CN101013713A - 具备多个透镜的固体摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体摄像装置，包括多个像素和多个透镜。像素设置在半导体基板上，并且包含对入射光进行光电变换的光检测部。透镜将入射光会聚到光检测部上。透镜在入射光的入射面上具有一定的曲率，并且透镜的入射面上的顶点与透镜的底面的中央在底面的水平方向上位于不同的位置上。

Description

具备多个透镜的固体摄像装置

相关申请的交叉引用

本发明基于并要求2006年2月3日提交的在先日本专利申请No.2006-027201的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及一种固体摄像装置。特别是涉及一种在固体摄像装置中使入射到像素上的光会聚的微透镜。

背景技术

在电子相机的小型化方面，通过进行图像区域的缩小来进行光学系统的小型化是有效的。因此，要求CMOS传感器的像素尺寸的收缩。目前，为了进行像素尺寸的收缩，例如在特开平10-150182号公报中进行了如下尝试：多个光电二极管共用像素内的晶体管，从而削减每个光电二极管的晶体管个数。

上述现有的CMOS传感器具有使入射光会聚的微透镜、将由微透镜会聚的入射光变换成电荷的光电二极管。例如，如特公昭60-59752号公报所记载的那样，微透镜的截面形状通常是左右对称的。因而，焦点的位置位于微透镜的顶点的正下方、即微透镜底面的大致中心的正下方。

但是，如果采用上述结构，则由于微透镜等间隔配置，因此焦点的位置也等间隔。结果，入射光被与光电二极管相邻的MOS晶体管的栅极遮挡，从而CMOS区域传感器的光灵敏度降低。

发明内容

本发明提供一种固体摄像装置，包括：

多个像素，设置在半导体基板上，并且包含对入射光进行光电变换的光检测部；以及

多个透镜，将上述入射光会聚到上述光检测部上，

其中，上述透镜分别在上述入射光的入射面上具有一定的曲率，并且上述透镜的上述入射面上的顶点与上述透镜的底面的中央在上述底面的水平方向上位于不同的位置上。

附图说明

图1是本发明第1实施方式的固体摄像装置的截面图。

图2是本发明第1实施方式的固体摄像装置的平面图。

图3是现有的固体摄像装置的截面图。

图4是本发明第2实施方式的固体摄像装置的截面图。

图5是图4中的一部分区域的放大图。

图6是本发明第2实施方式的固体摄像装置的平面图。

图7是本发明第3实施方式的固体摄像装置的框图。

图8是本发明第3实施方式的固体摄像装置所具备的单位元件(unit cell)的电路图。

图9是本发明第3实施方式的固体摄像装置所具备的单位元件的平面图。

图10是沿图9中的10-10线的截面图。

图11是本发明第4实施方式的固体摄像装置所具备的单位元件的电路图。

图12是本发明第4实施方式的固体摄像装置所具备的受光部的平面图。

图13是沿图12中的13-13线的截面图。

图14是本发明第5实施方式的固体摄像装置所具备的受光部的平面图。

图15是本发明第6实施方式的固体摄像装置所具备的受光部的截面图。

图16是现有的固体摄像装置的截面图。

图17是本发明第7实施方式的固体摄像装置所具备的受光部的截面图。

图18是本发明第1至第7实施方式的固体摄像装置以及现有的固体摄像装置的一部分区域的截面图。

图19是本发明第1至第7实施方式的变形例的固体摄像装置的斜视图。

图20是在本发明第1至第5、第7实施方式的固体摄像装置所具备的微透镜的制造中使用的光掩模的平面图。

图21是本发明第1至第5、第7实施方式的固体摄像装置所具备的微透镜的第1制造方法的截面图。

图22是本发明第1至第5、第7实施方式的固体摄像装置所具备的微透镜的第2制造方法的截面图。

具体实施方式

[第1实施方式]

使用图1和图2说明本发明第1实施方式的固体摄像装置。图1和图2分别是本实施方式的固体摄像装置的截面图和平面图，示出固体摄像装置的图像区域特别是中心部。另外，图1相当于沿图2中的1-1线的截面图。

如图所示，在半导体基板1的表面内设置多个光检测部、例如光电二极管2。光电二极管2通过利用例如离子注入等方法向半导体基板1的表面内导入与半导体基板1反向导电型的杂质而形成。在相邻的光电二极管2之间的半导体基板1上，经由栅极绝缘膜设置栅极电极3。然后，以覆盖上述光电二极管2和栅极电极3的方式，在半导体基板1上设置绝缘膜4。在绝缘膜4上与各光电二极管2相对应地设置微透镜5。在上述结构中，通过分别包含一个光电二极管来构成多个像素。

本实施方式的微透镜5的顶点P1位于距离微透镜5的一端d1的位置上，并且位于距离微透镜5的另一端d2(≠d1)的位置上。从而，顶点P1的位置在微透镜5的底面的水平方向上，位于与底面的中央C1不同的位置上。换言之，微透镜5的顶点P1、即焦点F1存在于从包含微透镜5的底面的中央C1的、底面的垂线上偏离d3的位置上(参照图2)。进一步换言之，如图1所示，微透镜5具有左右非对称的截面形状。另外，顶点P1定义为微透镜5上膜厚最大的位置。另外，微透镜5在入射光L1入射的入射面上具有均匀的曲率，该曲率被设定成使焦点F1位于光电二极管2的表面上。

另外，微透镜5的顶点P1在光电二极管2与栅极电极3排列的方向上位于夹着微透镜5的中心C1与栅极电极3相对的位置上。即，微透镜5的顶点P1在光电二极管2和栅极电极3排列的方向上设置在离栅极电极3近的端部(一端)和远的端部(另一端)当中、远的端部一侧。即，在图2中，沿着光电二极管2和栅极电极3排列的方向，按照P1、C1、栅极电极3的顺序排列地设置顶点P1。

在上述结构中，入射光L1到达微透镜5后，入射光L1按照斯内尔定律折射。折射后的入射光L1在与各微透镜5相对应的光电二极管2上成像。光电二极管2通过光电变换将入射光L1变换成电荷。

根据上述结构，可以得到下述(1)的效果。

(1)可以抑制固体成像装置的光灵敏度降低(之一)

如果采用本实施方式的结构，则在使入射光会聚到光电二极管上的微透镜的底面的水平方向上，该微透镜的顶点位于偏离底面中心的位置上。因此可以抑制固体摄像装置的光灵敏度的降低。以下详细说明本效果。

图3是现有的固体摄像装置的截面图。如图所示，在半导体基板101的表面内设置光电二极管102。另外，在相邻的光电二极管102间的半导体基板101上设置栅极电极103。然后，以覆盖光电二极管102和栅极电极103的方式，在半导体基板101上设置绝缘膜104，并在绝缘膜104上设置微透镜105。现有结构的微透镜105的截面形状相对顶点P101左右对称。即，微透镜105的顶点P101位于距离微透镜105在光电二极管102与栅极电极103排列方向上的两端相等的距离处。因此，微透镜105的顶点P101、底面中心C101以及焦点F101都位于光电二极管102表面的垂线上。

这样，由于等间隔地配置微透镜105，因此焦点F101的位置也等间隔。另一方面，光电二极管102的配置不是等间隔，从而在夹着栅极电极103的区域间隔变大，而在没有夹着栅极电极的区域间隔变窄。结果，由微透镜105会聚的入射光L101的一部分被栅极电极103遮挡(图3中的区域A101)。因此存在固体摄像装置的光灵敏度降低的问题。

而如果采用本实施方式的结构，则微透镜5的顶点P1相对于微透镜5的底面在水平方向上(即相对于光电二极管2的表面在水平方向上)位于偏离微透镜5的底面中心C1的位置上。因此，虽然微透镜5等间隔地配置，但各微透镜5的焦点位置不是等间隔。更具体地说，如在图2中说明的那样，微透镜5的顶点P1在光电二极管2与栅极电极3排列的方向上设置在离栅极电极3近的端部(一端)和远的端部(另一端)当中、远的端部一侧。从而，微透镜5的焦点位置与现有技术相比是离栅极电极3远的位置。因此，由微透镜5会聚的入射光L1避开栅极电极3的角部(图1中的区域A1)，向光电二极管2入射。另外，即使被遮挡，与现有技术相比其遮挡量也可以少。结果，更多的光入射到光电二极管2，从而可以抑制固体摄像装置的光灵敏度的降低。

[第2实施方式]

以下利用图4说明本发明第2实施方式的固体摄像装置。图4是本实施方式的固体摄像装置的截面图。本实施方式涉及在上述第1实施方式中在绝缘膜4内设置金属布线层的情况。

如图所示，本实施方式的固体摄像装置在第1实施方式所说明的图1的结构中进一步具备设置在绝缘膜4内的多个金属布线层6。金属布线层6形成为沿记载了图面的纸面的垂线方向延伸。另外，图4中省略了栅极电极3的图示。本实施方式的微透镜5的顶点P2位于距离微透镜5的一端d4的位置上，且位于距离微透镜5的另一端d5(d5＞d4)的位置上。图5和图6是图4中的一个像素的放大图，分别表示截面和平面结构，图5相当于沿图6中的5-5线的截面。

如图5和图6所示，在微透镜5的底面的水平方向上，微透镜5的顶点P2、即焦点F2存在于从包含微透镜5的底面中央C2的、微透镜5的底面的垂线V1偏离距离d6的位置上。即，与第1实施方式相同，微透镜5具有左右非对称的截面形状。当然，微透镜5在入射光L2入射的入射面上具有均匀的曲率。

另外，如果设其位置夹着垂线V1的2个金属布线层6与垂线V1的距离为d7、d8(d7＜d8)，则将离垂线V1近的金属布线层6称为布线W1、将离垂线V1远的金属布线层6称为布线W2。这样，微透镜5的顶点P2位于夹着垂线V1与布线W1相对的位置上。换言之，连接微透镜5的顶点P2和焦点F2的直线V2位于布线W2与垂线V1之间。

根据上述结构，可以得到下述(2)的效果。

(2)可以抑制固体摄像装置的光灵敏度的降低(之二)

如果采用本实施方式的结构，则微透镜5的顶点P2与第1实施方式同样，相对于微透镜5的底面，在水平方向上位于偏离微透镜5底面的中心C2的位置上。因此，微透镜5虽然等间隔配置，但各个微透镜5的焦点位置不是等间隔。更具体地说，如在图5和图6中所说明的那样，在微透镜5的底面的水平方向上，微透镜5的顶点P2设置成接近其位置夹着通过像素中心的垂线V1的2个金属布线层6当中、离垂线V1远的布线W2。从而，微透镜5的焦点位置与现有技术相比是离布线W1远的位置。因此，由微透镜5会聚的入射光L2避开金属布线层6、特别是布线W1的角部，入射到光电二极管2。另外，即使被遮挡，与现有技术相比其遮挡量也可以少。结果，更多的光入射到光电二极管2，从而可以抑制固体摄像装置的光灵敏度的降低。

即，利用与上述第1实施方式同样的作用，来防止入射光L2被金属布线层6遮挡。但是，金属布线层6通常位于比在第1实施方式中说明的栅极电极更靠上的水平上，即位于离微透镜5更近的位置上。从而，金属布线层6比栅极电极更容易遮挡入射光L2。因此，使用本实施方式的微透镜5可以得到比第1实施方式的情况更好的效果。

[第3实施方式]

以下说明本发明第3实施方式的固体摄像装置。本实施方式将在上述第1、第2实施方式中说明的微透镜5应用于由2个光电二极管共用放大晶体管的固体摄像装置。图7是固体摄像装置的框图。

如图所示，固体摄像装置10具备箝位电路11、采样保持电路12、垂直方向选择电路13、水平方向选择电路14以及受光部20。

受光部20具备多个进行入射光的光电变换的单位元件21。在图7中，单位元件21仅示出(2×3)个，但其数量不特别限定。多个单位元件21配置成矩阵状，在每一列上与垂直信号线22共同连接。另外，同一行的单位元件21与同一地址信号线AD、复位信号线RS以及读出信号线RD1、RD2共同连接。地址信号线AD、复位信号线RS以及读出信号线RD1、RD2由垂直方向选择电路13选择。

箝位电路11与各垂直信号线22的一端连接，用于固定由垂直信号线22读出的信号。垂直信号线22的另一端经由负载晶体管23与接地电位连接。

采样保持电路12对由上述箝位电路11固定的信号进行采样并保持。然后，采样保持电路12所保持的信号经由读出用晶体管24输出到输出节点OUT。读出用晶体管24的栅极由水平方向选择电路14控制。

以下利用图8说明单位元件21的结构。图8是图7中的一个单位元件21的电路图。如图所示，单位元件21具有2个像素25、25和1个信号输出部26。信号输出部26由2个像素25、25共用。

像素25中的每一个具备读出晶体管28和光电二极管29。包含在同一个单位元件21中的2个读出晶体管28的栅极分别与读出信号线RD1、RD2连接，漏极与对应像素25内的光电二极管29的正极连接。光电二极管29的负极接地。

信号输出部26具备放大晶体管30、地址晶体管31以及复位晶体管32。放大晶体管30的栅极与2个像素25中的晶体管28的源极连接，源极与垂直信号线22连接，漏极与晶体管31的源极连接。地址晶体管31的栅极与地址信号线AD连接，漏极与电源电位VDD连接。复位晶体管32的栅极与复位信号线RS连接，源极与2个像素25中的晶体管28的源极连接，漏极与电源电位VDD连接。即，2个像素25共用一个信号输出部26。

图9是图8所示的单位元件21的平面图。如图所示，2个光电二极管29沿第1方向配置。在2个光电二极管29之间，以沿第1方向夹着信号输出部26的方式设置晶体管28，晶体管28的栅极33沿与第1方向正交的第2方向形成。另外，在图9中省略信号输出部26的详细图示。

图10是沿图9中的10-10线的方向的截面图。截面结构与第1实施方式大致相同。即，如图所示，在半导体基板40的表面内设置多个光电二极管29。在相邻的光电二极管间的半导体基板40上，经由栅极绝缘膜设置2个晶体管28的栅极电极33。另外，在相邻的栅极电极33之间的半导体基板40内，设置2个晶体管28的源极区41。在图10中省略信号输出部26的图示。然后，以覆盖上述光电二极管29和晶体管28的方式，在半导体基板40上设置绝缘膜42。在绝缘膜42上，与各像素25相对应地设置微透镜34。从而，每个单位元件21包含2个微透镜34。

本实施方式的固体摄像装置所具备的微透镜34的顶点P3(焦点F3)与底面中心C3之间具有与第1实施方式同样的关系。即，微透镜34的顶点P3、即焦点F3存在于从包含微透镜34的底面中央C3的垂线偏离d9、从而远离栅极电极33的位置上。进一步换言之，如图10所示，微透镜34具有左右非对称的截面形状。

以下简单说明上述结构的固体摄像装置的动作。首先，在受光部20中选择某个单位元件21。该选择动作如下进行：利用垂直方向选择电路13输出的地址信号AD，使某个单位元件21中的地址晶体管31处于导通状态，并且使与某个垂直信号线22连接的负载晶体管23处于导通状态。

另外，进行使垂直信号线22处于一定的基准电位的复位动作。复位动作如下进行：通过由垂直方向选择电路13选择复位信号RS，使被选择的单位像素内的复位晶体管32处于导通状态。复位晶体管32处于导通状态后，经由晶体管32的电流通路，将VDD提供给放大晶体管30的栅极，从而晶体管30处于导通状态。这样，由于地址晶体管31是导通状态，因此，通过从电源电位VDD经由晶体管31、30的电流通路到达垂直信号线22的路径，垂直信号线22处于一定的基准电位。

然后，垂直方向选择电路13选择读出信号线RD1、RD2中的某一个。这样，与被选择的读出信号线RD1、RD2中的某一个连接的读出晶体管28处于导通状态。从而，在晶体管28处于导通状态的像素25中，在光电二极管29中响应入射光而产生的电荷经由晶体管28的电流通路到达放大晶体管30的栅极。结果，根据光电二极管29中的光电变换的结果，垂直信号线22的电位发生变动。即，根据在光电二极管29中得到的电荷，将图像信号提供给垂直信号线22。然后，图像信号经由箝位电路11、采样保持电路12以及读出用晶体管24读出到输出节点OUT。

如上所述，本实施方式的固体摄像装置可以得到在第1实施方式中说明的(1)的效果。该效果(1)在如本实施方式所示由多个像素共用信号输出部26的情况下特别显著地得到。如图9和图10所示，在2个像素25共用信号输出部26的情况下，在2个像素25之间配置晶体管28和信号输出部26。从而，每个像素25的形状在图10所示的方向上左右非对称，从而形成栅极电极33位于像素25的一端侧的模式。因此，像素25的中心(即微透镜5的中心)的位置与光电二极管29的中心的位置不同，入射光容易被栅极电极33遮挡。

但是，根据本实施方式，在使入射光会聚到光电二极管29上的微透镜34的底面的水平方向上，该微透镜34的顶点P3位于偏离底面中心C3的位置上。因此，可以防止入射光被栅极电极33遮挡，从而如第1实施方式所说明的那样，可以抑制固体摄像装置的光灵敏度的降低。

[第4实施方式]

以下说明本发明第4实施方式的固体摄像装置。本实施方式是在上述第3实施方式中，一个单位元件21包含4个像素25，并且受光部20除了包含读出信号线RD1、RD2外，还包含RD3、RD4。读出信号线RD1～RD4由垂直方向选择电路选择。图11是本实施方式的固体摄像装置所具备的单位元件21的电路图。

如图所示，单位元件21具备4个像素25-1～25-4和1个信号输出部26。像素25-1～25-4和信号输出部26的结构与在第3实施方式中说明的结构相同。信号输出部26由4个像素25-1～25-4共用。因此，包含在4个像素25-1～25-4的每一个中的读出晶体管28的源极与信号输出部26中的放大晶体管30的栅极和复位晶体管32的源极共同连接。另外，包含在4个像素25-1～25-4的每一个中的读出晶体管28的栅极分别与读出信号线RD1～RD4连接。读出信号线RD1～RD4与地址信号线AD以及复位信号线RS同样，由垂直方向选择电路13选择。在以上结构中，像素25-1～25-4没有图示地具备彩色滤波器，分别检测绿(Gr)、红(R)、蓝(B)、绿(Gb)的入射光。

图12是本实施方式的4个单位元件21的平面图，图13是沿图12中的13-13线的截面图。如图所示，在1个单位元件21内，以(2×2)矩阵状配置4个像素25-1～25-4，在受光部20中，像素25-1、25-3排列在奇数列上，像素25-2、25-4排列在偶数列上。另外，在同一单位元件21内，在第1方向上相邻的像素25-1和25-2以及像素25-3和25-4配置成双方的读出晶体管28彼此接近。而且，在各单位元件21内，在像素的列间的区域中配置信号输出部26。并且，在各像素25-1～25-4的每一个中设置在上述第3实施方式中说明的微透镜34。如在第3实施方式中所说明的那样，连接微透镜34的顶点P3与焦点F3的直线位于从微透镜34底面的中心C3偏离间隔d9的不同位置上。

根据上述结构的固体摄像装置，在受光部20中，位于奇数列上的像素25-1、25-3的光电二极管29以及位于偶数列上的像素25-2、25-4的光电二极管29在各像素25-1～25-4内配置成从对应的信号处理部26隔离。而且，与各像素对应的微透镜34的顶点P3位于夹着中心C3与相邻的像素沿第1方向相对的位置上。因此，根据图12的例子，在受光部20中，与各像素25-1、25-3对应的微透镜34的顶点P3位于中心C3的右侧，并且它们沿第2方向位于同一列上。另外，与各像素25-2、25-4对应的微透镜34的顶点P3位于中心C3的左侧，并且它们沿第2方向位于同一列上。

以上的固体摄像装置可以得到在上述第1、第3实施方式中说明的(1)的效果。

[第5实施方式]

以下说明本发明第5实施方式的固体摄像装置。本实施方式将在上述第1、第2实施方式中说明的微透镜5应用于特开2006-302970号公报。图14是固体摄像装置所具备的受光部的平面图。

本实施方式的固体摄像装置是在第3实施方式中所说明的图7至图9的结构中改变了读出晶体管28的栅极33的位置。图14是本实施方式的固体摄像装置的受光部20的平面图。如图所示，在受光部20中矩阵状地配置多个像素25。

如图所示，单位元件21具有与在上述第3实施方式中说明的图9相同的结构，包含在第1方向上相邻的2个像素25。在受光部20中，多个像素25方格状地配置成奇数列上的单位元件21与偶数列上的单位元件21错开1个像素。并且，某个单位元件21内的信号输出部26从该单位元件21内的2个像素25之间起、跨过在第2方向上相邻的2个单位元件21之间而配置。

即，在图14中，在与位于奇数列上且栅极33位于光电二极管29下方的像素25在第2方向上相邻的像素25中，栅极33位于光电二极管29的上方。相反，在与位于奇数列上且栅极33位于光电二极管29上方的像素25在第2方向上相邻的像素25中，栅极33位于光电二极管29的下方。

进一步换言之，单位元件21包含在第1方向(垂直方向)上相邻的2个像素25，并且在受光部20内呈方格状地配置。并且，信号输出部26从包含在同一单位元件21内的2个像素25之间的区域起、跨过在第2方向(水平方向)上相邻的单位元件之间的区域而配置。而且，在倾斜方向上相邻的2个单位元件21中的各个任意像素25中包含的光电二极管29沿着同一水平线配置。

在以上结构中，也可以使用在第3实施方式中说明的微透镜34。这样，在第2方向上相邻的像素25的栅极33夹着像素25的中心，在第1方向上相互不同地配置，因此，微透镜34的顶点P3、即焦点F3的位置在在第2方向上相邻的像素25之间，在第1方向上也相互不同。本实施方式的结构也可以得到在上述第1、第3实施方式中说明的(1)的效果。

[第6实施方式]

以下说明本发明第6实施方式的固体摄像装置。本实施方式通过根据受光部内的位置改变微透镜的曲率，来提高固体摄像装置的光灵敏度。

固体摄像装置的结构与在第1实施方式中说明的图7的结构相同。图15是表示受光部20的截面结构和微透镜的曲率的图。如图所示，在光电二极管29的上方，经由绝缘膜42在每个像素中设置微透镜43。各微透镜43中的光入射面的曲率对于每个微透镜43是一定的。另外，各微透镜43的曲率在受光部20的中央最高，随着向端部延伸而降低。在图15中，为了使图面简单，省略了栅极电极33的图示。

根据本结构，可以得到下述(3)的效果。

(3)可以抑制固体摄像装置的光灵敏度的降低(之三)

根据本实施方式的结构，入射光在受光部20的端部也高效率地入射到光电二极管29中，因此可以抑制固体摄像装置的光灵敏度的降低。以下使用图16一边与在受光部的中央和端部微透镜43的曲率一定的情况相比较，一边说明本效果。图16是受光部20的截面图。

如图所示，微透镜105在受光部20内的全部区域内具有相同的曲率。因而，微透镜43的焦距(从微透镜43的表面到焦点F101的距离)在受光部的中央和端部相同。另外，入射光在受光部的中央相对微透镜105垂直入射，但在端部相对微透镜105倾斜入射。这样，例如在将微透镜105的焦距设计成在受光部的中央部在光电二极管102的表面上成像的情况下，随着从受光部的中央部离开，焦点F101从光电二极管102表面大大远离。结果，入射光的一部分没有入射到光电二极管102，从而成为固体摄像装置的光灵敏度降低的原因。

而根据本实施方式，如图15所示，随着从受光部20的中央部离开，微透镜43的曲率变小。换言之，随着从受光部20的中央部离开，微透镜43的焦距(从微透镜43到焦点F4的距离)变长。因此，在受光部20的端部，微透镜43的焦点F4也位于光电二极管29的表面上。因此，入射光高效率地入射到光电二极管29，因此可以提高固体摄像装置的光灵敏度。

[第7实施方式]

以下说明本发明第7实施方式的固体摄像装置。本实施方式将上述第1至第5实施方式与上述第6实施方式组合起来。图17是固体摄像装置的受光部20的一部分区域的截面图。在图17中，为了使图面简单，也省略了栅极电极33和金属布线层6的一部分的图示。

如图所示，本实施方式的固体摄像装置所具备的微透镜44针对每个微透镜44具有一定的曲率，并且随着从受光部20的中央向端部延伸，曲率减小。另外，如在第1至第5实施方式中说明的那样，微透镜44的顶点P5与底面中心C5在水平方向上位于不同的位置上。

根据本实施方式的结构，可以同时得到在上述第1至第3实施方式中说明的(1)、(2)的效果和在第6实施方式中说明的(3)的效果。

如上所述，根据本发明第1至第5实施方式的固体摄像装置，使向光电二极管入射的入射光会聚的微透镜的入射面的曲率一定，且顶点在该微透镜的水平方向上位于偏离底面中心的位置上。因此，微透镜在从像素中心偏离的位置上具有焦点。因此，可以防止入射光被栅极电极等遮挡，从而可以抑制固体摄像装置的光灵敏度的降低。

另外，根据第6、第7实施方式的固体摄像装置，使微透镜的曲率在受光部的中央大、在端部小。结果，在光相对微透镜倾斜入射的受光部的端部，光也可以高效率地入射到光电二极管，从而可以抑制固体摄像装置的光灵敏度的降低。

在上述第1至第7实施方式中，曲率“一定”的用语例如允许如下的误差。图18是微透镜的截面图，表示入射光被会聚的状态。首先，如果设微透镜50相对光轴OP1左右对称(曲率R)(情形1)，则微透镜50的左侧及右侧的焦距都为f。因此，如果假定理想光学系统，则从微透镜50向光电二极管51射出的光线在一点相交。该点为焦点F6。

但是，微透镜相对光轴OP1左右非对称，设相对于光轴OP1，左侧的曲率为R、焦距为f，右侧的曲率为R’、焦距为f’(情形2)。这样，由微透镜52会聚的光线不在一点上相交。因此，在微透镜52的最右侧会聚的光和在最左侧会聚的光相交的部分，光线具有宽度x。该宽度x以下式表示。

x＝a·|f-f’|/(f+f’)

其中，a为微透镜52的半径。如果考虑到光为电磁波，则光本来就具有波长程度的宽度。因此，如果该宽度x为波长λ的程度，则认为在实用上没有问题。特别是在可见光传感器的情况下，如果x小于人的可见度最高的555nm，则微透镜50的曲率左右不同的影响小。即，最好满足：

x＝a·|f-f’|/(f+f’)＜λ(＝555nm)

当然，λ可以根据固体摄像装置的不同适当选择。另外，微透镜52的曲率半径与焦点的关系式用下式表示。

(1/f)＝(nL-1)/R

其中，nL为微透镜52的折射率。因此可以导出下式。

x＝a·|R-R’|/(R+R’)＜λ(＝555nm)

如果是以上的范围，则相当于上述实施方式中的“曲率一定”。

另外，微透镜也可以是如图19所示的柱面透镜5。而且，上述实施方式的微透镜可以使用图20所示的光掩模来制造。图20表示光掩模的平面图和透射率。在图中，斜线部分是遮光区域，空白所示的区域为透过光的区域。如图所示，将光掩模60的透射率设计成在其两端高、在从中央偏离一定宽度的部分最低。利用图21和图22说明使用该光掩模60的微透镜的制造方法。图21和图22是依次表示本实施方式的微透镜的制造工序的截面图。

首先，如图21所示，在绝缘膜61上涂布光致抗蚀剂62。然后，利用使用了光掩模60的照相平版印刷技术，使光致抗蚀剂62曝光。结果，光致抗蚀剂62在与光掩模60中透射率高的区域相对应的部分上被大部分除去，而在与透射率低的区域相对应的部分上几乎没有除去。即，如图22所示，光致抗蚀剂62的表面被加工成在从光掩模60的中央、即抗蚀剂62的中央偏离一定宽度的区域中具有顶点的球面形状。将该球面形状的抗蚀剂62用作在上述实施方式中说明的微透镜。

上述第3至第7实施方式也可以适用于象第2实施方式那样具有金属布线层和栅极的情况、或者虽然具有金属布线层但不具有栅极的情况。在具有金属布线层和栅极的情况下，通常将金属布线层设置在栅极的上层，因此更容易妨碍入射光。因此，微透镜的曲率最好比栅极更着重地考虑金属布线层来进行设计。

对于本领域技术人员而言，其它的优点和改进是显而易见的。因此，本发明在其更广泛的方面不限于这里示出和描述的具体细节和代表性实施方式。因此，在不脱离所附权利要求及其等同技术方案所限定的总的发明构思的精神或范围的情况下，可以进行各种改进。

Claims (18)

1、一种固体摄像装置，包括：

多个像素，设置在半导体基板上，并且包含对入射光进行光电变换的光检测部；以及

多个透镜，将上述入射光会聚到上述光检测部上，

其中，上述透镜分别在上述入射光的入射面上具有一定的曲率，并且上述透镜的上述入射面上的顶点与上述透镜的底面的中央在上述底面的水平方向上位于不同的位置上。

2.如权利要求1所述的装置，其中，

上述像素还包括：开关元件，该开关元件与上述光检测部相邻地设置，并且读出在上述光检测部中对上述入射光进行光电变换后得到的电荷，

相邻的上述像素被配置成彼此的上述开关元件相邻，

上述透镜针对每个上述像素设置，该透镜的顶点在上述光检测部与上述开关元件排列的方向上位于夹着该透镜的中心与上述开关元件相对的位置上。

3.如权利要求1所述的装置，还包括：

多个金属布线层，设置在上述半导体基板与上述透镜之间，

其中，上述透镜分别针对每个上述像素设置，该透镜的顶点的位置是，夹着包含上述光检测部的表面中心的上述半导体基板表面的垂线，与夹着上述垂线而相对的2个上述金属布线层中的、在上述半导体基板表面的水平方向上离上述垂线近的一个上述金属布线层相对。

4.如权利要求1所述的装置，其中，

位于二维配置有多个上述像素的受光面的中央部分的上述透镜的曲率大于位于上述受光面的周边部分的上述透镜的曲率。

5.如权利要求1所述的装置，其中，

上述透镜的各自的上述曲率满足下式的关系：

a·|R-R’|/(R+R’)＜555nm，

其中，a为上述透镜的半径，

R为夹着通过上述透镜的上述底面的中央的垂线而相对的一个上述入射面的曲率，并且

R’为夹着通过上述透镜的上述底面的中央的垂线而相对的另一个上述入射面的曲率。

6.一种固体摄像装置，包括：

多个像素，设置在半导体基板上，并且包含对入射光进行光电变换的光检测部；

单位元件，包含多个上述像素和输出与从该像素读出的信号电荷相对应的信息的信号输出部；

受光部，排列有多个上述单位元件；以及

多个透镜，在上述受光部上针对每个上述像素设置，并将上述入射光会聚到对应的上述像素的上述光检测部上，

其中，上述透镜在上述入射光的入射面上具有一定的曲率，并且上述透镜的上述入射面上的顶点与上述透镜的底面的中央在上述底面的水平方向上位于不同的位置上。

7.如权利要求6所述的装置，其中，

上述单位元件包含2个上述像素和由该2个上述像素共用的上述信号输出部，

上述信号输出部被配置在包含在同一个单位元件内的2个上述像素之间的区域中。

8.如权利要求6所述的装置，其中，

上述单位元件包含4个上述像素和由该4个上述像素共用的上述信号输出部，

包含在同一个上述单位元件内的4个上述像素被配置成(2×2)矩阵状，

上述信号输出部被配置在同一个上述单位元件内的上述像素的列间的区域中。

9.如权利要求6所述的装置，其中，

上述单位元件包含在上述受光部的面内的垂直方向上相邻的2个上述像素，并且在上述受光部内呈方格状地配置，

上述信号输出部从包含在同一个上述单位元件内的2个上述像素之间的区域起、跨过在水平方向上相邻的上述单位元件之间的区域而配置，

在倾斜方向上相邻的2个上述单位元件的各个任意的上述像素中包含的上述光检测部沿着同一水平线配置。

10.如权利要求6所述的装置，其中，

上述像素还包括：开关元件，该开关元件与上述光检测部相邻地设置，并且读出在上述光检测部中对上述入射光进行光电变换后得到的电荷，

相邻的上述像素被配置成彼此的上述开关元件相邻，

上述透镜的顶点在上述光检测部与上述开关元件排列的方向上位于夹着该透镜的中心与上述开关元件相对的位置上。

11.如权利要求6所述的装置，还包括：

多个金属布线层，设置在上述半导体基板与上述透镜之间，

其中，上述透镜的各自的顶点的位置是，夹着包含上述光检测部的表面中心的上述半导体基板表面的垂线，与夹着上述垂线而相对的2个上述金属布线层中的、在上述半导体基板表面的水平方向上离上述垂线近的一个上述金属布线层相对。

12.如权利要求6所述的装置，其中，

位于二维配置有多个上述像素的受光面的中央部分的上述透镜的曲率大于位于上述受光面的周边部分的上述透镜的曲率。

13.如权利要求6所述的装置，其中，

上述透镜的各自的上述曲率满足下式的关系：

a·|R-R’|/(R+R’)＜555nm，

其中，a为上述透镜的半径，

R为夹着通过上述透镜的上述底面的中央的垂线而相对的一个上述入射面的曲率，并且

R’为夹着通过上述透镜的上述底面的中央的垂线而相对的另一个上述入射面的曲率。

14.一种固体摄像装置，包括：

像素，设置在半导体基板上，并且包含对入射光进行光电变换的光检测部；

受光面，二维地配置有多个上述像素；以及

多个透镜，设置在上述受光面上，并将上述入射光会聚到上述光检测部上，

其中，上述透镜分别在上述入射光入射的入射面上具有一定的曲率，并且位于上述受光面的中央部分的上述透镜的曲率大于位于上述受光面的周边部分的上述透镜的曲率。

15.如权利要求14所述的装置，其中，

上述透镜的各自的上述入射面上的顶点与上述透镜的底面的中央在上述底面的水平方向上位于不同的位置上。

16.如权利要求15所述的装置，其中，

上述像素还包括：开关元件，该开关元件与上述光检测部相邻地设置，并且读出在上述光检测部中对上述入射光进行光电变换后得到的电荷，

相邻的上述像素被配置成彼此的上述开关元件相邻，

上述透镜针对每个上述像素设置，该透镜的顶点在上述光检测部与上述开关元件排列的方向上位于夹着该透镜的中心与上述开关元件相对的位置上。

17.如权利要求15所述的装置，还包括：

多个金属布线层，设置在上述半导体基板与上述透镜之间，

其中，上述透镜分别针对每个上述像素设置，该透镜的顶点的位置是，夹着包含上述光检测部的表面中心的上述半导体基板表面的垂线，与夹着上述垂线而相对的2个上述金属布线层中的、在上述半导体基板表面的水平方向上离上述垂线近的一个上述金属布线层相对。

18.如权利要求15所述的装置，其中，

上述透镜的各自的上述曲率满足下式的关系：

a·|R-R’|/(R+R’)＜555nm，

其中，a为上述透镜的半径，

R为夹着通过上述透镜的上述底面的中央的垂线而相对的一个上述入射面的曲率，并且

R’为夹着通过上述透镜的上述底面的中央的垂线而相对的另一个上述入射面的曲率。

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