JP2005311693A - Solid state imaging device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法、特に単板式のカラー固体撮像素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a single-plate color solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.
固体撮像素子としては、単板式のカラーCCD固体撮像素子やカラーCMOS型固体撮像素子などが広く知られている。図11に単板式のカラーCCD固体撮像素子の従来構造の概略断面の一例を示す。この単板式のカラーCCD固体撮像素子1は、例えばシリコン半導体基板2の撮像領域に画素となる受光部3がマトリックス状に配列される共に、各受光部列に対応して垂直転送レジスタ7が形成され、さらに撮像領域上に平坦化膜11を介して色フィルタ12及びオンチップレンズ13を形成して構成される。垂直転送レジスタ7は、基板2表面に形成した転送チャネル領域4上にゲート絶縁膜4を介して例えば多結晶シリコンからなる転送電極6を形成して構成される。基板2の表面上には、層間絶縁膜8を介して受光部3以外の垂直転送レジスタ7を含む領域に例えばアルミニウム(Al)またはタングステン(W)等による遮光膜9が形成され、更にプラズマシリコン窒化膜によるパッシベーション膜10、絶縁膜による平坦化膜11が形成される。そして平坦化膜11上に、各色フィルタ成分からなる色フィルタ12が形成され、この色フィルタ12上に各受光部3に対応したオンチップレンズ13が形成される。
As the solid-state imaging device, a single-plate color CCD solid-state imaging device, a color CMOS solid-state imaging device, and the like are widely known. FIG. 11 shows an example of a schematic cross section of a conventional structure of a single-plate color CCD solid-state imaging device. In the single-plate color CCD solid-
単板式のカラー固体撮像素子の場合、色フィルタ12はオンチップで形成しており、種類としては大きく分けて、原色系と補色系がある。原色系は色再現性が良く、補色系は色フィルタの透過率が高く感度に有利である。原色系フィルタ及び補色系フィルタは、それぞれ目的に応じて使い分けられている。図11は原色系フィルタ12の例を示しており、各赤(R)フィルタ成分12R,緑(G)フィルタ成分12G及び青(B)フィルタ成分12Bを有している。更に、フィルタ12の色配列にも様々なものがあり、代表的なものとしては、原色系フィルタ配列では、GストライプRB線順次、G市松RB線順次、RGB縦ストライプ等がある。一方、補色系フィルタ配列では、Ye・Cy・Mg・G色差線順次、Ye・G・Cy縦ストライプ、W・Ye・Cy縦ストライプ、等がある。いずれの色配列を採用しても、最終的にR/G/Bに色分離する為には、最低でも3色が必要で、一般的には1色1画素にて構成している。
In the case of a single-plate color solid-state imaging device, the
特許文献1には、センサの両端に近づくほどセンサのフィルタ/画素に対して光が斜めから入射されて混色(いわゆる色シェーディング)が発生するのを改善したカラーリニアイメージセンサが開示されている。
ところで、近年、固体撮像素子を用いたカメラセットの小型化に伴い、固体撮像素子の前面に配置される光学レンズとして、出射瞳距離(光学レンズ系を挟むで絞りと固体撮像素子間の距離に相当する)が短い短射出瞳レンズが多く用いられるようになって来ている。しかし、短射出瞳レンズを使用した場合、CCD固体撮像素子のシェーディング特性、すなわち輝度シェーディング特性、色シェーディング特性、スミアシェーディング特性の悪化が懸念されている。特に、1画素のセルサイズが3μm角から、最近では2.35μm角まで縮小されるのに伴い、シェーディング特性に悪化が顕著となっていて、この改善が急務となっている。1チップの中央部と周辺部、すなわち有効撮像領域の中央と周辺で、光学的な集光率が異なり、通常は周辺部で集光率が悪くなることである。 By the way, in recent years, with the downsizing of camera sets using solid-state image sensors, as an optical lens arranged in front of the solid-state image sensor, the exit pupil distance (the distance between the aperture and the solid-state image sensor across the optical lens system) The short exit pupil lens, which is equivalent), is often used. However, when the short exit pupil lens is used, there is a concern that the shading characteristics of the CCD solid-state imaging device, that is, the luminance shading characteristics, the color shading characteristics, and the smear shading characteristics are deteriorated. In particular, as the cell size of one pixel is reduced from a 3 μm square to a 2.35 μm square recently, the shading characteristics have been significantly deteriorated, and this improvement is an urgent need. The optical condensing rate is different between the central portion and the peripheral portion of one chip, that is, the central portion and the peripheral portion of the effective imaging region, and usually the condensing rate is deteriorated in the peripheral portion.
従来は、このシェーディング特性の改善に為に、図12に示すように、CCD固体撮像素子の周辺でオンチップレンズ13または色フィルタ12の光学中心を受光部3の中心よりチップ中心側にずらすという、射出瞳補正を行っている。射出瞳補正は、オンチップと色フィルタを同時に行う場合もあり、その補正値も任意にずらす場合もある。ただし、いずれの場合も出射瞳距離の変化量は、図13の直線IIに示す通りに中央から周辺(いわゆるチップ端)に向って直線的(リニア的)に変えている。しかしながら、最近はカメラセット、特に携帯用レンズモジュールや小型デジタルスチルカメラ等では、非球面レンズの採用が増え、受光部の瞳補正ではシェーディング特性の改善ができなくなっている。
Conventionally, in order to improve the shading characteristics, as shown in FIG. 12, the optical center of the on-
一方、球面レンズを用いた場合、原理的には出射瞳距離に変化量は直線的(リニア的)であるが、実際には厳格にみるとリニア的に変化していない場合がある。 On the other hand, when a spherical lens is used, in principle, the amount of change in the exit pupil distance is linear (linear), but in reality, it may not change linearly.
本発明は、上述に点に鑑み、特に短射出瞳レンズを使用するカメラセット等で問題化しているシェーディング特性の悪化を改善できるようにした固体撮像素子及びその製造方法を提供するものである。 In view of the above, the present invention provides a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same that can improve the deterioration of shading characteristics, which is a problem particularly in a camera set using a short exit pupil lens.
本発明に係る固体撮像素子は、使用するカメラセットの短射出瞳レンズに対応させて、オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量を、有効撮像領域の中央から周辺に向ってノンリニア的に変化させることを特徴とする。 The solid-state imaging device according to the present invention is configured so that the exit pupil correction amount of the on-chip lens or / and the color filter is nonlinear from the center to the periphery of the effective imaging region in correspondence with the short exit pupil lens of the camera set to be used. It is characterized by changing to.
使用するカメラセットの短射出瞳レンズとしては、非球面レンズを有する短射出瞳レンズを適用することができる。 As the short exit pupil lens of the camera set to be used, a short exit pupil lens having an aspheric lens can be applied.
本発明は、上記固体撮像素子において、オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量を、有効撮像領域の水平方向、垂直方向または垂直及び水平両方向のいずれかの方向でノンリニア的に変化させた構成とすることができる。
本発明は、上記固体撮像素子において、オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量を、有効撮像領域に中央から同心円的にノンリニア的に変化させた構成とすることができる。
According to the present invention, in the solid-state imaging device, the exit pupil correction amount of the on-chip lens or / and the color filter is changed nonlinearly in the horizontal direction, the vertical direction, or both the vertical and horizontal directions of the effective imaging region. Can be configured.
In the solid-state imaging device according to the present invention, the exit pupil correction amount of the on-chip lens and / or the color filter may be changed concentrically and nonlinearly from the center to the effective imaging region.
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、複数の受光部が配列された有効撮像領域上に色フィルタ及びオンチップレンズを形成する際に、使用するカメラセットの短射出瞳レンズに対応させて、オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量が有効撮像領域の中央から周辺に向ってノンリニア的に変化するように、前記色フィルタ及び前記オンチップレンズを形成することを特徴とする。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention corresponds to a short exit pupil lens of a camera set to be used when forming a color filter and an on-chip lens on an effective imaging region in which a plurality of light receiving units are arranged. The color filter and the on-chip lens are formed so that the exit pupil correction amount of the on-chip lens and / or the color filter changes nonlinearly from the center to the periphery of the effective imaging region.
本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量が有効撮像領域の水平方向、垂直方向または垂直及び水平両方向のいずれかの方向でノンリニア的に変化するように、色フィルタ及びオンチップレンズを形成することができる。
本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量が有効撮像領域に中央から同心円的にノンリニア的に変化するように、色フィルタ及び前記オンチップレンズを形成することができる。
According to the present invention, in the manufacturing method of the solid-state imaging device, the exit pupil correction amount of the on-chip lens or / and the color filter is nonlinear in the horizontal direction, the vertical direction, or both the vertical and horizontal directions of the effective imaging region. Color filters and on-chip lenses can be formed to vary.
The present invention provides a method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the exit pupil correction amount of an on-chip lens or / and a color filter changes concentrically and nonlinearly from the center to an effective imaging region. A lens can be formed.
本発明に係る固体撮像素子によれば、使用するカメラセットの短射出瞳レンズに対応させて、オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量を、有効撮像領域の中央から周辺に向ってノンリニア的に変化させることにより、有効撮像領域の全面で良好な集光が得られ、短射出瞳レンズを備えたカメラセットにおける感度シェーディング、色シェーディング、スミアシェーディング等のシェーディング特性をより改善することができる。
本発明では、特に、短射出瞳レンズとして非球面レンズを採用したときのシェーディング特性の悪化を改善することができる。
According to the solid-state imaging device according to the present invention, the exit pupil correction amount of the on-chip lens or / and the color filter is adjusted from the center to the periphery of the effective imaging region in correspondence with the short exit pupil lens of the camera set to be used. By changing in a non-linear manner, good focusing can be obtained over the entire effective imaging area, and the shading characteristics such as sensitivity shading, color shading, and smear shading in a camera set with a short exit pupil lens can be further improved. it can.
In the present invention, it is possible to improve the deterioration of shading characteristics particularly when an aspheric lens is adopted as the short exit pupil lens.
オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量を、有効撮像領域の水平方向、垂直方向または垂直及び水平両方向のいずれかの方向でノンリニア的に変化させた構成とすることにより、シェーディング特性の改善を図ることができる。水平方向でノンリニア的に変化さたときが最も効率良くシェーディング特性の改善が図れる。
オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量を、有効撮像領域に中央から同心円的にノンリニア的に変化させた構成とするときも、シェーディング特性の改善を図ることができる。
By adopting a configuration in which the exit pupil correction amount of the on-chip lens or / and the color filter is changed nonlinearly in the horizontal direction, the vertical direction, or both the vertical and horizontal directions of the effective imaging region, the shading characteristics are improved. Improvements can be made. The shading characteristic can be improved most efficiently when it changes in a non-linear manner in the horizontal direction.
Even when the exit pupil correction amount of the on-chip lens or / and the color filter is configured to be changed concentrically and nonlinearly from the center to the effective imaging region, the shading characteristics can be improved.
本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、使用するカメラセットの短射出瞳レンズに対応させて、オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量が有効撮像領域の中央から周辺に向ってノンリニア的に変化するように、色フィルタ及びオンチップレンズを形成することにより、有効撮像領域の全域で良好な集光が得られる。従って、感度シェーディング、色シェーディング、スミアシェーディング等のシェーディン特性がより改善され信頼性に優れた固体撮像素子を製造することができる。 According to the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the exit pupil correction amount of the on-chip lens and / or the color filter is changed from the center of the effective imaging region to the periphery in correspondence with the short exit pupil lens of the camera set to be used. By forming the color filter and the on-chip lens so as to change in a non-linear manner, it is possible to obtain good light collection over the entire effective imaging region. Therefore, it is possible to manufacture a solid-state imaging device having improved shading characteristics such as sensitivity shading, color shading, and smear shading and having excellent reliability.
オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量が有効撮像領域の水平方向、垂直方向または垂直及び水平両方向のいずれかの方向でノンリニア的に変化するように、色フィルタ及びオンチップレンズを形成することにより、シェーディング特性が改善された固体撮像素子を製造することができる。
オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量が有効撮像領域に中央から同心円的にノンリニア的に変化するように、色フィルタ及びオンチップレンズを形成することにより、シェーディング特性が改善された固体撮像素子を製造することができる。
Color filters and on-chip lenses are formed so that the exit pupil correction amount of on-chip lenses and / or color filters varies nonlinearly in the horizontal direction, vertical direction, or both vertical and horizontal directions of the effective imaging area. By doing so, a solid-state imaging device with improved shading characteristics can be manufactured.
Solids with improved shading characteristics by forming color filters and on-chip lenses so that the exit pupil correction amount of on-chip lenses and / or color filters changes concentrically and nonlinearly from the center to the effective imaging region An image sensor can be manufactured.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図2は、本発明に係る固体撮像素子を単板式のカラーCCD固体撮像素子に適用した場合の一実施の形態を示す。同図は有効撮像領域の中央と左右両端の画素部のみを示す要部の断面構造である。
本実施の形態に係るCCD固体撮像素子21は、半導体基板、例えばシリコン半導体基板(半導体基板上にエピタキシャル層を成長させた所謂エピタキシャル基板)22の撮像領域にマトリックス状に配列されるように画素となる複数の受光部23が形成されると共に、各受光部23列に対応して垂直転送レジスタ27が形成され、さらに撮像領域上に平坦化膜31を介して色フィルタ32及びその上にオンチップレンズ33を形成して構成される。
FIG. 2 shows an embodiment in which the solid-state imaging device according to the present invention is applied to a single-plate color CCD solid-state imaging device. This figure is a cross-sectional structure of the main part showing only the center of the effective imaging region and the pixel portions at both the left and right ends.
The CCD solid-
垂直転送レジスタ27は、基板表面に形成したチャネル領域24上にゲート絶縁膜25を介して例えば多結晶シリコンによる転送電極26を形成して構成される。基板表面上には、層間絶縁膜28、受光部23に開口29Aを有した遮光膜29が形成され、さらに例えばプラズマシリコン窒化膜によるパッシベーション膜30、平坦化膜31等が形成される。色フィルタ32としては、本例では赤色フィルタ成分32R、緑色フィルタ成分32G及び青色フィルタ成分32Bからなる原色系色フィルタが形成される。このような固体撮像素子21においては、有効撮像領域35の周辺における斜め光によるシェーディング特性を改善するために、有効撮像領域35の中心から周辺へ行くに従って、オンチップレンズ、色フィルタの中心を受光部中心より有効撮像領域中心側にずらす、いわゆる出射瞳補正がなされる。
The
そして、本実施の形態においては、特に、カメラセットに配置される短出射瞳レンズ、本例では非球面の短出射瞳レンズに対応すべく、その非球面のレンズ形状を反映して、有効撮像領域35の全面で良好な集光が得られるように、オンチップレンズ33、または色フィルタ32、またはオンチップレンズ33と色フィルタ32の両者の出射瞳補正量αを、図1の例えば下に凸の曲線Iで示すように、有効撮像領域35の中央から周辺に向って非直線的(ノンリニア的)に変化させるように成す。すなわち、従来のリニア的な出射瞳補正に代えて、ノンリニア的な出射瞳補正をする。
In the present embodiment, in particular, effective imaging is performed by reflecting the shape of the aspheric lens so as to correspond to the short exit pupil lens arranged in the camera set, in this example, the aspheric short exit pupil lens. The exit pupil correction amount α of the on-
当然、このノンリニア的な出射瞳補正は、オンチップレンズ33単独でも良いし、または色フィルタ32単独でも良いし、更にオンチップレンズ33と色フィルタ32の両方でも良い。オンチップレンズと色フィルタの両方の場合は、出射瞳補正量の変化が両者で同じであっても、違っていても良い。
Of course, this non-linear exit pupil correction may be performed by the on-
また、有効撮像領域の中央から周辺への出射瞳補正量αの変化の仕方としては、図3に示すように、有効撮像領域35の中央から画面垂直方向A、画面水平方向B、画面対角方向Cへ、単独で変化させても良いし、方向A,B及びCの任意の組み合わせで変化させても良い。これら単独あるいは組み合わせは、使用するカメラセットの短出射瞳レンズ(光学レンズ)、すなわちセットレンズによって選択する。射出瞳補正量αは、特に、画面水平方向Bへ変化させることが好ましい。更に、上記出射瞳補正量αの変化は、有効撮像領域35中央から周辺に向けて、同心円状に変化させても良い。
Further, as a method of changing the exit pupil correction amount α from the center of the effective imaging region to the periphery, as shown in FIG. 3, the screen vertical direction A, the screen horizontal direction B, and the screen diagonal from the center of the
図4は、ノンリニア的な出射瞳補正をオンチップレンズ33単独で行った例を示す。受光部中心101に対するオンチップレンズ33の出射瞳補正量αはノンリニア的に変化させている。このとき、色フィルタ32は、図4に示すように、有効撮像領域の全域において色フィルタ中心と受光部中心101を一致させても良く(特に受光部23と色フィルタ32間の距離が短いとき)、あるいは図示せざるも、有効撮像領域の中央から周辺に向って受光部中心101に対する色フィルタ32の出射瞳補正量をリニア的に変化させても良い。
FIG. 4 shows an example in which nonlinear exit pupil correction is performed by the on-
図5は、ノンリニア的な出射瞳補正を色フィルタ32単独で行った例を示す。受光部中心101に対する色フィルタ32の出射瞳補正量αはノンリニア的に変化させている。このとき、オンチップレンズ33は、図5に示すように、有効撮像領域の中央から周辺に向って受光部中心101に対するオンチップレンズ33の出射瞳補正量γをリニア的に変化させてもよい。
FIG. 5 shows an example in which nonlinear exit pupil correction is performed by the
図6はノンリニア的な出射瞳補正をオンチップレンズ33及び色フィルタ32の両者で行い、かつ出射瞳補正量αの変化をオンチップレンズ33と色フィルタ32を同じに(すなわち有効撮像領域の全域でオンチップレンズ中心と色フィルタ成分中心が一致)している。すなわち、受光部中心101に対するオンチップレンズ33及び色フィルタ32の出射瞳補正量αはノンリニア的に変化させている。
In FIG. 6, nonlinear exit pupil correction is performed by both the on-
図7は、ノンリニア的な出射瞳補正をオンチップレンズ33及び色フィルタ32の両者で行い、かつ出射瞳補正量の変化をオンチップレンズと色フィルタとの間で違えた例である。すなわち、受光部中心101に対する色フィルタ32の出射瞳補正量αはノンリニア的に変化させ、色フィルタ中心102に対してもオンチップレンズ中心103の出射瞳補正量βをリニア的、あるいはノンリニア的に変化させている。なお、入射する光の波長によりオンチップレンズ33以下の各層での屈折率が異なる。このため、上記のオンチップレンズ33と色フィルタ32間で出射瞳補正を行う構成は、この屈折率の違いを微調整してシェーディング特性のさらなる改善を可能にする。こ場合、色フィルタ成分毎に出射瞳補正量を調節する。
FIG. 7 shows an example in which nonlinear exit pupil correction is performed by both the on-
次に、図8〜図10を用いて上述した本発明に係るCCD固体撮像素子の製造方法の一実施例を説明する。 Next, an embodiment of the method for manufacturing the CCD solid-state imaging device according to the present invention described above will be described with reference to FIGS.
図8A〜図9Gまでは1画素に対応した受光部及び垂直転送レジスタの製造工程である。この固体撮像素子は製造工程で混入する金属不純物を除去するゲッター作用を有するものである。
先ず、図8Aに示すようにCZ(チョクラルスキー)法で形成したシリコン単結晶からから切り出した第1導電型のCZ基板41を用意し、この基板41の一表面に絶縁膜42を介して炭素をイオン注入して表面から所要の深さ位置にゲッターシンクとして働く炭素注入領域43を形成する。
本例では、リン(P)ドープにn型基板で比抵抗が8〜12Ωcm、直径200mmのCZ基板41を用意し、その一表面にRCA洗浄後1000℃のドライ酸化による膜厚20nmの熱酸化膜(シリコン酸化膜)42を形成する。続いて、熱酸化膜42を介してミラー表面から、160keVの加速エネルギー及び1×1015cm−2のドーズ量で炭素を導入して炭素注入領域43を形成する。このときの炭素の投影射程距離は約0.36μm程度であり、ピーク濃度は約5×1018cm-3程度である。この炭素がゲッターシンクとして働き、製造工程で混入する金属不純物を除去する。次に、1000℃、10分のアニールを施す。この結果、図8Aに示すように、CZ基板41のミラー表面よりも深い位置にピーク濃度を有する炭素注入領域43が形成される。
8A to 9G show a manufacturing process of a light receiving unit and a vertical transfer register corresponding to one pixel. This solid-state imaging device has a getter function for removing metal impurities mixed in in the manufacturing process.
First, as shown in FIG. 8A, a first conductivity
In this example, a
その後、図8Bに示すように、表面の絶縁膜42を除去して基板41上にエピタキシャル層44を成長させてエピタキシャル基板21を形成する。
本例では、熱酸化膜42をHF溶液を含む溶液で除去し、SiHClガスを用いて1100℃程度の温度で、比抵抗が40〜50Ωcmのリン(P)ドープのn型シリコンエピタキシャル層44をミラー面上に8μmの厚さに成長させてエピタキシャル基板21を完成させる。
Thereafter, as shown in FIG. 8B, the
In this example, the
次に、図8Cに示すように、第1導電型のエピタキシャル層44に第2導電型の第1の半導体ウェル領域45を形成する。
本例では、n型シリコンエピタキシャル層44に第1のp型半導体ウェル領域45を形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, the second conductivity type first
In this example, a first p-type
次に、図8Dに示すように、第1の第2導電型半導体ウェル領域45に、第2の第2導電型半導体ウェル領域46及びその上の第1導電型の転送チャネル領域24、また第2導電型のチャネルストップ領域47を形成し、基板表面にゲート絶縁膜25を形成する。
本例では、第1のp型半導体ウェル領域45の表面上にシリコン酸化膜(Si02 )とシリコン窒化膜(SiN)とシリコン酸化膜(SiO2)の3層構造のゲート絶縁膜25を形成し、第1のp半導体ウェル領域45内にn型及びp型不純物を選択的にイオン注入して、垂直転送レジスタを構成するn型転送チャネル領域24と、p型チャネルストップ領域47と、第2のp型半導体ウェル領域46をそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIG. 8D, in the first second conductivity type
In this example, a silicon oxide film (Si0 2) and the
次に、図9Eに示すように、転送電極となる導電層を形成した後、フォトレジストを用いて選択的にエッチング除去し、転送電極26を形成する。本例では多結晶シリコンにより転送電極26を形成する。
Next, as shown in FIG. 9E, after forming a conductive layer to be a transfer electrode, the
次に、図9Fに示すように、第1の第2導電型半導体ウェル領域45内に第1導電型の半導体領域49を形成し、第2導電型半導体ウェル領域45と第1導電型半導体領域49とのpn接合によるフォトダイオードで受光部(光電変換変化部)23を形成する。さらに第1導電型半導体領域49とゲート絶縁膜25の界面に第2導電型アキミュレーション領域50を形成する。
本例では、n型不純物拡散領域49が形成され、このn型不純物拡散領域49とp型半導体ウェル領域45とのpn接合jによるフォトダイオードPDによって受光部23が構成される。また、n型不純物拡散領域49とゲート絶縁膜25との界面にp型の正電荷蓄積領域50が形成される。
Next, as shown in FIG. 9F, a first conductivity
In this example, an n-type
次に、図9Gに示すように、転送電極26を被覆するように層間絶縁膜51を介して遮光膜29を形成する。この遮光膜29は受光部23を除く他部全域に形成する。遮光部29は、例えばアルミニウム(Al)膜またはタングステン(W)膜で形成することができる。受光部23と垂直転送レジスタ27との間に読出しゲート部が形成される。
Next, as shown in FIG. 9G, a
図9Eにおいて、転送電極26下の絶縁膜25は、SiO2 /SiN/SiO2膜(ONO膜)構造となっているが、受光部23表面のみは付け直してシリコン酸化(SiO2 )膜としている。但し、本発明はこの構造に限定されるものでなく、例えば、受光部23のシリコン酸化(SiO2)膜上の一部あるいは全面に反射防止膜として、シリコン窒化(SiN)膜を有する場合にも有効である。またこの固体撮像素子はn型シリコンエピタキシャル基板21に形成されたp型半導体ウェル領域45の表面にn型不純物領域49を形成して、p型半導体ウェル領域45とn型不純物拡散領域49とのpn接合によってフォトダイオードを形成するタイプである。
In FIG. 9E, the insulating
次に、図10H〜図10Kの工程に続く。図10H〜図10Kでは、撮像領域の中央画素と右端部の画素の両方の断面構造を示している。
すなわち、図10Hに示すように、遮光膜29上にパッシベーション膜、例えばプラズマシリコン窒化膜(PーSiN膜)を形成し後、平坦化膜31を形成する。次いで色フィルタを形成する。本例では原色系色フィルタ32を形成する。即ち、図 Hで緑色フィルタ成分32Gを形成する。この緑色フィルタ成分32Gは、全面にレジスト系のカラーレジスト膜を塗布した後、露光、現像によりパターニングして形成する。緑色フィルタ成分32Gの形成に際して、有効撮像領域の中央から周辺に向って受光部23の光学中心101と緑色フィルタ成分32Gの中心102とをずらし、出射瞳補正量61を確保する。この出射瞳補正量61は図1の曲線Iで示すように、有効撮像領域の中央から周辺に向ってノンリニア的に変化するようになす。この例では、有効撮像領域周辺側から中央側に緑色フィルタ32Gの中心102をずらしている。このずらしは、露光する際のレチクル(光学マスク)上に所望のずらしパターンを形成することで実現する。
Next, the process of FIGS. 10H to 10K is continued. 10H to 10K show cross-sectional structures of both the center pixel and the right end pixel of the imaging region.
That is, as shown in FIG. 10H, after a passivation film, for example, a plasma silicon nitride film (P-SiN film) is formed on the
次に、図10Iに示すように、青色フィルタ成分32Bを同様にして形成する。
次に、図10Jに示すように、赤色フィルタ成分32Rを同様にして形成する。このようにして、赤色、緑色及び青色の各フィルタ成分32R,32G,32Bからなる色フィルタ32を形成する。
Next, as shown in FIG. 10I, the
Next, as shown in FIG. 10J, the
次に、図10Kに示すように、色フィルタ32上にオンチップレンズ33を形成する。このレンズ形状は、レジストのリフローによるエッチバック法でもよいし、その他の方法でも構わない。また、本例ではオンチップレンズ33の中心103を色フィルタ32の中心102に対して有効撮像領域の中央側にずらして、オンチップレンズ33と色フィルタ32との間で出射瞳補正量62を形成する。この出射瞳補正量62は図1の曲線Iに沿ってノンリニア的に変化させても良く、あるいは図 の直線IIIに沿ってリニア的に変化させても良い。このようにして、使用するカメラセットの非球面の短出射瞳レンズに対応してノンリニア的な出射瞳補正を可能にしたCCD固体撮像素子21を得る。
Next, as shown in FIG. 10K, an on-
なお、上例では、n型シリコンエピタキシャル基板上に形成されたp型半導体ウェル領域45の表面にn型不純物拡散領域49を形成してp型半導体ウェル領域45とn型不純物拡散領域49とのpn接合によってフォトダイオード(PD)を形成したが、その他、p型のシリコンエピタキシャル基板にn型不純物拡散領域を形成してフォトダイオード(PD)を形成する場合にも、本発明は適用できる。
In the above example, an n-type
上述した本実施の形態に係るCCD固体撮像素子21によれば、使用するカメラセットの非球面の短出射瞳レンズに対応して、オンチップレンズ33単独、または色フィルタ32単独、またはオンチップレンズ33及び色フィルタ32の両方の出射瞳補正量を、図
の曲線で示すような、有効撮像領域の中央から周辺に向ってノンリニア的に変化させることにより、感度シェーディング、色シェーディング、スミアシェーディングなどのシェーディング特性を改善することができる。
According to the CCD solid-
入射する光の波長により屈折率が異なるために、図7に示すように、オンチップレンズ33と色フィルタ32との間でも、出射瞳補正を行うことにより、微調整を行ってさらにシェーディング特性の改善が図れることができる。
従って、本実施の形態のCCD固体撮像素子は、短出射瞳レンズを備えたカメラセットの撮像素子に適用して好適ならしめる。
Since the refractive index varies depending on the wavelength of the incident light, as shown in FIG. 7, the exit pupil correction is performed between the on-
Therefore, the CCD solid-state imaging device of this embodiment can be suitably applied to an imaging device of a camera set having a short exit pupil lens.
なお、上例では、非球面の短出射瞳レンズに対応して、オンチップレンズまたは/及び色フィルタの出射瞳補正量を、図1の下に凸の曲線Iに沿うようにノンリニア的に変化させた構成としたが、その他、かかる出射瞳補正量を、例えば短出射瞳レンズの構成、その他の構成要素に応じて上に凸の曲線に沿うようにノンリニア的に変化させた構成とすることも可能である。 In the above example, the exit pupil correction amount of the on-chip lens and / or the color filter is nonlinearly changed along the convex curve I in FIG. 1 corresponding to the aspherical short exit pupil lens. In addition, the exit pupil correction amount is changed nonlinearly so as to follow an upwardly convex curve according to, for example, the configuration of the short exit pupil lens and other components. Is also possible.
本発明は、1画素に対応して層内レンズを単数、あるいは複数有するCCD固体撮像素子、縦型オーバーフローバリアを形成した後にエピタキシャル層を形成し、近赤外線にも感度を持つCCD固体撮像素子、さらには紫外線に透過性を有する膜のみにて受光部を形成したCCD固体撮像素子にも、適用することができる。
上例では、CCCD固体撮像素子に適用したが、その他の固体撮像素子、例えばCMOS型固体撮像素子、増幅型固体撮像素子(例えば画素MOSトランジスタを有する増幅型固体撮像素子など)にも本発明は適用することができ、十分な効果が期待される。
The present invention provides a CCD solid-state imaging device having one or a plurality of in-layer lenses corresponding to one pixel, a CCD solid-state imaging device having an epitaxial layer after forming a vertical overflow barrier and having sensitivity to near infrared rays, Furthermore, the present invention can also be applied to a CCD solid-state imaging device in which a light receiving portion is formed only by a film that is permeable to ultraviolet rays.
In the above example, the present invention is applied to a CCCD solid-state image pickup device. It can be applied and a sufficient effect is expected.
21・・固体撮像素子、22・・半導体基板、23・・受光部、24・・チャネル領域、25・・ゲート絶縁膜、26・・転送電極、27・・垂直転送レジスタ、28・・層間絶縁膜、29・・遮光膜、30・・パッシベーション膜、31・・平坦化膜、32・・色フィルタ、33・・オンチップレンズ、35・・有効撮像領域、α、β、γ・・射出瞳補正量
21..Solid-state image sensor, 22..Semiconductor substrate, 23..Light receiving part, 24..Channel region, 25..Gate insulating film, 26..Transfer electrode, 27..Vertical transfer register,.
Claims (7)
ことを特徴とする固体撮像素子。 A solid body characterized in that the exit pupil correction amount of the on-chip lens or / and the color filter is changed nonlinearly from the center of the effective imaging area toward the periphery in correspondence with the short exit pupil lens of the camera set to be used. Image sensor.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the short exit pupil lens includes an aspheric lens.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 The exit pupil correction amount of the on-chip lens or / and color filter is changed non-linearly in either the horizontal direction, the vertical direction, or both the vertical and horizontal directions of the effective imaging region. Solid-state image sensor.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an exit pupil correction amount of the on-chip lens and / or the color filter is changed concentrically and nonlinearly from the center to an effective imaging region.
使用するカメラセットの短射出瞳レンズに対応させて、オンチップレンズまたは/及び色フィルタの射出瞳補正量が有効撮像領域の中央から周辺に向ってノンリニア的に変化するように、前記色フィルタ及び前記オンチップレンズを形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 When forming a color filter and an on-chip lens on an effective imaging region in which a plurality of light receiving units are arranged,
In correspondence with the short exit pupil lens of the camera set to be used, the color filter and the on-chip lens or / and the color filter so that the exit pupil correction amount of the color filter changes nonlinearly from the center to the periphery of the effective imaging region. The on-chip lens is formed. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項5記載の固体撮像素子の製造方法。 The color filter and the on-chip so that the exit pupil correction amount of the on-chip lens and / or the color filter varies nonlinearly in the horizontal direction, the vertical direction, or both the vertical and horizontal directions of the effective imaging region. 6. A method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, wherein a lens is formed.
ことを特徴とする請求項5記載の固体撮像素子の製造方法。 The color filter and the on-chip lens are formed so that an exit pupil correction amount of the on-chip lens and / or color filter changes concentrically and nonlinearly from the center to an effective imaging region. 6. A method for producing a solid-state imaging device according to 5.
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