JP4796287B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に光電変換素子上方に設けられるマイクロレンズに関するものである。

近年、デジタルビデオカメラ（ＤＶＣ）、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）及びカメラ付携帯電話の普及に伴い、固体撮像装置の市場は大きく拡大している。このような動きの中、固体撮像装置の高感度化が強く望まれている。

現在、ＣＣＤ型あるいはＭＯＳ型固体撮像装置では、光電変換素子を有する複数の単位セルを２次元状に配列して撮像領域を形成し、被写体からの光信号を電気信号に変換している。このような固体撮像装置において、感度は入射光量に対する光電変換素子の出力電流の大きさによって定義されるため、入射した光を確実に光電変換素子に導入することが感度向上のための重要な要素となる。よって、一般的に、光電変換素子上方にマイクロレンズを設けて光電変換素子への集光効率を向上させることが行われている。

ところで、マイクロレンズの集光効率は光の入射角度に依存して低下する。すなわち、光電変換素子に垂直に入る光については高効率に光電変換素子へ集光することができるが、斜めに入る光に対しては高効率に光電変換素子へ集光することができない。よって、入射光が広がり角を持つ場合には、撮像領域の中央部と周辺部とで光の入射角が異なるため、周辺部の光電変換素子への集光効率が低下するという問題がある。

このような問題を解決する先行技術としては、特許文献１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置がある。図１１は特許文献１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の概略上面図である。また、図１２（ａ）は単位セル３１及びその周辺領域（図１１のＨ部）の概略断面図であり、図１２（ｂ）は単位セル３１及びその周辺領域（図１１のＩ部）の概略断面図であり、図１２（ｃ）は単位セル３１及びその周辺領域（図１１のＪ部）の概略断面図である。

従来のＣＣＤ型固体撮像装置は、図１１に示されるように、光電変換素子としてのフォトダイオード、凸型の第１のマイクロレンズ及び第２のマイクロレンズを有し、２次元状に配列された複数の単位セル３１と、単位セル３１に対応して列毎に配設され、単位セル３１から読み出した信号電荷を列方向に転送する複数の垂直ＣＣＤ３２と、複数の単位セル３１及び垂直ＣＣＤ３２からなる撮像領域３３と隣接し、垂直ＣＣＤ３２から信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を行方向に転送する水平ＣＣＤ３４とから構成される。

以上のような構成を有するＣＣＤ型固体撮像装置の撮像領域３３の中心部において、撮像領域３３に入射した光は、図１２（ａ）に示されるように、第１のマイクロレンズ４１によって集光され、カラーフィルタ４２によって色分離された後、平坦化膜４３を通過して層内レンズとしての第２のマイクロレンズ４４によって更に集光される。第２のマイクロレンズ４４によって集光された光は、平坦化膜４５を通過して遮光メタル膜４６の開口部に入り、半導体基板としてのＳｉ基板４７に形成されたフォトダイオード４７ａに入る。フォトダイオード４７ａに入った光は信号電荷へ光電変換され、生成した信号電荷は電荷転送部４７ｂに送られる。電荷転送部４７ｂは、絶縁膜４９で覆われたゲート絶縁膜４８ａ上のゲート電極４８により電圧が加えられて信号電荷を転送する。ここで、第１のマイクロレンズ４１に入る光はフォトダイオード４７ａの光入射面に対して垂直方向を向いており、かつ第１のマイクロレンズ４１及び第２のマイクロレンズ４４は垂直方向の光をフォトダイオード４７ａに導く形状を有する。よって、第１のマイクロレンズ４１に入る光は、遮光メタル膜４６には進行せず、フォトダイオード４７ａに進行する。

また同様に、撮像領域３３の右側周辺部において、撮像領域３３に入射した光は、図１２（ｂ）に示されるように、第１のマイクロレンズ４１及び第２のマイクロレンズ４４によって集光された後、フォトダイオード４７ａに入り、光電変換されて電荷転送部４７ｂにより信号電荷が転送される。ここで、第１のマイクロレンズ４１に入る光はフォトダイオード４７ａの光入射面に対して斜め方向を向いており、第１のマイクロレンズ４１及び第２のマイクロレンズ４４は中心部のマイクロレンズと同一形状を有している。しかし、第２のマイクロレンズ４４の中心軸Ｌ１は開口部の中心軸Ｋから撮像領域３３の中心部寄り、つまり左側にずれており、また第１のマイクロレンズ４１の中心軸Ｌ２は開口部の中心軸Ｋから第２のマイクロレンズ４４よりも更に左側にずれているので、第１のマイクロレンズ４１に入る光は、フォトダイオード４７ａに進行する。

さらに同様に、撮像領域３３の左側周辺部において、撮像領域３３に入射した光は、図１２（ｃ）に示されるように、第１のマイクロレンズ４１及び第２のマイクロレンズ４４によって集光された後、フォトダイオード４７ａに入り、光電変換されて電荷転送部４７ｂにより信号電荷が転送される。ここで、第１のマイクロレンズ４１に入射する光は、フォトダイオード４７ａの光入射面に対して斜め方向を向いおり、第１のマイクロレンズ４１及び第２のマイクロレンズ４４は中心部のマイクロレンズと同一形状を有している。しかし、第２のマイクロレンズ４４の中心軸Ｍ１は開口部の中心軸Ｋから撮像領域３３の中心部寄り、つまり右側にずれており、また第１のマイクロレンズ４１の中心軸Ｍ２は開口部の中心軸Ｋから第２のマイクロレンズ４４よりも更に右側にずれているので、第１のマイクロレンズ４１に入る光は、フォトダイオード４７ａに進行する。

以上のように、特許文献１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置は、撮像領域の周辺部において、マイクロレンズの中心軸を開口部の中心軸から撮像領域の中心部寄りにずらすことにより、周辺部のフォトダイオードへの集光効率の低下を防止して固体撮像装置の高感度化を実現している。
特開平１０−２２９１８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置では、薄型化を実現することができないという問題がある。すなわち、固体撮像装置を薄型化すると撮像領域の周辺部に入射する光の入射角が大きくなるので、撮像領域の周辺部のマイクロレンズを大きくずらして集光しなければならないが、隣接するマイクロレンズ間の距離によりマイクロレンズをずらせる距離が制限されるため、感度を犠牲にすること無く固体撮像装置の薄型化を実現できないのである。このとき、単位セルの大きさは固体撮像装置の多画素化に伴って小さくなるので、高画質化のための固体撮像装置の多画素化を実現しようとした場合、フォトダイオードへの集光効率を高く維持することが困難となる。よって、薄型化とともに、固体撮像装置の多画素化を実現しようとした場合に、この問題が特に顕著となる。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、感度を犠牲にすること無く薄型化及び高画質化を実現することが可能な固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子上方に形成された凸型のマイクロレンズとを有する複数の単位セルが２次元状に配列されて撮像領域が形成された固体撮像装置であって、前記単位セルが有するマイクロレンズは、前記撮像領域の中心部から外周に向かうにつれて凸面の最大曲率が大きくなることを特徴とする。ここで、前記撮像領域の中心部の単位セルが有するマイクロレンズは、マイクロレンズの凸面における頂点を通り、前記光電変換素子の光入射面に対して垂直な断面が線対称の形状であり、前記撮像領域の周辺部の単位セルが有するマイクロレンズは、マイクロレンズの凸面における頂点を通り、前記光電変換素子の光入射面に対して垂直な断面が線対称でない形状であってもよいし、前記撮像領域の周辺部の単位セルが有するマイクロレンズは、前記撮像領域の中心部の単位セルが有するマイクロレンズと同一の底面形状をし、前記撮像領域の周辺部の単位セルが有するマイクロレンズの底面からの高さは、前記撮像領域の中心部の単位セルが有するマイクロレンズの底面からの高さより高くてもよい。

これによって、中心部から周辺に向かうにつれてマイクロレンズの凸面における頂点が開口部の中心軸から徐々に中心方向あるいは進行方向にずれていく、あるいはマイクロレンズの高さが中心部のマイクロレンズから徐々に高くなり、周辺部の光電変換素子への集光効率の低下が防止されるので、感度を犠牲にすること無く固体撮像装置の薄型化及び高画質化を実現することができる。

また、前記固体撮像装置は、複数のマイクロレンズ層が積層されたレンズ構造を有し、前記マイクロレンズの凸面の最大曲率は、少なくとも２層以上のマイクロレンズ層において、前記撮像領域の中心部から外周に向かうにつれて大きくなってもよい。

これによって、固体撮像装置の集光効率を高くすることができるので、固体撮像装置の更なる高感度化を実現することができる。
また、本発明は、固体撮像装置のマイクロレンズ形成に用いられるグレースケールマスクであって、前記グレースケールマスクには、複数の単位パターンが２次元状に形成され、前記グレースケールマスクの中心部の前記単位パターンは、線対称な透過率分布を有し、前記グレースケールマスクの周辺部の前記単位パターンは、線対称でない透過率分布を有することを特徴とするグレースケールマスクとすることもできる。

これによって、撮像領域の外周に向かうにつれて凸面の最大曲率が大きくなるマイクロレンズを簡易に形成することができるので、感度を犠牲にすること無く薄型化及び高画質化を実現することが可能な固体撮像装置を低コストで作製することができる。

また、本発明は、上記グレースケールマスクを用いてマイクロレンズを形成するレンズ形成ステップを含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法とすることもできる。
これによって、感度化、薄型化及び高画質化された固体撮像装置からデータが出力されるので、画質に優れた小型のカメラを実現することができる。

本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法によれば、高感度化、薄型化及び高画質化を実現することが可能な固体撮像装置及びその製造方法を提供することができる。
よって、本発明により、画質に優れた小型のカメラを実現することができ、実用的価値は極めて高い。

以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の概略上面図である。また、図２（ａ）は単位セル１１及びその周辺領域（図１のＡ部）の概略断面図であり、図２（ｂ）は単位セル１１及びその周辺領域（図１のＢ部）の概略断面図であり、図２（ｃ）は単位セル１１及びその周辺領域（図１のＣ部）の概略断面図である。

本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、図１に示されるように、光電変換素子としてのフォトダイオード、凸型の第１のマイクロレンズ及び第２のマイクロレンズを有し、２次元状に配列された複数の単位セル１１と、単位セル１１に対応して列毎に配設され、単位セル１１から読み出した信号電荷を列方向に転送する複数の垂直ＣＣＤ１２と、複数の単位セル１１及び垂直ＣＣＤ１２からなる撮像領域１３と隣接し、垂直ＣＣＤ１２から信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を行方向に転送する水平ＣＣＤ１４とから構成される。

以上のような構成を有するＣＣＤ型固体撮像装置の撮像領域１３の中心部において、撮像領域１３に入射した光は、図２（ａ）に示されるように、第１のマイクロレンズ２１ａによって集光され、カラーフィルタ２２によって色分離された後、平坦化膜２３を通過して層内レンズとしての第２のマイクロレンズ２４ａによって更に集光される。第２のマイクロレンズ２４ａによって集光された光は、平坦化膜２５を通過して遮光メタル膜２６の開口部に入り、半導体基板としてのＳｉ基板２７に形成されたフォトダイオード２７ａに入る。フォトダイオード２７ａに入った光は信号電荷へ光電変換され、生成した信号電荷は電荷転送部２７ｂに送られる。電荷転送部２７ｂは、絶縁膜２９で覆われたゲート絶縁膜２８ａ上のゲート電極２８により電圧が加えられて信号電荷を転送する。ここで、第１のマイクロレンズ２１ａ及び第２のマイクロレンズ２４ａの底面から最も高い位置にある凸面における頂点Ｏ１、Ｏ２は、フォトダイオード２７ａの光入射面の中心を通り、光入射面に垂直な開口部の中心軸Ｎ上にあり、第１のマイクロレンズ２１ａに入る光は、フォトダイオード２７ａの光入射面に対して垂直方向を向いている。よって、第１のマイクロレンズ２１ａに入る光は、遮光メタル膜２６には進行せず、フォトダイオード２７ａに進行する。このとき、撮像領域の中心部における感度は、光入射面に対する光入射角θに依存して変化し、図３（ａ）のようになる。つまり、光入射角θが０度のときに最大となる。

また同様に、撮像領域１３の右側周辺部において、撮像領域１３に入射した光は、図２（ｂ）に示されるように、第１のマイクロレンズ２１ｂ及び第２のマイクロレンズ２４ｂによって集光された後、フォトダイオード２７ａに入り、光電変換されて電荷転送部２７ｂにより信号電荷が転送される。ここで、第１のマイクロレンズ２１ｂに入る光は、フォトダイオード２７ａの光入射面に対して斜め方向を向いている。しかし、第１のマイクロレンズ２１ｂ及び第２のマイクロレンズ２４ｂは中心部の第１のマイクロレンズ２１ａ及び第２のマイクロレンズ２４ａと異なる形状を有し、凸面の最大曲率がそれぞれ中心部の第１のマイクロレンズ２１ａ及び第２のマイクロレンズ２４ａの凸面の最大曲率よりも大きく、凸面における頂点Ｐ１、Ｐ２が開口部の中心軸Ｎから撮像領域３３の中心部寄り、つまり左側にずれているので、第１のマイクロレンズ２１ｂに入る光は、フォトダイオード２７ａに進行する。このとき、撮像領域の周辺部における感度は、光入射面に対する光入射角θに依存して変化し、図３（ｂ）のようになる。つまり、光入射角θが０度のときに最大とならない。

さらに同様に、撮像領域１３の左側周辺部において、撮像領域１３に入射した光は、図２（ｃ）に示されるように、第１のマイクロレンズ２１ｃ及び第２のマイクロレンズ２４ｃによって集光された後、フォトダイオード２７ａに入り、光電変換されて電荷転送部２７ｂにより信号電荷が転送される。ここで、第１のマイクロレンズ２１ｃに入射する光は、フォトダイオード２７ａの光入射面に対して斜め方向を向いている。しかし、第１のマイクロレンズ２１ｃ及び第２のマイクロレンズ２４ｃは中心部の第１のマイクロレンズ２１ａ及び第２のマイクロレンズ２４ａと異なる形状を有し、凸面の最大曲率がそれぞれ中心部の第１のマイクロレンズ２１ａ及び第２のマイクロレンズ２４ａの凸面の最大曲率よりも大きく、凸面における頂点Ｑ１、Ｑ２が開口部の中心軸Ｎから撮像領域３３の中心部寄り、つまり右側にずれているので、第１のマイクロレンズ２１ｃに入る光は、フォトダイオード２７ａに進行する。このとき、撮像領域の周辺部における感度は、光入射角θが０度のときに最大とならない。

ここで、第１のマイクロレンズ及び第２のマイクロレンズの凸面の最大曲率は、図４のＣＣＤ型固体撮像装置の概略断面図に示されるように、それぞれ撮像領域１３の中心部から外周に向かうにつれて大きくなり、開口部の中心軸からの第１のマイクロレンズ及び第２のマイクロレンズの頂点のずれが大きくなっている。すなわち、撮像領域１３の中心部から右側周辺部に向けて（図４のＤ方向に向けて）開口部の中心軸からの頂点のずれが大きくなり、線対称な断面形状を有する第１のマイクロレンズ２１ａ及び第２のマイクロレンズ２４ａから、線対称で無い断面形状を有する第１のマイクロレンズ２１ｂ及び第２のマイクロレンズ２４ｂに変化している。また同様に、撮像領域１３の中心部から左側周辺部に向けて（図４のＥ方向に向けて）開口部の中心軸からの頂点のずれが大きくなり、線対称な断面形状を有する第１のマイクロレンズ２１ａ及び第２のマイクロレンズ２４ａから、線対称で無い断面形状を有する第１のマイクロレンズ２１ｃ及び第２のマイクロレンズ２４ｃに変化している。このとき、マイクロレンズの断面形状とは、マイクロレンズの底面ｄから最も高い位置にあるマイクロレンズの凸面における頂点ｅを通り、フォトダイオード２７ａの光入射面に対して垂直な断面の形状をいう。

なお、線対称な断面形状を有する形状としては、例えば上面図が図５（ａ）に示されるような真円状で描かれ、断面図（図５（ａ）のａ−ａ’線の断面図）が図５（ｄ）に示されるようなａ−ａ’線の中点を通るａ−ａ’線に垂直な線で対称の半円状で描かれる半球形状がある。また、上面図が図５（ｂ）に示されるような楕円状で描かれ、断面図（図５（ｂ）のａ−ａ’線、ｂ−ｂ’線及びｃ−ｃ’線の断面図）が図５（ｄ）に示されるようなａ−ａ’線、ｂ−ｂ’線あるいはｃ−ｃ’線の中点を通るａ−ａ’線、ｂ−ｂ’線あるいはｃ−ｃ’線に垂直な線で対称の半円状で描かれる半球形状もある。さらに、上面図が図５（ｃ）に示されるような正八角形状で描かれ、断面図（図５（ｃ）のａ−ａ’線及びｂ−ｂ’線の断面図）が図５（ｄ）に示されるようなａ−ａ’線あるいはｂ−ｂ’線の中点を通るａ−ａ’線あるいはｂ−ｂ’線に垂直な線で対称の半円状で描かれる半球形状もある。

一方、線対称で無い断面形状を有する形状としては、例えば上面図が図５（ａ）に示されるような真円状で描かれ、断面図（図５（ａ）のａ−ａ’線の断面図）が図６（ａ）に示されるようなａ−ａ’線の中点を通るａ−ａ’線に垂直な線で非対称な半円状で描かれる半球形状がある。また、上面図が図５（ｂ）に示されるような楕円状で描かれ、断面図（図５（ｂ）のａ−ａ’線、ｂ−ｂ’線及びｃ−ｃ’線の断面図）が図６（ｂ）に示されるようなａ−ａ’線、ｂ−ｂ’線あるいはｃ−ｃ’線の中点を通るａ−ａ’線、ｂ−ｂ’線あるいはｃ−ｃ’線に垂直な線で非対称な半円状で描かれる半球形状もある。さらに、上面図が図５（ｃ）に示されるような正八角形状で描かれ、断面図（図５（ｃ）のａ−ａ’線及びｂ−ｂ’線の断面図）がａ−ａ’線あるいはｂ−ｂ’線の中点を通るａ−ａ’線あるいはｂ−ｂ’線に垂直な線で非対称な図６（ｂ）に示されるような半円状で描かれる半球形状もある。

次に、マイクロレンズの形成方法について説明する。
図７は、線対称の断面形状を有する中心部のマイクロレンズの形成方法を示す図である。

まず、図７（ａ）に示されるように、無機系あるいは有機系の透明材料から構成されるレンズ材料６０上に、ポジ型レジスト６１を形成する。そして、グレースケールマスク６２を用いてポジ型レジスト６１を露光した後、現像し、線対称の断面形状を有する半球形状のポジ型レジスト６１を形成する。

次に、図７（ｂ）に示されるように、エッチバックによりポジ型レジスト６１の半球形状をレンズ材料６０に転写する。これによって、線対称の断面形状を有する半球形状のマイクロレンズが形成される。

ここで、グレースケールマスク６２には複数の単位パターンが２次元状に形成されており、中心部の複数の単位パターンのそれぞれは、線対称な透過率分布を有する。よって、グレースケールマスク６２の中心部の単位パターンを透過する光の強度は、図７（ｃ）のようになる。

図８は、線対称で無い断面形状を有する周辺部のマイクロレンズの形成方法を示す図である。
まず、図８（ａ）に示されるように、無機系あるいは有機系の透明材料から構成されるレンズ材料７０上に、ポジ型レジスト７１を形成する。そして、グレースケールマスク６２を用いてポジ型レジスト７１を露光した後、現像し、線対称で無い断面形状を有する半球形状のポジ型レジスト７１を形成する。

次に、図８（ｂ）に示されるように、エッチバックによりポジ型レジスト７１の半球形状をレンズ材料７０に転写する。これによって、線対称で無い断面形状を有する半球形状のマイクロレンズが形成される。

ここで、グレースケールマスク６２の周辺部の複数の単位パターンのそれぞれは、線対称で無い透過率分布を有する。よって、グレースケールマスク６２の周辺部の単位パターンを透過する光の強度は、図８（ｃ）のようになる。このとき、単位パターンでの中心からの最も濃い位置あるいは淡い位置のずれ、つまり中心からの透過率の最も低い位置あるいは高い位置のずれは、グレースケールマスク６２の中心部の単位パターンから外周部の単位パターンに向かうにつれて大きくなっている。

以上のように本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、撮像領域の周辺部に入射する、光電変換素子の光入射面に対して斜め方向を向いた光を光電変換素子に導き、周辺部の光電変換素子への集光効率の低下を防止することができるので、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、ＣＣＤ型固体撮像装置の高感度化を実現することができる。

また、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置によれば、マイクロレンズの曲率を制御することにより周辺部の光電変換素子への集光効率の低下を防止する。よって、特許文献１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置のように隣接するマイクロレンズ間の距離に制限されること無くＣＣＤ型固体撮像装置の薄型化及び高画質化を実現できるので、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、感度を犠牲にすること無くＣＣＤ型固体撮像装置の薄型化及び高画質化を実現することができる。

以上、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形または修正が可能であることはいうまでもない。

例えば、上記実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置では、線対称の断面形状を有するマイクロレンズが撮像領域の中心部に形成され、線対称で無い断面形状を有するマイクロレンズが撮像領域の周辺部に形成されるとした。しかし、マイクロレンズの凸面の最大曲率が撮像領域の中心部から外周に向かうにつれて大きくなればこれに限られず、図９に示されるように、底面形状が同一で高さｈ１、ｈ２の異なる、線対称の断面形状を有するマイクロレンズが撮像領域の中心部及び周辺部に形成されてもよい。すなわち、高さｈ１が高くなるように、撮像領域の中心部から右側周辺部に向けて（図９のＦ方向に向けて）第１のマイクロレンズ８１ａから第１のマイクロレンズ８１ｂに、撮像領域の中心部から左側周辺部に向けて（図９のＧ方向に向けて）第１のマイクロレンズ８１ａから第１のマイクロレンズ８１ｃに形状が変化し、また高さｈ２が高くなるように、撮像領域の中心部から右側周辺部に向けて第２のマイクロレンズ８４ａから第２のマイクロレンズ８４ｂに、撮像領域の中心部から左側周辺部に向けて第２のマイクロレンズ８４ａから第２のマイクロレンズ８４ｃに形状が変化してもよい。

また、上記実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置では、線対称の断面形状、及び線対称で無い断面形状を有する半球形状のレジストをレンズ材料の上に形成し、エッチバックによりそのレジストの半球形状をレンズ材料に転写して、線対称の断面形状、及び線対称で無い断面形状を有する半球形状のマイクロレンズを形成するとした。しかし、転写では無く、マイクロレンズを構成する感光性の透明な樹脂、例えばアクリル系樹脂に、グレースケールマスクを用いた露光、現像を施すことにより線対称の断面形状、あるいは線対称で無い断面形状を有する半球形状のマイクロレンズを形成してもよい。

また、上記実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、２層のマイクロレンズ層が積層された２層のレンズ構造を有し、２層のマイクロレンズ層の両方は凸面の最大曲率が撮像領域の中心部から外周に向かうにつれて大きくなるマイクロレンズを有するとした。しかし、２層のマイクロレンズ層のうちの片方のみが、凸面の最大曲率が撮像領域の中心部から外周に向かうにつれて大きくなるマイクロレンズを有していてもよい。

また、上記実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、２層のレンズ構造を有し、フォトダイオード上方には第１のマイクロレンズ及び第２のマイクロレンズが形成されるとした。しかし、ＣＣＤ型固体撮像装置は、凸面の最大曲率が撮像領域の中心部から外周に向かうにつれて大きくなるマイクロレンズを有する２層以上のマイクロレンズ層が積層された多層のレンズ構造を有してもよい。これによって、ＣＣＤ型固体撮像装置の集光効率を高くすることができるので、ＣＣＤ型固体撮像装置の更なる高感度化を実現することができる。また、ＣＣＤ型固体撮像装置は、凸面の最大曲率が撮像領域の中心部から外周に向かうにつれて大きくなる１層のマイクロレンズ層からなる１層のレンズ構造を有してもよい。

また、上記実施の形態では、凸面の最大曲率が撮像領域の中心部から外周に向かうにつれて大きくなるマイクロレンズを有する固体撮像装置としてＣＣＤ型固体撮像装置を例示して説明したが、固体撮像装置は、ＭＯＳ型固体撮像装置であってもよい。

（第２の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置を搭載したカメラについて、図面を参照しながら説明する。

図１０は、第２の実施の形態のカメラのブロック図である。
図１０に示されるように、カメラは、レンズ９０と、固体撮像装置９１と、駆動回路９２と、信号処理部９３と、外部インターフェイス部９４とからなる。

上記構成を有するカメラにおいて、外部に信号が出力されるまでの処理は以下のような順序に沿っておこなわれる。
（１）レンズ９０を光が通過し、固体撮像装置９１に入る。
（２）信号処理部９３は、駆動回路９２を通して固体撮像装置９１を駆動し、固体撮像装置９１からの出力信号を取り込む。
（３）信号処理部９３で処理した信号を、外部インターフェイス部９４を通して外部に出力する。

以上のように本実施の形態のカメラによれば、高感度化、薄型化及び高画質化された固体撮像装置からデータが出力される。よって、本実施の形態のカメラは、画質に優れた小型のカメラを実現することができる。

本発明は、固体撮像装置に利用でき、特に光電変換素子上方に設けられるマイクロレンズ等に利用することができる。

本発明の第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像装置の概略上面図である。 （ａ）単位セル及びその周辺領域（図１のＡ部）の概略断面図である。（ｂ）単位セル及びその周辺領域（図１のＢ部）の概略断面図である。（ｃ）単位セル及びその周辺領域（図１のＣ部）の概略断面図である。 （ａ）撮像領域の中心部における感度の光入射角依存性を示す図である。（ｂ）撮像領域の周辺部における感度の光入射角依存性を示す図である。 マイクロレンズの形状変化を説明するための同ＣＣＤ型固体撮像装置の概略断面図である。 （ａ）線対称の断面形状を有する形状を説明するための上面図である。（ｂ）線対称の断面形状を有する形状を説明するための上面図である。（ｃ）線対称の断面形状を有する形状を説明するための上面図である。（ｄ）線対称の断面形状を有する形状を説明するための断面図である。 （ａ）線対称で無い断面形状を有する形状を説明するための断面図である。（ｂ）線対称で無い断面形状を有する形状を説明するための断面図である。 線対称の断面形状を有するマイクロレンズの形成方法を示す図である。 線対称で無い断面形状を有するマイクロレンズの形成方法を示す図である。 マイクロレンズの形状変化の変形例を説明するための同ＣＣＤ型固体撮像装置の概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態のカメラのブロック図である。 特許文献１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の概略上面図である。 （ａ）単位セル及びその周辺領域（図１１のＨ部）の概略断面図である。（ｂ）単位セル及びその周辺領域（図１１のＩ部）の概略断面図である。（ｃ）単位セル及びその周辺領域（図１１のＪ部）の概略断面図である。

符号の説明

１１、３１ 単位セル
１２、３２ 垂直ＣＣＤ
１３、３３ 撮像領域
１４、３４ 水平ＣＣＤ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、４１、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ 第１のマイクロレンズ
２２、４２ カラーフィルタ
２３、２５、４３、４５ 平坦化膜
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、４４、８４ａ、８４ｂ、８４ｃ 第２のマイクロレンズ
２６、４６ 遮光メタル膜
２７、４７ Ｓｉ基板
２７ａ、４７ａ フォトダイオード
２７ｂ、４７ｂ 電荷転送部
２８、４８ ゲート電極
２８ａ、４８ａ ゲート絶縁膜
２９、４９ 絶縁膜
６０、７０ レンズ材料
６１、７１ ポジ型レジスト
６２ グレースケールマスク
９０ レンズ
９１ 固体撮像装置
９２ 駆動回路
９３ 信号処理部
９４ 外部インターフェイス部

Claims (3)

1. 光電変換素子と、前記光電変換素子上方に形成された少なくとも２層以上の凸型のマイクロレンズとを有する複数の単位セルが２次元状に配列されて撮像領域が形成された固体撮像装置であって、
   前記マイクロレンズの凸面の最大曲率は、少なくとも２層以上のマイクロレンズ層において、前記撮像領域の中心部よりも前記撮像領域の外周部側にある前記単位セルでは大きくなり、
   前記マイクロレンズの底面からの高さは、少なくとも２層以上のマイクロレンズ層において、前記撮像領域の中心部よりも前記撮像領域の外周部側にある前記単位セルでは高くなっており、
   前記撮像領域の外周部側にある前記単位セルのマイクロレンズの底面形状は、少なくとも２層以上のマイクロレンズ層において、前記撮像領域の中心部にある前記単位セルのマイクロレンズの底面形状と同一である
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 光電変換素子と、前記光電変換素子上方に形成された凸型のマイクロレンズとを有する複数の単位セルが２次元状に配列されて撮像領域が形成された固体撮像装置であって、
   前記マイクロレンズの底面からの高さは、前記撮像領域の中心部よりも前記撮像領域の外周部側にある前記単位セルでは高くなり、
   前記マイクロレンズの凸面の最大曲率は、前記撮像領域の中心部よりも前記撮像領域の外周部側にある前記単位セルでは大きくなり、
   前記撮像領域の外周部側にある前記単位セルのマイクロレンズの底面形状は、前記撮像領域の中心部にある前記単位セルのマイクロレンズの底面形状と同一である
   ことを特徴とする固体撮像装置。
3. 前記単位セルにおいて、前記光電変換素子と前記マイクロレンズとの間にさらに凸型のマイクロレンズを備えている
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。

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