JP2768261B2 - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JP2768261B2 JP2768261B2 JP6030831A JP3083194A JP2768261B2 JP 2768261 B2 JP2768261 B2 JP 2768261B2 JP 6030831 A JP6030831 A JP 6030831A JP 3083194 A JP3083194 A JP 3083194A JP 2768261 B2 JP2768261 B2 JP 2768261B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子に関し、
特にオプティカルブラック領域に入る光を遮光する効果
を高める構造を具備した固体撮像素子に関する。
特にオプティカルブラック領域に入る光を遮光する効果
を高める構造を具備した固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像素子には、映像信号の基準電位
を形成するためのオプティカルブラック領域（以下、適
宜ＯＢ領域と略記する）が設けられる。このＯＢ領域に
おいては、その設置目的上、フォトダイオードが完全に
遮光されていることが求められる。図８は従来の２次元
固体撮像素子の概略の構成を示す平面図である。同図に
おいて、１０は光電変換を行うフォトダイオード、２０
は電荷を縦方向に転送する垂直ＣＣＤレジスタ、３０は
電荷を横方向に転送する水平ＣＣＤレジスタ、４０は電
荷を検知し増幅する出力部、５０は画像パターンが投影
される受光領域、６０はオプティカルブラック領域（Ｏ
Ｂ領域）、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは電荷の転送方向をそれ
ぞれ示す。
を形成するためのオプティカルブラック領域（以下、適
宜ＯＢ領域と略記する）が設けられる。このＯＢ領域に
おいては、その設置目的上、フォトダイオードが完全に
遮光されていることが求められる。図８は従来の２次元
固体撮像素子の概略の構成を示す平面図である。同図に
おいて、１０は光電変換を行うフォトダイオード、２０
は電荷を縦方向に転送する垂直ＣＣＤレジスタ、３０は
電荷を横方向に転送する水平ＣＣＤレジスタ、４０は電
荷を検知し増幅する出力部、５０は画像パターンが投影
される受光領域、６０はオプティカルブラック領域（Ｏ
Ｂ領域）、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは電荷の転送方向をそれ
ぞれ示す。
【０００３】この固体撮像素子の動作は概略次の通りで
ある。まず受光領域５０の表面に投影された画像パター
ンの光強度に応じて、各フォトダイオード１０に電荷が
蓄積される。所定時間経過した後に各フォトダイオード
１０に蓄積された電荷は矢印Ａに示すように隣接する垂
直ＣＣＤレジスタ２０に一括して転送され、続いてこの
電荷は垂直ＣＣＤレジスタ２０の内部を矢印Ｂに示され
るように下方に向けて転送される。次いでこの電荷は矢
印Ｃに示すように水平ＣＣＤレジスタ３０に転送され、
このＣＣＤレジスタ３０の内部を矢印Ｄに示す方向に転
送される。最後にこの電荷は矢印Ｅに示されるように出
力部４０へ転送されここで電圧信号に変換されて順次読
み出される。
ある。まず受光領域５０の表面に投影された画像パター
ンの光強度に応じて、各フォトダイオード１０に電荷が
蓄積される。所定時間経過した後に各フォトダイオード
１０に蓄積された電荷は矢印Ａに示すように隣接する垂
直ＣＣＤレジスタ２０に一括して転送され、続いてこの
電荷は垂直ＣＣＤレジスタ２０の内部を矢印Ｂに示され
るように下方に向けて転送される。次いでこの電荷は矢
印Ｃに示すように水平ＣＣＤレジスタ３０に転送され、
このＣＣＤレジスタ３０の内部を矢印Ｄに示す方向に転
送される。最後にこの電荷は矢印Ｅに示されるように出
力部４０へ転送されここで電圧信号に変換されて順次読
み出される。
【０００４】図９は図８のＸ−Ｘ′線における概略の断
面構造を示すものであり、同図において、１はｎ型半導
体基板、２はｐ型の不純物層（ｐ型ウェル）、３はフォ
トダイオードの一方の領域を構成する光電変換領域、４
は垂直ＣＣＤレジスタのＣＣＤチャネル領域、５は垂直
ＣＣＤレジスタの電荷転送電極、６は絶縁膜、７はＡｌ
等の金属膜で構成される遮光膜、８は平坦化膜、９は入
射光を光電変換領域３上に集光するマイクロレンズであ
り、Ｐは入射光の光路を示す。
面構造を示すものであり、同図において、１はｎ型半導
体基板、２はｐ型の不純物層（ｐ型ウェル）、３はフォ
トダイオードの一方の領域を構成する光電変換領域、４
は垂直ＣＣＤレジスタのＣＣＤチャネル領域、５は垂直
ＣＣＤレジスタの電荷転送電極、６は絶縁膜、７はＡｌ
等の金属膜で構成される遮光膜、８は平坦化膜、９は入
射光を光電変換領域３上に集光するマイクロレンズであ
り、Ｐは入射光の光路を示す。
【０００５】光電変換領域３において光電変換により生
成されここに蓄積された信号電荷は電荷転送電極５に読
み出しパルス、転送パルスを印加することにより、ＣＣ
Ｄチャネル領域４に読み出され、この領域内を紙面に垂
直方向に転送される。電荷転送電極５の上部に設けられ
た遮光膜７は、光がＣＣＤチャネル領域４に入り光電変
換されることによって生ずる偽信号を防ぐ機能を持つ。
マイクロレンズ９は入射する光を有効に利用すべく、光
電変換領域３上の遮光膜７の開口寸法よりも広い範囲の
光を光電変換領域３に集光させる機能を持つ。
成されここに蓄積された信号電荷は電荷転送電極５に読
み出しパルス、転送パルスを印加することにより、ＣＣ
Ｄチャネル領域４に読み出され、この領域内を紙面に垂
直方向に転送される。電荷転送電極５の上部に設けられ
た遮光膜７は、光がＣＣＤチャネル領域４に入り光電変
換されることによって生ずる偽信号を防ぐ機能を持つ。
マイクロレンズ９は入射する光を有効に利用すべく、光
電変換領域３上の遮光膜７の開口寸法よりも広い範囲の
光を光電変換領域３に集光させる機能を持つ。
【０００６】固体撮像素子では、光入射を全く遮断した
としても常温において信号出力成分（暗電流）が検出さ
れ、この出力成分は温度が上昇すると増加する。この暗
電流を補正するために、光が入射した場合にフォトダイ
オード（光電変換領域）で検出される出力成分から、Ｏ
Ｂ領域で検出される出力成分（暗電流）を差し引くよう
に信号処理が行われる。これによって、温度変化により
暗電流が変動したとしても、この暗電流の変化量をＯＢ
領域で検知し補正することによって光入力のみによる信
号出力を得ることができる。
としても常温において信号出力成分（暗電流）が検出さ
れ、この出力成分は温度が上昇すると増加する。この暗
電流を補正するために、光が入射した場合にフォトダイ
オード（光電変換領域）で検出される出力成分から、Ｏ
Ｂ領域で検出される出力成分（暗電流）を差し引くよう
に信号処理が行われる。これによって、温度変化により
暗電流が変動したとしても、この暗電流の変化量をＯＢ
領域で検知し補正することによって光入力のみによる信
号出力を得ることができる。
【０００７】この目的のために、ＯＢ領域６０において
は、図８および図９に示すように、受光領域５０と同様
の構成の光電変換領域３とＣＣＤチャネル領域４とがも
うけられており、全体を被覆する遮光膜７によって入射
光の侵入を阻止している。なお、暗電流を正確に補正す
るために、ＯＢ領域の光電変換領域とＣＣＤチャネル領
域の寸法や構造は、受光領域におけるものと同一に形成
されるのが一般的である。
は、図８および図９に示すように、受光領域５０と同様
の構成の光電変換領域３とＣＣＤチャネル領域４とがも
うけられており、全体を被覆する遮光膜７によって入射
光の侵入を阻止している。なお、暗電流を正確に補正す
るために、ＯＢ領域の光電変換領域とＣＣＤチャネル領
域の寸法や構造は、受光領域におけるものと同一に形成
されるのが一般的である。
【０００８】マイクロレンズ９は、光電変換領域３に光
を集光するべく設けられたものであり、遮光膜が全面に
設けられたＯＢ領域６０にはこれを設ける必要がない。
しかし、受光領域５０にのみマイクロレンズを設けた場
合には、ＯＢ領域６０に隣接する端部のマイクロレンズ
は、マイクロレンズが連続的に形成された受光領域内部
に比べて形成される寸法がわずかに異なってしまう。こ
れによりマイクロレンズの曲率が変化し焦点距離が異な
ってくるため、受光領域端部のフォトダイオードの感度
が低下するという問題が起こる。これを避けるために、
従来はＯＢ領域にも受光領域と同様のマイクロレンズを
設けていた。
を集光するべく設けられたものであり、遮光膜が全面に
設けられたＯＢ領域６０にはこれを設ける必要がない。
しかし、受光領域５０にのみマイクロレンズを設けた場
合には、ＯＢ領域６０に隣接する端部のマイクロレンズ
は、マイクロレンズが連続的に形成された受光領域内部
に比べて形成される寸法がわずかに異なってしまう。こ
れによりマイクロレンズの曲率が変化し焦点距離が異な
ってくるため、受光領域端部のフォトダイオードの感度
が低下するという問題が起こる。これを避けるために、
従来はＯＢ領域にも受光領域と同様のマイクロレンズを
設けていた。
【０００９】このマイクロレンズの寸法が変化する理由
は次の通りである。図１０はマイクロレンズの形成工程
を説明するための、図９と同一断面における工程断面図
である。同図において、図示は省略するが平坦化膜８下
には既に常法により固体撮像素子に必要な各エレメント
が形成されているものとする。まず、光電変換領域、Ｃ
ＣＤチャネル領域、遮光膜などが形成された基板１上に
有機樹脂膜を塗布法により形成し、続いて１５０〜２０
０℃の温度で熱処理を行い、流動化と固化を行い平坦化
膜８を形成する。次に、マイクロレンズとなる感光性の
有機樹脂膜９０を塗布法で形成する［図１０（ａ）］。
続いて、この有機樹脂膜９０を周知の露光技術を用いて
所定の寸法にパターニングして樹脂膜パターン９０′を
形成する［図１０（ｂ）］。次に、１５０〜２００℃の
温度で熱処理することにより樹脂膜パターン９０′を流
動化させ、表面張力の作用により表面エネルギーが最小
となる形状、即ち球面形状に変形せしめて固化し、マイ
クロレンズ９を形成する［図１０（ｃ）］。
は次の通りである。図１０はマイクロレンズの形成工程
を説明するための、図９と同一断面における工程断面図
である。同図において、図示は省略するが平坦化膜８下
には既に常法により固体撮像素子に必要な各エレメント
が形成されているものとする。まず、光電変換領域、Ｃ
ＣＤチャネル領域、遮光膜などが形成された基板１上に
有機樹脂膜を塗布法により形成し、続いて１５０〜２０
０℃の温度で熱処理を行い、流動化と固化を行い平坦化
膜８を形成する。次に、マイクロレンズとなる感光性の
有機樹脂膜９０を塗布法で形成する［図１０（ａ）］。
続いて、この有機樹脂膜９０を周知の露光技術を用いて
所定の寸法にパターニングして樹脂膜パターン９０′を
形成する［図１０（ｂ）］。次に、１５０〜２００℃の
温度で熱処理することにより樹脂膜パターン９０′を流
動化させ、表面張力の作用により表面エネルギーが最小
となる形状、即ち球面形状に変形せしめて固化し、マイ
クロレンズ９を形成する［図１０（ｃ）］。
【００１０】マイクロレンズの形状は径ａとレンズ高さ
ｈで規定されるが、これらの値は有機樹脂膜パターン９
０のパターン寸法ａ′と膜厚ｈ′に依存する。したがっ
て、ａ′とｈ′とを選択することで所望の曲率のマイク
ロレンズが形成でき、さらに平坦化膜の厚さｄを選択す
ることと併せて、マイクロレンズに入射する光を最適に
フォトダイオードに集光することができる。
ｈで規定されるが、これらの値は有機樹脂膜パターン９
０のパターン寸法ａ′と膜厚ｈ′に依存する。したがっ
て、ａ′とｈ′とを選択することで所望の曲率のマイク
ロレンズが形成でき、さらに平坦化膜の厚さｄを選択す
ることと併せて、マイクロレンズに入射する光を最適に
フォトダイオードに集光することができる。
【００１１】しかし、一定の繰り返しピッチで設けられ
た樹脂膜パターン９０′の最外部ではパターンが途切れ
るため、露光時の光の回折効果により最外部の露光強度
が変化し、パターンの寸法が変化する。このためマイク
ロレンズは最適なレンズ曲率からずれて形成されること
になる。実験によれば、最外部のマイクロレンズの寸法
誤差は少なくとも０．４μｍはあり、レンズの設計値が
４μｍであった場合には１０％の誤差となる。これは今
後の画素の微細化を進める上でも、また感度などのバラ
ツキを抑えて高品質化を進める上でも見過ごせない数値
であり、ＯＢ領域上にマイクロレンズを設けることは必
須のことである。
た樹脂膜パターン９０′の最外部ではパターンが途切れ
るため、露光時の光の回折効果により最外部の露光強度
が変化し、パターンの寸法が変化する。このためマイク
ロレンズは最適なレンズ曲率からずれて形成されること
になる。実験によれば、最外部のマイクロレンズの寸法
誤差は少なくとも０．４μｍはあり、レンズの設計値が
４μｍであった場合には１０％の誤差となる。これは今
後の画素の微細化を進める上でも、また感度などのバラ
ツキを抑えて高品質化を進める上でも見過ごせない数値
であり、ＯＢ領域上にマイクロレンズを設けることは必
須のことである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述した固体撮像素子
において上記遮光膜７は、例えばＡｌやＷなどの金属、
あるいはＡｌＳｉなどの合金から形成されるが、ピンホ
ールの発生を防ぐために膜厚は１μｍ程度に形成され
る。しかし、光電変換領域３と電荷転送電極５との境界
部分では絶縁膜表面に１μｍ程度の大きな段差が生ず
る。このため図１１に示す断面構造のように、遮光膜７
のカバレッジが悪くなり、特に領域Ｘの部分で遮光膜が
薄くなり、光洩れを起こすという問題が起こる。光洩れ
が起こると暗時出力成分が大きくなり、前記した信号処
理による光信号電荷を正確に検出することができなくな
り、固体撮像素子の動作に重大な支障が生じる。
において上記遮光膜７は、例えばＡｌやＷなどの金属、
あるいはＡｌＳｉなどの合金から形成されるが、ピンホ
ールの発生を防ぐために膜厚は１μｍ程度に形成され
る。しかし、光電変換領域３と電荷転送電極５との境界
部分では絶縁膜表面に１μｍ程度の大きな段差が生ず
る。このため図１１に示す断面構造のように、遮光膜７
のカバレッジが悪くなり、特に領域Ｘの部分で遮光膜が
薄くなり、光洩れを起こすという問題が起こる。光洩れ
が起こると暗時出力成分が大きくなり、前記した信号処
理による光信号電荷を正確に検出することができなくな
り、固体撮像素子の動作に重大な支障が生じる。
【００１３】これを改善する方法として、特開平４−１
１６９７６号公報には、ＯＢ領域に形成されるマイクロ
レンズの形成位置を、図１２に示すように遮光膜を十分
に厚く形成することのできる電荷転送電極５の上部、す
なわち、領域Ｙに設けることが提案されている。この方
法により、ＯＢ領域での遮光に関する問題は解決できる
が、受光領域とＯＢ領域の双方にマイクロレンズを配列
する場合には以下の支障が生じる。
１６９７６号公報には、ＯＢ領域に形成されるマイクロ
レンズの形成位置を、図１２に示すように遮光膜を十分
に厚く形成することのできる電荷転送電極５の上部、す
なわち、領域Ｙに設けることが提案されている。この方
法により、ＯＢ領域での遮光に関する問題は解決できる
が、受光領域とＯＢ領域の双方にマイクロレンズを配列
する場合には以下の支障が生じる。
【００１４】図１３は、これを説明する図であり、受光
領域５０とＯＢ領域６０との境界部分の断面構造を示
す。同図に示されるように、光電変換領域３とＣＣＤチ
ャネル領域４は受光領域からＯＢ領域に渡って連続的に
同一構造でかつ同一ピッチで形成されるが、マイクロレ
ンズは受光領域では９ａ１〜９ａ３と光電変換領域３上
に形成され、これに対しＯＢ領域では特開平４−１１６
９７６号公報に従って９ｂ１、９ｂ２とＣＣＤチャネル
領域４上に設けられる。そのため、図に示されるよう
に、境界部分では受光領域のマイクロレンズ９ａ１と０
Ｂ領域のマイクロレンズ９ｂ１とが重なることになりマ
イクロレンズを配列することができない。これを防ぐた
めには、９ｂ１のマイクロレンズを形成しないことで対
処できるが、マイクロレンズ間距離が当該部分のみ広く
なるため、９ａ１のマイクロレンズ形状が変わってしま
うという問題が起こる。
領域５０とＯＢ領域６０との境界部分の断面構造を示
す。同図に示されるように、光電変換領域３とＣＣＤチ
ャネル領域４は受光領域からＯＢ領域に渡って連続的に
同一構造でかつ同一ピッチで形成されるが、マイクロレ
ンズは受光領域では９ａ１〜９ａ３と光電変換領域３上
に形成され、これに対しＯＢ領域では特開平４−１１６
９７６号公報に従って９ｂ１、９ｂ２とＣＣＤチャネル
領域４上に設けられる。そのため、図に示されるよう
に、境界部分では受光領域のマイクロレンズ９ａ１と０
Ｂ領域のマイクロレンズ９ｂ１とが重なることになりマ
イクロレンズを配列することができない。これを防ぐた
めには、９ｂ１のマイクロレンズを形成しないことで対
処できるが、マイクロレンズ間距離が当該部分のみ広く
なるため、９ａ１のマイクロレンズ形状が変わってしま
うという問題が起こる。
【００１５】また、特開平３−１６９０７８号公報に
は、図１４に示すように、ＯＢ領域の遮光性を確保する
ために、Ｗの遮光膜７ａとＡｌの遮光膜７とを重ねる構
造とすることが提案されているが、この構造ではフォト
ダイオード上部における絶縁膜表面の段差が増大するた
め、領域Ｘにおける光洩れは却って増加することとな
り、前記した問題点は解決されない。
は、図１４に示すように、ＯＢ領域の遮光性を確保する
ために、Ｗの遮光膜７ａとＡｌの遮光膜７とを重ねる構
造とすることが提案されているが、この構造ではフォト
ダイオード上部における絶縁膜表面の段差が増大するた
め、領域Ｘにおける光洩れは却って増加することとな
り、前記した問題点は解決されない。
【００１６】固体撮像素子では小型化と多画素化が進行
しており、単位画素の寸法は例えば１インチ２００万画
素では７．３×７．６μｍ、２／３インチでは５．０×
５．２μｍ、また１／２インチでは３μｍ平方程度にな
る見通しである。このような画素寸法の縮小は膜厚の縮
小をも必要としＯＢ領域においては上記した光洩れが一
層顕著となる。一方では、マイクロレンズで集光すると
焦点部分での単位面積当たりの光強度は２〜３倍に増加
し、これは遮光膜の膜厚が１／２〜１／３に減少したこ
とと等価であり、遮光膜の膜厚の制約にもなっていた。
しており、単位画素の寸法は例えば１インチ２００万画
素では７．３×７．６μｍ、２／３インチでは５．０×
５．２μｍ、また１／２インチでは３μｍ平方程度にな
る見通しである。このような画素寸法の縮小は膜厚の縮
小をも必要としＯＢ領域においては上記した光洩れが一
層顕著となる。一方では、マイクロレンズで集光すると
焦点部分での単位面積当たりの光強度は２〜３倍に増加
し、これは遮光膜の膜厚が１／２〜１／３に減少したこ
とと等価であり、遮光膜の膜厚の制約にもなっていた。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明によれば、複数列に配列されたフォトダイオ
ードと、各フォトダイオード列毎に設けられた、フォト
ダイオードにおいて生成され蓄積された信号電荷を読み
出しこれを転送する複数のＣＣＤレジスタと、少なくと
も各ＣＣＤレジスタ上を覆う遮光膜と、各フォトダイオ
ード毎に設けられた当該フォトダイオードへの入射光を
集光するマイクロレンズと、を備える受光領域と、複数
列に配列されたフォトダイオードと、各フォトダイオー
ド列毎に設けられた、フォトダイオードにおいて生成さ
れ蓄積された信号電荷を読み出しこれを転送する複数の
ＣＣＤレジスタと、全体を覆う遮光膜と、を備えるオプ
ティカルブラック領域と、を有し、前記オプティカルブ
ラック領域における前記受光領域寄りの一部のフォトダ
イオード列のフォトダイオード上にはその中心位置がフ
ォトダイオード上に存在するマイクロレンズが設けら
れ、かつ、オプティカルブラック領域における他のフォ
トダイオード列のフォトダイオード上には当該フォトダ
イオードに焦点を結ぶマイクロレンズは形成されていな
いことを特徴とする固体撮像素子が提供される。また、
本発明によれば、複数列に配列されたフォトダイオード
と、各フォトダイオード列毎に設けられた、フォトダイ
オードにおいて生成され蓄積された信号電荷を読み出し
これを転送する複数のＣＣＤレジスタと、少なくとも各
ＣＣＤレジスタ上を覆う遮光膜と、各フォトダイオード
毎に設けられた当該フォトダイオードへの入射光を集光
するマイクロレンズと、を備える受光領域と、複数列に
配列されたフォトダイオードと、各フォトダイオード列
毎に設けられた、フォトダイオードにおいて生成され蓄
積された信号電荷を読み出しこれを転送する複数のＣＣ
Ｄレジスタと、全体を覆う遮光膜と、を備えるオプティ
カルブラック領域と、を有し、前記オプティカルブラッ
ク領域におけるフォトダイオード上にはマイクロレンズ
が設けられ、かつ、前記オプティカルブラック領域に設
けられたマイクロレンズは、複数画素毎に１個形成され
その中心がフォトダイオードの中心からずれていること
を特徴とする固体撮像素子が提供される。
め、本発明によれば、複数列に配列されたフォトダイオ
ードと、各フォトダイオード列毎に設けられた、フォト
ダイオードにおいて生成され蓄積された信号電荷を読み
出しこれを転送する複数のＣＣＤレジスタと、少なくと
も各ＣＣＤレジスタ上を覆う遮光膜と、各フォトダイオ
ード毎に設けられた当該フォトダイオードへの入射光を
集光するマイクロレンズと、を備える受光領域と、複数
列に配列されたフォトダイオードと、各フォトダイオー
ド列毎に設けられた、フォトダイオードにおいて生成さ
れ蓄積された信号電荷を読み出しこれを転送する複数の
ＣＣＤレジスタと、全体を覆う遮光膜と、を備えるオプ
ティカルブラック領域と、を有し、前記オプティカルブ
ラック領域における前記受光領域寄りの一部のフォトダ
イオード列のフォトダイオード上にはその中心位置がフ
ォトダイオード上に存在するマイクロレンズが設けら
れ、かつ、オプティカルブラック領域における他のフォ
トダイオード列のフォトダイオード上には当該フォトダ
イオードに焦点を結ぶマイクロレンズは形成されていな
いことを特徴とする固体撮像素子が提供される。また、
本発明によれば、複数列に配列されたフォトダイオード
と、各フォトダイオード列毎に設けられた、フォトダイ
オードにおいて生成され蓄積された信号電荷を読み出し
これを転送する複数のＣＣＤレジスタと、少なくとも各
ＣＣＤレジスタ上を覆う遮光膜と、各フォトダイオード
毎に設けられた当該フォトダイオードへの入射光を集光
するマイクロレンズと、を備える受光領域と、複数列に
配列されたフォトダイオードと、各フォトダイオード列
毎に設けられた、フォトダイオードにおいて生成され蓄
積された信号電荷を読み出しこれを転送する複数のＣＣ
Ｄレジスタと、全体を覆う遮光膜と、を備えるオプティ
カルブラック領域と、を有し、前記オプティカルブラッ
ク領域におけるフォトダイオード上にはマイクロレンズ
が設けられ、かつ、前記オプティカルブラック領域に設
けられたマイクロレンズは、複数画素毎に１個形成され
その中心がフォトダイオードの中心からずれていること
を特徴とする固体撮像素子が提供される。
【００１８】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 ［第１の実施例］図１は、本発明の第１の実施例の受光
領域５０とＯＢ領域６０の境界付近における構造を示す
断面図である。同図において、１はｎ型半導体基板、２
はウェルを構成するｐ型の不純物層、３は光電変換領
域、５は電荷転送電極、６は絶縁膜、７はＡｌ等の金属
膜で構成される遮光膜、８は平坦化膜、９ａ、９ｂはマ
イクロレンズであり、Ｐは入射光の光路を示す。
て説明する。 ［第１の実施例］図１は、本発明の第１の実施例の受光
領域５０とＯＢ領域６０の境界付近における構造を示す
断面図である。同図において、１はｎ型半導体基板、２
はウェルを構成するｐ型の不純物層、３は光電変換領
域、５は電荷転送電極、６は絶縁膜、７はＡｌ等の金属
膜で構成される遮光膜、８は平坦化膜、９ａ、９ｂはマ
イクロレンズであり、Ｐは入射光の光路を示す。
【００１９】本実施例においては、ＯＢ領域６０に設け
られるマイクロレンズ９ｂの径は、受光領域５０のマイ
クロレンズ９ａに比べて小さく設定されている。受光領
域に設けられるマイクロレンズ９ａは、高い集光効率を
得るべく光電変換領域３の表面に焦点が結ばれるように
設計される。これに対して、ＯＢ領域に設けられるマイ
クロレンズ９ｂは曲率が大きくなるため焦点距離は短く
なる。このため、マイクロレンズに入射した光は遮光膜
位置での単位面積当たりの光強度が低減することになり
遮光膜７を透過する光量が低減する。
られるマイクロレンズ９ｂの径は、受光領域５０のマイ
クロレンズ９ａに比べて小さく設定されている。受光領
域に設けられるマイクロレンズ９ａは、高い集光効率を
得るべく光電変換領域３の表面に焦点が結ばれるように
設計される。これに対して、ＯＢ領域に設けられるマイ
クロレンズ９ｂは曲率が大きくなるため焦点距離は短く
なる。このため、マイクロレンズに入射した光は遮光膜
位置での単位面積当たりの光強度が低減することになり
遮光膜７を透過する光量が低減する。
【００２０】図２は図１に示されたマイクロレンズを形
成する工程を説明するための工程断面図である。同図に
おいては、簡単のために、半導体基板、ｐ型ウェル、光
電変換領域、平坦化膜以外の部分の図示は省略されてい
る。図１０で説明した手順と同様の手順により、図２
（ａ）に示すように、平坦化膜８上に有機樹脂膜９０を
形成した後、これをパターニングするが、本実施例では
マイクロレンズとなる樹脂膜パターンを形成する際に受
光領域５０とＯＢ領域６０とでパターン寸法を変える。
すなわち、受光領域５０では集光効率を高めるべく大き
な径の樹脂膜パターン９０ａが形成され、ＯＢ領域６０
では小さな径の樹脂膜パターン９０ｂが形成される［図
２（ｂ）］。
成する工程を説明するための工程断面図である。同図に
おいては、簡単のために、半導体基板、ｐ型ウェル、光
電変換領域、平坦化膜以外の部分の図示は省略されてい
る。図１０で説明した手順と同様の手順により、図２
（ａ）に示すように、平坦化膜８上に有機樹脂膜９０を
形成した後、これをパターニングするが、本実施例では
マイクロレンズとなる樹脂膜パターンを形成する際に受
光領域５０とＯＢ領域６０とでパターン寸法を変える。
すなわち、受光領域５０では集光効率を高めるべく大き
な径の樹脂膜パターン９０ａが形成され、ＯＢ領域６０
では小さな径の樹脂膜パターン９０ｂが形成される［図
２（ｂ）］。
【００２１】次に、１５０〜２００℃の温度で熱処理を
行うことにより、樹脂を軟化させレンズ形状に変形せし
め、続いて固化させると受光領域５０にはフォトダイオ
ードに最適に集光できるマイクロレンズ９ａが形成さ
れ、ＯＢ領域６０にはレンズ径が小さく焦点距離が短い
マイクロレンズ９ｂが形成される［図２（ｃ）］。
行うことにより、樹脂を軟化させレンズ形状に変形せし
め、続いて固化させると受光領域５０にはフォトダイオ
ードに最適に集光できるマイクロレンズ９ａが形成さ
れ、ＯＢ領域６０にはレンズ径が小さく焦点距離が短い
マイクロレンズ９ｂが形成される［図２（ｃ）］。
【００２２】［第２の実施例］図３は、本発明の第２の
実施例を説明するための受光領域とＯＢ領域の境界付近
における構造を示す断面図および平面図である。本実施
例では、ＯＢ領域６０に形成されるマイクロレンズの径
は、受光領域５０に形成されるレンズに比べて大きく設
定される。すなわち、この実施例では４画素分のスペー
ス毎に１個のマイクロレンズ９ｂを形成することでレン
ズ径が大きくなされる［図３（ｂ）において斜線を施し
た領域１００は単位画素を示す］。同図に示すように構
成することにより、マイクロレンズ９ｂの曲率は小さく
なって焦点距離が長くなり、遮光膜部分における単位面
積当たりの光強度は弱くなる。さらに本実施例ではマイ
クロレンズの中心が電荷転送電極（図示せず）の上部に
位置するため遮光膜の厚い部分に光が集光することにな
り遮光効果がより一層向上し有利である。
実施例を説明するための受光領域とＯＢ領域の境界付近
における構造を示す断面図および平面図である。本実施
例では、ＯＢ領域６０に形成されるマイクロレンズの径
は、受光領域５０に形成されるレンズに比べて大きく設
定される。すなわち、この実施例では４画素分のスペー
ス毎に１個のマイクロレンズ９ｂを形成することでレン
ズ径が大きくなされる［図３（ｂ）において斜線を施し
た領域１００は単位画素を示す］。同図に示すように構
成することにより、マイクロレンズ９ｂの曲率は小さく
なって焦点距離が長くなり、遮光膜部分における単位面
積当たりの光強度は弱くなる。さらに本実施例ではマイ
クロレンズの中心が電荷転送電極（図示せず）の上部に
位置するため遮光膜の厚い部分に光が集光することにな
り遮光効果がより一層向上し有利である。
【００２３】図４は、第２の実施例の変更例を示す平面
図である。この例ではＯＢ領域においては２画素領域毎
に１個のマイクロレンズ９ｂが形成される。この変更例
でも焦点距離が長くなったことにより遮光膜部分におけ
る単位面積当たりの光強度は弱くなり、さらにマイクロ
レンズの中心が電荷転送電極の上部に位置するようにな
るため、図３に示した実施例の場合と同様の効果を享受
することができる。
図である。この例ではＯＢ領域においては２画素領域毎
に１個のマイクロレンズ９ｂが形成される。この変更例
でも焦点距離が長くなったことにより遮光膜部分におけ
る単位面積当たりの光強度は弱くなり、さらにマイクロ
レンズの中心が電荷転送電極の上部に位置するようにな
るため、図３に示した実施例の場合と同様の効果を享受
することができる。
【００２４】［第３の実施例］図５は、本発明の第３の
実施例を示す断面図である。先の他の実施例では、ＯＢ
領域には受光領域とは異なる形状のマイクロレンズが形
成形成されていたが、本実施例では、ＯＢ領域には受光
領域５０に隣接した１列の画素部分を除いてマイクロレ
ンズは形成されない。ＯＢ領域の画素上にマイクロレン
ズを設けないことにより、光電変換領域３上の遮光膜の
薄くなった部分への入射光の集中を回避することができ
る。しかし、ＯＢ領域全体のマイクロレンズを除去した
場合には受光領域に形成されるマイクロレンズのうち、
ＯＢ領域に隣接する部位のマイクロレンズ９ａの形状が
他の部分のマイクロレンズと異なって形成されてしま
う。これを回避するために、本実施例では受光領域に近
接するＯＢ領域の１画素部分にダミーのマイクロレンズ
９ｂを設けている。
実施例を示す断面図である。先の他の実施例では、ＯＢ
領域には受光領域とは異なる形状のマイクロレンズが形
成形成されていたが、本実施例では、ＯＢ領域には受光
領域５０に隣接した１列の画素部分を除いてマイクロレ
ンズは形成されない。ＯＢ領域の画素上にマイクロレン
ズを設けないことにより、光電変換領域３上の遮光膜の
薄くなった部分への入射光の集中を回避することができ
る。しかし、ＯＢ領域全体のマイクロレンズを除去した
場合には受光領域に形成されるマイクロレンズのうち、
ＯＢ領域に隣接する部位のマイクロレンズ９ａの形状が
他の部分のマイクロレンズと異なって形成されてしま
う。これを回避するために、本実施例では受光領域に近
接するＯＢ領域の１画素部分にダミーのマイクロレンズ
９ｂを設けている。
【００２５】このダミーレンズを設けたことにより受光
領域に設けられるマイクロレンズの形状はすべて同一寸
法に形成される。本発明者の実験によれば、このダミー
レンズは１乃至２列の画素部分に設ければ十分である。
ＯＢ領域には通常３０〜７０列の画素が設けられるた
め、数画素分の信号が欠けたとしても何等の不都合も生
じない。
領域に設けられるマイクロレンズの形状はすべて同一寸
法に形成される。本発明者の実験によれば、このダミー
レンズは１乃至２列の画素部分に設ければ十分である。
ＯＢ領域には通常３０〜７０列の画素が設けられるた
め、数画素分の信号が欠けたとしても何等の不都合も生
じない。
【００２６】［第４の実施例］ 図６は、本発明の第４の実施例を示す断面図である。本
実施例では、ＯＢ領域６０において、受光領域５０に隣
接する１画素分のみのマイクロレンズがダミーマイクロ
レンズとして受光領域のマイクロレンズと同様の形状に
形成され、それ以外のマイクロレンズ９ｂの曲率は受光
領域のマイクロレンズ９ａのそれより大きく形成され
る。このように構成されることにより、本実施例は、第
１の実施例と同様の効果を有するほかダミーのマイクロ
レンズを設けたことにより、受光領域のＯＢ領域寄りの
マイクロレンズの形状の誤差を第１の実施例の場合より
少なく抑えることができる。本実施例においても、ダミ
ーマイクロレンズを２画素分乃至３画素分に形成しても
よい。また、本実施例の変更例として、ＯＢ領域におい
てはダミー以外のマイクロレンズを図３、図４に示し
た、受光領域のマイクロレンズより曲率の小さいマイク
ロレンズとすることができる。
実施例では、ＯＢ領域６０において、受光領域５０に隣
接する１画素分のみのマイクロレンズがダミーマイクロ
レンズとして受光領域のマイクロレンズと同様の形状に
形成され、それ以外のマイクロレンズ９ｂの曲率は受光
領域のマイクロレンズ９ａのそれより大きく形成され
る。このように構成されることにより、本実施例は、第
１の実施例と同様の効果を有するほかダミーのマイクロ
レンズを設けたことにより、受光領域のＯＢ領域寄りの
マイクロレンズの形状の誤差を第１の実施例の場合より
少なく抑えることができる。本実施例においても、ダミ
ーマイクロレンズを２画素分乃至３画素分に形成しても
よい。また、本実施例の変更例として、ＯＢ領域におい
てはダミー以外のマイクロレンズを図３、図４に示し
た、受光領域のマイクロレンズより曲率の小さいマイク
ロレンズとすることができる。
【００２７】［第５の実施例］図７は、本発明の第５の
実施例を示す断面図である。本実施例では、ＯＢ領域６
０において、受光領域５０に隣接する１列の画素部分の
みのマイクロレンズがダミーマイクロレンズとして光電
変換領域３上に形成され、それ以外の画素上では電荷転
送電極５上に中心が位置するようにマイクロレンズが形
成されている。本実施例においても先の実施例と同様の
効果を享受することができる。本実施例の変更例とし
て、ダミーマイクロレンズ以外のＯＢ領域のマイクロレ
ンズを紙面に垂直なシリンドリカル形状のものとするこ
とができる。
実施例を示す断面図である。本実施例では、ＯＢ領域６
０において、受光領域５０に隣接する１列の画素部分の
みのマイクロレンズがダミーマイクロレンズとして光電
変換領域３上に形成され、それ以外の画素上では電荷転
送電極５上に中心が位置するようにマイクロレンズが形
成されている。本実施例においても先の実施例と同様の
効果を享受することができる。本実施例の変更例とし
て、ダミーマイクロレンズ以外のＯＢ領域のマイクロレ
ンズを紙面に垂直なシリンドリカル形状のものとするこ
とができる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
素子は、ＯＢ領域において受光領域に隣接する画素上に
マイクロレンズを配置するとともにそれ以外の画素上に
はフォトダイオードの表面に焦点を結ぶマイクロレンズ
を形成しないようにしたものであるので、本発明によれ
ば、受光領域の最端部の画素のマイクロレンズの形状が
他のものと異なって形成されるのを防止しつつ、ＯＢ領
域本体に入射する光に対する遮光効果を従来の２倍〜５
倍に高めることができるようになり、これにより暗電流
の補正をより正確に行うことができるようになる。ある
いは、従来と同様の遮光効果で足りる場合には、遮光膜
の膜厚を１／２〜１／５に薄くすることが可能となり、
したがって、画素寸法をより微細にすることが可能とな
る。よって、本発明によれば、１／２インチ２００万画
素の固体撮像素子に相当する３μｍ×３μｍの寸法の画
素を形成することも可能となる。さらに、受光領域にお
けるフォトダイオード部の遮光膜開口パターンの寸法精
度を高めることもできるため、感度バラツキも低減で
き、素子の高品質化にも資することができる。
素子は、ＯＢ領域において受光領域に隣接する画素上に
マイクロレンズを配置するとともにそれ以外の画素上に
はフォトダイオードの表面に焦点を結ぶマイクロレンズ
を形成しないようにしたものであるので、本発明によれ
ば、受光領域の最端部の画素のマイクロレンズの形状が
他のものと異なって形成されるのを防止しつつ、ＯＢ領
域本体に入射する光に対する遮光効果を従来の２倍〜５
倍に高めることができるようになり、これにより暗電流
の補正をより正確に行うことができるようになる。ある
いは、従来と同様の遮光効果で足りる場合には、遮光膜
の膜厚を１／２〜１／５に薄くすることが可能となり、
したがって、画素寸法をより微細にすることが可能とな
る。よって、本発明によれば、１／２インチ２００万画
素の固体撮像素子に相当する３μｍ×３μｍの寸法の画
素を形成することも可能となる。さらに、受光領域にお
けるフォトダイオード部の遮光膜開口パターンの寸法精
度を高めることもできるため、感度バラツキも低減で
き、素子の高品質化にも資することができる。
【図１】 本発明の第１の実施例を示す断面図。
【図２】 本発明の第１の実施例の製造方法を説明する
ための工程断面図。
ための工程断面図。
【図３】 本発明の第２の実施例を示す断面図と平面
図。
図。
【図４】 本発明の第２の実施例の変更例を説明するた
めの平面図。
めの平面図。
【図５】 本発明の第３の実施例を示す断面図。
【図６】 本発明の第４の実施例を示す断面図。
【図７】 本発明の第５の実施例を示す断面図。
【図８】 従来例を説明するための固体撮像素子の概略
平面図。
平面図。
【図９】 従来例の断面図。
【図１０】 従来例の製造方法を説明するための工程断
面図。
面図。
【図１１】 従来例の問題点を説明するための断面図。
【図１２】 他の従来例の断面図。
【図１３】 他の従来例の問題点を説明するための断面
図。
図。
【図１４】 別の他の従来例の断面図。
１ ｎ型半導体基板 ２ ｐ型不純物層（ｐ型ウェル） ３ 光電変換領域 ４ ＣＣＤチャネル領域 ５ 電荷転送電極 ６ 絶縁膜 ７、７ａ 遮光膜 ８ 平坦化膜 ９、９ａ、９ｂ マイクロレンズ １０ フォトダイオード ２０ 垂直ＣＣＤレジスタ ３０ 水平ＣＣＤレジスタ ４０ 出力部 ５０ 受光領域 ６０ オプティカルブラック領域（ＯＢ領域） ９０ 有機樹脂膜 ９０ａ、９０ｂ、９０′ 樹脂膜パターン
Claims (10)
- 【請求項１】 複数列に配列されたフォトダイオード
と、各フォトダイオード列毎に設けられた、フォトダイ
オードにおいて生成され蓄積された信号電荷を読み出し
これを転送する複数のＣＣＤレジスタと、少なくとも各
ＣＣＤレジスタ上を覆う遮光膜と、各フォトダイオード
毎に設けられた当該フォトダイオードへの入射光を集光
するマイクロレンズと、を備える受光領域と、 複数列に配列されたフォトダイオードと、各フォトダイ
オード列毎に設けられた、フォトダイオードにおいて生
成され蓄積された信号電荷を読み出しこれを転送する複
数のＣＣＤレジスタと、全体を覆う遮光膜と、を備える
オプティカルブラック領域と、 を有する固体撮像素子において、 前記オプティカルブラック領域における前記受光領域寄
りの一部のフォトダイオード列のフォトダイオード上に
はその中心位置がフォトダイオード上に存在するマイク
ロレンズが設けられ、かつ、オプティカルブラック領域
における他のフォトダイオード列のフォトダイオード上
には当該フォトダイオードに焦点を結ぶマイクロレンズ
は形成されていないことを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項２】 前記オプティカルブラック領域における
各フォトダイオード上には受光領域におけるマイクロレ
ンズとは異なる焦点距離のマイクロレンズが設けられて
いることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。 - 【請求項３】 前記オプティカルブラック領域に設けら
れたマイクロレンズは、その径が受光領域に形成された
マイクロレンズのそれよりも小さく、その焦点距離が受
光領域に設けられたマイクロレンズのそれより短いこと
を特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。 - 【請求項４】 前記オプティカルブラック領域に設けら
れたマイクロレンズは、その径が受光領域に形成された
マイクロレンズのそれよりも大きく、その焦点距離が受
光領域に設けられたマイクロレンズのそれより長いこと
を特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。 - 【請求項５】 前記オプティカルブラック領域における
前記一部のフォトダイオード列のフォトダイオード上に
は前記受光領域におけるマイクロレンズと同一構造のマ
イクロレンズが設けられていることを特徴とする請求項
１記載の固体撮像素子。 - 【請求項６】 前記オプティカルブラック領域における
他のフォトダイオード列のフォトダイオード上にはマイ
クロレンズが設けられていないことを特徴とする請求項
５記載の固体撮像素子。 - 【請求項７】 前記オプティカルブラック領域における
他のフォトダイオード列のフォトダイオード上には前記
受光領域におけるマイクロレンズとは焦点距離の異なる
マイクロレンズが設けられていることを特徴とする請求
項５記載の固体撮像素子。 - 【請求項８】 前記オプティカルブラック領域における
他のフォトダイオード列のフォトダイオード上に形成さ
れたマイクロレンズは、その中心部が当該フォトダイオ
ードに隣接したＣＣＤレジスタ上に位置していることを
特徴とする請求項５記載の固体撮像素子。 - 【請求項９】 前記ＣＣＤレジスタ上に中心部を有する
マイクロレンズはシリンドリカル状に形成されているこ
とを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子。 - 【請求項１０】 複数列に配列されたフォトダイオード
と、各フォトダイオード列毎に設けられた、フォトダイ
オードにおいて生成され蓄積された信号電荷を読み出し
これを転送する複数のＣＣＤレジスタと、少なくとも各
ＣＣＤレジスタ上を覆う遮光膜と、各フォトダイオード
毎に設けられた当該フォトダイオードへの入射光を集光
するマイクロレンズと、を備える受光領域と、 複数列に配列されたフォトダイオードと、各フォトダイ
オード列毎に設けられた、フォトダイオードにおいて生
成され蓄積された信号電荷を読み出しこれを転送する複
数のＣＣＤレジスタと、全体を覆う遮光膜と、を備える
オプティカルブラック領域と、 を有する固体撮像素子において、 前記オプティカルブラック領域におけるフォトダイオー
ド上にはマイクロレンズが設けられ、かつ、前記オプテ
ィカルブラック領域に設けられたマイクロレンズは、複
数画素毎に１個形成されその中心がフォトダイオードの
中心からずれて いることを特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6030831A JP2768261B2 (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6030831A JP2768261B2 (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07221277A JPH07221277A (ja) | 1995-08-18 |
| JP2768261B2 true JP2768261B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=12314653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6030831A Expired - Fee Related JP2768261B2 (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2768261B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4383959B2 (ja) | 2003-05-28 | 2009-12-16 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置およびその製造方法 |
| CN101290942B (zh) * | 2003-05-28 | 2013-03-27 | 佳能株式会社 | 光电转换器件 |
| JP5404732B2 (ja) | 2011-02-09 | 2014-02-05 | キヤノン株式会社 | 光電変換素子およびこれを用いた光電変換装置、撮像システム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04116976A (ja) * | 1990-09-07 | 1992-04-17 | Sharp Corp | 固体撮像装置 |
-
1994
- 1994-02-03 JP JP6030831A patent/JP2768261B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07221277A (ja) | 1995-08-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |