JP2004200334A

JP2004200334A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2004200334A
Application number: JP2002366034A
Authority: JP
Inventors: Kouji Yamaryo; 孝兒山領
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】シェーディングの抑制を図ることが可能である固体撮像装置を提供する。
【解決手段】複数の受光部３を有し、各々の受光部に対して集光部８が配設された固体撮像素子２と、固体撮像素子へ光を導く撮像光学系とを備える固体撮像装置であって、固体撮像素子の中央部は、固体撮像素子の周辺部よりも集光部による集光を抑制する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関する。詳しくは、複数の受光部を有し、各々の受光部に対して集光部が配設された固体撮像素子と、固体撮像素子へ光を導く撮像光学系とを備える固体撮像装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラや電子スチルカメラ等において、ＣＣＤ固体撮像素子で構成された固体撮像装置が広く使用されており、一般にＣＣＤ固体撮像素子の受光部は縦方向と横方向に画素毎に所定ピッチで設けられ、各画素の周囲には転送領域等が設けられている。
【０００３】
ここで、上記各画素の周囲に設けられた転送領域等に入射する光が全く無駄なものとなり固体撮像装置の感度が非常に低くなるという問題を解決すべく、ＣＣＤ固体撮像素子の各受光部にオンチップレンズを取り付けて入射光の有効活用が図られているが、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部において受光部への入射光の量が減少する、いわゆる周辺減光が生じ、この周辺減光によりＣＣＤ固体撮像素子の周辺部の出力が減少し、いわゆるシェーディングが発生するという不都合があった。
【０００４】
即ち、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部に位置する受光部では、撮像光学系によりＣＣＤ固体撮像素子へ導かれた入射光の傾きが小さく、そのほとんどがオンチップレンズで集光されて有効光として機能するものの、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置する受光部では、入射光はある傾きを持って入射するために、オンチップレンズで集光される入射光束のうち一部は受光部から外れて無効光となってしまうことによって上記した様に周辺減光が生じ、無効光の存在により感度ムラであるシェーディングが発生するといった不都合があった。
【０００５】
上記したＣＣＤ固体撮像素子の中央部と周辺部との光の入射角の違いによって生じる感度ムラを抑制するために、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置するオンチップレンズが受光部に対してＣＣＤ固体撮像素子の中心方向にずれている固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
以下、図面を用いて従来の固体撮像装置について説明する。
図３（ａ）は従来の固体撮像装置を説明するための模式的な平面図、図３（ｂ）は従来の固体撮像装置を説明するための模式的な断面図であって、ここで示す固体撮像装置は、図示していないパッケージに収容される受光部１０１が所定ピッチで配列されたＣＣＤ固体撮像素子１０２と、このＣＣＤ固体撮像素子の受光部側に対向して配設されたマイクロレンズアレイ１０３とから成る。
ここで、マイクロレンズアレイには、各受光部に対向するオンチップレンズ１０４が設けられ、図３（ａ）中符号ｒで示すオンチップレンズのピッチはＣＣＤ固体撮像素子の中心より遠ざかるに従って、図３（ｂ）中符号ｒ'で示す受光部のピッチより小さくなる様に形成されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２６００２５０号明細書（第２−３頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に構成された従来の固体撮像装置では、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置するオンチップレンズで集光された入射光の光束をＣＣＤ固体撮像素子の中心部側に寄せることにより、対応する受光部で受光されて有効光となる入射光量が増加することによって、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部と周辺部との光の入射角の違いによって生じるシェーディングをある程度は抑制することができるものの、未だシェーディングの問題は解決されていなかった。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、より一層シェーディングの抑制を図ることが可能である固体撮像装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、複数の受光部を有し、各々の受光部に対して集光部が配設された固体撮像素子と、該固体撮像素子へ光を導く撮像光学系とを備える固体撮像装置であって、前記固体撮像素子の中央部は、前記固体撮像素子の周辺部よりも前記集光部による集光を抑制した。
【００１１】
ここで、固体撮像素子の中央部は、固体撮像素子の周辺部よりも集光部による集光が抑制されたことによって、固体撮像素子の周辺減光の影響を抑制することができ、固体撮像素子の中央部と周辺部との感度均一性を向上させることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００１３】
図１は本発明を適用した固体撮像装置の一例を説明するための模式的な断面図であり、図１中符号（Ａ）はＣＣＤ固体撮像素子の周辺部を表し、図１中符号（Ｂ）はＣＣＤ固体撮像素子の中央部を表している。ここで示す固体撮像装置１におけるＣＣＤ固体撮像素子２は、複数の受光部３がマトリクス状に配列され、この受光部の垂直列毎に設けられた各受光部から電荷を転送する垂直転送部４が形成されている。ここで、垂直転送部は絶縁膜（図示せず）を介して転送電極５が形成されており、転送電極上には層間絶縁膜６を介してアルミニウム膜等による遮光膜７が被着形成されている。
また、ＣＣＤ固体撮像素子の受光部側には、各々の受光部に対して、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部に行くに従い順次オンチップレンズが入射光を集光する際に有効に作用する有効面積が小さくなる様に形成されると共に、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部では、受光部に対してＣＣＤ固体撮像素子の中心方向にその位置がずれる様に形成されたオンチップレンズ８が配設されている。
【００１４】
ここで、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部へ行くに従い順次オンチップレンズの有効面積が小さくなる様に形成されているのは、オンチップレンズによる集光をＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部に行くに従い順次抑制することにより、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺減光の影響を抑制し、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部と周辺部との感度均一性を向上させるためであり、オンチップレンズによる集光をＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部に行くに従い順次抑制することができるのであれば、集光の抑制の方法は必ずしもＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部へ行くに従い順次オンチップレンズの有効面積が小さくなる様に形成されることにより行う必要は無く、いかなる方法であっても構わない。
【００１５】
また、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部に位置するオンチップレンズをＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置するオンチップレンズと比較して、その有効面積が小さくなる様に形成されているのは、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部に位置するオンチップレンズの有効面積がＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置するオンチップレンズの有効面積よりも小さければ、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部に位置するオンチップレンズの集光作用がＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置するオンチップレンズと比較して抑制されることにより、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺減光の影響を抑制し、上記した様に、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部と周辺部との感度均一性を向上させるためであり、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部に位置するオンチップレンズの有効面積がＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置するオンチップレンズの有効面積よりも小さければ充分であって、必ずしもＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部へ行くに従い順次オンチップレンズの有効面積が小さくなる様に形成される必要は無いが、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部と周辺部との光の入射角の違いによって生じるシェーディングが順次変化し、即ちなだらかに変化し、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部から周辺部に行くに従い順次周辺減光が生じるためにＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部に行くに従い順次オンチップレンズの有効面積が小さくなる様に形成される方が好ましい。
【００１６】
なお、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部に位置するオンチップレンズの有効面積をＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置するオンチップレンズの有効面積よりも小さくする場合に、数個ずつあるいは数十個ずつ同じ有効面積のオンチップレンズを形成し、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部に行くに従い段階的にオンチップレンズの有効面積が小さくなる様に形成するという方式を採用すると実際の設計上は好ましいものとなる。
【００１７】
更に、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部でオンチップレンズが受光部に対してＣＣＤ固体撮像素子の中心方向にずれる様に形成されているのは、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置するオンチップレンズで集光された入射光の光束をＣＣＤ固体撮像素子の中心部側に寄せることにより、対応する受光部で受光されて有効光となる入射光量を増加し、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部と周辺部との光の入射角の違いによって生じるシェーディングを抑制するためであり、上記したＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部へ行くに従い順次オンチップレンズの有効面積が小さくなる様に形成されることによってシェーディングを充分に抑制することができるのであれば、必ずしもＣＣＤ固体撮像素子の周辺部でオンチップレンズが受光部に対してＣＣＤ固体撮像素子の中心方向にずれる様に形成される必要は無いが、より一層充分にシェーディングを抑制することができる様にＣＣＤ固体撮像素子の周辺部でオンチップレンズが受光部に対してＣＣＤ固体撮像素子の中心方向にずれる様に形成された方が好ましい。
【００１８】
以下、上記した固体撮像装置の製造方法について説明する。
なお図２中符号（Ａ）は固体撮像装置の周辺部を表し、図２中符号（Ｂ）は固体撮像装置の周辺部を表している。
【００１９】
上記した固体撮像装置の製造方法では、先ず、複数の受光部がマトリクス状に配列され、この受光部の垂直列毎に設けられた各受光部から電荷を転送すると共に、絶縁膜を介してその上部に層間絶縁膜を介してアルミニウム膜等による遮光膜が被着形成された転送電極が設けられた垂直転送部が形成されたＣＣＤ固体撮像素子の表面にレンズ材料層９を形成し、更にレンズ材料層上にレジスト１０を塗布し、リソグラフィー技術及びエッチング技術によって図２（ａ）で示す様にレジスト層のパターニングを行う。
【００２０】
ここで、図２（ａ）中符号ａで示すレジスト層の開口領域１１の線幅がＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部へ行くに従い順次大きくなる様にパターニングを行う。また、レジスト層に開口領域を設けることによって形成されるレジスト片１２が、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部では受光部の真上に位置し、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部では受光部に対して中心方向にずれて位置する様にパターニングを行う。
【００２１】
次に、レジスト層に対してリフロー処理を施し、レジストの粘着を増してその表面張力により形状が丸まることを利用して図２（ｂ）で示す様にレジスト層をレンズ形状に加工する。
【００２２】
続いて、酸素系ガスの反応性イオンエッチングによりレンズ形状のレジスト層のエッチバックを行って図２（ｃ）で示す様にレンズ材料層にレンズ形状を１対１で転写し、オンチップレンズを形成することによって上記した固体撮像装置を得ることができる。
【００２３】
ここで、レジスト層の開口領域の線幅が、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部へ行くに従い順次大きくなる様にレジストをパターニングしたことによって、エッチバックを行うことによりＣＣＤ固体撮像素子の周辺部から中央部へ行くに従い順次その有効面積が小さくなる様にオンチップレンズを形成することができる。
また、レジスト片がＣＣＤ固体撮像素子の中央部では受光部の真上に位置し、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部では受光部に対して中心方向にずれて位置する様にレジストをパターニングしたことによって、エッチバックによりＣＣＤ固体撮像素子の周辺部で受光部に対してＣＣＤ固体撮像素子の中心方向にその位置がずれる様にオンチップレンズを形成することができる。
【００２４】
本発明を適用した固体撮像装置では、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部と周辺部とでオンチップレンズの有効面積に差を設けることによって、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部に位置するオンチップレンズの集光作用がＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置するオンチップレンズの集光作用と比較して抑制されることにより、ＣＣＤ固体撮像素子の中央部と周辺部との光の入射角の違いにより生じる周辺減光が抑制され、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部における感度低下を補うことができ、固体撮像装置の感度均一性の向上を図ることができる。
また、ＣＣＤ固体撮像素子の周辺部においてオンチップレンズの位置をずらすことによってＣＣＤ固体撮像素子の周辺部に位置するオンチップレンズで集光された入射光の光束をＣＣＤ固体撮像素子の中心部側に寄せ、対応する受光部で受光されて有効光となる入射光量が増加し、上記と同様にＣＣＤ固体撮像素子の周辺部における感度低下を補うことができ、固体撮像装置の感度均一性の向上を図ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べてきた如く、本発明の固体撮像装置によれば、シェーディングの抑制を充分に図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した固体撮像装置の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図２】本発明を適用した固体撮像装置の一例の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図３】従来の固体撮像装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１固体撮像装置
２ＣＣＤ固体撮像素子
３受光部
４垂直転送部
５転送電極
６層間絶縁膜
７遮光膜
８オンチップレンズ
９レンズ材料層
１０開口領域
１１レジスト片

Claims

複数の受光部を有し、各々の受光部に対して集光部が配設された固体撮像素子と、該固体撮像素子へ光を導く撮像光学系とを備える固体撮像装置であって、
前記固体撮像素子の中央部は、前記固体撮像素子の周辺部よりも前記集光部による集光が抑制された
ことを特徴とする固体撮像装置。
前記集光部による集光は、前記固体撮像素子の周辺部から中央部に行くに従い順次抑制された
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記集光部による集光は、前記固体撮像素子の周辺部から中央部に行くに従い段階的に抑制された
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記固体撮像素子の周辺部では、前記集光部の配設位置が前記受光部に対して中心方向にずれている
ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の固体撮像装置。