JP2006304364A - Solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置に関するものであり、更に詳しくは、出力画像の周辺部に生じる信号レベルの落ち込み（シェーディング）を抑制した固体撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device that suppresses a drop (shading) of a signal level that occurs in a peripheral portion of an output image.
固体撮像装置としては、ＣＣＤ型固体撮像装置、増幅型固体撮像装置などが知られている。特に、増幅型固体撮像装置は、周辺回路とワン・チップ化できるという長所を有するため、携帯機器の画像入力素子として注目されている。 Known solid-state imaging devices include CCD-type solid-state imaging devices and amplification-type solid-state imaging devices. In particular, the amplification type solid-state imaging device has been attracting attention as an image input element of a portable device because it has an advantage that it can be integrated into one chip with a peripheral circuit.
これらの固体撮像装置においては、出力画像の周辺部に生じるシェーディングの抑制が課題とされている。固体撮像装置においては、撮影光学系の光学中心が撮像領域（画素が配置された領域）の中心延長線上に配置されるため、射出瞳距離が有限である場合、撮像領域の中心では光は垂直に入射するが、撮像領域の周辺部では光が斜め方向から入射する。そのため、撮像領域の周辺部においては、マイクロレンズによる集光中心が受光部の中心からずれ、受光部への集光率が低下する。このような、撮像領域の周辺部における集光率の低下がシェーディングの原因であることが知られている。 In these solid-state imaging devices, suppression of shading that occurs in the periphery of the output image is an issue. In the solid-state imaging device, since the optical center of the imaging optical system is arranged on the center extension line of the imaging region (the region where the pixels are arranged), the light is vertical at the center of the imaging region when the exit pupil distance is finite. However, light is incident on the periphery of the imaging region from an oblique direction. For this reason, in the peripheral part of the imaging region, the condensing center by the microlens is shifted from the center of the light receiving part, and the light condensing rate to the light receiving part decreases. It is known that such a decrease in the light collection rate in the periphery of the imaging region is a cause of shading.
図６は、ＣＣＤ型固体撮像装置の構造を示す断面図である。半導体基板２１内には、複数の受光部２２が行列状に配置されている。更に、図示を省略するが、半導体基板２１内には、受光部２２の各列に隣接させて電荷転送部が形成され、電荷転送部上には絶縁膜を介して転送電極が形成されている。半導体基板２１上には遮光層２４が形成されており、遮光層２４には、受光部２２の各々に対応させて複数の開口部が形成されている。遮光層２４上には層間絶縁膜２３が形成され、層間絶縁膜２３上には受光部２２の各々に対応するように複数のマイクロレンズ２５が形成されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a CCD type solid-state imaging device. A plurality of
このようなＣＣＤ型固体撮像装置においては、図６に示すように、撮像領域の周辺部に配置されるマイクロレンズ２５を受光部２２に対してずらすことにより、シェーディングを抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。マイクロレンズ２５と、これに対応する受光部２２との位置ずれ（Ｌｍ）は、撮像領域の中心部から周辺部に向かうに従って次第に大きくなるように調整されている。このようなＣＣＤ型固体撮像装置によれば、出力画像の周辺部におけるシェーディングを十分に抑制することができる。
増幅型固体撮像装置においても、ＣＣＤ型固体撮像装置と同様に、出力画像の周辺部におけるシェーディングを抑制する手段として、撮像領域の周辺部に配置されるマイクロレンズを受光部に対してずらすことが提案されている。 In the amplification type solid-state imaging device, as with the CCD solid-state imaging device, as a means for suppressing shading in the peripheral portion of the output image, the microlens arranged in the peripheral portion of the imaging region can be shifted with respect to the light receiving portion. Proposed.
図７は、このような増幅型固体撮像装置の構造を示す断面図である。半導体基板３１内に、複数の受光部３２が行列状に配置されている。更に、図示を省略するが、半導体基板３１には、受光部３２の各々に対応させて、画素内の増幅回路を構成するＭＯＳトランジスタが形成されている。半導体基板３１上には、複数層の遮光層３４が、互いに層間絶縁膜３３を介して積層されている。各遮光層３４には、受光部３２の各々に対応させて形成された開口部が形成されている。更に、その上方には、受光部３２の各々に対応させて複数のマイクロレンズ３５が形成されており、マイクロレンズ３５と、これに対応する受光部３２との位置ずれ（Ｌｍ）は、撮像領域の中心部から周辺部に向かうに従って次第に大きくなるように調整されている。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of such an amplification type solid-state imaging device. A plurality of
しかしながら、このような増幅型固体撮像装置では、出力画像の周辺部におけるシェーディングを十分に抑制することはできなかった。 However, such an amplification type solid-state imaging device cannot sufficiently suppress shading in the peripheral portion of the output image.
すなわち、ＣＣＤ型固体撮像装置においては、遮光層は一層しか形成されず、受光部からマイクロレンズまでの距離が比較的短いため、マイクロレンズを受光部に対して位置ずれさせるだけで十分にシェーディングを抑制することができる。それに対して、増幅型固体撮像装置では、増幅回路を構成する配線が遮光層として用いられるため遮光層が複数層形成され、その結果、受光部からマイクロレンズまでの距離が長くなる。従って、図７に示すように、撮像領域の周辺部においては、たとえマイクロレンズをずらしたとしても、入射光が遮光層に遮られることが避けられず、集光率の低下が生じる。 That is, in a CCD type solid-state imaging device, only one light-shielding layer is formed, and the distance from the light receiving unit to the microlens is relatively short. Can be suppressed. On the other hand, in the amplification type solid-state imaging device, since the wiring configuring the amplification circuit is used as a light shielding layer, a plurality of light shielding layers are formed. As a result, the distance from the light receiving unit to the microlens is increased. Therefore, as shown in FIG. 7, in the peripheral part of the imaging region, even if the microlens is shifted, it is inevitable that incident light is blocked by the light-shielding layer, and the light collection rate is reduced.
本発明は、出力画像の周辺部におけるシェーディングが抑制された固体撮像装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device in which shading in the peripheral portion of an output image is suppressed.
本発明の固体撮像装置は、半導体基板に形成された複数の受光部と、前記半導体基板の上方に層間絶縁膜を介して積層された複数の金属層と、前記受光部に対応してそれぞれの前記複数の金属層により形成された複数の開口部とを備え、少なくとも前記受光部と当該受光部に対応する前記複数の開口部とから画素が構成され、複数の前記画素により撮像領域が構成され、前記撮像領域は、少なくとも当該撮像領域の中心である中心部画素と、当該中心部画素よりも前記撮像領域の周辺側にある周辺部画素とを含み、前記周辺部画素では、当該周辺部画素に備わる前記開口部の中心が、当該開口部に対応する前記受光部の中心に対して、前記撮像領域の中心側あるいは周辺側にずれていることを特徴とする。 A solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of light receiving portions formed on a semiconductor substrate, a plurality of metal layers stacked above the semiconductor substrate with an interlayer insulating film therebetween, and corresponding to the light receiving portions. A plurality of openings formed by the plurality of metal layers, a pixel is configured from at least the light receiving unit and the plurality of openings corresponding to the light receiving unit, and an imaging region is configured by the plurality of pixels. The imaging region includes at least a central pixel that is the center of the imaging region, and a peripheral pixel that is closer to the periphery of the imaging region than the central pixel, and the peripheral pixel includes the peripheral pixel The center of the opening included in is shifted to the center side or the peripheral side of the imaging region with respect to the center of the light receiving unit corresponding to the opening.
本発明の他の構成の固体撮像装置は、半導体基板に形成された受光部と、前記半導体基板の上方に層間絶縁膜を介して積層された複数の金属層と、前記受光部に対応してそれぞれの前記複数の金属層により形成された複数の開口部とを備え、前記受光部と前記開口部は、それぞれが一定のピッチで行列状に配置され、前記開口部の配列ピッチが前記受光部の配列ピッチよりも小さいことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device corresponding to the light receiving unit formed on a semiconductor substrate, a plurality of metal layers stacked above the semiconductor substrate via an interlayer insulating film, and the light receiving unit. A plurality of openings formed by the plurality of metal layers, and the light receiving portions and the openings are arranged in a matrix at a constant pitch, and the arrangement pitch of the openings is the light receiving portion. It is smaller than the arrangement pitch.
本発明の固体撮像装置によれば、少なくとも最上層の遮光層に形成される開口部を受光部に対してずらして配置することにより、遮光層で遮られる入射光を低減し、集光率の低下を抑制することができる。その結果、出力画像の周辺部におけるシェーディングを抑制することができる。 According to the solid-state imaging device of the present invention, the opening formed in at least the uppermost light-shielding layer is shifted with respect to the light-receiving unit, thereby reducing incident light blocked by the light-shielding layer and reducing the light collection rate. The decrease can be suppressed. As a result, shading at the periphery of the output image can be suppressed.
上記構成の本発明の固体撮像装置において、前記受光部の中心に対して中心が前記撮像領域の中心側あるいは周辺側にずれている前記開口部が形成された前記金属層は、最も上方にある前記金属層である構成とすることができる。 In the solid-state imaging device according to the present invention having the above-described configuration, the metal layer in which the opening portion whose center is shifted to the center side or the peripheral side of the imaging region with respect to the center of the light receiving portion is the uppermost. It can be set as the structure which is the said metal layer.
前記金属層は増幅回路と電気的に接続されている構成とすることができる。 The metal layer may be configured to be electrically connected to an amplifier circuit.
前記固体撮像装置への入射光が発散する場合、前記周辺部画素に設けた前記開口部の中心が当該開口部に対応する前記受光部の中心に対して、前記撮像領域の中心側にずれていることが好ましい。 When incident light to the solid-state imaging device diverges, the center of the opening provided in the peripheral pixel is shifted toward the center of the imaging region with respect to the center of the light receiving unit corresponding to the opening. Preferably it is.
また、前記固体撮像装置への入射光が収束する場合、前記周辺部画素に設けた前記開口部の中心が当該開口部に対応する前記受光部の中心に対して、前記撮像領域の周辺側にずれていることが好ましい。 In addition, when the incident light to the solid-state imaging device converges, the center of the opening provided in the peripheral pixel is closer to the periphery of the imaging region than the center of the light receiving unit corresponding to the opening. It is preferable that it is shifted.
前記複数の金属層は、少なくとも第１の金属層と前記第１の金属層よりも下方にある第２の金属層を含み、前記周辺部画素における、前記第１の金属層により形成された前記開口部の中心と当該開口部に対応する前記受光部の中心とのずれ量を第１のずれ量とし、同じ前記周辺部画素の前記第２の金属層により形成された前記開口部の中心と当該開口部に対応する前記受光部の中心とのずれ量を第２のずれ量とすると、前記第１のずれ量が前記第２のずれ量よりも大きいことが好ましい。 The plurality of metal layers include at least a first metal layer and a second metal layer below the first metal layer, and the plurality of metal layers are formed of the first metal layer in the peripheral pixel. The amount of deviation between the center of the opening and the center of the light receiving portion corresponding to the opening is defined as a first amount of deviation, and the center of the opening formed by the second metal layer of the same peripheral pixel When the amount of deviation from the center of the light receiving portion corresponding to the opening is the second amount of deviation, it is preferable that the first amount of deviation is larger than the second amount of deviation.
前記周辺部画素では、前記複数の金属層のなかで最も下方にある前記金属層により形成された前記開口部の中心と当該開口部に対応する前記受光部の中心とが同じ位置にある構成とすることができる。 The peripheral pixel has a configuration in which the center of the opening formed by the metal layer that is the lowermost among the plurality of metal layers and the center of the light receiving unit corresponding to the opening are in the same position. can do.
前記画素は前記開口部の上方に前記受光部および前記複数の開口部に対応するマイクロレンズを備え、前記周辺部画素の前記マイクロレンズの中心は、当該マイクロレンズに対応する前記受光部の中心に対して、同じ前記周辺部画素に設けた前記開口部と同じ向きに前記撮像領域の中心側あるいは周辺側にずれており、同じ前記周辺部画素における前記受光部の中心に対するずれ量は、前記マイクロレンズのずれ量が前記開口部のずれ量よりも大きい構成とすることができる。 The pixel includes a microlens corresponding to the light receiving portion and the plurality of openings above the opening, and a center of the microlens of the peripheral pixel is a center of the light receiving portion corresponding to the microlens. On the other hand, it is shifted to the center side or the peripheral side of the imaging region in the same direction as the opening provided in the same peripheral pixel, and the shift amount of the same peripheral pixel with respect to the center of the light receiving unit is The lens displacement amount may be larger than the opening displacement amount.
前記周辺部画素における前記複数の開口部の中心のぞれぞれのずれ量が、前記受光部と前記金属層との距離に比例する構成とすることができる。 The shift amount of each of the centers of the plurality of openings in the peripheral pixel can be proportional to the distance between the light receiving unit and the metal layer.
上記他の構成の本発明の個体撮像装置において、前記金属層は増幅回路と電気的に接続されている構成とすることができる。 In the solid-state imaging device of the present invention having the other configuration described above, the metal layer can be configured to be electrically connected to an amplifier circuit.
前記複数の金属層は、少なくとも第３の金属層と前記第３の金属層よりも下方にある第４の金属層を含み、前記第３の金属層により形成された前記開口部の配列ピッチを第３の配列ピッチとし、前記第４の金属層により形成された前記開口部の配列ピッチを第４の配列ピッチとすると、前記第３の配列ピッチは前記第４の配列ピッチよりも小さい構成とすることができる。 The plurality of metal layers include at least a third metal layer and a fourth metal layer below the third metal layer, and an arrangement pitch of the openings formed by the third metal layer is set. If the third arrangement pitch is the fourth arrangement pitch and the arrangement pitch of the openings formed by the fourth metal layer is the fourth arrangement pitch, the third arrangement pitch is smaller than the fourth arrangement pitch. can do.
また、少なくとも前記受光部と当該受光部に対応する前記複数の開口部とからなる画素が複数個構成され、前記画素は、前記開口部の上方に前記受光部および前記複数の開口部に対応して一定のピッチで行列状に配置されたマイクロレンズを備え、前記マイクロレンズの配列ピッチは、前記受光部および前記開口部の配列ピッチよりも小さい構成とすることができる。 In addition, a plurality of pixels including at least the light receiving unit and the plurality of openings corresponding to the light receiving unit are configured, and the pixels correspond to the light receiving unit and the plurality of openings above the opening. The microlenses are arranged in a matrix at a constant pitch, and the arrangement pitch of the microlenses can be smaller than the arrangement pitch of the light receiving portions and the openings.
前記開口部の配列ピッチが前記受光部の配列ピッチよりも小さい前記金属層は、最も上方にある前記金属層である構成とすることができる。 The metal layer in which the arrangement pitch of the openings is smaller than the arrangement pitch of the light receiving units may be the uppermost metal layer.
上記いずれかの構成において、前記金属層はアルミニウムあるいは高融点金属である構成とすることができる。 In any of the above configurations, the metal layer may be made of aluminum or a refractory metal.
以下、本発明の一実施の形態における増幅型固体撮像装置について説明する。 Hereinafter, an amplification type solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described.
増幅型固体撮像装置は、複数の画素が配置された撮像領域と、前記画素を駆動するための周辺回路などが配置された非撮像領域とを備えている。以下、撮像領域の構造について説明する。 The amplification type solid-state imaging device includes an imaging region in which a plurality of pixels are arranged, and a non-imaging region in which peripheral circuits for driving the pixels are arranged. Hereinafter, the structure of the imaging region will be described.
撮像領域には、前述したように複数の画素が配置されている。前記画素は、各々、光電変換を行うための受光部と、受光部の光電変換で生じた信号を増幅するための増幅回路とを備えている。また、前記増幅回路は、通常、複数のＭＯＳトランジスタを含む。 A plurality of pixels are arranged in the imaging region as described above. Each of the pixels includes a light receiving unit for performing photoelectric conversion and an amplifier circuit for amplifying a signal generated by photoelectric conversion of the light receiving unit. The amplifier circuit normally includes a plurality of MOS transistors.
図１は、本発明の増幅型固体撮像装置の一例を示す断面図であり、撮像領域の構造を示すものである。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the amplification type solid-state imaging device of the present invention, and shows the structure of the imaging region.
半導体基板１内に、画素数に応じた複数の受光部２が形成されている。受光部２は、半導体基板１表面において、一定の配列ピッチをもって行列状に配置される。 A plurality of light receiving portions 2 corresponding to the number of pixels are formed in the semiconductor substrate 1. The light receiving portions 2 are arranged in a matrix with a constant arrangement pitch on the surface of the semiconductor substrate 1.
図示を省略するが、半導体基板１には、各受光部２の周囲に、複数個のＭＯＳトランジスタが形成されている。これらのＭＯＳトランジスタは、後述する複数層の遮光膜４を介して互いに電気的に接続されて、増幅回路を構成している。なお、ＭＯＳトランジスタの配置の形態は、特に限定するものではなく、画素内に形成される増幅回路の回路構造などに応じて適宜決定することができる。 Although not shown, a plurality of MOS transistors are formed on the semiconductor substrate 1 around each light receiving portion 2. These MOS transistors are electrically connected to each other through a plurality of light shielding films 4 to be described later to constitute an amplifier circuit. Note that the arrangement form of the MOS transistors is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the circuit structure of the amplifier circuit formed in the pixel.
半導体基板１の上方には、複数層の遮光層４が形成されている（以下、各遮光層について、半導体基板側から順に「第１の遮光層」、「第２の遮光層」などというように番号を付して呼ぶ。また、半導体基板から最も離れた遮光層を「最上層の遮光層」と呼ぶ。）。遮光層４の層数は、画素内に形成される増幅回路の回路構造に応じて適宜決定することができ、例えば２〜５層、好ましくは３層である。また、各遮光層４の層厚は、例えば１００〜１０００ｎｍ、好ましくは４００〜８００ｎｍである。層厚は、全ての遮光層４について、同一としても、相違させてもよい。 A plurality of light shielding layers 4 are formed above the semiconductor substrate 1 (hereinafter, each light shielding layer is referred to as “first light shielding layer”, “second light shielding layer”, etc. in order from the semiconductor substrate side). In addition, the light shielding layer farthest from the semiconductor substrate is referred to as “the uppermost light shielding layer”. The number of light shielding layers 4 can be appropriately determined according to the circuit structure of the amplifier circuit formed in the pixel, and is, for example, 2 to 5 layers, preferably 3 layers. Moreover, the layer thickness of each light shielding layer 4 is 100 to 1000 nm, for example, Preferably it is 400 to 800 nm. The layer thickness may be the same or different for all the light shielding layers 4.
各遮光層４には、受光部２の各々に対応させて複数の開口部が形成されている。なお、開口部の配置の形態については後に詳説する。 Each light shielding layer 4 has a plurality of openings corresponding to each of the light receiving portions 2. The arrangement of the openings will be described later in detail.
各遮光層４上には層間絶縁膜３が形成されている。各層間絶縁膜３の層厚は、例えば３００〜１２００ｎｍ、好ましくは６００〜１０００ｎｍである。また、層厚は、全ての層間絶縁膜３について、同一としても、相違させてもよい。 An interlayer insulating film 3 is formed on each light shielding layer 4. The thickness of each interlayer insulating film 3 is, for example, 300 to 1200 nm, preferably 600 to 1000 nm. The layer thickness may be the same or different for all the interlayer insulating films 3.
更に、最上層の層間絶縁膜上には、受光部２の各々に対応させて、複数のマイクロレンズ５が形成されている。受光部２（半導体基板１表面）からマイクロレンズ５までの距離（Ｈｍ）は、例えば２〜１０μｍ、好ましくは３〜７μｍである。なお、マイクロレンズ５の配置の形態については後に詳説する。
Further, a plurality of
次に、遮光層４に形成される開口部およびマイクロレンズ５の配置の形態について、図１および図２を参照しながら説明する。なお、図２は、最上層の遮光層に形成される開口部およびマイクロレンズの配置を模式的に示す平面図である。また、図１および図２においては、同一部分には同一符号を付している。
Next, the arrangement of the openings formed in the light shielding layer 4 and the
少なくとも最上層の遮光層における開口部と、マイクロレンズ５とは、撮像領域の周辺部において、受光部２に対して位置ずれを生じるように配置される。位置ずれの方向は、固体撮像装置に入射する光の光路に応じて決定することができる。例えば、図３に示すように、射出瞳が固体撮像装置１０の上方（マイクロレンズ側）に位置する場合、固体撮像装置１０に入射する光は発散光となる。以下、このような場合を例に挙げて説明する。
At least the opening in the uppermost light shielding layer and the
最上層の遮光層に形成される開口部は、撮像領域の中心部においては、開口部の中心と受光部２の中心とが半導体基板１表面に垂直な同一直線上に位置するように配置され、撮像領域の周辺部においては、開口部の中心が、受光部２の中心よりも撮像領域の中心部側に位置するように配置される。この開口部と受光部２との位置ずれは、撮像領域の中心部から周辺部に向かうに従って次第に大きくなるように設定される。 The opening formed in the uppermost light shielding layer is arranged so that the center of the opening and the center of the light receiving unit 2 are located on the same straight line perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1 at the center of the imaging region. In the periphery of the imaging region, the center of the opening is arranged so as to be positioned closer to the center of the imaging region than the center of the light receiving unit 2. The positional deviation between the opening and the light receiving unit 2 is set so as to gradually increase from the center to the periphery of the imaging region.
好ましくは、最上層の遮光層だけでなく、その他の遮光層においても同様に、開口部と受光部との位置ずれが撮像領域の中心部から周辺部に向かうに従って次第に大きくなるように設定される。但し、第１の遮光層に関しては、撮像領域の周辺部においても、開口部の中心と受光部２の中心とが半導体基板表面に垂直な同一直線上に位置することが好ましい。 Preferably, not only the uppermost light-shielding layer but also other light-shielding layers are similarly set such that the positional deviation between the opening and the light-receiving part gradually increases from the center to the peripheral part of the imaging region. . However, regarding the first light shielding layer, it is preferable that the center of the opening and the center of the light receiving unit 2 are located on the same straight line perpendicular to the surface of the semiconductor substrate also in the peripheral part of the imaging region.
このとき、同一受光部（撮像領域の中心にある受光部を除く。）に対応する開口部の位置ずれは、下層側の遮光層から上層側の遮光層に向かうに従って、次第に大きくなるように設定される。 At this time, the positional deviation of the opening corresponding to the same light receiving portion (excluding the light receiving portion at the center of the imaging region) is set to gradually increase from the lower light shielding layer toward the upper light shielding layer. Is done.
すなわち、同一受光部に対応する各遮光層４の開口部の位置ずれには、次の関係が成立する。 That is, the following relationship is established for the positional deviation of the opening of each light shielding layer 4 corresponding to the same light receiving portion.
０ ≦ Ｌ１ ＜ Ｌ２ ＜ … ＜ Ｌｎ
ここで、Ｌ１、Ｌ２およびＬｎは、各々、第１の遮光層、第２の遮光層および第ｎ層の遮光層における開口部の位置ずれの大きさである。なお、位置ずれの大きさは、受光部の中心と開口部の中心とのずれを、半導体基板表面に対して水平な方向に関して表した量である。
0 ≦ L1 <L2 <... <Ln
Here, L 1, L 2, and Ln are magnitudes of positional deviations of the openings in the first light shielding layer, the second light shielding layer, and the nth light shielding layer, respectively. The magnitude of the positional deviation is an amount representing the deviation between the center of the light receiving portion and the center of the opening with respect to the direction horizontal to the surface of the semiconductor substrate.
更に、同一受光部に対応する各遮光層４の開口部の位置ずれには、次の関係が成立することが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the following relationship is established for the positional deviation of the openings of the respective light shielding layers 4 corresponding to the same light receiving portion.
Ｌ２：Ｈ２ ＝ Ｌ３：Ｈ３ ＝ … ＝ Ｌｎ：Ｈｎ
ここで、Ｈ２、Ｈ３およびＨｎは、各々、受光部（半導体基板表面）から、第２の遮光層、第３の遮光層および第ｎ層の遮光層までの距離である。
L2: H2 = L3: H3 = ... = Ln: Hn
Here, H2, H3, and Hn are distances from the light receiving portion (semiconductor substrate surface) to the second light shielding layer, the third light shielding layer, and the nth light shielding layer, respectively.
開口部は、例えば、一定の配列ピッチをもって行列状に配置することができる。この場合、図２に示すように、遮光層４の開口部の配列の中心と、受光部２の配列の中心とを一致させた状態で、遮光層４の開口部の配列ピッチを受光部２の配列ピッチよりも小さくし、尚且つ、遮光層４の開口部の配列ピッチを、上層の遮光層ほど小さくなるように設定することにより、前述したような位置ずれを達成することができる。 The openings can be arranged in a matrix with a constant arrangement pitch, for example. In this case, as shown in FIG. 2, the arrangement pitch of the openings of the light shielding layer 4 is set so that the center of the arrangement of the openings of the light shielding layer 4 coincides with the center of the arrangement of the light receiving parts 2. The above-described positional shift can be achieved by setting the arrangement pitch of the openings of the light shielding layer 4 to be smaller than that of the upper light shielding layer.
マイクロレンズ５は、遮光層４の開口部と同様に、対応する受光部２との位置ずれが、撮像領域の中心部から周辺部に向かうに従って次第に大きくなるように配置される。また、マイクロレンズ５の位置ずれ（Ｌｍ）は、最上層の遮光層に形成された同一受光部（撮像領域の中心にある受光部を除く。）に対応する開口部の位置ずれよりも、大きくなるように設定される。
Similar to the opening of the light shielding layer 4, the
マイクロレンズ５は、例えば、一定の配列ピッチをもって行列状に配置することができる。この場合、図２に示すように、マイクロレンズ５の配列の中心と、受光部２の配列の中心とを一致させた状態で、マイクロレンズ５の配列ピッチを、受光部２の配列ピッチよりも小さく、更には最上層の遮光層における開口部の配列ピッチよりも小さく設定することにより、前述したような位置ずれを達成することができる。
For example, the
遮光層４の開口部およびマイクロレンズ５の位置ずれの大きさは、射出瞳距離（射出瞳位置から受光部までの距離）、撮像領域サイズ（撮像領域の中心に配置された受光部から最端部に配置された受光部までの距離）などに応じて適宜決定することができる。射出瞳距離が短く、撮像領域サイズが大きいほど、開口部およびマイクロレンズの位置ずれは大きく設定することが好ましい。
The size of the positional deviation between the opening of the light shielding layer 4 and the
次に、前述したような増幅型固体撮像装置の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the amplification type solid-state imaging device as described above will be described.
まず、シリコン基板内に、ボロンなどのｐ型不純物を注入し、ｐ型ウェルを形成する。次に、ｐ型ウェル内に、リンなどのｎ型不純物を注入し、受光部を形成する。このとき、一定の配列ピッチをもってマスクパターンが配置された注入マスクを使用する。 First, a p-type impurity such as boron is implanted into a silicon substrate to form a p-type well. Next, an n-type impurity such as phosphorus is implanted into the p-type well to form a light receiving portion. At this time, an implantation mask in which a mask pattern is arranged with a constant arrangement pitch is used.
また、受光部の周囲に複数のＭＯＳトランジスタを形成する。ＭＯＳトランジスタは、例えば、ｐ型ウェル内にｎ型不純物を注入してソースおよびドレインを形成した後、シリコン基板上に熱酸化によりシリコン酸化膜を形成し、更に化学気相堆積法（以下、「ＣＶＤ法」という。）によりポリシリコン膜を形成し、これをパターニングしてゲート電極とすることにより形成できる。更に、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成し、ゲート電極を被覆するように絶縁膜を形成する。 A plurality of MOS transistors are formed around the light receiving portion. In a MOS transistor, for example, an n-type impurity is implanted into a p-type well to form a source and a drain, a silicon oxide film is formed on a silicon substrate by thermal oxidation, and a chemical vapor deposition method (hereinafter, “ It can be formed by forming a polysilicon film by “CVD method” and patterning it to form a gate electrode. Further, a silicon oxide film is formed by CVD, and an insulating film is formed so as to cover the gate electrode.
絶縁膜上に、第１の遮光層を形成する。第１の遮光層としては、例えば、アルミニウム、タングステンなどの金属を使用することができ、その成膜方法としては、例えば、スパッタ法を使用することができる。次に、第１の遮光層にエッチングにより開口部を形成した後、第１の遮光層上に層間絶縁膜を形成する。層間絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜などを使用することができ、その成膜方法としては、例えば、ＣＶＤ法を使用することができる。 A first light shielding layer is formed on the insulating film. As the first light shielding layer, for example, a metal such as aluminum or tungsten can be used. As the film formation method, for example, a sputtering method can be used. Next, an opening is formed in the first light shielding layer by etching, and then an interlayer insulating film is formed on the first light shielding layer. As the interlayer insulating film, for example, a silicon oxide film or the like can be used, and as the film forming method, for example, a CVD method can be used.
これと同様の操作を所望の層数分だけ繰り返し、複数層の遮光層および層間絶縁膜を形成する。このとき、各遮光層の開口部形成においては、受光部よりも小さい配列ピッチでマスクパターンが形成されたエッチングマスクを使用する。但し、第１の遮光層に関しては、受光部と同等の配列ピッチでマスクパターンが形成されたエッチングマスクを使用することも可能である。 The same operation is repeated for the desired number of layers to form a plurality of light shielding layers and interlayer insulating films. At this time, in forming the opening of each light shielding layer, an etching mask in which a mask pattern is formed with an array pitch smaller than that of the light receiving portion is used. However, for the first light shielding layer, it is also possible to use an etching mask in which a mask pattern is formed with an arrangement pitch equivalent to that of the light receiving portions.
また、各遮光層の開口部形成においては、下層の遮光層における開口部の配列ピッチよりも小さいピッチでマスクパターンが配置されたエッチングマスクを使用する。 In forming the openings of each light shielding layer, an etching mask having a mask pattern arranged at a pitch smaller than the arrangement pitch of the openings in the lower light shielding layer is used.
次に、層間絶縁膜上に、マイクロレンズの構成材料となる樹脂層を形成する。樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂などを使用することができる。また、樹脂層の層厚は、例えば０．５〜３μｍ、好ましくは０．５〜２μｍである。 Next, a resin layer serving as a constituent material of the microlens is formed on the interlayer insulating film. As the resin, for example, an acrylic resin or the like can be used. Moreover, the layer thickness of a resin layer is 0.5-3 micrometers, for example, Preferably it is 0.5-2 micrometers.
樹脂層をエッチングして画素数に応じて分割する。このとき、最上層の遮光層における開口部の配列ピッチよりも小さい配列ピッチでマスクパターンが配置されたエッチングマスクを使用する。その後、加熱によるリフロー処理を実施することにより、分割された樹脂層をレンズ状に成形する。 The resin layer is etched and divided according to the number of pixels. At this time, an etching mask in which a mask pattern is arranged at an arrangement pitch smaller than the arrangement pitch of the openings in the uppermost light shielding layer is used. Then, the divided resin layer is formed into a lens shape by performing a reflow process by heating.
以上の説明においては、射出瞳が固体撮像装置の上方に位置する場合を例示したが、本発明は、射出瞳が固体撮像装置の下方（半導体基板側）に位置する場合に適用することも可能である。 In the above description, the case where the exit pupil is located above the solid-state imaging device is illustrated, but the present invention can also be applied to the case where the exit pupil is located below the solid-state imaging device (on the semiconductor substrate side). It is.
図４は、このような場合に適用できる増幅型固体撮像装置の構造の一例を示す断面図である。なお、図１および図４においては、同一部分には同一符号を付している。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the structure of an amplification type solid-state imaging device applicable to such a case. In FIG. 1 and FIG. 4, the same reference numerals are given to the same parts.
前述したように、遮光層の開口部およびマイクロレンズの位置ずれの方向は、固体撮像装置１０に入射する光の光路に応じて決定される。図５に示すように、射出瞳が固体撮像装置１０の下方に位置する場合、固体撮像装置１０に入射する光は、射出瞳が固体撮像装置の上方に位置する場合とは反対に、収束光となる。
As described above, the direction of displacement of the opening of the light shielding layer and the microlens is determined according to the optical path of the light incident on the solid-
この増幅型固体撮像装置においては、各遮光層４の開口部およびマイクロレンズ５は、対応する受光部に対して、射出瞳が固体撮像装置の上方に位置する場合とは反対方向、すなわち撮像領域の周辺部側に位置ずれするように配置される。
In this amplification type solid-state imaging device, the opening of each light shielding layer 4 and the
なお、図４に示す増幅型固体撮像装置は、遮光層４の開口部およびマイクロレンズ５の位置ずれの方向が異なること以外は、図１と同様の構造を有するものである。
The amplification type solid-state imaging device shown in FIG. 4 has the same structure as that in FIG. 1 except that the direction of positional deviation between the opening of the light shielding layer 4 and the
前述したように、増幅型固体撮像装置に入射する光は、撮像領域の中心においては垂直方向から入射するが、撮像領域の周辺部においては斜め方向からする。また、光が斜め方向から入射するため、受光部からの距離が遠い遮光層ほど、光の入射点と受光部の中心とのずれが大きくなる。 As described above, the light incident on the amplification type solid-state imaging device enters from the vertical direction at the center of the imaging region, but from the oblique direction at the periphery of the imaging region. In addition, since light is incident from an oblique direction, the distance between the light incident point and the center of the light receiving unit becomes larger as the light shielding layer is farther from the light receiving unit.
本発明の増幅型固体撮像装置においては、複数の遮光層のうち少なくとも最上層の遮光層、すなわち入射点と受光部中心とのずれが最大となる遮光層において、開口部と受光部との位置ずれが、入射光の傾きが小さい中心部ほど小さく、入射光の傾きが大きい周辺部ほど大きくなるように設定されている。その結果、例えば、図１および図４に示すように、撮像領域の中心部だけでなく周辺部においても、入射光を遮光層で遮ることなく受光部まで集光することができる。よって、出力画像の周辺部におけるシェーディングの発生を抑制することができる。 In the amplification type solid-state imaging device of the present invention, the position of the opening and the light receiving part in at least the uppermost light shielding layer among the plurality of light shielding layers, that is, the light shielding layer in which the deviation between the incident point and the center of the light receiving part is maximum. The deviation is set to be smaller in the central part where the inclination of the incident light is smaller and larger in the peripheral part where the inclination of the incident light is larger. As a result, for example, as shown in FIG. 1 and FIG. 4, incident light can be condensed to the light receiving part without being blocked by the light shielding layer not only in the central part but also in the peripheral part of the imaging region. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of shading in the peripheral portion of the output image.
本発明の固体撮像装置によれば、撮像領域の周辺部におけるシェーディングを抑制することができ、携帯機器の画像入力素子等として有用である。 According to the solid-state imaging device of the present invention, shading in the periphery of the imaging region can be suppressed, which is useful as an image input element for a portable device.
１、２１、３１ 半導体基板
２、２２、３２ 受光部
３、２３、３３ 層間絶縁膜
４、２４、３４ 遮光層
５、２５、３５ マイクロレンズ
１０ 増幅型固体撮像装置
1, 21, 31
Claims (15)
前記半導体基板の上方に層間絶縁膜を介して積層された複数の金属層と、
前記受光部に対応してそれぞれの前記複数の金属層により形成された複数の開口部とを備え、
少なくとも前記受光部と当該受光部に対応する前記複数の開口部とから画素が構成され、複数の前記画素により撮像領域が構成され、
前記撮像領域は、少なくとも当該撮像領域の中心である中心部画素と、当該中心部画素よりも前記撮像領域の周辺側にある周辺部画素とを含み、
前記周辺部画素では、当該周辺部画素に備わる前記開口部の中心が、当該開口部に対応する前記受光部の中心に対して、前記撮像領域の中心側あるいは周辺側にずれていることを特徴とする固体撮像装置。 A plurality of light receiving portions formed on a semiconductor substrate;
A plurality of metal layers stacked above the semiconductor substrate via an interlayer insulating film;
A plurality of openings formed by the plurality of metal layers corresponding to the light receiving portions,
A pixel is configured from at least the light receiving unit and the plurality of openings corresponding to the light receiving unit, and an imaging region is configured by the plurality of pixels.
The imaging region includes at least a center pixel that is the center of the imaging region, and peripheral pixels that are closer to the periphery of the imaging region than the center pixel,
In the peripheral pixel, a center of the opening provided in the peripheral pixel is shifted to a center side or a peripheral side of the imaging region with respect to a center of the light receiving unit corresponding to the opening. A solid-state imaging device.
前記周辺部画素における、前記第１の金属層により形成された前記開口部の中心と当該開口部に対応する前記受光部の中心とのずれ量を第１のずれ量とし、同じ前記周辺部画素の前記第２の金属層により形成された前記開口部の中心と当該開口部に対応する前記受光部の中心とのずれ量を第２のずれ量とすると、
前記第１のずれ量が前記第２のずれ量よりも大きい請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。 The plurality of metal layers include at least a first metal layer and a second metal layer below the first metal layer,
In the peripheral pixel, a shift amount between the center of the opening formed by the first metal layer and the center of the light receiving unit corresponding to the opening is defined as a first shift amount, and the same peripheral pixel When the amount of deviation between the center of the opening formed by the second metal layer and the center of the light receiving portion corresponding to the opening is a second amount of deviation,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first shift amount is larger than the second shift amount.
前記周辺部画素の前記マイクロレンズの中心は、当該マイクロレンズに対応する前記受光部の中心に対して、同じ前記周辺部画素に設けた前記開口部と同じ向きに前記撮像領域の中心側あるいは周辺側にずれており、
同じ前記周辺部画素における前記受光部の中心に対するずれ量は、前記マイクロレンズのずれ量が前記開口部のずれ量よりも大きい請求項１〜７のいずれかに記載の固体撮像装置。 The pixel includes a microlens corresponding to the light receiving portion and the plurality of openings above the opening,
The center of the microlens of the peripheral pixel is the center side or the periphery of the imaging region in the same direction as the opening provided in the same peripheral pixel with respect to the center of the light receiving unit corresponding to the microlens Shifted to the side,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a shift amount of the same peripheral pixel with respect to a center of the light receiving unit is such that a shift amount of the microlens is larger than a shift amount of the opening.
前記半導体基板の上方に層間絶縁膜を介して積層された複数の金属層と、
前記受光部に対応してそれぞれの前記複数の金属層により形成された複数の開口部とを備え、
前記受光部と前記開口部は、それぞれが一定のピッチで行列状に配置され、前記開口部の配列ピッチが前記受光部の配列ピッチよりも小さいことを特徴とする固体撮像装置。 A light receiving portion formed on a semiconductor substrate;
A plurality of metal layers stacked above the semiconductor substrate via an interlayer insulating film;
A plurality of openings formed by the plurality of metal layers corresponding to the light receiving portions,
The solid-state imaging device, wherein the light receiving portions and the openings are arranged in a matrix at a constant pitch, and the arrangement pitch of the openings is smaller than the arrangement pitch of the light receiving portions.
前記第３の金属層により形成された前記開口部の配列ピッチを第３の配列ピッチとし、前記第４の金属層により形成された前記開口部の配列ピッチを第４の配列ピッチとすると、
前記第３の配列ピッチは前記第４の配列ピッチよりも小さい請求項１０または１１に記載の固体撮像装置。 The plurality of metal layers include at least a third metal layer and a fourth metal layer below the third metal layer,
When the arrangement pitch of the openings formed by the third metal layer is a third arrangement pitch, and the arrangement pitch of the openings formed by the fourth metal layer is a fourth arrangement pitch,
The solid-state imaging device according to claim 10 or 11, wherein the third arrangement pitch is smaller than the fourth arrangement pitch.
前記画素は、前記開口部の上方に前記受光部および前記複数の開口部に対応して一定のピッチで行列状に配置されたマイクロレンズを備え、
前記マイクロレンズの配列ピッチは、前記受光部および前記開口部の配列ピッチよりも小さい請求項１０〜１２のいずれかに記載の固体撮像装置。 A plurality of pixels including at least the light receiving portion and the plurality of openings corresponding to the light receiving portion are configured,
The pixel includes microlenses arranged in a matrix at a constant pitch above the opening and corresponding to the light receiving unit and the plurality of openings.
The solid-state imaging device according to claim 10, wherein an arrangement pitch of the microlenses is smaller than an arrangement pitch of the light receiving unit and the opening.
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