JP2001160973A - Solid-state image pickup device and electronic camera - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、シェーディング量
が低減された固体撮像素子及びにシェーディング量が低
減された固体撮像素子を用いた電子カメラに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device having a reduced shading amount and an electronic camera using the solid-state imaging device having a reduced shading amount.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ビデオカメラや電子カメラが広く
一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ型や
ＭＯＳ型の固体撮像素子が使用されている。このような
固体撮像素子は受光部を有する画素がマトリクス状に複
数配置され、各画素に入射した光は、受光部にて光電変
換され信号電荷を生成する。生成された信号電荷は、Ｃ
ＣＤや信号線を介して外部に出力される。2. Description of the Related Art In recent years, video cameras and electronic cameras have become widespread. In these cameras, CCD type or MOS type solid-state imaging devices are used. In such a solid-state imaging device, a plurality of pixels each having a light receiving unit are arranged in a matrix, and light incident on each pixel is photoelectrically converted by the light receiving unit to generate signal charges. The generated signal charge is C
It is output to the outside via a CD or a signal line.
【０００３】図１１は、従来のＣＣＤ型固体撮像素子の
平面図である。固体撮像素子は、受光部３２を有する画
素３０と、受光部３２で生成された信号電荷を転送する
垂直ＣＣＤ４０及び水平ＣＣＤ４１と、出力アンプ４２
を有する。固体撮像素子には、受光部３２に入射した光
によって光電変換された信号電荷を出力する有効画素の
他に、暗電流を出力するための画素を有するものがあ
る。暗電流を出力する画素は、ブラックダミーなどと称
され、一般には周囲の一行一列、或いは、最上段の一行
の画素が遮光されて配置される。また、図示されていな
いが、有効画素の受光部１にのみ光を入射させる遮光膜
や、ＣＣＤ電極に電圧を印加させる駆動信号線なども配
置される。FIG. 11 is a plan view of a conventional CCD solid-state imaging device. The solid-state imaging device includes a pixel 30 having a light receiving unit 32, a vertical CCD 40 and a horizontal CCD 41 for transferring signal charges generated by the light receiving unit 32, and an output amplifier 42.
Having. Some of the solid-state imaging devices have a pixel for outputting a dark current in addition to an effective pixel for outputting a signal charge photoelectrically converted by light incident on the light receiving unit 32. A pixel that outputs a dark current is called a black dummy or the like, and generally, the pixels in the surrounding one row and one column or the top one row are shielded from light. Although not shown, a light-shielding film that allows light to enter only the light receiving section 1 of the effective pixel, a drive signal line that applies a voltage to the CCD electrode, and the like are also arranged.
【０００４】カラー信号を得るためには、カラーフィル
タが各受光部上に配置される。図１２は、カラーフィル
タの配列の一例を示す配置図である。ＲＧＢは、それぞ
れ赤緑青のフィルタを示している。ＲＧＢのいずれかの
フィルタが各受光部上に配置される。また、集光率を向
上させるため各受光部上にマイクロレンズが配置され
る。図１３は、従来の固体撮像素子の受光部断面図であ
る。半導体基板３１上に受光部３２と、受光部３２に開
口部３９を有する遮光膜３７が配置される。各受光部３
２上にはＲＧＢのいずれかのカラーフィルタ３４がオン
チップ状に配置される。また、集光率を向上させるため
にマイクロレンズ３６が平坦化膜３５を介して受光部３
２の真上に配置される。In order to obtain a color signal, a color filter is disposed on each light receiving section. FIG. 12 is a layout diagram illustrating an example of an arrangement of color filters. RGB indicates red, green and blue filters, respectively. One of RGB filters is arranged on each light receiving unit. In addition, a micro lens is arranged on each light receiving unit in order to improve the light collection rate. FIG. 13 is a sectional view of a light receiving section of a conventional solid-state imaging device. A light receiving section 32 and a light shielding film 37 having an opening 39 in the light receiving section 32 are arranged on a semiconductor substrate 31. Each light receiving section 3
Any one of the RGB color filters 34 is arranged on the chip 2. Further, in order to improve the light collection rate, the micro lens 36 is provided with the light receiving portion 3 through the flattening film 35.
2 is located directly above.
【０００５】ところで、このような固体撮像素子におい
て、シェーディングと称される現象により有効画素部で
の感度ばらつきが生ずることが知られている。シェーデ
ィングは、有効画素の中央部に比べて周辺部の入射光が
斜めに入射することに起因する。斜めに入射すると、け
られや光電変換効率の悪化が生ずる。従って、中央部の
方が入射光量が多くなり、同じ入射光量でも中央の画素
方が出力信号が大きくなる。よって、中央部の画素と周
辺部の画素とで感度のばらつきが生ずるのである。な
お、ここでは、この感度のばらつき（または出力値の
差）をシェーディング量と称する。このシェーディング
は、画素数を増大させて有効画素部が大きくなるに従っ
てより顕著となる。In such a solid-state imaging device, it is known that a phenomenon called shading causes a sensitivity variation in an effective pixel portion. Shading is caused by the fact that incident light in the peripheral portion is obliquely incident compared to the central portion of the effective pixel. If the light is obliquely incident, the light is degraded and the photoelectric conversion efficiency is deteriorated. Therefore, the amount of incident light is larger at the center, and the output signal is larger at the center pixel even with the same amount of incident light. Therefore, a variation in sensitivity occurs between the central pixel and the peripheral pixel. Here, this variation in sensitivity (or difference in output value) is referred to as a shading amount. This shading becomes more prominent as the number of pixels is increased and the effective pixel portion is enlarged.
【０００６】シェーディング量を低減するために、周辺
部のマイクロレンズの位置を有効画素部中央方向にずら
したり、遮光膜の開口面積を周辺部に向かって大きくす
ることが提案されている。In order to reduce the amount of shading, it has been proposed to shift the position of the microlens in the peripheral portion toward the center of the effective pixel portion or to increase the opening area of the light shielding film toward the peripheral portion.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記のシェーディング
対策は、ある程度の効果が認められるものの、まだ不十
分であった。具体的には下記の通りである。第一に、上
記のシェーディング対策は、色シェーディングについて
考慮されておらず、色シェーディングが生じてしまうと
言う問題が有った。色シェーディングとは、中央部と周
辺部のＲＧＢのカラーバランスのずれを言う。The above-mentioned shading countermeasures have some effects, but are still insufficient. Specifically, it is as follows. First, the above-mentioned measures against shading do not take color shading into consideration, and there is a problem that color shading occurs. Color shading refers to a shift in the RGB color balance between the central part and the peripheral part.
【０００８】第二に、上記シェーディング対策のように
単にマイクロレンズの位置をずらすだけでは、シミュレ
ーションの結果ほど効果が出なかった。また、遮光膜の
開口面積を大きくすると、漏れ光も増大し、クロストー
クやスイッチトランジスタの誤動作等の問題が生じてい
た。このため、固体撮像素子は、更なるシェーディング
量の低減が望まれている。本発明は、上記の問題に鑑み
てなされたものであり、色シェーディングさえも低減す
る固体撮像素子または／及びシェーディング効果のより
優れた固体撮像素子と、それを用いた電子カメラを提供
する。Second, simply shifting the position of the microlens as in the above-described countermeasures against shading has not produced as much effect as the result of the simulation. In addition, when the opening area of the light-shielding film is increased, the amount of leaked light also increases, causing problems such as crosstalk and malfunction of the switch transistor. For this reason, it is desired that the solid-state imaging device further reduce the shading amount. The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a solid-state imaging device that reduces even color shading and / or a solid-state imaging device that has a better shading effect, and an electronic camera using the same.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記第一
の問題に関する原因が光の斜め入射による混色に起因す
ることを突き止めた。以下、これを説明する。図１４
は、従来の固体撮像素子の有効画素周辺部の断面図であ
る。（ａ）は説明を容易にするための概念図、（ｂ）は
カラーフィルタの膜厚制御をより均一にした場合の図で
ある。遮光膜は省略してある。The present inventors have found that the cause of the first problem is caused by color mixing due to oblique incidence of light. Hereinafter, this will be described. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a peripheral portion of an effective pixel of a conventional solid-state imaging device. (A) is a conceptual diagram for facilitating the explanation, and (b) is a diagram when the film thickness control of the color filter is made more uniform. The light shielding film is omitted.
【００１０】受光部３２がシリコン基板３１上に配置さ
れ、マイクロレンズ３６がシェーディングを低減するよ
うに受光部３２とは位置をずらして配置されている。マ
イクロレンズ３６は、平坦化膜３５の上に形成される。
受光部３２と受光部３２の間には、ＣＣＤ電極４３が配
置されている。ＣＣＤ電極４３を絶縁し、受光部３２を
保護するためにシリコン酸化膜４４が配置される。The light receiving section 32 is disposed on the silicon substrate 31, and the micro lens 36 is disposed at a position shifted from the light receiving section 32 so as to reduce shading. The micro lens 36 is formed on the flattening film 35.
A CCD electrode 43 is arranged between the light receiving sections 32. A silicon oxide film 44 is arranged to insulate the CCD electrode 43 and protect the light receiving unit 32.
【００１１】カラーフィルタ３４は、層間絶縁膜３３の
上にスピンコート法によって各色毎に形成される。この
ように製造すれば、それぞれの色によってフィルタの膜
厚が異なり段差が生ずる。一例を挙げると、厚い方のカ
ラーフィルタ３４−１が２．５ミクロンに対し、薄い方
のカラーフィルタ３４−２は１．２ミクロン程度とな
る。The color filters 34 are formed on the interlayer insulating film 33 for each color by spin coating. If manufactured in this way, the film thickness of the filter differs for each color, and a step occurs. For example, the thicker color filter 34-1 has a thickness of about 2.5 microns while the thinner color filter 34-2 has a thickness of about 1.2 microns.
【００１２】色フィルタに段差が生ずると、符号４５ａ
の光のように隣接する画素の色フィルタも通過する光が
生じてしまうのである。これが混色の原因である。混色
はこのように光の斜め入射によって生ずるが、斜め入射
の光成分は、有効画素の中央部に近づくにつれ少なくな
る。従って、有効画素中央部と周辺部とでは、混色の程
度が異なってしまい、それに伴い、カラーバランスも有
効画素の中央部と周辺部とで異なったのである。When a step occurs in the color filter, reference numeral 45a
Thus, light that passes through the color filter of the adjacent pixel as in the case of the above light is generated. This is the cause of color mixing. The color mixture is caused by the oblique incidence of light in this manner, but the light component of the oblique incidence decreases as approaching the center of the effective pixel. Therefore, the degree of color mixture differs between the central portion and the peripheral portion of the effective pixel, and accordingly, the color balance also differs between the central portion and the peripheral portion of the effective pixel.
【００１３】また、図（ｂ）のように、例え理想的に膜
厚の均一性を制御できたとしても、スピンコート法に従
えば、後から形成されるフィルタは周囲が盛り上がって
形成される。このため、やはり混色の原因になってしま
う。そこで、請求項１に記載された固体撮像素子は、受
光部と該受光部に対応するようにオンチップ状に配置さ
れたカラーフィルタとを有し光信号を出力する有効画素
がマトリクス状に複数配置された有効画素部を設け、前
記有効画素部の周辺部に配置された前記カラーフィルタ
は、前記受光部に対して前記有効画素部の中央方向にず
れており、前記カラーフィルタと前記受光部とのずれ量
は、前記有効画素部の中央から周辺に向かって連続的に
又は階段状に増大することを特徴とする。この構成によ
り、カラーフィルタが適切に受光部の位置に対してずれ
ているので、斜め入射の光成分が有っても、混色が低減
される。Further, as shown in FIG. 1B, even if the uniformity of the film thickness can be ideally controlled, according to the spin coating method, the filter to be formed later is formed with its surroundings bulging. . For this reason, it also causes color mixing. Therefore, the solid-state imaging device according to claim 1 has a light receiving unit and a color filter arranged on-chip so as to correspond to the light receiving unit, and a plurality of effective pixels that output optical signals in a matrix. An effective pixel portion is provided, and the color filter arranged in a peripheral portion of the effective pixel portion is shifted with respect to the light receiving portion in a center direction of the effective pixel portion, and the color filter and the light receiving portion are provided. The deviation amount from the center increases continuously or stepwise from the center to the periphery of the effective pixel portion. According to this configuration, the color filter is appropriately shifted with respect to the position of the light receiving unit, so that color mixing is reduced even if there is an obliquely incident light component.
【００１４】請求項２に記載された発明は、請求項１に
記載された固体撮像素子において、前記有効画素は、前
記有効画素部の中央から周辺に向かって同心状に複数の
ブロックにグループ分けされ、前記カラーフィルタと前
記受光部とのずれ量は、各々のブロック内で同一であ
り、且つ、中央から周辺に向かって、増大することを特
徴とする。この構成により、混色が低減されるばかりで
なく、カラーフィルタ形成用のレチクルを比較的安価な
ものを使用することが可能となり、製造コストも低減さ
れる。According to a second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the effective pixels are grouped concentrically into a plurality of blocks from the center to the periphery of the effective pixel portion. The amount of shift between the color filter and the light receiving unit is the same in each block, and increases from the center to the periphery. With this configuration, not only the color mixture is reduced, but also a relatively inexpensive reticle for forming a color filter can be used, and the manufacturing cost can be reduced.
【００１５】請求項４に記載された固体撮像素子は、受
光部と該受光部に対応するようにオンチップ状に配置さ
れたカラーフィルタとを有し光信号を出力する有効画素
がマトリクス状に複数配置された有効画素部を設け、前
記有効画素部の周辺部に配置された前記カラーフィルタ
は、前記受光部に対して中央方向にずれており、前記受
光部及び前記カラーフィルタは、それぞれ一定のピッチ
で配置され、前記受光部のピッチは、前記カラーフィル
タのピッチより大きいことを特徴とする。この構成によ
り、カラーフィルタと受光部とのずれ量は有効画素部中
央部から周辺部に向かって連続的に変化するので、得ら
れる画像はより自然なものとなる。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device, comprising a light receiving portion and a color filter arranged on-chip so as to correspond to the light receiving portion, and having effective pixels for outputting optical signals arranged in a matrix. A plurality of effective pixel portions are provided, and the color filters arranged in the peripheral portion of the effective pixel portion are shifted from the light receiving portion in a central direction, and the light receiving portion and the color filter are fixed. And the pitch of the light receiving units is larger than the pitch of the color filters. With this configuration, the amount of displacement between the color filter and the light receiving unit changes continuously from the center of the effective pixel unit toward the peripheral unit, so that the obtained image becomes more natural.
【００１６】また、これらの構成にマイクロレンズを配
置させて、更に、このマイクロレンズの位置をシェーデ
ィングが低減されるように受光部に対してずらせれば、
感度がさらに向上する（請求項３、請求項５）。請求項
６に記載された発明は、請求項３または請求項５のいず
れかに記載された固体撮像素子において、前記カラーフ
ィルタが前記受光部に対してずれている画素において当
該画素に配置された前記受光部の中心位置と前記カラー
フィルタの中心位置とのずれをＳOCFとし、前記受光部
の中心位置と前記マイクロレンズの中心位置とのずれを
Ｓmとし、前記受光部から前記マイクロレンズが設けら
れる膜までの全膜厚をｄ1とし、前記受光部から前記カ
ラーフィルタまでの膜厚をｄ2として、０．７×（ｄ1／
ｄ2）≦ Ｓm／ＳOCF ≦ １．３×（ｄ1／ｄ2）を満足す
ることを特徴とする。この式を満足すれば、受光部、カ
ラーフィルタ、マイクロレンズの位置関係が最適化され
る。Further, if a microlens is arranged in these structures and the position of the microlens is shifted with respect to the light receiving section so as to reduce shading,
The sensitivity is further improved (claims 3 and 5). According to a sixth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to any one of the third and fifth aspects, the color filter is disposed at a pixel that is shifted from the light receiving unit. The shift between the center position of the light receiving unit and the center position of the color filter is SOCF, the shift between the center position of the light receiving unit and the center position of the micro lens is Sm, and the micro lens is provided from the light receiving unit. Assuming that the total thickness up to the film is d1, and the thickness from the light receiving portion to the color filter is d2, 0.7 × (d1 / 1/2)
d2) ≦ Sm / SOCF ≦ 1.3 × (d1 / d2). If this expression is satisfied, the positional relationship between the light receiving unit, the color filter, and the microlens is optimized.
【００１７】また、本発明者等は、上記第二の問題も光
が斜めに入射することによる遮光膜のけられが起因する
ことを突き止めた。以下、これを説明する。図１５は、
従来の固体撮像素子の有効画素周辺部の断面図である。
なお、カラーフィルタは省略している。マイクロレンズ
３６がシェーディングを低減するように受光部３２とは
位置をずらして配置されている。図からも明らかなよう
に、マイクロレンズ３６を受光部３２に対してずらして
も、遮光膜に配置される開口部３９は受光部３２の真上
に配置されたままなので、遮光膜３７に遮断される斜め
入射の光４５ｂが生ずる。このためにシェーディング量
をシミュレーション通りに低減することができなかった
のである。The present inventors have also found out that the second problem is also caused by the shading of the light-shielding film due to oblique incidence of light. Hereinafter, this will be described. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a peripheral portion of an effective pixel of a conventional solid-state imaging device.
Note that the color filters are omitted. The microlens 36 is arranged at a position shifted from the light receiving unit 32 so as to reduce shading. As is clear from the figure, even if the microlens 36 is displaced with respect to the light receiving portion 32, the opening 39 arranged in the light shielding film is still disposed directly above the light receiving portion 32, so that the opening 39 is blocked by the light shielding film 37. Obliquely incident light 45b is generated. For this reason, the shading amount could not be reduced as in the simulation.
【００１８】そこで、請求項７に記載された固体撮像素
子は、受光部と該受光部に対応するように開口部が設け
られた遮光膜とを有し光信号を出力する有効画素がマト
リクス状に複数配置された有効画素部を設け、前記有効
画素部の周辺部に配置された前記開口部は、前記受光部
に対して前記有効画素部の中央方向にずれており、前記
開口部と前記受光部とのずれ量は、前記有効画素部の中
央から周辺に向かって連続的に又は階段状に増大するこ
とを特徴とする。この構成により、遮光膜の開口部が適
切に受光部の位置に対してずれているので、斜め入射の
光成分が有っても、けられを生ずることなくシェーディ
ング量が低減される。Therefore, a solid-state imaging device according to a seventh aspect of the present invention has a light-receiving portion and a light-shielding film provided with an opening corresponding to the light-receiving portion. A plurality of effective pixel units are provided, and the opening arranged in the periphery of the effective pixel unit is shifted in the center direction of the effective pixel unit with respect to the light receiving unit, and the opening and the The amount of deviation from the light receiving section increases continuously or stepwise from the center to the periphery of the effective pixel section. With this configuration, since the opening of the light shielding film is appropriately shifted with respect to the position of the light receiving unit, even if there is a light component obliquely incident, the shading amount is reduced without causing any shaking.
【００１９】請求項８に記載された発明は、請求項７に
記載された固体撮像素子において、前記有効画素は、前
記有効画素部の中央から周辺に向かって同心状に複数の
ブロックにグループ分けされ、前記開口部と前記受光部
とのずれ量は、各々のブロック内で同一であり、且つ、
中央から周辺に向かって、増大することを特徴とする。
この構成により、シェーディング量が低減されるばかり
でなく、遮光膜開口部形成用のレチクルを比較的安価な
ものを使用することが可能となり、製造コストも低減さ
れる。According to an eighth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the seventh aspect, the effective pixels are grouped concentrically into a plurality of blocks from the center to the periphery of the effective pixel portion. The amount of shift between the opening and the light receiving unit is the same in each block, and,
It is characterized by increasing from the center to the periphery.
With this configuration, not only the shading amount can be reduced, but also a relatively inexpensive reticle for forming the light-shielding film opening can be used, and the manufacturing cost can be reduced.
【００２０】請求項１０に記載された固体撮像素子は、
受光部と該受光部に対応するように開口部を設けられた
遮光膜とを有し光信号を出力する有効画素がマトリクス
状に複数配置された有効画素部を設け、前記有効画素部
の周辺部に配置された前記開口部は、前記受光部に対し
て中央方向にずれており、前記受光部及び前記開口部
は、それぞれ一定のピッチで配置され、前記受光部のピ
ッチは、前記開口部のピッチより大きいことを特徴とす
る。この構成により、遮光膜の開口部と受光部とのずれ
量は有効画素部中央部から周辺部に向かって連続的に変
化するので、得られる画像はより自然なものとなる。[0020] The solid-state image pickup device according to claim 10 is
An effective pixel portion having a light receiving portion and a light shielding film provided with an opening corresponding to the light receiving portion and having a plurality of effective pixels for outputting an optical signal arranged in a matrix; The opening arranged in the portion is shifted in the center direction with respect to the light receiving portion, the light receiving portion and the opening are respectively arranged at a constant pitch, the pitch of the light receiving portion is the opening The pitch is larger than the pitch of With this configuration, the amount of deviation between the opening of the light-shielding film and the light receiving portion changes continuously from the center of the effective pixel portion toward the peripheral portion, so that the obtained image becomes more natural.
【００２１】また、これらの構成にマイクロレンズを配
置させて、更に、このマイクロレンズの位置をシェーデ
ィングが低減されるように受光部に対してずらせれば、
感度がさらに向上する（請求項９、請求項１１）。請求
項１２に記載された発明は、請求項９または請求項１１
のいずれかに記載された固体撮像素子において、前記開
口部が前記受光部に対してずれている画素において当該
画素に配置された前記受光部の中心位置と前記開口部の
中心位置とのずれをＳOPNとし、前記受光部の中心位置
と前記マイクロレンズの中心位置とのずれをＳmとし、
前記受光部から前記マイクロレンズが設けられる膜まで
の全膜厚をｄ1とし、前記受光部から前記開口部までの
膜厚をｄ3として、０．７×（ｄ1／ｄ3）≦ Ｓm／ＳOPN
≦ １．３×（ｄ1／ｄ3）を満足することを特徴とす
る。この式を満足すれば、受光部、遮光膜の開口部、マ
イクロレンズの位置関係が最適化される。Further, if a microlens is arranged in these structures and the position of the microlens is shifted with respect to the light receiving section so as to reduce shading,
The sensitivity is further improved (claims 9 and 11). The invention described in claim 12 is the invention according to claim 9 or claim 11.
In the solid-state imaging device according to any one of the above, in a pixel in which the opening is shifted with respect to the light receiving unit, the shift between the center position of the light receiving unit arranged in the pixel and the center position of the opening is determined. The difference between the center position of the light receiving unit and the center position of the micro lens is Sm,
0.7 × (d1 / d3) ≦ Sm / SOPN, where d1 is the total film thickness from the light receiving portion to the film on which the microlens is provided, and d3 is the film thickness from the light receiving portion to the opening.
.Ltoreq.1.3.times. (D1 / d3). If this expression is satisfied, the positional relationship between the light receiving section, the opening of the light shielding film, and the microlens is optimized.
【００２２】請求項１３に記載された発明は、請求項１
から請求項３のいずれかに記載の固体撮像素子におい
て、前記有効画素は、さらに前記受光部に対応するよう
に開口部が設けられた遮光膜を有し、前記有効画素部の
周辺部に配置された前記開口部は、前記受光部に対して
前記有効画素部の中央方向にずれており、前記開口部と
前記受光部とのずれ量は、前記有効画素部の中央から周
辺に向かって連続的に又は階段状に増大することを特徴
とする。また、請求項１４に記載された発明は、請求項
４または請求項５のいずれかに記載の固体撮像素子にお
いて、前記有効画素は、さらに前記受光部に対応するよ
うに開口部が設けられた遮光膜を有し、前記有効画素部
の周辺部に配置された前記開口部は、前記受光部に対し
て前記有効画素部の中央方向にずれており、前記開口部
は、前記受光部のピッチより小さく、前記カラーフィル
タのピッチより大きい一定のピッチで配置されることを
特徴とする。請求項１３及び請求項１４の発明は、遮光
膜の開口部とカラーフィルタの位置をずれ量またはピッ
チによって受光部とずらしたものである。よって、カラ
ーフィルタまたは遮光膜の開口部のいずれか一方をずら
せた構成よりも好ましい。The invention described in claim 13 is the first invention.
4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the effective pixel further includes a light-shielding film provided with an opening corresponding to the light receiving unit, and is disposed in a peripheral portion of the effective pixel unit. The opening is shifted toward the center of the effective pixel unit with respect to the light receiving unit, and the amount of shift between the opening and the light receiving unit is continuous from the center of the effective pixel unit toward the periphery. It is characterized in that it increases in a stepwise or stepwise manner. According to a fourteenth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to any one of the fourth and fifth aspects, the effective pixel further includes an opening portion corresponding to the light receiving portion. A light-shielding film, wherein the opening disposed in the peripheral portion of the effective pixel portion is shifted with respect to the light-receiving portion in a center direction of the effective pixel portion, and the opening has a pitch of the light-receiving portion. The color filters are arranged at a constant pitch smaller than the pitch of the color filters. In the inventions of claims 13 and 14, the position of the opening of the light shielding film and the position of the color filter are shifted from the light receiving section by the shift amount or the pitch. Therefore, it is preferable to a configuration in which one of the color filter and the opening of the light shielding film is shifted.
【００２３】請求項１５に記載された電子カメラは、請
求項１４に記載された固体撮像素子と、絞りを有する光
学系が少なくとも配置された電子カメラにおいて、前記
受光部の中心位置と前記マイクロレンズの中心位置との
ずれをＳmとし、前記受光部の中心位置と前記カラーフ
ィルタの中心位置とのずれをＳOCFとし、前記受光部の
中心位置と前記開口部の中心位置とのずれをＳOPNと
し、前記受光部から前記マイクロレンズが設けられる膜
までの全膜厚をｄ1とし、前記受光部から前記カラーフ
ィルタまでの膜厚をｄ2とし、前記受光部から前記開口
部までの膜厚をｄ3とし、前記各膜厚は、ＳOPN＜ＳOCF
＜Ｓmの関係を有し、前記マイクロレンズの下に配置さ
れる膜の屈折率をｎとし、前記光学系の射出瞳距離をｌ
とし、前記固体撮像素子の当該画素における像高をｐと
して、０．７×ｄ1×tanθ ≦ Ｓm≦１．３×ｄ1×tan
θまたは０．７×ｄ2×tanθ ≦ＳOCF ≦１．３×ｄ2×
tanθまたは０．７×ｄ3×tanθ ≦ＳOPN ≦１．３×ｄ
3×tanθの少なくともいずれか一つの式を満足し、且
つ、sinθ = ｐ／［ｎ×（ｐ2＋ｌ2）1/2］ を満足する
ことを特徴とする電子カメラ。According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided an electronic camera in which the solid-state image pickup device according to the fourteenth aspect and at least an optical system having a stop are arranged, and a center position of the light receiving unit and the micro lens The difference between the center position of the light receiving unit and the center position of the color filter is referred to as SCF, the difference between the center position of the light receiving unit and the center position of the opening unit is referred to as SOPN, The total thickness from the light receiving portion to the film on which the microlens is provided is d1, the film thickness from the light receiving portion to the color filter is d2, the film thickness from the light receiving portion to the opening is d3, Each of the above film thicknesses is SOPN <SOCF
<Sm, where n is the refractive index of the film disposed below the microlens, and l is the exit pupil distance of the optical system.
And the image height at the pixel of the solid-state imaging device is p, where 0.7 × d1 × tan θ ≦ Sm ≦ 1.3 × d1 × tan
θ or 0.7 × d2 × tan θ ≦ SOCF ≦ 1.3 × d2 ×
tanθ or 0.7 × d3 × tanθ ≦ SOPN ≦ 1.3 × d
An electronic camera which satisfies at least one expression of 3 × tan θ and sine θ = p / [n × (p 2 + l 2 ) 1/2 ].
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下、実施の形態について図面を
参照して説明する。 （第一の実施形態）本実施形態の固体撮像素子は、有効
画素部の周辺に配置されたカラーフィルタを受光部に対
して有効画素部の中央方向にずらす構成を有する。従っ
て、色シェーディングが低減される。Embodiments will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) The solid-state imaging device according to the present embodiment has a configuration in which a color filter disposed around an effective pixel portion is shifted toward a center of the effective pixel portion with respect to a light receiving portion. Therefore, color shading is reduced.
【００２５】図１は、本発明の第一の実施形態に係る固
体撮像素子部分断面図である。なお、図面ではこの固体
撮像素子は、受光部２のピッチをカラーフィルタ４のピ
ッチより大きくすることによってカラーフィルタ４の中
心位置を受光部２の中心位置からずらせたものである。
即ち、受光部２は、ある一定のピッチでシリコン基板１
上に配置される。その上に層間絶縁膜３を介してカラー
フィルタ４がオンチップ状に配置される。カラーフィル
タ４もある一定のピッチで配置されるが、受光部２のピ
ッチより小さくしている。FIG. 1 is a partial sectional view of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. In the drawing, in the solid-state imaging device, the center position of the color filter 4 is shifted from the center position of the light receiving unit 2 by making the pitch of the light receiving unit 2 larger than the pitch of the color filter 4.
That is, the light receiving unit 2 is provided on the silicon substrate 1 at a certain pitch.
Placed on top. A color filter 4 is disposed thereon on an on-chip basis via an interlayer insulating film 3. The color filters 4 are also arranged at a certain pitch, but are smaller than the pitch of the light receiving unit 2.
【００２６】ここで、有効画素部中央部の画素は、受光
部２の中心位置と対応するカラーフィルタ４の中心位置
が一致している。このようにすれば、中央から周辺の画
素に向かうにつれて受光部２に対するカラーフィルタ４
のずれ量が徐々に大きくなる。このため、斜め入射光に
よる色シェーディングは低減される。また、カラーフィ
ルタ４と受光部２とのずれ量は有効画素部中央部から周
辺部に向かって連続的に変化するので、得られる画像は
自然なものとなる。Here, in the pixel at the center of the effective pixel portion, the center position of the color filter 4 corresponding to the center position of the light receiving section 2 matches. With this configuration, the color filter 4 for the light receiving unit 2 is moved from the center to the peripheral pixels.
Gradually increases. Therefore, color shading due to obliquely incident light is reduced. In addition, since the amount of displacement between the color filter 4 and the light receiving unit 2 continuously changes from the center of the effective pixel unit toward the periphery, the obtained image becomes natural.
【００２７】なお、ここでは、マイクロレンズ６が平坦
化膜５上に配置されている。そして、このマイクロレン
ズ６は、カラーフィルタ４に比べてより小さいピッチで
配置される。このため、シェーディング量が更に低減さ
れるばかりでなく、集光率が向上する。また、図におい
て破線上のマイクロレンズ６、カラーフィルタ４、受光
部２が一組になる。Here, the micro lens 6 is arranged on the flattening film 5. The micro lenses 6 are arranged at a smaller pitch than the color filters 4. Therefore, not only the shading amount is further reduced, but also the light collection rate is improved. Further, the microlens 6, the color filter 4, and the light receiving section 2 on the broken line in the figure constitute one set.
【００２８】ここでは、一辺１０ミクロンの画素、有効
画素部２４ｍｍ×１６ｍｍ、受光部サイズ８ミクロン×
４ミクロンで、有効画素端部におけるカラーフィルタの
ずれ量が長辺方向で３ミクロン、短辺方向で１ミクロン
となるように設計している。図２は、第一の実施形態の
変形例に係る固体撮像素子であって、（ａ）は平面概念
図、（ｂ）は部分断面図である。なお、図１の固体撮像
素子と同じ部分には同じ符号を用いる。図２（ａ）にお
いて、Ａブロック、Ｂブロック、Ｃブロックは有効画素
部を示し、Ｄブロックはオプチカルブラック部や周辺回
路部を示す。Here, a pixel having a side of 10 μm, an effective pixel portion of 24 mm × 16 mm, a light receiving portion of 8 μm ×
The design is such that the displacement of the color filter at the edge of the effective pixel is 3 microns in the long side direction and 1 micron in the short side direction. 2A and 2B show a solid-state imaging device according to a modification of the first embodiment, where FIG. 2A is a conceptual plan view and FIG. 2B is a partial cross-sectional view. Note that the same parts as those of the solid-state imaging device of FIG. In FIG. 2A, A block, B block, and C block indicate an effective pixel unit, and D block indicates an optical black unit and a peripheral circuit unit.
【００２９】有効画素部は、中央部から周辺部に向かっ
て同心状にグループ分けされる。中央のＡブロックにお
いて、受光部２の中心位置は、その受光部２に対応する
カラーフィルタ４の中心位置と一致している。一方、そ
の他のブロックの画素ではカラーフィルタ４が受光部２
に対して有効画素部の中央方向にずれている。そして、
そのずれ量（ＳOCF）は、各ブロック内で一定であり、
且つ、周辺部のブロックの方が大きい（Ｂブロックより
もＣブロックの方が大きい）。The effective pixels are grouped concentrically from the center to the periphery. In the central A block, the center position of the light receiving unit 2 matches the center position of the color filter 4 corresponding to the light receiving unit 2. On the other hand, in the pixels of the other blocks, the color filter 4 is
Is shifted toward the center of the effective pixel portion. And
The shift amount (SOCF) is constant within each block,
In addition, the peripheral block is larger (the C block is larger than the B block).
【００３０】このようにすれば、図１に示した固体撮像
素子と同様に中央から周辺の画素に向かって受光部２に
対するカラーフィルタ４のずれ量が段階的に増大する。
このため、斜め入射光による色シェーディングは低減さ
れる。なお、ここでは、マイクロレンズ６が平坦化膜５
上に配置されている。そして、このマイクロレンズ６
は、カラーフィルタ４と同様にＢ、Ｃのブロックにおい
て、受光部２に対して有効画素の中央方向にずれてい
る。そして、そのずれ量（Ｓm）は、各ブロック内で一
定且つＳOCFより大きく、また、周辺部のブロックの方
が大きくしている。このため、シェーディング量が更に
低減されるばかりでなく、集光率が向上する。In this way, the amount of displacement of the color filter 4 with respect to the light receiving section 2 increases stepwise from the center to the peripheral pixels, similarly to the solid-state imaging device shown in FIG.
Therefore, color shading due to obliquely incident light is reduced. Here, the microlens 6 is used as the flattening film 5.
Is placed on top. And this micro lens 6
Are shifted from the light receiving section 2 toward the center of the effective pixel in the blocks B and C, like the color filter 4. The shift amount (Sm) is constant within each block and larger than SOCF, and is larger in the peripheral blocks. Therefore, not only the shading amount is further reduced, but also the light collection rate is improved.
【００３１】具体的なずらし量は、素子サイズ、各層の
膜厚等によって最適量が異なるが（最適量に関しては後
述する）、本実施形態のサイズやずらし量を図３に示し
た。Ｘ方向、Ｙ方向でずらし量が異なるのは、有効画素
部のサイズがＸ方向とＹ方向とで異なるためである。と
ころで、固体撮像素子のように微細なパターンを有する
半導体素子は、ステッパーと称される露光機を使用し、
レチクル上のパターンを半導体基板上に転写することに
よって製造される。このレチクルは、石英ガラスなどの
基板上にクロム等の金属膜がパターニングされている。
従って、レチクル上の金属パターンが高い精度で必要な
半導体素子ほど高価なレチクルが必要となる。カラーフ
ィルタやマイクロレンズのピッチを受光部のピッチと異
ならせた場合（図１の固体撮像素子の場合）、画素毎に
ＳOCFやＳmが極微量（０．０１ミクロンのオーダー）に
変化する。従って、カラーフィルタと受光部とのずれ量
は有効画素部中央部から周辺部に向かって連続的に変化
するので得られる画像は自然なものとなるが、高価なレ
チクルを必要とする。Although the optimum amount varies depending on the element size, the film thickness of each layer, and the like (the optimum amount will be described later), the size and the amount of displacement in this embodiment are shown in FIG. The shift amount is different in the X direction and the Y direction because the size of the effective pixel portion is different between the X direction and the Y direction. By the way, a semiconductor device having a fine pattern such as a solid-state imaging device uses an exposure machine called a stepper,
It is manufactured by transferring a pattern on a reticle onto a semiconductor substrate. In this reticle, a metal film such as chromium is patterned on a substrate such as quartz glass.
Therefore, a semiconductor element that requires a metal pattern on the reticle with higher precision requires a more expensive reticle. When the pitch of the color filters and microlenses is different from the pitch of the light receiving unit (in the case of the solid-state imaging device in FIG. 1), the SOCF and Sm change to a very small amount (on the order of 0.01 micron) for each pixel. Accordingly, since the amount of displacement between the color filter and the light receiving portion changes continuously from the center of the effective pixel portion toward the peripheral portion, the obtained image becomes natural, but an expensive reticle is required.
【００３２】一方、図２で示した固体撮像素子のように
ブロック毎にずらし量を変化させるなら、レチクル上の
パターン精度は、比較的ラフで良い。従って、安価なレ
チクルを使用でき、製造コストは低減される。いずれの
場合においても、本実施形態の固体撮像素子によれば色
シェーディングを低減することが可能となる。固体撮像
素子を使用する目的や設計・開発の自由度等によって、
いずれかの構成を選択すればよい （第二の実施形態）本実施形態の固体撮像素子は、有効
画素部の周辺部では遮光膜の開口部が受光部に対して有
効画素の中央方向にずれている。この構成により、シェ
ーディング量が、より低下される。On the other hand, if the shift amount is changed for each block as in the solid-state imaging device shown in FIG. 2, the pattern accuracy on the reticle may be relatively rough. Therefore, an inexpensive reticle can be used, and the manufacturing cost is reduced. In any case, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, color shading can be reduced. Depending on the purpose of using the solid-state image sensor and the degree of freedom in design and development, etc.
Either configuration may be selected. (Second Embodiment) In the solid-state imaging device of the present embodiment, the opening of the light-shielding film in the periphery of the effective pixel portion is shifted from the light receiving portion toward the center of the effective pixel. ing. With this configuration, the shading amount is further reduced.
【００３３】図４は、本発明の第二の実施形態に係る固
体撮像素子部分断面図である。この固体撮像素子は、受
光部２のピッチを遮光膜７の開口部９（以後、単に開口
部と称す）のピッチより大きくすることによって開口部
９の中心位置を受光部２の中心位置からずらせたもので
ある。即ち、受光部２は、ある一定のピッチでシリコン
基板１上に配置される。その上に層間絶縁膜８を介して
開口部９を有する遮光膜７が配置される。開口部９もあ
る一定のピッチで配置されるが、受光部２のピッチより
小さくしている。FIG. 4 is a partial sectional view of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention. In this solid-state imaging device, the center position of the opening 9 is shifted from the center position of the light receiving unit 2 by making the pitch of the light receiving unit 2 larger than the pitch of the opening 9 (hereinafter simply referred to as an opening) of the light shielding film 7. It is a thing. That is, the light receiving units 2 are arranged on the silicon substrate 1 at a certain fixed pitch. A light-shielding film 7 having an opening 9 is disposed thereon via an interlayer insulating film 8. The apertures 9 are also arranged at a certain pitch, but smaller than the pitch of the light receiving unit 2.
【００３４】ここで、有効画素部中央部の画素は、受光
部２の中心位置と対応する開口部９の中心位置が一致し
ている。このようにすれば、中央から周辺の画素に向か
うにつれて受光部２に対する開口部９のずれ量が徐々に
大きくなる。このため、斜め入射光によるシェーディン
グ量はさらに低減される。また、開口部９と受光部２と
のずれ量は有効画素部中央部から周辺部に向かって連続
的に変化するので、得られる画像は自然なものとなる。Here, in the center pixel of the effective pixel portion, the center position of the opening 9 corresponding to the center position of the light receiving section 2 coincides. By doing so, the shift amount of the opening 9 with respect to the light receiving unit 2 gradually increases from the center toward the peripheral pixels. Therefore, the shading amount due to the obliquely incident light is further reduced. In addition, since the amount of displacement between the opening 9 and the light receiving unit 2 continuously changes from the center of the effective pixel unit toward the periphery, the obtained image becomes natural.
【００３５】なお、ここでは、マイクロレンズ６が層間
絶縁膜８上に配置されている。そして、このマイクロレ
ンズ６は、開口部９に比べてより小さいピッチで配置さ
れる。このため、シェーディング量が更に低減されるば
かりでなく、集光率が向上する。また、図において破線
上のマイクロレンズ６、開口部９、受光部２が一組にな
る。Here, the microlenses 6 are arranged on the interlayer insulating film 8. The microlenses 6 are arranged at a smaller pitch than the opening 9. Therefore, not only the shading amount is further reduced, but also the light collection rate is improved. Further, the microlens 6, the opening 9, and the light receiving section 2 on the broken line in the figure constitute one set.
【００３６】また、ここでは、受光部２と開口部９のピ
ッチを変えることによってシェーディング量を低減させ
た。しかし、これに限らず、第一の実施形態変形例に示
したように有効画素部をブロックに分けて、開口部９を
受光部２に対して有効画素部の中央方向にずらし、その
ずれ量（ＳOPN）をブロックごとに一定とし、且つ、周
辺部のブロックのずれ量を大きくしても良い。このよう
にすれば、遮光膜の開口部パターンに使用するレチクル
を安価なレチクルにすることができ、製造コストは低減
される。 （第三の実施形態）図５は、本発明の第三の実施形態に
係る固体撮像素子部分断面図である。なお、本固体撮像
素子の平面概念図は、図２（ａ）と同様であり、有効画
素部がＡブロック、Ｂブロック、Ｃブロックにグループ
分けされている（Ｄブロックはオプチカルブラック部や
周辺回路部）。各画素は、シリコン基板１上に受光部２
を配置して、その受光部２に対応するように遮光膜７の
開口部９、カラーフィルタ４、マイクロレンズ６が配置
される。Here, the shading amount is reduced by changing the pitch between the light receiving portion 2 and the opening 9. However, the present invention is not limited to this. As shown in the modification of the first embodiment, the effective pixel portion is divided into blocks, and the opening 9 is shifted toward the center of the effective pixel portion with respect to the light receiving portion 2. (SOPN) may be constant for each block, and the shift amount of the peripheral blocks may be increased. By doing so, the reticle used for the opening pattern of the light-shielding film can be made an inexpensive reticle, and the manufacturing cost is reduced. (Third Embodiment) FIG. 5 is a partial sectional view of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention. Note that the conceptual plan view of the solid-state imaging device is the same as FIG. 2A, and the effective pixel portion is grouped into A block, B block, and C block (the D block is an optical black portion or a peripheral circuit). Department). Each pixel has a light receiving section 2 on a silicon substrate 1.
And the opening 9 of the light shielding film 7, the color filter 4, and the microlens 6 are arranged so as to correspond to the light receiving section 2.
【００３７】中央のＡブロックにおいて、受光部２の中
心位置は、その受光部２に対応する開口部９、カラーフ
ィルタ４及びマイクロレンズ６の中心位置と一致してい
る。一方、その他のブロックの画素では、開口部９、カ
ラーフィルタ４、マイクロレンズ６がそれぞれ受光部２
に対して有効画素部の中央方向にずれている。そのずれ
量（順にＳOPN、ＳOCF、Ｓm）は、各ブロックで一定で
あり、且つ、周辺部のブロックの方が大きい。また、各
々のずれ量は、ＳOPN≦ＳOCF≦Ｓmの関係がある。In the center A block, the center position of the light receiving section 2 coincides with the center positions of the opening 9, the color filter 4 and the microlens 6 corresponding to the light receiving section 2. On the other hand, in the pixels of the other blocks, the aperture 9, the color filter 4, and the microlens 6 are respectively connected to the light receiving section 2.
Is shifted toward the center of the effective pixel portion. The shift amount (SOPN, SOCF, Sm in this order) is constant in each block, and is larger in the peripheral blocks. Further, the respective shift amounts have a relationship of SOPN ≦ SOCF ≦ Sm.
【００３８】このようにすれば、中央から周辺の画素に
向かって受光部２に対する開口部９、カラーフィルタ
４、マイクロレンズ６のずれ量が段階的に増大する。こ
のため、斜め入射光による色シェーディング及びシェー
ディング量は低減される。 （適正ずらし量）ここで、図面を参照して開口部、カラ
ーフィルタ、マイクロレンズの受光部に対する適正ずら
し量を説明する。図６は、受光部とマイクロレンズの間
隔を変化させたときの、受光部とマイクロレンズのずら
し量（Ｓm）と画素信号出力との関係を示す測定グラフ
である。横軸は受光部に対するマイクロレンズのずらし
量であり、縦軸は出力電圧である。なお、ここでは遮光
膜の開口部及びカラーフィルタの位置は一定とし、マイ
クロレンズのずらし量及びマイクロレンズ直下に配置さ
れる平坦化膜の膜厚を変化（言い換えれば、受光部とマ
イクロレンズとの距離）させている。In this way, the amount of displacement of the opening 9, the color filter 4, and the microlens 6 with respect to the light receiving portion 2 increases stepwise from the center toward the peripheral pixels. Therefore, the color shading and the shading amount due to the obliquely incident light are reduced. (Appropriate Shift Amount) Here, an appropriate shift amount of the aperture, the color filter, and the microlens with respect to the light receiving unit will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a measurement graph showing the relationship between the shift amount (Sm) between the light receiving unit and the microlens and the pixel signal output when the distance between the light receiving unit and the microlens is changed. The horizontal axis indicates the amount of shift of the microlens with respect to the light receiving unit, and the vertical axis indicates the output voltage. Here, the opening of the light-shielding film and the position of the color filter are fixed, and the shift amount of the microlens and the film thickness of the flattening film disposed immediately below the microlens are changed (in other words, the distance between the light receiving unit and the microlens is changed). Distance).
【００３９】平坦化膜の膜厚は、１１、１２、１３の順
に増大させた。この図から明かなように、受光部に対す
るマイクロレンズのずらし量は、適正な値（又は範囲）
が存在し、その適正ずらし量は、マイクロレンズと受光
部との距離が増大するほど、大きくなることが判明し
た。図６は、マイクロレンズのずらし量に関するデータ
である。しかし、遮光膜の開口部やカラーフィルタも同
様に適正なずらし量が存在するはずである。そこで上記
の結果に基づき、幾つかの仮定を取り入れて適正なずら
し量を導いた。The thickness of the flattening film was increased in the order of 11, 12, and 13. As is clear from this figure, the shift amount of the micro lens with respect to the light receiving unit is an appropriate value (or range).
It has been found that the appropriate shift amount increases as the distance between the microlens and the light receiving unit increases. FIG. 6 shows data relating to the shift amount of the microlens. However, the opening of the light-shielding film and the color filter should also have an appropriate shift amount. Therefore, based on the above results, an appropriate shift amount was derived by incorporating some assumptions.
【００４０】図７は、適正なずらし量を算出するのに必
要なパラメータを説明する概念図であり、（ａ）は本発
明の固体撮像素子の画素断面図、（ｂ）はその素子を搭
載した本発明のカメラ、（ｃ）はマイクロレンズ近傍の
拡大図である。図７（ａ）に示したように、受光部２に
対する開口部９、カラーフィルタ４、マイクロレンズ６
のずらし量をそれぞれＳOPN、ＳOCF、Ｓmとする。ま
た、受光部２から開口部９、カラーフィルタ４、マイク
ロレンズ６までの距離をそれぞれｄ3、ｄ2、ｄ1とす
る。FIGS. 7A and 7B are conceptual diagrams for explaining parameters necessary for calculating an appropriate shift amount. FIG. 7A is a sectional view of a pixel of a solid-state image pickup device of the present invention, and FIG. (C) is an enlarged view of the vicinity of the microlens. As shown in FIG. 7A, the opening 9 for the light receiving unit 2, the color filter 4, and the microlens 6
Are set as SOPN, SOCF, and Sm, respectively. The distances from the light receiving section 2 to the opening 9, the color filter 4, and the microlens 6 are d3, d2, and d1, respectively.
【００４１】また、図７（ｂ）に示したように本発明の
カメラ１４は、上記した固体撮像素子１５を搭載し、レ
ンズ１７と絞り１８が設置された光学系１６を有する。
なお、図では２枚組のレンズ１７−１、１７−２を有す
る光学系を示したが、これに限るものではない。光は、
この光学系１６を通過して固体撮像素子１５に入射す
る。有効画素部中央部に入射した光１９は、ほぼ垂直に
入射する。一方、周辺部の画素に入射した光２０は、直
角以外の入射角でもって入射する。ここで、ｐは有効画
素部の中央部から適正なずらし量を算出する画素までの
距離（一般に像高と称されている）、ｌは固体撮像素子
１５の受光面から絞り１８までの距離（一般に射出瞳距
離と称されている）である。As shown in FIG. 7B, the camera 14 of the present invention has an optical system 16 on which the above-mentioned solid-state imaging device 15 is mounted, and on which a lens 17 and a diaphragm 18 are installed.
Although the figure shows an optical system having a pair of lenses 17-1 and 17-2, the present invention is not limited to this. Light is
The light passes through the optical system 16 and enters the solid-state imaging device 15. The light 19 that has entered the central portion of the effective pixel portion enters substantially perpendicularly. On the other hand, the light 20 that has entered the peripheral pixels enters at an incident angle other than a right angle. Here, p is the distance from the center of the effective pixel portion to the pixel for which an appropriate shift amount is calculated (generally called an image height), and l is the distance from the light receiving surface of the solid-state imaging device 15 to the aperture 18 ( (Generally referred to as an exit pupil distance).
【００４２】幾つかの近似によって、適正なずらし量を
求める。先ず第一に、各マイクロレンズの中心位置に入
射する光（１９ａ、２０ａ：簡略化のため、以下θ0光
と称する）を基準として、ずらし量の適正量を算出す
る。図７（ｂ）から明かであるが、カメラの光学系を通
過した光は、実際には像高ｐの位置においてマイクロレ
ンズの中心に入射する光を中心としてその周囲にある程
度広がりをもっている。従って、広がりの有る光がマイ
クロレンズに入射し、受光部に向けて出射する。よて、
個々の撮影条件、例えばカメラレンズ系のF値に依存し
たある拡がりを持った光束の、マイクロレンズによる収
束条件をシミュレーションすることにより、マイクロレ
ンズや色フィルターや遮光膜開口部の最適ずらし量の正
確な計算が可能となる。An appropriate shift amount is obtained by some approximations. First, an appropriate shift amount is calculated based on light (19a, 20a; hereinafter, referred to as θ0 light for simplicity) incident on the center position of each microlens. As is clear from FIG. 7B, the light that has passed through the optical system of the camera actually spreads to some extent around the light incident on the center of the microlens at the position of the image height p. Therefore, the light having spread enters the microlens and is emitted toward the light receiving unit. Well,
By simulating the convergence condition of the microlens for each photographic condition, for example, the luminous flux having a certain spread depending on the F value of the camera lens system, the optimal shift amount of the microlens, color filter and light shielding film opening can be accurately determined. Calculation is possible.
【００４３】しかし、ここでは、θ0光を基準として用
いる。このようにすれば、カメラレンズ系を考慮して、
簡便にマイクロレンズや色フィルターや遮光膜開口部の
最適ずらし量を算出可能となる。第二に、受光部までに
到達するまでの膜は、マイクロレンズ直下の膜の屈折率
ｎと同じ屈折率を有すると近似する。そして、入射角θ
0及び出射角θは、図７（ｃ）に示した通り、θ0光が固
体撮像素子１５に到達して最初に屈折した角度で定め
る。実際には、平坦化膜、カラーフィルター、絶縁膜、
酸化膜等、複数の層で構成され、正確にはそれぞれ屈折
率が異なり、それぞれの膜で屈折する。しかし、屈折率
の差は一般には僅かであるので上記のように近似する。
この近似に従えば、入射角θ0、出射角θ、屈折率ｎの
関係はスネルの法則に次式の通りとなる。However, here, the θ0 light is used as a reference. In this way, taking into account the camera lens system,
It is possible to easily calculate the optimum shift amount of the microlens, the color filter, and the opening of the light shielding film. Second, it is approximated that the film reaching the light receiving portion has the same refractive index as the refractive index n of the film immediately below the microlens. And the incident angle θ
0 and the emission angle θ are determined by the angle at which the θ0 light first reaches the solid-state imaging device 15 and is refracted, as shown in FIG. Actually, flattening film, color filter, insulating film,
It is composed of a plurality of layers such as an oxide film. To be exact, the refractive indexes are different from each other, and each film is refracted. However, the difference between the refractive indices is generally small, and is therefore approximated as described above.
According to this approximation, the relationship between the incident angle θ0, the outgoing angle θ, and the refractive index n is expressed by Snell's law as follows.
【００４４】sinθ = sinθ0／ｎ ・・・（１） 第三に、カメラレンズ系から撮像素子への入射光はマイ
クロレンズに最初に入射するが、ここでは、θ0光はマ
イクロレンズが有ろうが無かろうが、同じ光路でもって
受光部まで到達するものとする。従って、ここで算出さ
れる適正ずらし量は、マイクロレンズが配置されていな
い固体撮像素子にも適用可能となる。Sinθ = sinθ0 / n (1) Third, the light incident on the image pickup device from the camera lens system first enters the microlens. Here, the θ0 light may have the microlens. It is assumed that the light arrives at the light receiving section along the same optical path. Therefore, the appropriate shift amount calculated here can be applied to a solid-state imaging device in which a microlens is not arranged.
【００４５】また、実際には出射角θは、測定が困難で
ある。そこで、入射角θ0を像高ｐ、射出瞳距離ｌを用
いて次式のように定義する。この式は、幾何学的な考察
によって導かれた近似式である。 sinθ0 = ｐ／（ｐ2＋ｌ2）1/2 ・・・（２） （１）（２）式より、出射角は、sinθ = ｐ／［ｎ×
（ｐ2＋ｌ2）1/2］で近似され、ここでは出射角をこの
式で定義する。In practice, it is difficult to measure the emission angle θ. Therefore, the incident angle θ0 is defined as follows using the image height p and the exit pupil distance l. This expression is an approximate expression derived from geometric considerations. sinθ0 = p / than (p 2 + l 2) 1/2 ··· (2) (1) (2) wherein the exit angle, sinθ = p / [n ×
(P 2 + l 2 ) 1/2 ], where the exit angle is defined by this equation.
【００４６】上述した近似により、受光部に対するマイ
クロレンズ、カラーフィルタ、開口部のずらし量Ｓm、
ＳOCF、ＳOPNの最適値は、受光部からの距離と出射角θ
の関数として次の式で算出される。 Ｓm = ｄ1×tanθ ・・・（３） ＳOCF = ｄ2×tanθ ・・・（４） ＳOPN = ｄ3×tanθ ・・・（５） すべての画素でＳm、ＳOCF、ＳOPNのすべてを上記の式
で算出される最適値にずらすのが最も好ましい。しか
し、Ｓm、ＳOCF、ＳOPNのすべてを上式の値に設置しな
くても、即ち、マイクロレンズ、カラーフィルタ、開口
部のいずれかのずらし量を上式で算出される値に設置し
ても、シェーディング量の低減に効果がある。By the approximation described above, the shift amount Sm of the micro lens, the color filter, and the opening with respect to the light receiving unit is calculated as follows.
The optimal values of SOCF and SOPN are the distance from the light receiving unit and the emission angle θ.
Is calculated by the following equation. Sm = d1 × tanθ (3) SOCF = d2 × tanθ (4) SOPN = d3 × tanθ (5) All of Sm, SOCF, and SOPN are calculated by the above equation for all pixels. It is most preferable to shift to the optimum value. However, even if all of Sm, SOCF, and SOPN are not set to the values of the above equation, that is, even if the shift amount of any of the microlens, the color filter, and the opening is set to the value calculated by the above equation, This is effective in reducing the amount of shading.
【００４７】また、これらの式は近似で求めたものであ
る。更に、固体撮像素子の製造上の精度により、
（３）、（４）、（５）の式で導かれる値に正確に製造
されるとは限らない。従って、適正ずらし量は、上式で
の最適値にある程度の幅をもたせるのが好ましい。実験
に基づき、ここでは、±３０％の幅を持たせる。よっ
て、適正ずらし量は、以下の（６）、（７）、（８）の
式で算出される。ただし、ＳOCF＜ＳOPN＜Ｓmの関係を
満たす範囲である。These equations are obtained by approximation. Furthermore, due to the manufacturing accuracy of the solid-state imaging device,
(3), (4), and (5) are not always accurately manufactured to the values derived by the equations. Therefore, it is preferable that the appropriate shift amount has a certain width in the optimum value in the above equation. Based on an experiment, here, a range of ± 30% is provided. Therefore, the appropriate shift amount is calculated by the following equations (6), (7), and (8). However, it is a range that satisfies the relationship of SOCF <SOPN <Sm.
【００４８】 ０．７×ｄ1×tanθ ≦ Ｓm ≦１．３×ｄ1×tanθ ・・・（６） ０．７×ｄ2×tanθ ≦ＳOCF ≦１．３×ｄ2×tanθ ・・・（７） ０．７×ｄ3×tanθ ≦ＳOPN ≦１．３×ｄ3×tanθ ・・・（８） Ｓm、ＳOCF、ＳOPNのすべてを上式の範囲に設置しなく
ても、即ち、マイクロレンズ、カラーフィルタ、開口部
のいずれかのずらし量を上式の範囲に設置しても、シェ
ーディング量の低減に効果がある。0.7 × d1 × tanθ ≦ Sm ≦ 1.3 × d1 × tanθ (6) 0.7 × d2 × tanθ ≦ SOCF ≦ 1.3 × d2 × tanθ (7) 0 0.7 × d3 × tanθ ≦ SOPN ≦ 1.3 × d3 × tanθ (8) Even if all of Sm, SOCF and SOPN are not set within the range of the above expression, that is, the micro lens, the color filter, and the aperture Even if any of the shift amounts of the sections is set in the range of the above expression, the shading amount is effectively reduced.
【００４９】なお、図２に示した本発明の固体撮像素子
のようにブロック毎にずらし量を変化させるなら、各ブ
ロックのずらし量の平均値が上式の適正値の範囲に入れ
ばよい。また、式（３）と式（４）よりずらし量Ｓmと
ＳOCFの最適な比がｄ1とｄ2の比で求まり、式（３）と
式（５）よりずらし量ＳmとＳOPNの最適な比がｄ1とｄ3
の比で求まる。それらを算出する式を（９）、（１０）
で示す。When the shift amount is changed for each block as in the solid-state image pickup device of the present invention shown in FIG. 2, the average value of the shift amount of each block may be within the range of the appropriate value of the above equation. Further, the optimal ratio between the shift amount Sm and SOCF is obtained by the ratio of d1 and d2 from the expressions (3) and (4), and the optimal ratio between the shift amount Sm and SOPN is obtained from the expressions (3) and (5). d1 and d3
It is obtained by the ratio of The equations for calculating them are given by (9) and (10)
Indicated by
【００５０】 Ｓm／ＳOCF = ｄ1／ｄ2 ・・・（９） Ｓm／ＳOPN = ｄ1／ｄ3 ・・・（１０） さらに、±３０％の幅を持たせると、適正な比の範囲
は、以下の（１１）、（１２）の式で算出される。 ０．７×（ｄ1／ｄ2） ≦ Ｓm／ＳOCF ≦１．３×（ｄ1／ｄ2） ・・・（１１ ） ０．７×（ｄ1／ｄ3） ≦ Ｓm／ＳOPN ≦１．３×（ｄ1／ｄ3） ・・・（１２ ） この場合においても固体撮像素子が式（１１）（１２）
の両方の比を満たさなくとも、少なくとも一方の式の比
を満たせば、シェーディング量の低減に効果がある。ま
た、図２に示した本発明の固体撮像素子のようにブロッ
ク毎にずらし量を変化させるなら、各ブロックのずらし
量の平均値が上式の適正値の範囲に入ればよい。Sm / SOCF = d1 / d2 (9) Sm / SOPN = d1 / d3 (10) Further, if a range of ± 30% is provided, the appropriate ratio range is as follows. It is calculated by the equations (11) and (12). 0.7 × (d1 / d2) ≦ Sm / SOCF ≦ 1.3 × (d1 / d2) (11) 0.7 × (d1 / d3) ≦ Sm / SOPN ≦ 1.3 × (d1 / d3) (12) Also in this case, the solid-state imaging device is expressed by the formulas (11) and (12).
Even if both ratios are not satisfied, if at least one of the expressions is satisfied, the shading amount is effectively reduced. Further, if the shift amount is changed for each block as in the solid-state imaging device of the present invention shown in FIG. 2, the average value of the shift amount of each block may be within the range of the appropriate value of the above equation.
【００５１】図８は、有効画素部の中央部と周辺部のそ
れぞれの画素での集光の様子をシミュレーションした画
素断面図である。上段はカメラの光学系がＦ1.4、下段
はＦ11である。（ａ）（ｅ）は周辺部の画素において上
記の式（６）（８）で求めた最適量にてマイクロレンズ
及び開口部をずらした画素である。（ｂ）（ｆ）は、同
じくマイクロレンズのみ最適量にてずらした画素、
（ｃ）（ｇ）はどちらもずらさない比較例、（ｄ）
（ｈ）は中央の画素である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a pixel simulating the state of light collection at each of the central portion and the peripheral portion of the effective pixel portion. The upper part is F1.4 of the camera optical system, and the lower part is F11. (A) and (e) are pixels in which the microlens and the opening are shifted by the optimum amount obtained by the above equations (6) and (8) in the peripheral pixels. (B) and (f) are pixels in which only the microlens is shifted by an optimum amount,
(C) and (g) are comparative examples in which neither is shifted, (d)
(H) is a central pixel.
【００５２】画素サイズは１０μm正方画素、マイクロ
レンズの厚さは2.5μm、遮光膜の開口部及び受光部のサ
イズは水平方向８μm、垂直方向４μmである。また、ｄ
1、ｄ2、ｄ3（図７参照）は、それぞれ７μm、５．５μ
m、２．５μmである。周辺部の画素でのマイクロレンズ
の撮像面中心方向へのずらし量は水平方向で0.8μm、垂
直方向で0.6μmである。周辺部の画素での遮光膜の開口
部の撮像面中心方向へのずらし量は水平方向で0.4μm、
垂直方向で0.3μmである。The pixel size is a square pixel of 10 μm, the thickness of the microlens is 2.5 μm, the size of the opening of the light shielding film and the size of the light receiving section are 8 μm in the horizontal direction and 4 μm in the vertical direction. Also, d
1, d2 and d3 (see FIG. 7) are 7 μm and 5.5 μm, respectively.
m, 2.5 μm. The shift amount of the micro lens toward the center of the imaging surface in the peripheral pixels is 0.8 μm in the horizontal direction and 0.6 μm in the vertical direction. The shift amount of the opening of the light-shielding film in the peripheral pixels toward the center of the imaging surface is 0.4 μm in the horizontal direction,
It is 0.3 μm in the vertical direction.
【００５３】マイクロレンズを受光部に対してずらす
と、受光部中心位置に光が集光されるので、シェーディ
ング量の低減に効果がある（図８（ｂ）（ｆ））。しか
し、遮光膜にけられる光成分が存在することが分かる。
遮光膜を更にずらすと、良好に受光され、更にシェーデ
ィング量が低減される（図８（ａ）（ｅ））。即ち、こ
のシミュレーションからも、周辺部の画素では、マイク
ロレンズの位置をずらすと同時にそのずらし量に対して
適正に遮光膜の開口部をずらすことにより、斜めに入射
した光が遮光膜の開口部の中心を通過し、効率よく受光
部に集光されることが分かる。When the microlens is shifted with respect to the light receiving portion, light is condensed at the center position of the light receiving portion, which is effective in reducing the shading amount (FIGS. 8B and 8F). However, it can be seen that there is a light component that is applied to the light shielding film.
When the light-shielding film is further shifted, the light is satisfactorily received, and the shading amount is further reduced (FIGS. 8A and 8E). In other words, from this simulation, it can be seen from the simulation that, at the peripheral pixels, the position of the microlens is shifted and at the same time the opening of the light-shielding film is appropriately shifted with respect to the shift amount, so that the obliquely incident light can be reduced. It can be seen that the light passes through the center of the light-receiving portion and is efficiently collected on the light-receiving portion.
【００５４】図９は、カメラ光学系のＦ値と集光率の関
係を示すグラフである。点線２１は有効画素中央部の画
素（図８（ｄ）（ｈ））、実線２２は周辺部の画素でマ
イクロレンズ及び開口部をそれぞれ適正な位置にずらし
た画素（図（ａ）（ｅ））、実線２３は周辺部の画素で
マイクロレンズのみ適切な位置にずらした画素、実線２
３は周辺部の画素でマイクロレンズも開口部もずらさな
い画素の集光率とＦ値の関係を示す。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the F value of the camera optical system and the light collection rate. A dotted line 21 is a pixel at the center of the effective pixel (FIGS. 8D and 8H), and a solid line 22 is a pixel at the periphery where the microlens and the opening are shifted to appropriate positions (FIGS. 8A and 8E). ), A solid line 23 is a pixel in the peripheral portion where only the microlens is shifted to an appropriate position, a solid line 2
Reference numeral 3 denotes a peripheral pixel, which indicates the relationship between the light-collecting rate and the F value of a pixel that does not shift the microlens and the opening.
【００５５】このグラフからも分かるように、マイクロ
レンズのみの位置ずらしによってもシェーディングは改
善されるが、遮光膜の開口部も共に適切な位置にずらす
ことにより、更に、シェーディング量が低減される。な
お、ここでは、一例としてマイクロレンズ及び遮光膜の
開口部を受光部に対してずらした構成にて説明した。し
かし、カラーフィルタをずらした構成も同様なシミュレ
ーション結果が得れている。この構成によれば、色シェ
ーディングが低減される。 （第四の実施形態）図１０は、第四の実施形態に係る本
発明の電子カメラの各パラメータを示す表である。本実
施形態に搭載する固体撮像素子は、第一の実施形態に記
載したように受光部のピッチとマイクロレンズ、カラー
フィルタ、開口部の各々のピッチとを変化させたもので
ある。As can be seen from this graph, shading can be improved by shifting the position of the microlens alone, but the shading amount can be further reduced by shifting both the openings of the light shielding film to appropriate positions. Here, as an example, the configuration in which the openings of the microlens and the light shielding film are shifted with respect to the light receiving unit has been described. However, a similar simulation result is obtained with a configuration in which the color filters are shifted. According to this configuration, color shading is reduced. Fourth Embodiment FIG. 10 is a table showing parameters of the electronic camera according to the fourth embodiment of the present invention. As described in the first embodiment, the solid-state imaging device mounted in the present embodiment is obtained by changing the pitch of the light receiving unit and the pitch of each of the microlens, the color filter, and the opening.
【００５６】受光部のピッチは、要求される分解能とサ
イズより定められた画素数より一義的に設定される。例
えば、有効画部Ｘ方向の寸法が２４ｍｍ、画素数が１０
００個であるなら、２４ｍｍピッチとなる。本実施形態
において、マイクロレンズ、カラーフィルタ、開口部の
各ピッチは、式（３）（４）（５）によって有効画素の
最も外側のずらし量を求め、このずらし量からピッチを
算出する。The pitch of the light receiving section is uniquely set from the number of pixels determined by the required resolution and size. For example, the size in the effective image area X direction is 24 mm and the number of pixels is 10
If the number is 00, the pitch is 24 mm. In the present embodiment, the outermost shift amount of the effective pixel is obtained from the equations (3), (4), and (5) for the respective pitches of the microlens, the color filter, and the opening, and the pitch is calculated from the shift amount.
【００５７】ところで、式（３）（４）（５）による最
適ずらし量は、有効画素中央部から周辺部に向かってリ
ニアに変化するとは限らない。このため、本実施形態の
構成だと、最も外側の画素以外では適正なずらし量から
外れる可能性がある。図１０には、式（３）（４）
（５）で算出される最適ずらし量と、上記のピッチで生
ずる実際のずらし量も併記した。なお、実際のずらし量
は下記の式より求めたものである。Incidentally, the optimum shift amount according to the equations (3), (4), and (5) does not always change linearly from the center of the effective pixel toward the periphery. For this reason, in the configuration of the present embodiment, there is a possibility that the shift amount may be out of the appropriate shift amount except for the outermost pixel. FIG. 10 shows equations (3) and (4).
The optimum shift amount calculated in (5) and the actual shift amount generated at the above pitch are also shown. Note that the actual shift amount is obtained from the following equation.
【００５８】Ｓ = （最も外側画素のＳ）× ［ｐ／（最
も外側画素のｐ）］ 図１０より、両者の場合の位置ずらし量はほぼ一致して
いることが分かる。ただし、この場合、ｐ最大＝15mmと
して計算している。これは、像高が小さくなるに連れ
て、固体撮像素子内に入射した光線の傾きθが小さくな
り、sinθ≒tanθ≒ｐ/ｌなる近似が成り立つことに起
因する。S = (S of outermost pixel) × [p / (p of outermost pixel)] From FIG. 10, it can be seen that the positional shift amounts in both cases are almost the same. However, in this case, the calculation is performed with p maximum = 15 mm. This is because as the image height becomes smaller, the inclination θ of the light beam entering the solid-state imaging device becomes smaller, and the approximation of sin θ ≒ tan θ ≒ p / l is established.
【００５９】勿論、上記の実施形態において、有効画素
部の周辺部の画素の遮光膜の開口面積を、有効画素部の
中央部の画素の遮光膜の開口面積よりも大きくしてシェ
ーディング量をさらに抑える構成も本発明に含まれる。Of course, in the above embodiment, the shading amount is further increased by increasing the opening area of the light-shielding film of the pixel in the peripheral portion of the effective pixel portion to be larger than the opening area of the light-shielding film of the pixel in the central portion of the effective pixel portion. The configuration for suppressing the pressure is also included in the present invention.
【００６０】[0060]
【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり本発明によ
れば、有効画素部の周辺部に配置されたカラーフィルタ
を有効画素部の中央方向にずらしたので、光がカラーフ
ィルタ境界部を通過しない。このため、混色が防止され
色シェーディングは低減する。また、カラーフィルタ中
央部を光が通過するので、カラーフィルタの膜厚が比較
的均一で且つ安定している部分を通過する。このため、
画素間の感度ばらつき等を低減する効果もある。As described above in detail, according to the present invention, the color filters disposed around the effective pixel portion are shifted toward the center of the effective pixel portion, so that light passes through the boundary of the color filter. do not do. Therefore, color mixing is prevented and color shading is reduced. Further, since light passes through the center of the color filter, the light passes through a portion where the film thickness of the color filter is relatively uniform and stable. For this reason,
There is also an effect of reducing sensitivity variations between pixels and the like.
【００６１】また、有効画素部の周辺部に配置された遮
光膜の開口部を有効画素部の中央方向にずらしたので、
シェーディング量を低減される。さらに、マイクロレン
ズを同様にずらせば、シェーディング防止に更に効果が
ある。Also, since the opening of the light shielding film disposed around the effective pixel portion is shifted toward the center of the effective pixel portion,
The shading amount is reduced. Further, if the microlenses are similarly shifted, it is more effective to prevent shading.
【図１】本発明の第一の実施形態に係る固体撮像素子部
分断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】第一の実施形態の変形例に係る固体撮像素子で
あって、（ａ）は平面概念図、（ｂ）は部分断面図であ
る。FIGS. 2A and 2B are solid-state imaging devices according to a modification of the first embodiment, wherein FIG. 2A is a conceptual plan view and FIG.
【図３】第一の実施形態の変形例の本実施形態における
サイズ、ずらし量を示す表である。FIG. 3 is a table showing a size and a shift amount in a modified example of the first embodiment in the present embodiment;
【図４】本発明の第二の実施形態に係る固体撮像素子部
分断面図である。FIG. 4 is a partial sectional view of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第三の実施形態に係る固体撮像素子部
分断面図である。FIG. 5 is a partial sectional view of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention.
【図６】受光部とマイクロレンズの間隔を変化させたと
きの、受光部とマイクロレンズのずらし量（Ｓm）と画
素信号出力との関係を示す測定グラフである。FIG. 6 is a measurement graph showing a relationship between a shift amount (Sm) between the light receiving unit and the microlens and a pixel signal output when an interval between the light receiving unit and the microlens is changed.
【図７】適正なずらし量を算出するのに必要なパラメー
タを説明する概念図であり、（ａ）は本発明の固体撮像
素子の画素断面図、（ｂ）はその素子を搭載した本発明
のカメラ、（ｃ）はマイクロレンズ近傍の拡大図であ
る。FIGS. 7A and 7B are conceptual diagrams illustrating parameters required for calculating an appropriate shift amount. FIG. 7A is a pixel cross-sectional view of a solid-state imaging device according to the present invention, and FIG. (C) is an enlarged view near the microlens.
【図８】有効画素部の中央部と周辺部のそれぞれの画素
での集光の様子をシミュレーションした画素断面図であ
る。FIG. 8 is a cross-sectional view of a pixel that simulates a light-collecting state in each of a central portion and a peripheral portion of an effective pixel portion.
【図９】カメラ光学系のＦ値と集光率の関係を示すグラ
フである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the F value of the camera optical system and the light collection rate.
【図１０】第四の実施形態に係る本発明の電子カメラの
各パラメータを示す表である。FIG. 10 is a table showing parameters of the electronic camera of the present invention according to the fourth embodiment.
【図１１】従来のＣＣＤ型固体撮像素子の平面図であ
る。FIG. 11 is a plan view of a conventional CCD solid-state imaging device.
【図１２】カラーフィルタの配列の一例を示す配置図で
ある。FIG. 12 is a layout diagram illustrating an example of an arrangement of color filters.
【図１３】従来の固体撮像素子の受光部断面図である。FIG. 13 is a sectional view of a light receiving section of a conventional solid-state imaging device.
【図１４】従来の固体撮像素子の有効画素周辺部の断面
図であり、（ａ）は説明を容易にするための概念図、
（ｂ）はカラーフィルタの膜厚制御をより均一にした場
合の図である。14A and 14B are cross-sectional views of a peripheral portion of an effective pixel of a conventional solid-state imaging device, where FIG. 14A is a conceptual diagram for easy description;
(B) is a diagram in the case where the control of the film thickness of the color filter is made more uniform.
【図１５】従来の固体撮像素子の有効画素周辺部の断面
図である。FIG. 15 is a cross-sectional view of a peripheral portion of an effective pixel of a conventional solid-state imaging device.
１、３１・・・シリコン基板 ２、３２・・・受光部 ３、３３・・・層間絶縁膜 ４、３４・・・カラーフィルタ ５、３５・・・平坦化膜 ６、３６・・・マイクロレンズ ７、３７・・・遮光膜 ９、３９・・・遮光膜の開口部 １０、４４・・・ＣＣＤ電極 １４・・・電子カメラ １５・・・固体撮像素子 １６・・・カメラ光学系 １７・・・レンズ １８・・・絞り １９、２０、４５・・・入射光 ４０・・・垂直ＣＣＤ ４１・・・水平ＣＣＤ ４２・・・出力アンプ 1, 31: silicon substrate 2, 32: light receiving unit 3, 33: interlayer insulating film 4, 34: color filter 5, 35: flattening film 6, 36: microlens 7, 37: Light-shielding film 9, 39: Opening of light-shielding film 10, 44: CCD electrode 14: Electronic camera 15: Solid-state image sensor 16: Camera optical system 17 -Lens 18-Stop 19, 20, 45-Incident light 40-Vertical CCD 41-Horizontal CCD 42-Output amplifier
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA05 AA06 AB01 BA10 BA14 CA02 CA26 CA27 CA40 FA06 GB02 GB09 GC08 GD04 5C022 AA13 AB51 AC42 AC54 AC55 5C024 AA01 BA01 CA14 CA31 CA33 EA04 EA08 FA01 GA11 GA31 5C065 AA01 AA03 BB06 CC01 DD01 DD02 EE06 EE11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page F term (reference) 4M118 AA05 AA06 AB01 BA10 BA14 CA02 CA26 CA27 CA40 FA06 GB02 GB09 GC08 GD04 5C022 AA13 AB51 AC42 AC54 AC55 5C024 AA01 BA01 CA14 CA31 CA33 EA04 EA08 FA01 GA11 GA31 5C065 AA01 AA01 DD01 DD02 EE06 EE11
Claims (15)
ップ状に配置されたカラーフィルタとを有し光信号を出
力する有効画素がマトリクス状に複数配置された有効画
素部を設け、 前記有効画素部の周辺部に配置された前記カラーフィル
タは、前記受光部に対して前記有効画素部の中央方向に
ずれており、 前記カラーフィルタと前記受光部とのずれ量は、前記有
効画素部の中央から周辺に向かって連続的に又は階段状
に増大することを特徴とする固体撮像素子。An effective pixel section having a light receiving portion and a plurality of effective pixels for outputting an optical signal, the effective pixel portion having an on-chip color filter corresponding to the light receiving portion; The color filter disposed in a peripheral portion of the effective pixel portion is shifted from the light receiving portion in a center direction of the effective pixel portion, and a shift amount between the color filter and the light receiving portion is the effective pixel. A solid-state imaging device characterized by increasing continuously or stepwise from the center to the periphery of the portion.
ら周辺に向かって同心状に複数のブロックにグループ分
けされ、 前記カラーフィルタと前記受光部とのずれ量は、各々の
ブロック内で同一であり、且つ、中央から周辺に向かっ
て、増大することを特徴とする請求項１に記載された固
体撮像素子。2. The effective pixel is grouped concentrically into a plurality of blocks from the center to the periphery of the effective pixel section, and a shift amount between the color filter and the light receiving section is within each block. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is the same and increases from a center to a periphery.
れた固体撮像素子において、 前記画素には前記受光部に対応するようにマイクロレン
ズがオンチップ状に配置されることを特徴とする固体撮
像素子。3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a microlens is arranged on the pixel in an on-chip manner so as to correspond to the light receiving section. Solid-state imaging device.
ップ状に配置されたカラーフィルタとを有し光信号を出
力する有効画素がマトリクス状に複数配置された有効画
素部を設け、 前記有効画素部の周辺部に配置された前記カラーフィル
タは、前記受光部に対して中央方向にずれており、 前記受光部及び前記カラーフィルタは、それぞれ一定の
ピッチで配置され、 前記受光部のピッチは、前記カラーフィルタのピッチよ
り大きいことを特徴とする固体撮像素子。4. An effective pixel section comprising a light receiving portion and a plurality of effective pixels which output light signals and have a plurality of effective pixels arranged in a matrix, the light emitting portion having an on-chip color filter corresponding to the light receiving portion. The color filters arranged in the peripheral portion of the effective pixel portion are shifted from the light receiving portion in a central direction, and the light receiving portion and the color filters are arranged at a constant pitch, respectively. A solid-state imaging device, wherein a pitch is larger than a pitch of the color filter.
て、 前記画素には前記受光部に対応するようにマイクロレン
ズがオンチップ状に一定のピッチで配置され、前記カラ
ーフィルタのピッチは、前記マイクロレンズのピッチよ
り大きいことを特徴とする固体撮像素子。5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a microlens is arranged in the pixel at a constant pitch on the chip so as to correspond to the light receiving section, and the pitch of the color filter is: A solid-state imaging device, wherein the pitch is larger than the pitch of the microlenses.
ずれている画素において当該画素に配置された前記受光
部の中心位置と前記カラーフィルタの中心位置とのずれ
をＳOCFとし、前記受光部の中心位置と前記マイクロレ
ンズの中心位置とのずれをＳmとし、 前記受光部から前記マイクロレンズが設けられる膜まで
の全膜厚をｄ1とし、前記受光部から前記カラーフィル
タまでの膜厚をｄ2として、 ０．７×（ｄ1／ｄ2）≦ Ｓm／ＳOCF ≦ １．３×（ｄ1
／ｄ2） を満足することを特徴とする請求項３または請求項５の
いずれかに記載の固体撮像素子。6. In a pixel in which the color filter is displaced from the light receiving portion, a shift between a center position of the light receiving portion disposed in the pixel and a center position of the color filter is referred to as SOCF. The difference between the center position and the center position of the micro lens is Sm, the total film thickness from the light receiving portion to the film on which the micro lens is provided is d1, and the film thickness from the light receiving portion to the color filter is d2. 0.7 × (d1 / d2) ≦ Sm / SOCF ≦ 1.3 × (d1
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the solid-state imaging device satisfies / d2).
が設けられた遮光膜とを有し光信号を出力する有効画素
がマトリクス状に複数配置された有効画素部を設け、 前記有効画素部の周辺部に配置された前記開口部は、前
記受光部に対して前記有効画素部の中央方向にずれてお
り、 前記開口部と前記受光部とのずれ量は、前記有効画素部
の中央から周辺に向かって連続的に又は階段状に増大す
ることを特徴とする固体撮像素子。7. An effective pixel section having a light receiving portion and a light shielding film provided with an opening corresponding to the light receiving portion, wherein an effective pixel portion for outputting a light signal and having a plurality of effective pixels arranged in a matrix is provided. The opening arranged in a peripheral portion of the effective pixel portion is shifted from the light receiving portion in a center direction of the effective pixel portion, and a shift amount between the opening and the light receiving portion is the effective pixel portion. A solid-state imaging device characterized by increasing continuously or stepwise from the center to the periphery of the solid-state imaging device.
ら周辺に向かって同心状に複数のブロックにグループ分
けされ、 前記開口部と前記受光部とのずれ量は、各々のブロック
内で同一であり、且つ、中央から周辺に向かって、増大
することを特徴とする請求項７に記載された固体撮像素
子。8. The effective pixels are grouped concentrically into a plurality of blocks from the center to the periphery of the effective pixel section, and a shift amount between the opening and the light receiving section is within each block. The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the solid-state imaging device is the same and increases from a center to a periphery.
れた固体撮像素子において、 前記画素には前記受光部に対応するようにマイクロレン
ズがオンチップ状に配置されることを特徴とする固体撮
像素子。9. The solid-state imaging device according to claim 7, wherein a micro lens is arranged on the pixel in an on-chip manner so as to correspond to the light receiving section. Solid-state imaging device.
部を設けられた遮光膜とを有し光信号を出力する有効画
素がマトリクス状に複数配置された有効画素部を設け、 前記有効画素部の周辺部に配置された前記開口部は、前
記受光部に対して中央方向にずれており、 前記受光部及び前記開口部は、それぞれ一定のピッチで
配置され、 前記受光部のピッチは、前記開口部のピッチより大きい
ことを特徴とする固体撮像素子。10. An effective pixel section comprising a light receiving section and a light shielding film provided with an opening corresponding to the light receiving section, and an effective pixel section in which a plurality of effective pixels for outputting an optical signal are arranged in a matrix. The openings arranged in the periphery of the effective pixel unit are shifted from the light receiving unit in the center direction, and the light receiving units and the openings are arranged at a constant pitch, respectively, and the pitch of the light receiving units Is a larger than the pitch of the openings.
おいて、 前記画素には前記受光部に対応するようにマイクロレン
ズがオンチップ状に一定のピッチで配置され、前記開口
部のピッチは、前記マイクロレンズのピッチより大きい
ことを特徴とする固体撮像素子。11. The solid-state imaging device according to claim 10, wherein micro-lenses are arranged on the pixel at a constant pitch in an on-chip manner so as to correspond to the light-receiving unit, and the pitch of the opening is: A solid-state imaging device, wherein the pitch is larger than the pitch of the microlenses.
いる画素において当該画素に配置された前記受光部の中
心位置と前記開口部の中心位置とのずれをＳOPNとし、
前記受光部の中心位置と前記マイクロレンズの中心位置
とのずれをＳmとし、 前記受光部から前記マイクロレンズが設けられる膜まで
の全膜厚をｄ1とし、前記受光部から前記開口部までの
膜厚をｄ3として、 ０．７×（ｄ1／ｄ3）≦ Ｓm／ＳOPN ≦ １．３×（ｄ1
／ｄ3） を満足することを特徴とする請求項９または請求項１１
のいずれかに記載の固体撮像素子。12. In a pixel in which the opening is displaced from the light receiving unit, a shift between a center position of the light receiving unit disposed in the pixel and a center position of the opening is SOPN;
The difference between the center position of the light receiving unit and the center position of the micro lens is Sm, the total film thickness from the light receiving unit to the film on which the micro lens is provided is d1, and the film from the light receiving unit to the opening is Assuming that the thickness is d3, 0.7 × (d1 / d3) ≦ Sm / SOPN ≦ 1.3 × (d1
/ D3) is satisfied.
The solid-state imaging device according to any one of the above.
の固体撮像素子において、 前記有効画素は、さらに前記受光部に対応するように開
口部が設けられた遮光膜を有し、 前記有効画素部の周辺部に配置された前記開口部は、前
記受光部に対して前記有効画素部の中央方向にずれてお
り、 前記開口部と前記受光部とのずれ量は、前記有効画素部
の中央から周辺に向かって連続的に又は階段状に増大す
ることを特徴とする固体撮像素子。13. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the effective pixel further includes a light-shielding film provided with an opening corresponding to the light-receiving unit. The opening arranged in a peripheral portion of the effective pixel portion is shifted from the light receiving portion in a center direction of the effective pixel portion, and a shift amount between the opening and the light receiving portion is the effective pixel portion. A solid-state imaging device characterized by increasing continuously or stepwise from the center to the periphery of the solid-state imaging device.
載の固体撮像素子において、 前記有効画素は、さらに前記受光部に対応するように開
口部が設けられた遮光膜を有し、 前記有効画素部の周辺部に配置された前記開口部は、前
記受光部に対して前記有効画素部の中央方向にずれてお
り、 前記開口部は、前記受光部のピッチより小さく、前記カ
ラーフィルタのピッチより大きい一定のピッチで配置さ
れることを特徴とする固体撮像素子。14. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein said effective pixel further has a light-shielding film provided with an opening corresponding to said light-receiving portion. The opening arranged in a peripheral portion of the effective pixel portion is shifted from the light receiving portion in a center direction of the effective pixel portion, and the opening is smaller than a pitch of the light receiving portion, and A solid-state imaging device which is arranged at a constant pitch larger than the pitch.
と、絞りを有する光学系が少なくとも配置された電子カ
メラにおいて、 前記受光部の中心位置と前記マイクロレンズの中心位置
とのずれをＳmとし、前記受光部の中心位置と前記カラ
ーフィルタの中心位置とのずれをＳOCFとし、前記受光
部の中心位置と前記開口部の中心位置とのずれをＳOPN
とし、 前記受光部から前記マイクロレンズが設けられる膜まで
の全膜厚をｄ1とし、前記受光部から前記カラーフィル
タまでの膜厚をｄ2とし、前記受光部から前記開口部ま
での膜厚をｄ3とし、 前記各膜厚は、ＳOPN＜ＳOCF＜Ｓmの関係を有し、 前記マイクロレンズの下に配置される膜の屈折率をｎと
し、 前記光学系の射出瞳距離をｌとし、前記固体撮像素子の
当該画素における像高をｐとして、 ０．７×ｄ1×tanθ ≦ Ｓm ≦１．３×ｄ1×tanθま
たは０．７×ｄ2×tanθ ≦ＳOCF ≦１．３×ｄ2×tan
θまたは０．７×ｄ3×tanθ ≦ＳOPN ≦１．３×ｄ3×
tanθの少なくともいずれか一つの式を満足し、且つ、
sinθ = ｐ／［ｎ×（ｐ2＋ｌ2）1/2］ を満足するこ
とを特徴とする電子カメラ。15. An electronic camera in which at least the solid-state imaging device according to claim 14 and an optical system having a stop are disposed, wherein a shift between a center position of the light receiving unit and a center position of the micro lens is Sm. The difference between the center position of the light receiving unit and the center position of the color filter is referred to as SOCF, and the difference between the center position of the light receiving unit and the center position of the opening is referred to as SOPN.
The total thickness from the light receiving portion to the film on which the microlens is provided is d1, the film thickness from the light receiving portion to the color filter is d2, and the film thickness from the light receiving portion to the opening is d3. The film thicknesses have a relationship of SOPN <SOCF <Sm, the refractive index of a film disposed below the microlens is n, the exit pupil distance of the optical system is l, and the solid-state imaging is Assuming that the image height of the element at the corresponding pixel is p, 0.7 × d1 × tan θ ≦ Sm ≦ 1.3 × d1 × tan θ or 0.7 × d2 × tan θ ≦ SOCF ≦ 1.3 × d2 × tan
θ or 0.7 × d3 × tan θ ≦ SOPN ≦ 1.3 × d3 ×
satisfies at least one expression of tanθ, and
An electronic camera characterized by satisfying sin θ = p / [n × (p 2 + l 2 ) 1/2 ].
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