JP2005311469A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 オンチップレンズ及びその下層に配置される層内レンズ、配線膜等のシュリンク率を水平方向及び垂直方向で異なる値とし、また、シュリンクする中心を撮像領域の中心からずらすことにより、非対称構造の受光部に対してオンチップレンズ等の配置を最適化し、均一なシェーディング特性を得られるようにする。また、水平方向及び垂直方向のシュリンク率についても、部分的に変化させることにより、さらに最適な素子配置を行い、シェーディング特性の均一化を達成する。
【選択図】 図2
Description
図4は従来の固体撮像装置の素子構造の例を示す断面図であり、CMOSイメージセンサの例を示している。
図において、半導体基板10の上層部には、上からP+層11、N層12、N−層13を含むフォトセンサ20が2次元配列で設けられ、長方形状の撮像領域を構成しており、半導体基板10の上部に層間絶縁膜30を介して配線膜40、50、60、層内レンズ70、カラーフィルタ80、オンチップレンズ90等が配置されている。
そのため、例えば図4に示すようなオンチップレンズを有する固体撮像装置において、半導体基板上に配置されたフォトセンサとオンチップレンズの配列ピッチが等しい場合、すなわち各画素のフォトセンサの直上にオンチップレンズが存在する場合は、半導体基板の周辺ではオンチップレンズに入射した光がフォトセンサ中心に集光せず、フォトセンサに隣接して形成されている配線等によってけられてしまい、感度低下を引き起こす。これはすなわちシェーディングと呼ばれる画面の感度ムラの原因である。
これは、いわゆる射出瞳補正と呼ばれる技術であり、特にCCDイメージセンサを中心に、オンチップレンズ、層内レンズ、不純物レイヤ等にシュリンクをかけて撮像領域の中心部と周辺部とで各素子の位置をずらすことにより、固体撮像装置の周辺部においてもオンチップレンズに入射した光をフォトセンサに集光させている。特に最近では、携帯電話や個人情報携帯端末などのモバイル機器に固体撮像装置が搭載されるようになり、小型化のために射出瞳距離の非常に短い光学系が用いられているため、周辺画素への光の入射角度は更に大きくなり、オンチップレンズの射出瞳補正技術がますます重要になってきている。
本実施例の固体撮像装置は、1画素内に1つの受光部と1つのオンチップレンズとを含むCMOSイメージセンサとして構成されており、半導体基板110の上層部には、上からP+層111、N層112、N−層113を含むフォトセンサ120が2次元配列で設けられており、半導体基板110の上部に層間絶縁膜130を介して電極膜140、配線膜150、160、層内レンズ170、カラーフィルタ180、オンチップレンズ190等が配置されている。
なお、各レイヤのずれ量(シュリンク率)は、フォトセンサ120から遠いレイヤになるにしたがって大きくなっているが、各レイヤ内においても、一律のずれ量を有するものでなく、各レイヤの垂直方向と水平方向とで異なるずれ量で形成され、さらに、垂直方向及び水平方向においても異なるすれ量をもって形成されている。また、シュリンクの中心も、撮像領域の中心とは異なる位置に配置されている。
図2は本実施例における撮像領域のシュリンク構造の具体例を示す平面図である。
図において、撮像領域200にシュリンク中心201を通る垂直線202及び水平線203を引き、これら垂直線202及び水平線203で区切られた領域A〜Dのシュリンク率及びシュリンク方向を矢印a〜d及びa´〜d´で示している。
本実施例では、各領域におけるシュリンク率は、垂直線202及び水平線203を挟んで水平方向及び垂直方向にそれぞれ線対称であるが、水平方向と垂直方向とで異なるシュリンク率を用いており、また、同じ水平方向でも矢印aと矢印a´で示す部分では、異なるシュリンク率を用いている。
そこで、図2に示すように、各領域A〜Dで異なるシュリンクをかけることにより、各画素のつなぎ目でのずれは発生しないため、画面上につなぎ目が見えることはない。
また、撮像領域の中心とシュリンクの中心とをずらすことにより、各レイヤにおいて最適な集光を得ることができる。
また、以上は本発明をCMOSイメージセンサに適用した例を説明したが、CCDイメージセンサにも同様に適用できるものである。
Claims (9)
- 複数の受光部を含む撮像領域と、前記受光部に向かって入射光を集光する複数のオンチップレンズとを有するとともに、1画素内に1つの前記受光部と1つの前記オンチップレンズとを含み、
前記オンチップレンズは同画素内の前記受光部の直上から前記撮像領域内の所定の位置に向かってずれて形成され、
前記複数のオンチップレンズの隣接する2つのオンチップレンズの間隔は少なくとも2種類存在する、
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記所定の位置は前記撮像領域の中心と異なっていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記1画素を構成する要素のうち、前記オンチップレンズの下方に位置する少なくも1つの要素は、前記撮像領域内の所定の位置に向かってずれて形成されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記オンチップレンズの下方に位置する要素のずれ量は、前記オンチップレンズのずれ量よりも小さいことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。
- 前記オンチップレンズの下方に位置する要素には、カラーフィルタ、層内レンズ、配線膜、不純物マスク、電極膜、素子分離層のいくつかを含むことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。
- 前記ずれ量が少なくとも前記撮像領域の垂直方向と水平方向で異なることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記ずれ量が前記撮像領域の垂直方向に複数存在することを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置。
- 前記ずれ量が前記撮像領域の水平方向に複数存在することを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置。
- 前記ずれ量が前記撮像領域の垂直方向及び水平方向に複数存在することを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置。
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