクロレンズが形成されている。また、この時に、区画の境界部で隣接する区画のマイクロレンズの一部を自区に配置させることで、境界部に生じる不連続な感度差を緩和しようとしている。
【０００６】
しかし、前記の区画の境界部で隣接する区画のマイクロレンズの一部を自区に配置させる方法は、微視的には感度差が改善するが以下の課題がある。すなわち、区画単位で感度の差が発生した場合、特許文献１に開示されている境界部での感度差を解消しても、区画単位の感度差に由来した輝度の不連続部を有する画像として視認できてしまう。
【０００７】
本発明の目的は、異なるマイクロレンズ構造を有するマイクロレンズ領域間の感度差が視認されにくい固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体撮像装置は、２次元状に配列された複数の画素を有し、前記複数の画素の各々は、光電変換部と、前記光電変換部の上に設けられた光学要素と、前記光学要素の上に設けられたマイクロレンズとを有し、前記複数の画素のマイクロレンズは、第１のマイクロレンズ領域では複数の第１のマイクロレンズ構造のマイクロレンズが配置され、第２のマイクロレンズ領域では前記第１のマイクロレンズ構造とは異なる複数の第２のマイクロレンズ構造のマイクロレンズが配置され、前記複数の画素の光学要素は、第１の光学要素領域では複数の第１の光学要素構造の光学要素が配置され、第２の光学要素領域では前記第１の光学要素構造とは異なる複数の第２の光学要素構造の光学要素が配置され、前記第１の光学要素領域と前記第２の光学要素領域との境界の上に前記第１のマイクロレンズ領域が位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１のマイクロレンズ領域及び第２のマイクロレンズ領域間の感度差が視認されにくくなり、出力画像の品位が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態を説明するための断面模式図である。
【図２】第１の実施形態を説明するための平面模式図である。
【図３】撮像領域に配置されたマイクロレンズの断面図である。
【図４】撮像領域に配置されたマイクロレンズの断面図である。
【図５】配線最上層の平面模式図である。
【図６】配線最上層の開口部の大きさと感度の関係を示す図である。
【図７】開口部の大きさが異なる配線最上層を部分領域毎に配置した図である。
【図８】隣接する領域間の境界部を示す図である。
【図９】反射防止膜の透過率を示す図である。
【図１０】カラーフィルタの膜厚と感度の関係を示す図である。
【図１１】第４の実施形態を説明するための平面模式図である。
【図１２】第５の実施形態を説明するための平面模式図である。
【図１３】第６の実施形態を説明するための平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明について、複数の実施形態を用いて説明を行う。各実施形態は本発明の一部であり適宜変更可能であるためこれに限定されるものではない。また複数の実施形態を組み合わせることも可能である。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による固体撮像装置２０の構成例を示す断面図である。固体撮像装置２０は、２次元状に配列された複数の画素１０を有する。複数の画素１０の各々は、半導体基板１１の表層部に形成された光電変換部１２、反射防止膜１３、多層配線層１４、カラーフィルタ１６、マイクロレンズ１７の順に設けられている。光電変換部１２は、例えばフォトダイオードであり、マイクロレンズ１７で集光された光を電子に変換する。反射防止膜１３は、シリコン窒化膜で構成されており、層間絶縁膜１５と半導体基板１１の屈折率差に起因する反射を抑制する役割を果たす。多層配線層１４は、光電変換部１２で生じた電子の読み出しやリセット等の駆動に用いる配線であり、マイクロレンズ１７から入射した光が光電変換部１２に届くように開口部が設けられている。また、本実施形態の多層配線層１４は、配線最上層１４ａと配線中間層１４ｂを含んでいる。配線最上層１４ａと配線中間層１４ｂの間には、シリコン酸化膜で構成された層間絶縁膜１５が形成されている。カラーフィルタ１６は、特定の波長帯域の光を選択的に透過させる材料で構成されており、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）への色分離を行う機能を有する。マイクロレンズ１７は、画素１０に入射してきた光を効率的に光電変換部１２に集める役割を果たしており、凸レンズ形状を成している。
【００１３】
図２（ａ）〜（ｃ）は、固体撮像装置２０の平面模式図である。固体撮像装置２０は、その表面に撮像領域２１を有している。撮像領域２１は、図１で説明した画素１０を行及び列方向に複数配置している。撮像領域２１上の各画素１０は、画素信号を出力する。本実施形態の撮像領域２１上において、行方向に２０００個、列方向に３０００個の画素１０があるとすれば、行方向に２０００画素、列方向に３０００画素、総画素数６００万画素の画像情報を出力する。
【００１４】
図２（ａ）及び（ｂ）は、固体撮像装置２０上の撮像領域２１に対する平面模式図である。図２（ａ）は、図１のマイクロレンズ１７の領域を示す平面図である。図２（ｂ）は、図１の配線最上層１４ａの領域を示す平面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のマイクロレンズ１７の領域及び図２（ｂ）の配線最上層１４ａの領域を重ね合わせて投影した図である。
【００１５】
本実施形態は、図２（ａ）に示す様に、図１のマイクロレンズ１７を配した撮像領域２１の正投影面で、複数の行及び列に領域を設けている。図２（ａ）の各領域は、行及び列方向に複数のマイクロレンズ１７を配置しており、領域内の複数のマイクロレンズは同一の形状を有する。
【００１６】
本実施形態において、マイクロレンズ１７は、図２（ａ）に示される任意の領域Ｘに対し、各領域Ｘにマイクロレンズ１７の形状を変える。一般的には、注目する領域の中央に位置する画素１０の光電変換部１２が総合的に効率よく受光できるマイクロレンズ１７の形状に設計されるが、特に限定されることは無い。マイクロレンズ１７の形状は、そのマイクロレンズ１７が配置されている画素１０を含む領域内の同一マイクロレンズ１７の形状として適用される。
【００１７】
図２（ａ）の撮像領域２１の中央部に位置する領域２３内のマイクロレンズ１７は、図３に示す様に、半球形状３１を有する。また、図２（ａ）の撮像領域２１の周辺部に位置する領域２２内のマイクロレンズ１７は、図４に示す様に、非対称な曲面形状４１を有する。また、マイクロレンズ１７を配する撮像領域２１の正投影面の隣り合う領域間において、各領域に配されたマイクロレンズは、異なる形状を有している。なお、図３及び図４に示したマイクロレンズの断面は、撮像領域２１の中央から外側へ向かう方向であって、マイクロレンズの頂点を通る方向における断面図である。図３に示すマイクロレンズは、頂点を通り、底面に垂直な軸を基準に、回転対称な形状を有する。図４に示すマイクロレンズは、頂点を通る軸に回転対称でない（非対称な）形状を有する。図３のマイクロレンズ３１の頂点は、正投影図において、マクロレンズ４１の重心と一致する。図４のマイクロレンズ４１の頂点は、正投影図において、マクロレンズ４１の重心と一致せず、重心からオフセットしている。
【００１８】
また、本実施形態は、図２（ｂ）に示す様に、図１の配線最上層１４ａを配した撮像領域２１の正投影面で、複数の行及び列に領域を設けている。図２（ｂ）の一部を拡大して、配線最上層１４ａとその開口部５１を表す平面模式図を図５に示す。各開口部５１は、図１の各光電変換部１２の光入射側鉛直上方に位置している。図２（ｂ）の各領域は、行及び列方向に複数の開口部５１を配置しており、領域内の複数の開口部は同一の大きさ（ｄ×ｄ）を有する。
【００１９】
本実施形態の固体撮像装置２０は、撮像レンズとの距離が小さい撮像光学系、殊に撮像領域２１での主光線入射角が大きな領域に対して好ましく用いられる。ここで、領域Ｘiの周辺に位置する画素Ｐiと、領域Ｘi+1の周辺に位置する画素Ｐi+1が隣接する場合を考える。画素Ｐi及びＰi+1のマイクロレンズ１７の設計に用いられた主光線の入射角は、それぞれの画素１０が属する領域の中央画素における主光線入射角に倣う。画素Ｐi及びＰi+1は隣接するため、マイクロレンズ１７に実際に入射する主光線は略一致するが、マイクロレンズ１７の設計に用いた主光線入射角が異なるため、図１の光電変換部１２で検知する感度差を生じる。そして、撮像する画像によっては、マイクロレンズ１７の形状の配置領域に起因する矩形形状の感度差が視認できてしまう。
【００２０】
ここで、光学要素は、図１の画素１０の光電変換部１２に入射する光の感度に影響を与え、マイクロレンズ１７を除く部位を指し示し、少なくとも反射防止膜１３、配線最上層１４ａとその開口部、配線中間層１４ｂとその開口部、カラーフィルタ１６を含む。本実施形態では、光学要素として、配線最上層１４ａの例を示す。本実施形態は、画素１０の感度に影響を及ぼすマイクロレンズ１７並びに光学要素（配線最上層１４ａ）に対する撮影領域２１の正投影面の領域を異ならせて重ね合わせる。これによって、マイクロレンズ１７の形状の配置領域に起因する不連続な感度差を緩和することを可能とする。例えば、図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）のマイクロレンズ１７の領域と図２（ｂ）の配線最上層１４ａの領域とは異なる。
【００２１】
次に、図２（ａ）〜（ｃ）、図５、図６及び図７（ａ）〜（ｄ）を用いて、マイクロレンズ１７と配線最上層１４ａの具体的な配置方法を説明する。先ず、図２（ａ）に示されるマイクロレンズ１７を配する撮像領域２１の正投影面の領域Ｘに対して、各領域Ｘの中央に位置する画素１０を定める。続いて、画素１０に主光線が入射する際に、画素１０の光電変換部１２が最も効率よく受光できるマイクロレンズ１７の形状を設計する。マイクロレンズ１７の形状は、そのマイクロレンズ１７が配置されている画素１０を含む領域内のマイクロレンズ１７の形状として適用する。図７（ａ）は、上記の設計を行ったマイクロレンズ１７の配置を撮像領域２１の正投影面上に表している。ここで、各領域の中央に位置する画素１０と同領域かつ領域周辺部にある画素１０との感度差、あるいは隣接する領域Ｘi及びＸi+1かつ隣接する画素１０間の感度差は０〜１％の範囲にあるとする。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示される配線最上層１４ａを配する撮像領域２１の正投影面の領域Ｙに関して、領域Ｙ内において図５の開口部５１は同一の大きさを有する。例えば、図２（ｂ）の領域２４及び２５に対して、図５の開口部５１の一辺の長さｄは、領域２４内でｄ＝ｄ１、また領域２５内でｄ＝ｄ２である。さらに、配線最上層１４ａの隣接する領域ＹjとＹj+1の感度差の平均値は、マイクロレンズ１７の隣接する領域Ｘi及びＸi+1間の感度差の平均値以下になるように、開口部５１の一辺の長さｄjとｄj+1を選択する。配線最上層１４ａの開口部５１の大きさと感度の関係は図６で表され、開口部５１の拡大とともに感度が単調増加する。
【００２３】
図７（ｂ）は、２つの感度差を生じる光学要素（配線最上層１４ａ）を配する撮像領域２１の正投影面の領域を表し、例えば配線最上層１４ａの領域を表す。上記の図６の関係から、本実施形態は、図７（ｂ）の様に、開口部５１の一辺の長さｄ１の領域７１と開口部５１の一辺の長さｄ２の領域７２とを市松文様状に配置する。ここで、隣接する領域７１及び７２の画素１０間の感度差は、ｄ１及びｄ２の設計により０．５％を生じる構成である。
【００２４】
なお、配線最上層１４ａを配する撮像領域２１の正投影面の領域Ｙに関して、開口部５１の一辺の長さｄを撮像領域２１の領域へ配置する方法は、他の適切な方法を採り得る。例えば、開口部５１の一辺の長さｄを式（１）の範囲とし、ｄの範囲にある長さｄ３、ｄ４、ｄ５を追加してもよい。
ｄ１≦ｄ≦ｄ２      ・・・（１）
【００２５】
図７（ｃ）は、５つの感度差を生じる光学要素（配線最上層１４ａ）を配する撮像領域２１の正投影面の領域を表し、例えば配線最上層１４ａの領域を表す。図７（ｃ）のような配線最上層１４ａの撮像領域２１の領域に、開口部５１の異なる大きさの領域を割り当ててよい。例えば、領域７３にｄ１、領域７４にｄ２、領域７５にｄ３、領域７６にｄ４、領域７７にｄ５を任意に配置しても良い。
【００２６】
マイクロレンズ１７の領域即ち図７（ａ）と、配線最上層１４ａの領域即ち図７（ｂ）を同じ撮像領域２１内で重ね合わせる。図７（ｄ）は、図７（ａ）で表されるマイクロレンズ１７の領域の配置と、図７（ｂ）で表される光学要素（配線最上層１４ａ）の領域の配置の重ね合わせの図である。マイクロレンズ１７の形状による領域の境界は実線で表し、配線最上層１４ａの開口部５１の大きさによる領域の境界は点線で表す。
【００２７】
図７（ｄ）の重ね合わせ図に関して、マイクロレンズ１７の各領域は、配線最上層１４ａの領域の境界によって４等分されている。同様に、配線最上層１４ａの各領域は、マイクロレンズ１７の領域の境界によって４等分されている。
【００２８】
このように、マイクロレンズ１７の形状による領域を配線最上層１４ａの開口部５１の大きさによる領域で分割する。画素１０の感度に影響を与える前述の光学要素（配線最上層１４ａ）の特性の異なる領域をマイクロレンズ１７の領域に重ね合わせることにより、さらに小さな特性の異なる領域を生じさせ得る。マイクロレンズ１７と光学要素（配線最上層１４ａ）の領域を重ね合わせて生じさせた撮像領域２１の領域は、マイクロレンズ１７の形状によって生じさせた撮像領域２１の領域に対して４分の１の面積比となっている。
【００２９】
以上のように、マイクロレンズ１７と光学要素（配線最上層１４ａ）を異なる領域で重ね合わせることにより、感度の異なる領域を小さな領域で生じさせることができる。従って、マイクロレンズ１７を配した撮像領域２１の正投影面の大きな領域の境界で生じやすい不連続な感度特性のみならず、領域単位で不連続となる感度の違いによる見た目の感度差が緩和される。つまり、感度差が視認されにくくなる。加えて、撮像領域２１の正投影面に配するマイクロレンズ１７の領域を小さくする必要がないため、設計する画素１０の数を減らすことができ、即ちそれらの光学要素の設計負荷を削減することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、マイクロレンズ１７の形状、及び配線最上層１４ａの開口部５１の大きさによる撮像領域２１の正投影面の領域を正方形とし、またこれらの領域の幅や領域間の距離を等しくしている。しかし、その趣旨を損なわない範囲で、他の形態を採り得る。例えば、マイクロレンズ１７や光学要素（配線最上層１４ａ）の領域は多角形としても良く、領域毎に形状や面積を変えても良い。さらに、撮像領域２１の正投影面の領域は、所望の感度的・空間的な検知条件に合わせて、適宜調整することが望ましい。
【００３１】
さらに、マイクロレンズ１７又は光学要素（配線最上層１４ａ）の領域は、隣接する領域との境界部においてそれぞれの構造が混在していても良い。図８（ａ）及び（ｂ）を用いて説明すると、通常は図８（ａ）のように領域８１から領域８２へ境界８４を境に構造が変化する。本実施形態の配線最上層１４ａの場合、開口部５１の一辺の長さｄがｄ１からｄ２へ境界８４を境に切り替わっている。しかし、ここで、図８（ｂ）のように、領域８１と領域８２の境界部に混在領域８３を設けても良い。この場合、混在領域８３の中心線が領域８１及び８２の境界８４となる。
【００３２】
以上のように、固体撮像装置２０は、２次元状に配列された複数の画素１０を有する。複数の画素１０の各々は、光電変換部１２と、光電変換部１２の上に設けられた光学要素（配線最上層１４ａ）と、光学要素（配線最上層１４ａ）の上に設けられたマイクロレンズ１７とを有する。
【００３３】
複数の画素１０のマイクロレンズ１７は、第１のマイクロレンズ領域２３では複数の第１のマイクロレンズ構造（図３）のマイクロレンズ１７が配置される。そして、第２のマイクロレンズ領域２２では第１のマイクロレンズ構造とは異なる複数の第２のマイクロレンズ構造（図４）のマイクロレンズ１７が配置される。
【００３４】
第１のマイクロレンズ構造は、図３のマイクロレンズ３１である。第２のマイクロレンズ構造は、図４のマイクロレンズ４１である。第１のマイクロレンズ領域２３は、２次元状に配列された複数の画素１０のうちの中央部の領域である。第２のマイクロレンズ領域２２は、２次元状に配列された複数の画素１０のうちの周辺部の領域である。
【００３５】
複数の画素１０の光学要素（配線最上層１４ａ）は、第１の光学要素領域７１では複数の第１の光学要素構造の光学要素が配置され、第２の光学要素領域７２では第１の光学要素構造とは異なる複数の第２の光学要素構造の光学要素が配置される。光学要素は、例えば、開口部５１を有する配線最上層１４ａである。第１の光学要素構造及び第２の光学要素構造は、相互に開口部５１の大きさが異なる。
【００３６】
第１の光学要素領域７１と第２の光学要素領域７２との境界の上に第１のマイクロレンズ領域２３が位置、又は、第１の光学要素領域７１の上に第１のマイクロレンズ領域２３と第２のマイクロレンズ領域２２との境界が位置する。
【００３７】
また、図８（ｂ）では、第１の光学要素領域８１では複数の第１の光学要素構造の光学要素が配置され、第２の光学要素領域８２では第１の光学要素構造とは異なる複数の第２の光学要素構造の光学要素が配置される。第１の光学要素領域８１と第２の光学要素領域８２との境界部８３では、第１の光学要素構造の光学要素と第２の光学要素構造の光学要素とが入り混じって配置されている。
【００３８】
また、第１のマイクロレンズ領域２３及び第２のマイクロレンズ領域２２は相互に隣接し、第１の光学要素領域７１及び第２の光学要素領域７２は相互に隣接する場合を説明する。その場合、第１の光学要素領域７１の光学要素と第２の光学要素領域７２の光学要素との感度差の平均値は、第１のマイクロレンズ領域２３のマイクロレンズ３１と第２のマイクロレンズ領域２２のマイクロレンズ４１との感度差の平均値以下である。
【００３９】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態の固体撮像装置において、画素１０の構造は図１に示す第１の実施形態と同じである。また、マイクロレンズ１７の形状及びそれらを配する撮像領域２１の正投影面の領域は、図２（ａ）〜（ｃ）、図３及び図４に示す第１の実施形態と同じであり、隣接する領域間において０〜１％の感度差を有している。本実施形態では、光学要素として、反射防止膜１３の例を説明する。
【００４０】
第２の実施形態は、図１における光電変換部１２上に形成されたシリコン窒化膜から成る反射防止膜（光学要素）１３の構造を領域毎に変化させている。反射防止膜１３は、例えば半導体基板１１上に１０ｎｍ厚のＳｉＯ2膜を形成後、５０ｎｍ厚のＳｉＮ膜を順に形成して構成されている。このように形成された反射防止膜１３の透過率の波長依存性を図９に示す。上記構成の反射防止膜１３は、Ｇ（緑）画素において反射防止の効果が最適になるように設計されており、ＳｉＮ膜の膜厚を薄くすることでＢ（青）側へ、厚くすることでＲ（赤）側へ透過率が最大となる波長を変えることができる。本実施形態における反射防止膜１３の構造の変化とは、ＳｉＮ膜厚を領域毎に変化させることであり、ＳｉＮ膜厚５０ｎｍと６０ｎｍの２種類の膜厚の領域を図７（ｂ）の領域のように縦横それぞれ交互に配置している。ＳｉＮ膜厚５０ｎｍと６０ｎｍでは感度がおよそ１％変動し、領域境界において感度差を発生させることができる。また、図７（ｃ）のように、３種類以上のＳｉＮ膜厚の領域を設けてもよい。
【００４１】
このように、マイクロレンズ１７の形状を変化させた領域と反射防止膜１３の膜厚を変化させた領域を形成することで、図７（ｄ）の重ね合わせによる精細な領域を生じさせることができる。即ち、マイクロレンズ１７の各領域は、反射防止膜１３の領域の境界によって４等分される。その結果、マイクロレンズ１７を配した撮像領域２１の正投影面の領域に起因する不連続な感度差を緩和することができる。
【００４２】
以上のように、本実施形態では、光学要素は、反射防止膜１３である。複数の画素１０の光学要素は、第１の光学要素領域７１では複数の第１の光学要素構造の光学要素が配置され、第２の光学要素領域７２では第１の光学要素構造とは異なる複数の第２の光学要素構造の光学要素が配置される。反射防止膜（光学要素）１３は、ＳｉＯ2膜及びＳｉＮ膜を有する。第１の光学要素構造及び第２の光学要素構造は、相互にＳｉＮ膜の膜厚が異なる。
【００４３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態の固体撮像装置において、画素１０の構造は図１に示す第１の実施形態と同じである。また、マイクロレンズ１７の形状及びマイクロレンズ１７を配する撮像領域２１の正投影面の領域に関しては、図２（ａ）〜（ｃ）、図３及び図４に示す第１の実施形態と同じであり、隣接する領域間において０〜１％の感度差を有している。本実施形態では、光学要素として、カラーフィルタ１６の例を示す。
【００４４】
第３の実施形態は、カラーフィルタ１６の膜厚を、図２（ｂ）に示す領域毎に変化させることで、隣り合う領域間の感度差を生じさせている。カラーフィルタ１６の膜厚と感度の関係は、図１０に示すようにカラーフィルタ１６の膜厚が厚くなるに従い指数関数的に減少していく。そのため、カラーフィルタ１６の膜厚に起因する感度差がマイクロレンズ１７を配する撮像領域２１の正投影面の隣接領域間で生じる感度差と同等またはそれ以下になるように、カラーフィルタ１６の膜厚を選択する必要がある。つまり、感度差のレンジが１％の範囲になるようにカラーフィルタ１６の膜厚を選択する必要がある。例えば、図１０のようなカラーフィルタ１６の膜厚と感度との関係が得られていれば、膜厚ｔ１〜ｔ２の範囲内で任意のカラーフィルタ１６の膜厚を選択すれば良い。
【００４５】
本実施形態においては、カラーフィルタ１６の膜厚ｔ１及びｔ２の２種類の膜厚を図７（ｂ）のように、縦横それぞれ交互に配置している。ここでも、図７（ｃ）のように３種類以上のカラーフィルタ１６の膜厚の領域を設けても良いが、各領域の作り分けにはフォトリソグラフィー法などのパターニングが必要となるため、カラーフィルタ１６の膜厚数を増やすことはそれだけ工程数を増やすことになる。そのため、２種類の膜厚を縦横それぞれ交互に配置する方が望ましい。このように、膜厚ｔ１及びｔ２の２種類のカラーフィルタ１６の膜厚をそれぞれ撮像領域２１の正投影面の領域に縦横それぞれ交互に配置することで、隣接する領域の境界においておよそ１％の感度差が生じた。
【００４６】
このようなマイクロレンズ１７の形状の領域とカラーフィルタ１６の膜厚の領域を形成することで、図７（ｄ）の重ね合わせによる精細な領域を生じさせることができる。即ち、マイクロレンズ１７の各領域は、カラーフィルタ１６の領域の境界によって４等分される。その結果、マイクロレンズ１７を配した撮像領域２１の正投影面の領域に起因する不連続な感度差を緩和することができる。
【００４７】
以上のように、本実施形態では、光学要素は、カラーフィルタ１６である。複数の画素１０の光学要素は、第１の光学要素領域７１では複数の第１の光学要素構造の光学要素が配置され、第２の光学要素領域７２では第１の光学要素構造とは異なる複数の第２の光学要素構造の光学要素が配置される。第１の光学要素構造及び第２の光学要素構造は、相互にカラーフィルタ１６の膜厚が異なる。
【００４８】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態の固体撮像装置において、画素１０の構造は、図１に示す第１の実施形態と同じである。また、マイクロレンズ１７の形状及びマイクロレンズ１７を配する撮像領域２１の正投影面の領域は、図２（ａ）〜（ｃ）、図３及び図４に示す第１の実施形態と同じであり、隣接する領域間において０〜１％の感度差を有している。本実施形態では、光学要素として、多層配線層１４の例を示す。多層配線層１４は、配線最上層１４ａ及び配線中間層１４ｂを有する。
【００４９】
図１１（ａ）〜（ｄ）は、第４の実施形態による固体撮像装置の光学要素を配した撮像領域２１の正投影面の領域を表す。図１１（ａ）は、マイクロレンズ１７の形状の領域を表す。図１１（ｂ）は、配線最上層１４ａの開口部５１の大きさの領域を表す。図１１（ｃ）は、配線中間層１４ｂの開口部の大きさの領域を表す。図１１（ｄ）は、図１１（ａ）〜（ｃ）の領域の重ね合わせを表す。
【００５０】
図１１（ａ）のマイクロレンズ１７の領域は、隣接する領域間において０〜１％の感度差を有している。図１１（ｂ）の配線最上層１４ａの領域は、図１１（ａ）のマイクロレンズ１７の領域に対して、縦方向及び横方向にそれぞれ３分の１領域分だけ左上方向に平行移動している。配線最上層１４ａの開口部５１の一辺の長さｄは、ｄ１又はｄ２となっている。配線最上層１４ａの２種類の領域は、それぞれ、開口部５１の一辺の長さｄ１及びｄ２であり、市松模様状に配置されている。
【００５１】
図１１（ｃ）の配線中間層１４ｂは、図１１（ｂ）の配線最上層１４ａより１層下に位置する。図１１（ｃ）の配線中間層１４ｂの領域は、図１１（ａ）のマイクロレンズ１７の領域に対して、縦方向及び横方向にそれぞれ３分の１領域分だけ右下方向に平行移動している。配線中間層１４ｂの開口部の一辺の長さは、配線最上層１４ａの開口部５１の一辺の長さｄ１及びｄ２を決定した時と同様の手順で感度差がおよそ１％になるように値を選択する。また、配線中間層１４ｂの２種類の領域も、配線最上層１４ａと同様に、市松模様状に配置されている。
【００５２】
図１１（ａ）のマイクロレンズ１７の領域、図１１（ｂ）の配線最上層１４ａの領域及び図１１（ｃ）の配線中間層１４ｂの領域を重ね合わせることにより、マイクロレンズ１７を配した領域の大きさの９等分に対応する精細な領域として、図１１（ｄ）が得られる。その結果、マイクロレンズ１７を配した撮像領域２１の正投影面の領域に起因する不連続な感度差を、第１の実施形態に比較して、さらに緩和することができる。
【００５３】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態の固体撮像装置において、画素１０の構造は、図１に示す第１の実施形態と同じである。図１２（ａ）〜（ｃ）は、第５の実施形態による固体撮像装置の光学要素（配線最上層１４ａ）を配した撮像領域２１の正投影面の領域を表す。図１２（ａ）は、マイクロレンズ１７の形状の領域を表す。図１２（ｂ）は、配線最上層１４ａの開口部５１の大きさの領域を表す。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）及び（ｂ）の領域の重ね合わせを表す。本実施形態では、光学要素として、配線最上層１４ａの例を示す。
【００５４】
図１２（ａ）のマイクロレンズ１７の形状及びマイクロレンズ１７を配する撮像領域１の正投影面の領域は、第１の実施形態と同様に、隣接する領域間において０〜１％の感度差を有している。図１２（ｂ）の配線最上層１４ａの領域は、図１２（ａ）のマイクロレンズ１７の領域に対して、縦方向及び横方向にそれぞれ３分の１領域分だけ左上方向への平行移動した領域と、同じく３分の１領域分だけ右下方向への平行移動した領域とを重ね合わせている。そして、上記の領域に対して、配線最上層１４ａの開口部５１の一辺の長さｄ１又はｄ２を縦横交互に割り当てる。
【００５５】
図１２（ａ）のマイクロレンズ１７の領域と図１２（ｂ）の配線最上層１４ａの領域とを撮像領域２１の正投影面で重ね合わせると、図１２（ｃ）になる。本実施形態は、第１の実施形態に比べて、図１２（ｂ）の配線最上層１４ａをより細かい領域にすることで、マイクロレンズ１７と光学要素の特性を重ね合わせた領域に精細な領域を生じさせることができる。その結果、マイクロレンズ１７を配した撮像領域２１の正投影面の領域に起因する不連続な感度差を緩和することができる。このように設計又は製造自由度の高い光学要素において、特に細かい領域を形成することで、本実施形態をより簡便かつ効果的に実施できる。
【００５６】
また、マイクロレンズ１７の領域境界と、光学要素の領域境界は重なっても良いが、その場合、境界部での感度変化が大きくなる可能性があるため、本実施形態のようにマイクロレンズ１７の領域境界を避けて光学要素の領域の境界を設けることが望ましい。
【００５７】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態の固体撮像装置において、画素１０の構造は、図１に示す第１の実施形態と同じである。図１３は、第６の実施形態によるマイクロレンズ１７の形状の領域１３１と、配線最上層１４ａの開口部５１の大きさの領域１３２とを重ね合わせた図である。マイクロレンズ１７の領域１３１と配線最上層１４ａの領域１３２とは、大きさが異なる。例えば、マイクロレンズ１７の各領域１３１は、配線最上層１４ａの領域１３２により細分化（ここでは９等分）される。その結果、マイクロレンズ１７を配した撮像領域２１の正投影面の領域に起因する不連続な感度差を緩和することができる。
【００５８】
本発明は、以上の実施形態に限られるものではなく、本発明の目的及び範囲から逸脱しない範囲で適宜、変更及び変形が可能である。また、以上の実施形態は、カメラ等に代表される撮像システムに適用されうる。撮像システムの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。撮像システムは、上記の実施形態に例示された固体撮像装置と、当該固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部とを含む。当該信号処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器および当該Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含む。
【００５９】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０  画素、１２  光電変換部、１３  反射防止膜、１４  多層配線層、１４ａ  配線最上層、１４ｂ  配線中間層、１６  カラーフィルタ、１７  マイクロレンズ、２０  固体撮像装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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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