JP2000036587A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JP2000036587A JP10204573A JP20457398A JP2000036587A JP 2000036587 A JP2000036587 A JP 2000036587A JP 10204573 A JP10204573 A JP 10204573A JP 20457398 A JP20457398 A JP 20457398A JP 2000036587 A JP2000036587 A JP 2000036587A
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    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
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    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系の歪み等によって生じる入射光量の差
を受光素子側で吸収すること。 【解決手段】 本発明は、複数の受光素子１１、１２が
配列され、光学系を介して入射される光を複数の受光素
子１１、１２で光電変換する固体撮像素子１であり、こ
の複数の受光素子１１、１２の各受光部面積を、均一な
光量の光が光学系に入射された場合に生じる受光素子の
配置位置に応じた光量の差を相殺する大きさに各々設定
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の受光素子が
配列され、レンズやフィルタ等の光学系を介して受光し
た光を光電変換する固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤリニアセンサー、ＣＣＤエリアセ
ンサーには、複数の受光素子が所定の配列（例えば、列
状やマトリクス状）で配置され、対象画像からの光をレ
ンズ等の光学系を介して受光し、光電変換して対象画像
からの光に対応した画像信号を得るようにしている。
【０００３】また、単板式のカラー画像に対応した固体
撮像素子では、波長の異なる光に対してフィルタ技術に
より受光素子毎に特性の異なった信号を得るようにして
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体撮像素子においては、均一なサイズの受光素子を配
列し、所定フォーマット（例えば、テレビジョンフォー
マット）の画像信号を得るようにしていることから、製
造上の問題から生じる各受光素子の感度差や、光学系の
特性によって生じる受光素子の配置位置に応じた光量の
差が光電変換した際の信号のばらつきとなって現れてし
まう。
【０００５】例えば、受光素子の配置位置における中央
部分は光学系による光の歪みが少なく、受光面に対して
垂直な光軸をもっているが、周辺部では屈折や歪みによ
って受光面に対して垂直な光軸を得にくい構造となる。
【０００６】また、同じ光量でもカラー化のための色フ
ィルタを通過することで、波長による光量の差が生じ、
光電変換効率の差が発生して結果的に出力信号量に差が
出てしまう。このため、固体撮像素子で得た信号を後段
の処理回路で補正する必要が生じることになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成された固体撮像素子である。すなわ
ち、本発明は、複数の受光素子が配列され、光学系を介
して入射される光を複数の受光素子で光電変換する固体
撮像素子であり、この複数の受光素子の各受光部面積
を、均一な光量の光が光学系に入射された場合に生じる
受光素子の配置位置に応じた光量の差を相殺する大きさ
に各々設定したものである。
【０００８】このような本発明では、複数の受光素子の
各受光部面積を、均一な光量の光が光学系に入射された
場合に生じる受光素子の配置位置に応じた光量の差を相
殺する大きさに各々設定していることで、各受光素子で
光電変換して得る信号量を結果的に均一にすることがで
きるようになる。
【０００９】また、本発明は、複数の受光素子が配列さ
れ、光学系を介して入射される光を前記複数の受光素子
の各々に対応して設けられた遮光膜開口部を介して受光
し、光電変換する固体撮像素子であり、この複数の受光
素子の各々に対応して設けられた遮光膜開口部の面積
を、均一な光量の光が光学系に入射された場合に生じる
受光素子の配置位置に応じた光量の差を相殺する大きさ
に各々設定したものである。
【００１０】このような本発明では、複数の受光素子の
各々に対応して設けられた遮光膜開口部の面積を、均一
な光量の光が光学系に入射された場合に生じる受光素子
の配置位置に応じた光量の差を相殺する大きさに各々設
定していることで、各受光素子で光電変換して得る信号
量を結果的に均一にすることができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の固体撮像素子にお
ける実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明
の固体撮像素子における第１実施形態を説明する模式図
である。すなわち、第１実施形態における固体撮像素子
１は、複数の受光素子１１、１２が縦横にマトリクス状
に配列され、各受光素子１１によって受光量に応じた光
電変換を行い画像信号を出力するものであり、特に、そ
の中央部分の受光素子１１における受光部面積より周辺
部分の受光素子１２における受光部面積の方が大きくな
っている。
【００１２】通常、固体撮像素子１は、光学系を介して
光が入射され、その入射光に応じた光電変換を行ってい
る。しかし、レンズなどの光学系では、その周辺部分に
歪みが生じており、固体撮像素子１の周辺部分に入射さ
れる光の光軸が垂直にはなり難い。このため、同じ光量
の光が光学系に入射される場合であっても、固体撮像素
子１によって光電変換して得た信号の大きさにばらつき
が生じてしまう。このばらつきは光学系の歪みに依存す
る。
【００１３】そこで、本実施形態のように、光学系の歪
みによる光電変換後の信号量のばらつきを予め考慮し、
固体撮像素子１の中央部分の受光素子１１における受光
部面積より周辺部分の受光素子１２における受光部面積
の方を大きくしておく。これにより、中央部分より周辺
部分の方が受光量が多くなり、光学系に歪みがあっても
光電変換後の信号量においてはそれを相殺して一定の信
号量を得ることができるようになる。
【００１４】また、固体撮像素子１を製造する場合、フ
ォトリソグラフィー技術を用いているが、その際、露光
装置による露光量のばらつきでも受光素子の受光特性に
差が生じる。例えば、露光装置で用いられるレンズ系に
おいて、そのレンズ系の中央部分を通過する光と周辺部
分を通過する光とで露光量が異なっている。
【００１５】本実施形態では、この露光量の違いによる
受光特性の差を吸収する観点から、図１に示すように、
固体撮像素子１の中央部分の受光素子１１における受光
部面積より周辺部分の受光素子１２における受光部面積
の方を大きくする。これにより、露光装置での露光量の
違いで、形成される受光素子に特性のばらつきがあって
も、光電変化後の信号量においてはそれを相殺して一定
の信号量を得ることができるようになる。
【００１６】なお、上記第１実施形態においては、固体
撮像素子１の受光素子１２における受光部面積を大小２
種類にしているが、光学系や露光装置の特性の違いによ
っては、３種類以上の段階を持たせて大きさを変えるよ
うにしてもよい。
【００１７】図２は本発明の第２実施形態を説明する模
式図である。すなわち、第２実施形態における固体撮像
素子１は、中央部分の受光素子における受光部面積と周
辺部分の受光素子における受光部面積とを変える点で第
１実施形態と同様であるが、中央部分から周辺部分に向
けて受光素子１１、…、１ｍ、１ｎの受光部面積を徐々
に大きくしている点で相違する。
【００１８】通常、使用する光学系や製造時の露光装置
におけるレンズ系の特性は、中央部分から周辺部分にか
けて徐々に変化する。本実施形態では、このようなレン
ズ系の特性に対応するため、固体撮像素子１の中央部分
から周辺部分に向けて受光素子１１、…、１ｍ、１ｎの
受光部面積を徐々に大きくするよう設定している。
【００１９】これにより、使用する光学系や露光装置の
レンズ系の特性に対応した受光部面積を設定でき、同じ
光量の入射光があった場合、使用する光学系で光量のば
らつきが生じても、受光素子１１、…、１ｍ、１ｎで光
電変換して得た信号量では一定にすることが可能とな
る。
【００２０】図３は本発明の第３実施形態を説明する模
式図、図４は本発明の第４実施形態を説明する模式図で
ある。先に説明した第１、第２実施形態では、ともに受
光素子１１、１２の受光部面積が相似形であったが、第
３、第４実施形態では、受光素子１１、１２の受光部面
積が非相似形となっている。
【００２１】すなわち、図３に示す第３実施形態では、
固体撮像素子１の中央部分の受光素子１１における受光
部形状が略三角形、周辺部分の受光素子１２における受
光部形状が略扇形となっている。これにより、固体撮像
素子１の中央部分の受光素子１１における受光部面積よ
り、周辺部分の受光素子１２における受光部面積の方が
大きくなっている。
【００２２】また、図４に示す第４実施形態では、固体
撮像素子１の中央部分の受光素子１１における受光部形
状が長方形、周辺部分の受光素子１２における受光部形
状が正方形になっている。これにより、固体撮像素子１
の中央部分の受光素子１１における受光部面積より、周
辺部分の受光素子１２における受光部面積の方が大きく
なっている。
【００２３】いずれの場合であっても、使用する光学系
の特性や製造時に使用する露光装置のレンズ系の特性な
どに合わせて受光素子１１、１２の受光部面積および形
状を設定する。
【００２４】これによって、使用する光学系や露光装置
のレンズ系の特性によって生じる光量のばらつきを、受
光素子１１、１２の受光量の差で吸収し、光電変換で得
る信号量のばらつきを抑制できるようになる。
【００２５】上記説明した第１〜第４実施形態では、い
ずれも受光素子１１、１２の受光部面積を変える例を示
したが、受光部面積は一定でも受光素子１１、１２の上
に形成する遮光膜の開口部面積を変えることで対応する
ことも可能である。
【００２６】図５は本発明の第５実施形態を説明する模
式図で、遮光膜の開口部面積によって受光量を調整する
例である。すなわち、この実施形態における固体撮像素
子１では、中央部分の受光素子１１および周辺部分の受
光素子１２ともに同じ受光部面積となっているが、中央
部分の受光素子１１の上に形成する遮光膜２１の開口部
面積より、周辺部分の受光素子１２の上に形成する遮光
膜２２の開口部面積の方が大きくなっている。
【００２７】このように遮光膜２１、２２の開口部面積
を変えることで、中央部分の受光素子１１より周辺部分
の受光素子１２の方が受光量を多くなり、使用する光学
系や露光装置のレンズ系の特性によって生じる光量のば
らつきを、光電変換して得る信号量において相殺できる
ようになる。
【００２８】特に、第５実施形態のように、受光素子１
１、１２の受光部面積は一定で、遮光膜２１、２２の開
口部面積で受光量を設定するようにすれば、受光素子１
１、１２を形成する工程までは一定で、使用する光学系
や製造装置により発生する光量のばらつきに応じて開口
部面積を決定した遮光膜２１、２２を形成することがで
き、細かい対応をすることが可能となる。
【００２９】なお、第５実施形態に示す遮光膜２１、２
２の開口部面積で各受光素子１１、１２の受光量を設定
する例は図５に示すものに限定されない。例えば、図２
に示す第２実施形態と同様な要領で、遮光膜の開口部面
積を固体撮像素子１の中央部分から周辺部分にかけて徐
々に大きくしたり、図３および図４に示す第３、第４実
施形態と同様な要領で、遮光膜の開口部形状を非相似形
にしてもよい。
【００３０】また、上記説明したいずれの実施形態で
も、固体撮像素子１の中央部分より周辺部分の方が受光
素子の受光部面積（または遮光膜の開口部面積）を大き
くする例を示したが、使用する光学系や露光装置の特性
によっては、反対に中央部分より周辺部分の方が受光素
子の受光部面積（または遮光膜の開口部面積）が小さく
なるようにしてもよい。
【００３１】すなわち、均一な光量の光が光学系に入射
された場合に生じる受光素子の配置位置に応じた光量の
差を相殺できるよう、各受光素子の受光部面積（または
遮光膜の開口部面積）を設定すればよい。
【００３２】さらに、カラー画像対応の固体撮像素子１
の場合、各受光素子の上に例えば、Ｒ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）に対応したカラーフィルタが所定の配
列で取り付けられているが、その各色のフィルタを通過
することで、波長による光量の差が生じ、受光量の差と
なって現れる。これを吸収するため、本実施形態を適用
し、カラーフィルタの特性に合わせて最終的な受光量
（光電変換による信号量）が一定となるよう、カラーフ
ィルタの色に対応して受光素子の受光部面積または遮光
膜の開口部面積に差を持たせるようにしてもよい。
【００３３】これにより、一定光量の光が入射された場
合、カラーフィルタの色の特性によって生じる通過光量
にばらつきがあっても、受光素子で光電変換して得た光
量にはばらつきを発生させずに済むことになる。
【００３４】つまり、カラーフィルタの色による光量の
違いを受光素子での光電変換の段階で一定にすることが
でき、固体撮像素子１で受光して得た信号を、後段の回
路で補正する、例えば、ガンマ補正などの処理を行う必
要がなくなる。
【００３５】なお、上記各実施形態では、いずれも複数
の受光素子が縦横にマトリクス状に配列されたエリアセ
ンサーを例として説明したが、本発明は複数の受光素子
が列状に並ぶリニアセンサーの場合であっても同様に適
用可能である。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
素子によれば次のような効果がある。すなわち、本発明
では、使用する光学系の特性に起因する入射光量の差や
製造時に生じる受光素子の感度差を、受光素子の受光部
面積または遮光膜の開口部面積を変えることで吸収し、
均一な光量の光が入射された場合には常に一定の信号量
を得ることが可能となる。また、光学系の歪みやカラー
フィルタによる透過光量の違いを受光素子側で吸収で
き、後段の電気的な補正回路を簡素化することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を説明する模式図であ
る。
【図２】本発明の第２実施形態を説明する模式図であ
る。
【図３】本発明の第３実施形態を説明する模式図であ
る。
【図４】本発明の第４実施形態を説明する模式図であ
る。
【図５】本発明の第５実施形態を説明する模式図であ
る。
【符号の説明】
１…固体撮像素子、１１…受光素子、１２…受光素子、
２１…遮光膜、２２…遮光膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の受光素子が配列され、光学系を介
    して入射される光を前記複数の受光素子で光電変換する
    固体撮像素子において、 前記複数の受光素子の各受光部面積は、均一な光量の光
    が前記光学系に入射された場合に生じる受光素子の配置
    位置に応じた光量の差を相殺する大きさに各々設定され
    ていることを特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項２】 前記複数の受光素子における各受光部面
    積は、受光素子の配置位置における中央部分より周辺部
    分の方が大きいことを特徴とする請求項１記載の固体撮
    像素子。
  3. 【請求項３】 前記複数の受光素子における各受光部面
    積は、受光素子の配置位置における中央部分から周辺部
    分に向けて徐々に大きくなっていることを特徴とする請
    求項１記載の固体撮像素子。
  4. 【請求項４】 複数の受光素子が配列され、光学系を介
    して入射される光を前記複数の受光素子の各々に対応し
    て設けられた遮光膜開口部を介して受光し、光電変換す
    る固体撮像素子において、 前記複数の受光素子の各々に対応して設けられた遮光膜
    開口部の面積は、均一な光量の光が前記光学系に入射さ
    れた場合に生じる受光素子の配置位置に応じた光量の差
    を相殺する大きさに各々設定されていることを特徴とす
    る固体撮像素子。
  5. 【請求項５】 前記複数の受光素子の各々に対応して設
    けられた遮光膜開口部の面積は、受光素子の配置位置に
    おける中央部分より周辺部分の方が大きいことを特徴と
    する請求項４記載の固体撮像素子。
  6. 【請求項６】 前記複数の受光素子の各々に対応して設
    けられた遮光膜開口部の面積は、受光素子の配置位置に
    おける中央部分から周辺部分に向けて徐々に大きくなっ
    ていることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子。
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