JP2005347709A - 固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】 入射した光を無駄なく利用することができる固体撮像素子を提供する。
【解決手段】 半導体基体1内に光電変換素子4が形成され、半導体基体1上に、光電変換素子4からの信号電荷を読み出す回路5が形成され、光電変換素子4に、回路5とは反対側より光が照射される構成の固体撮像素子30において、半導体基体1上に、オンチップレンズ10が形成され、隣り合う光電変換素子4を分離する素子分離領域2が、隣り合うオンチップレンズ10間の無効領域17を含む位置に形成された構成とする。
【選択図】 図2
【解決手段】 半導体基体1内に光電変換素子4が形成され、半導体基体1上に、光電変換素子4からの信号電荷を読み出す回路5が形成され、光電変換素子4に、回路5とは反対側より光が照射される構成の固体撮像素子30において、半導体基体1上に、オンチップレンズ10が形成され、隣り合う光電変換素子4を分離する素子分離領域2が、隣り合うオンチップレンズ10間の無効領域17を含む位置に形成された構成とする。
【選択図】 図2
Description
本発明は、固体撮像素子に関する。
従来より、固体撮像素子としては、半導体基体の表面側に回路素子や配線層等を形成し、半導体基体の裏面側にフォトダイオードを形成して、半導体基体の表面側より光を入射させて撮像する構成が採られていた(例えば非特許文献1参照)。
ここで、このような表面照射型の固体撮像素子、例えばCMOS型の固体撮像素子の構成を、図7を参照して説明する。
なお、図7Aは固体撮像素子の撮像領域の概略断面図を示し、図7Bは図7Aのオンチップレンズの周辺の拡大断面図を示している。
このCMOS型の固体撮像素子50では、図7Aに示すように、半導体基体51(例えば単結晶シリコン層)内に形成された素子分離領域52により区切られた単位画素領域53内に、高濃度のN型の半導体領域よりなる光電変換素子(いわゆるフォトダイオードPD部)54が形成されている。
また、単結晶シリコン層51の一方の面、すなわち表面側(図中上側)には、各光電変換素子54に蓄積された信号電荷を読み出す回路(読み出し回路)55がそれぞれ形成され、これら読み出し回路55上に、内部に配線層56が形成された絶縁層57が形成されている。また、絶縁層57上には、バリア膜(例えばTi膜)58を介してカラーフィルタ59が形成され、このカラーフィルタ59上の各光電変換素子54に対応する位置にオンチップレンズ60が形成されている。
なお、図7Aは固体撮像素子の撮像領域の概略断面図を示し、図7Bは図7Aのオンチップレンズの周辺の拡大断面図を示している。
このCMOS型の固体撮像素子50では、図7Aに示すように、半導体基体51(例えば単結晶シリコン層)内に形成された素子分離領域52により区切られた単位画素領域53内に、高濃度のN型の半導体領域よりなる光電変換素子(いわゆるフォトダイオードPD部)54が形成されている。
また、単結晶シリコン層51の一方の面、すなわち表面側(図中上側)には、各光電変換素子54に蓄積された信号電荷を読み出す回路(読み出し回路)55がそれぞれ形成され、これら読み出し回路55上に、内部に配線層56が形成された絶縁層57が形成されている。また、絶縁層57上には、バリア膜(例えばTi膜)58を介してカラーフィルタ59が形成され、このカラーフィルタ59上の各光電変換素子54に対応する位置にオンチップレンズ60が形成されている。
読み出し回路55は、具体的には、P型の半導体領域よりなる読み出しゲート部61と、この読み出しゲート部61に隣接して、光電変換素子54で蓄積された信号電荷を電圧に変換する、高濃度のN型の半導体領域よりなるフローティングディフュージョン部(FD部)62と、読み出しゲート部61上に形成された読み出し電極63とから構成されている。
なお、64はP型の半導体領域よりなる第2の素子分離領域である。また65は光電変換素子54の表面側に形成された高濃度のP型の半導体領域よりなる電荷蓄積領域である。
また、図示しないが、この単位画素領域53内においては、フローティングディフュージョン部62に蓄積された信号電荷を掃き捨てるリセットゲート部や、フローティングディフュージョン部62で変換された電圧を出力する出力部(出力アンプ)等が設けられている。
なお、64はP型の半導体領域よりなる第2の素子分離領域である。また65は光電変換素子54の表面側に形成された高濃度のP型の半導体領域よりなる電荷蓄積領域である。
また、図示しないが、この単位画素領域53内においては、フローティングディフュージョン部62に蓄積された信号電荷を掃き捨てるリセットゲート部や、フローティングディフュージョン部62で変換された電圧を出力する出力部(出力アンプ)等が設けられている。
配線層56は、3層の配線を有している。
具体的には、単結晶シリコン層51上に形成された絶縁層57内において、1層目の配線561と、この1層目の配線561上に絶縁層57を介して形成された2層目の配線562と、この2層目の配線562上に絶縁層57を介して形成された3層目の配線563とから形成されている。
具体的には、単結晶シリコン層51上に形成された絶縁層57内において、1層目の配線561と、この1層目の配線561上に絶縁層57を介して形成された2層目の配線562と、この2層目の配線562上に絶縁層57を介して形成された3層目の配線563とから形成されている。
そして、このような構成の固体撮像素子50においては、単結晶シリコン層51の表面側からオンチップレンズ60を通じてフォトダイオードPDに光が入射される。
ところで、このような表面照射型の固体撮像素子50においては、図7Bの拡大断面図に示すように、隣り合うオンチップレンズ60間の隙間が無効領域67となっている。この無効領域67は、光が入射されても光電変換素子54には光が集光されない領域である。そして、この無効領域67が配線層56上に重なるように形成されて、光が光電変換素子54に無駄なく集光されるようにしている。
「トランジスタ技術」,2003年2月号,p.128−131
しかしながら、このような固体撮像素子50では、光の一部が配線層56で遮られてしまい、目的とする光電変換素子54内に入射しない。
また、図8A,Bに示す固体撮像素子70のように、無効領域67の幅D1を、図7に示した固体撮像素子50の場合よりもさらに狭くした構成も考えられるが、このような構成の場合でも、上述したように、光の一部が配線層56で遮られてしまい、目的とする光電変換素子54内に入射しない。
なお、これ以外の部分の構成は、図7に示した固体撮像素子50の場合と同様であるので、対応する部分には同一符号を付している。
なお、これ以外の部分の構成は、図7に示した固体撮像素子50の場合と同様であるので、対応する部分には同一符号を付している。
このように、図7及び図8に示した構成を有する固体撮像素子50,70においては、配線層56により遮られた分、入射光を無駄なく利用することができなかった。このため、感度の低い構成となっていた。
上述した点に鑑み、本発明は、入射した光を無駄なく利用することができる固体撮像素子を提供するものである。
本発明に係る固体撮像素子は、半導体基体内に光電変換素子が形成され、半導体基体上に、光電変換素子からの信号電荷を読み出す回路が形成され、光電変換素子に、回路とは反対側より光が照射される構成の固体撮像素子であって、半導体基体上にオンチップレンズが形成され、隣り合う光電変換素子を分離する素子分離領域が、隣り合うオンチップレンズ間の無効領域を含む位置に形成されている構成とする。
上述した本発明に係る固体撮像素子によれば、半導体基体上にオンチップレンズが形成され、隣り合う光電変換素子を分離する素子分領域が、隣り合うオンチップレンズ間の無効領域を含む位置に形成されているので、光が入射されても光電変換素子には光が集光しない無効領域と素子分離領域とが略重なり合って形成される。これにより、無効領域以外のオンチップレンズを通じて入射したほとんどの光を光電変換素子に集光させることが可能になる。
また、上述した構成において、無効領域の位置と素子分離領域の位置とが重なり合っていると共に、無効領域の幅と素子分離領域の幅とが同じ幅で形成されている場合は、光電変換素子の幅とオンチップレンズの幅とを略同じにすることができ、光電変換素子とオンチップレンズとが重なり合うように形成される。このため、光電変換素子の略全てをオンチップレンズのレンズ面に対応する領域にすることができるので、特に垂直方向から入射した光を無駄なく利用して光電変換を行うことができる。
また、上述した構成において、無効領域の幅よりも素子分離領域の幅が広く形成されている場合は、素子分離領域の幅が広がる分、隣り合う光電変換素子との間隔を広げることができる。このため、特に斜め方向から入射した光が、隣接する他の光電変換素子に入射することを防ぐことができる。これにより、混色を抑制する効果を高めることができる。
また、素子分離領域に対しての位置合わせを容易に行うことができ、位置合わせずれを少なくできる。
また、素子分離領域に対しての位置合わせを容易に行うことができ、位置合わせずれを少なくできる。
本発明に係る固体撮像素子は、半導体基体内に光電変換素子が形成され、半導体基体上に、光電変換素子からの信号電荷を読み出す回路が形成され、光電変換素子に、回路とは反対側より光が照射される構成の固体撮像素子であって、半導体基体上に、オンチップレンズが形成され、隣り合う光電変換素子を分離する素子分離領域の位置と、隣り合うオンチップレンズ間の無効領域の位置とが重なり合っていると共に、素子分離領域の幅が、無効領域の幅より狭く形成されている構成とする。
上述した本発明に係る固体撮像素子によれば、半導体基体上に、オンチップレンズが形成され、隣り合う光電変換素子を分離する素子分離領域の位置と、隣り合うオンチップレンズ間の無効領域の位置とが重なり合っていると共に、素子分離領域の幅が、無効領域の幅より狭く形成されているので、オンチップレンズの幅に対して光電変換素子の幅を広げることができる。このため、光電変換に寄与する領域がさらに広がり、オンチップレンズに、特に斜め方向から入射した光を光電変換素子の中心に集光させることができる。
本発明に係る固体撮像素子は、半導体基体内に光電変換素子が形成され、半導体基体上に、光電変換素子からの信号電荷を読み出す回路が形成され、光電変換素子からの信号電荷を読み出す回路とは反対側より、光が照射される構成の固体撮像素子であって、半導体基体上に、オンチップレンズが形成され、隣り合う光電変換素子を分離する素子分離領域の位置に対して、隣り合うオンチップレンズ間の無効領域の少なくとも一部が重なり合っている構成とする。
上述した本発明に係る固体撮像素子によれば、半導体基体上に、オンチップレンズが形成され、隣り合う光電変換素子を分離する素子分離領域の位置に対して、隣り合うオンチップレンズ間の無効領域の少なくとも一部が重なり合っているので、オンチップレンズの中心を光電変換素子の中心に対してずらして形成することができる。このため、オンチップレンズに、特に斜め方向から入射される光を光電変換素子の中心に集光させることができる。
本発明に係る固体撮像素子によれば、入射光の集光率を高くすることができ、高い感度を有する固体撮像素子を実現することができる。
また、無効領域の位置と素子分離領域の位置とが重なり合っていると共に、無効領域の幅と素子分離領域の幅とが同じ幅で形成されている構成とした場合は、特に垂直方向からの入射光を無駄なく利用して光電変換を行うことが可能になる。
また、無効領域の幅よりも素子分離領域の幅が広く形成されている構成とした場合は、混色を抑制する効果を高めることができ、良好な画質を得ることが可能になる。また、位置合わせずれを少なくすることができるので、高い信頼性を有する固体撮像素子を実現することができる。
また、素子分離領域の位置と無効領域の位置とが重なり合っていると共に、素子分離領域の幅が無効領域の幅より狭く形成されている構成とした場合や、素子分離領域の位置に対して、無効領域の少なくとも一部が重なり合って形成されている構成とした場合は、特に斜め方向からの入射光の集光率を高くすることが可能になる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明に係る固体撮像素子の一実施の形態、例えば、裏面照射型のCMOS型の固体撮像素子の概略構成図を、図1及び図2を参照して説明する。
なお、図1は固体撮像素子の撮像領域の概略断面図を示し、図2は図1のオンチップレンズの周辺の拡大断面図を示している。
なお、図1は固体撮像素子の撮像領域の概略断面図を示し、図2は図1のオンチップレンズの周辺の拡大断面図を示している。
CMOS型の固体撮像素子30では、図1に示すように、半導体基体(例えば単結晶シリコン層)1内に形成された素子分離領域2により区切られた単位画素領域3内に、高濃度のN型の半導体領域よりなる光電変換素子(いわゆるフォトダイオードPD)4が形成されている。
また、単結晶シリコン層1の一方の主面側、すなわち裏面側(図中上側)には、バリア膜(Ti膜)8を介してカラーフィルタ9が形成され、このカラーフィルタ9上の各光電変換素子4に対応する位置にオンチップレンズ10が形成されている。
また、単結晶シリコン層1の他方の主面側、すなわち表面側(図中下側)には、各光電変換素子4に蓄積された信号電荷を読み出す回路(読み出し回路)5がそれぞれ形成され、これら読み出し回路5上に、内部に配線層18が形成された絶縁層7が形成されている。
また、単結晶シリコン層1の一方の主面側、すなわち裏面側(図中上側)には、バリア膜(Ti膜)8を介してカラーフィルタ9が形成され、このカラーフィルタ9上の各光電変換素子4に対応する位置にオンチップレンズ10が形成されている。
また、単結晶シリコン層1の他方の主面側、すなわち表面側(図中下側)には、各光電変換素子4に蓄積された信号電荷を読み出す回路(読み出し回路)5がそれぞれ形成され、これら読み出し回路5上に、内部に配線層18が形成された絶縁層7が形成されている。
読み出し回路5は、P型の半導体領域よりなる読み出しゲート部11と、この読み出しゲート部11に隣接して、光電変換素子4で蓄積された信号電荷を電圧に変換する、高濃度のN型の半導体領域よりなるフローティングディフュージョン部(FD部)12と、読み出しゲート部11上に形成された読み出し電極13とから構成されている。
なお、14はP型の半導体領域よりなる第2の素子分離領域である。また15は光電変換素子7の表面側に形成された高濃度のP型の半導体領域よりなる正電荷蓄積領域である。
また、図示しないが、この単位画素領域3内においては、フローティングディフュージョン部12に蓄積された信号電荷を掃き捨てるリセットゲート部や、フローティングディフュージョン部12で変換された電圧を出力する出力部(出力アンプ)等が設けられている。
なお、14はP型の半導体領域よりなる第2の素子分離領域である。また15は光電変換素子7の表面側に形成された高濃度のP型の半導体領域よりなる正電荷蓄積領域である。
また、図示しないが、この単位画素領域3内においては、フローティングディフュージョン部12に蓄積された信号電荷を掃き捨てるリセットゲート部や、フローティングディフュージョン部12で変換された電圧を出力する出力部(出力アンプ)等が設けられている。
配線層18は、4層の配線を有している。
具体的には、単結晶シリコン層1上に形成された絶縁層7中において、1層目の配線181と、この1層目の配線181上に絶縁層7を介して形成された2層目の配線182と、この2層目の配線182上に絶縁層7を介して形成された3層目の配線183と、この3層目の配線183上に絶縁層7を介して形成された4層目の配線184とから形成されている。
なお、絶縁層7上には、図示しないが、パッシベーション膜からなる平坦化膜が形成され、この平坦化膜上に接着剤層を介して支持基板16が接着されている。
具体的には、単結晶シリコン層1上に形成された絶縁層7中において、1層目の配線181と、この1層目の配線181上に絶縁層7を介して形成された2層目の配線182と、この2層目の配線182上に絶縁層7を介して形成された3層目の配線183と、この3層目の配線183上に絶縁層7を介して形成された4層目の配線184とから形成されている。
なお、絶縁層7上には、図示しないが、パッシベーション膜からなる平坦化膜が形成され、この平坦化膜上に接着剤層を介して支持基板16が接着されている。
このような構成の固体撮像素子30においては、単結晶シリコン層1の裏面側からオンチップレンズ10を通じてフォトダイオードPDに光が照射される。
そして、本実施の形態においては、図2の拡大断面図に示すように、隣り合うオンチップレンズ10間の無効領域17の位置と素子分離領域2の位置とが重なり合っていると共に、無効領域17の幅D17と素子分離領域2の幅D2とが同じ幅で形成されている。
すなわち、素子分離領域2と無効領域17とが重なり合うように同じ位置に形成されている。
すなわち、素子分離領域2と無効領域17とが重なり合うように同じ位置に形成されている。
このように、無効領域17の位置と素子分離領域2の位置とが重なり合っていると共に、無効領域17の幅D17と素子分離領域2の幅D2とが同じ幅で形成されていることにより、光電変換素子4の幅D4がオンチップレンズ10の幅D10と略同じとなり、光電変換素子4とオンチップレンズ10とが重なり合うように同じ位置に形成される。すなわち、光電変換素子4の略全てがレンズ面に対応する領域(レンズ有効領域)となる。このため、オンチップレンズ10に、特に垂直方向から入射した光のほとんどを光電変換素子4に入射させることができる。
なお、このように、無効領域17の位置と素子分離領域2の位置とが重なり合っていると共に、無効領域17の幅D17と素子分離領域2の幅D2とが同じ幅で形成するには、オンチップレンズ10を形成する工程の際に、オンチップレンズ10の幅や形成位置を制御すればよい。
このように、本実施の形態の固体撮像素子30によれば、無効領域17の位置と素子分離領域2の位置とが重なり合っていると共に、無効領域17の幅D17と素子分離領域2の幅D2とが同じ幅で形成されているので、光電変換素子4の略全てをレンズ面に対応する領域(レンズ有効領域)とすることができる。このため、オンチップレンズ10に入射した光を無駄なく光電変換することが可能になる。また、光電変換素子における光の集光率を高くすることが可能になる。
次に、本発明の固体撮像素子の他の実施の形態を、図3を参照して説明する。
なお、図3は、オンチップレンズの周辺の拡大断面図を示している。
本実施の形態の固体撮像素子では、図3に示すように、素子分離領域2の幅D2が無効領域D17の幅D17よりも狭く形成されている。
このような構成を形成する場合は、上述した実施の形態の固体撮像素子30の場合のように、オンチップレンズ10を形成する工程の際に、オンチップレンズ10の幅や形成位置を制御すればよい。
なお、これ以外の構成においては、上述した実施の形態の固体撮像素子30の場合と同様であるので、図2と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略している。
なお、図3は、オンチップレンズの周辺の拡大断面図を示している。
本実施の形態の固体撮像素子では、図3に示すように、素子分離領域2の幅D2が無効領域D17の幅D17よりも狭く形成されている。
このような構成を形成する場合は、上述した実施の形態の固体撮像素子30の場合のように、オンチップレンズ10を形成する工程の際に、オンチップレンズ10の幅や形成位置を制御すればよい。
なお、これ以外の構成においては、上述した実施の形態の固体撮像素子30の場合と同様であるので、図2と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略している。
このような構成の本実施の形態の固体撮像素子によれば、素子分離領域2の幅D2が無効領域17の幅D17よりも狭く形成されている分、光電変換素子4の幅D4が、オンチップレンズ10の幅D10に対して両側(図中右側及び左側)に広がる。すなわち、光電変換に寄与する領域を広くすることができる。このため、特にオンチップレンズ10に対して、特に右方向や左方向より斜めに入射した光も無駄なく光電変換することができる。
次に、本発明の固体撮像素子のさらに他の実施の形態を、図4を参照して説明する。
なお、図4は、オンチップレンズの周辺の拡大断面図を示している。
本実施の形態の固体撮像素子では、図4に示すように、素子分離領域2の幅D2が、無効領域17の幅D17よりも広く形成された場合である。
なお、これ以外の構成においては、上述した実施の形態の固体撮像素子30の場合と同様であるので、図2と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略している。
なお、図4は、オンチップレンズの周辺の拡大断面図を示している。
本実施の形態の固体撮像素子では、図4に示すように、素子分離領域2の幅D2が、無効領域17の幅D17よりも広く形成された場合である。
なお、これ以外の構成においては、上述した実施の形態の固体撮像素子30の場合と同様であるので、図2と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略している。
このような構成の本実施の形態の固体撮像素子によれば、例えば、上述した実施の形態の、無効領域17の位置と素子分離領域2の位置とが重なり合っていると共に、無効領域17の幅D17と素子分離領域2の幅D2とが同じ幅で形成されている場合(図2参照)や、素子分離領域2の幅D2が無効領域D17の幅D17よりも狭く形成されている場合(図3参照)と比較して、素子分離領域2の幅D2がさらに広くなる分、隣り合う光電変換素子4との間の間隔を広げることができる。このため、オンチップレンズ10に対して、特に斜め方向から入射した光が隣接する光電変換素子4内に入射することを防ぐことができる。これにより、混色を抑制する効果を高めることが可能になる。
また、素子分離領域2の幅D2が無効領域17の幅D17よりも広く形成されているので、製造時において、オンチップレンズ10を形成する工程の際に、素子分離領域2に対しての位置合わせを容易に行うことが可能になる。このため、位置合わせずれを少なくすることができる。
次に、本発明の固体撮像素子のさらに他の実施の形態を説明する。
本実施の形態の構成は、例えば、撮像領域の周辺部においても、光電変換素子4の中心に光を集光させるためのものである。
すなわち、撮像領域の周辺部においては、中心部と比較して、オンチップレンズ10の中心に対して斜めに入射する光が多くなる。そのため、周辺部では、オンチップレンズ10の中心を光電変換素子4の中心に合わせて形成すると、光電変換素子4の中心に光が集光し難くなる。
このため、図5に示したように、素子分離領域2を、無効領域17に対して、一方の側(図中右側)に広げることで、光電変換素子4がオンチップレンズ10に対して一方の側(図中右側)に形成されるようにし、オンチップレンズ10に対して左方向より斜めに入射する光を光電変換素子4の中心に集光させるようにする。
そこで、本実施の形態の固体撮像素子では、図5に示すように、素子分離領域2が無効領域17に対して一方の側(図中右側)に広く形成されている。
なお、これ以外の構成においては、上述した実施の形態の固体撮像素子30の場合と同様であるので、図2と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略している。
本実施の形態の構成は、例えば、撮像領域の周辺部においても、光電変換素子4の中心に光を集光させるためのものである。
すなわち、撮像領域の周辺部においては、中心部と比較して、オンチップレンズ10の中心に対して斜めに入射する光が多くなる。そのため、周辺部では、オンチップレンズ10の中心を光電変換素子4の中心に合わせて形成すると、光電変換素子4の中心に光が集光し難くなる。
このため、図5に示したように、素子分離領域2を、無効領域17に対して、一方の側(図中右側)に広げることで、光電変換素子4がオンチップレンズ10に対して一方の側(図中右側)に形成されるようにし、オンチップレンズ10に対して左方向より斜めに入射する光を光電変換素子4の中心に集光させるようにする。
そこで、本実施の形態の固体撮像素子では、図5に示すように、素子分離領域2が無効領域17に対して一方の側(図中右側)に広く形成されている。
なお、これ以外の構成においては、上述した実施の形態の固体撮像素子30の場合と同様であるので、図2と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略している。
なお、図5に示す場合では、オンチップレンズ10の中心に対して、光が左方向より斜めに入射する場合を想定して、素子分離領域2を、無効領域17に対して、一方の側(図中右側)に広げたが、例えば、オンチップレンズ10の中心に対して、右方向より斜めに入射する光が多い場合には、素子分離領域2の幅D2を、無効領域17の幅D17に対して、他方の側(図中左側)に広く形成する。
このような構成の本実施の形態の固体撮像素子によれば、素子分離領域2が、無効領域17に対して、一方の側に広く形成されているので、オンチップレンズ10に対して、特に左方向や右方向より斜めに入射する光を、光電変換素子4の中心に集光させることが可能になる。
なお、このような本実施の形態の構成と、前述した各実施の形態の構成とを組み合わせることもできる。
すなわち、例えば、撮像領域の中心部では、図1及び図2に示した、特に垂直方向からの入射光をほとんど無駄なく利用して光電変換できる構成を用い、撮像領域の周辺部では、本実施の形態の構成を用いる場合である。
このような構成とした場合、撮像領域の中心部では、オンチップレンズ10に対して、特に垂直方向から入射した光を無駄なく利用して光電変換を行うことができ、撮像領域の中心部と周辺部の両方においては、入射した光を光電変換素子4の中心に集光させて光電変換を行うことができる。
すなわち、例えば、撮像領域の中心部では、図1及び図2に示した、特に垂直方向からの入射光をほとんど無駄なく利用して光電変換できる構成を用い、撮像領域の周辺部では、本実施の形態の構成を用いる場合である。
このような構成とした場合、撮像領域の中心部では、オンチップレンズ10に対して、特に垂直方向から入射した光を無駄なく利用して光電変換を行うことができ、撮像領域の中心部と周辺部の両方においては、入射した光を光電変換素子4の中心に集光させて光電変換を行うことができる。
また、このような構成以外にも、図4に示した、特に混色を抑制することができる構成と、本実施の形態の構成とを組み合わせることもできる。
次に、本発明の固体撮像素子のさらに他の実施の形態を説明する。
本実施の形態の固体撮像素子では、図6に示すように、オンチップレンズ10が、光電変換素子4の中心に対して、一方の側(図中左側)にずれて形成され、また、オンチップレンズ10間の無効領域17の一部が素子分離領域2に重なり合っている構成である。
なお、これ以外の構成においては、上述した実施の形態の固体撮像素子30の場合と同様であるので、図2と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略している。
本実施の形態の固体撮像素子では、図6に示すように、オンチップレンズ10が、光電変換素子4の中心に対して、一方の側(図中左側)にずれて形成され、また、オンチップレンズ10間の無効領域17の一部が素子分離領域2に重なり合っている構成である。
なお、これ以外の構成においては、上述した実施の形態の固体撮像素子30の場合と同様であるので、図2と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略している。
すなわち、上述したように、撮像領域の周辺部においては、中心部と比較して、オンチップレンズ10の中心に対して斜めに入射する光が多くなる。そのため、周辺部では、オンチップレンズ10の中心を光電変換素子4の中心に合わせて形成すると、光電変換素子4の中心に光が集光し難くなる。
このため、図6に示したように、オンチップレンズ10が、光電変換素子4の中心に対して、一方の側(図中左側)にずれて形成され、また、オンチップレンズ10間の無効領域17の一部が素子分離領域2に重なり合っている構成とすることで、オンチップレンズ10の中心が光電変換素子4の中心に対してずれて形成されるようにし、オンチップレンズ10に対して左方向より斜めに入射する光を光電変換素子4の中心に集光させるようにする。
このため、図6に示したように、オンチップレンズ10が、光電変換素子4の中心に対して、一方の側(図中左側)にずれて形成され、また、オンチップレンズ10間の無効領域17の一部が素子分離領域2に重なり合っている構成とすることで、オンチップレンズ10の中心が光電変換素子4の中心に対してずれて形成されるようにし、オンチップレンズ10に対して左方向より斜めに入射する光を光電変換素子4の中心に集光させるようにする。
このような構成の本実施の形態の固体撮像素子によれば、オンチップレンズ10の中心が光電変換素子4の中心に対してずれて形成されているので、オンチップレンズ10に対して、斜めに入射した光を、光電変換素子4の中心に集光させることが可能になる
なお、このような本実施の形態の構成においても、図5に示した構成の場合のように、前述した各実施の形態の構成とを組み合わせることができる。
例えば、上述した実施の形態の場合のように、撮像領域の中心部では、図1及び図2に示した、特に垂直方向からの入射光を無駄なく利用して光電変換できる構成を用い、撮像領域の周辺部では、本実施の形態の構成を用いる場合である。
このような構成とした場合は、上述したように、撮像領域の中心部では、オンチップレンズ10に対して、特に垂直方向から入射した光を無駄なく利用して光電変換を行うことができ、撮像領域の中心部と周辺部の両方において、入射した光を光電変換素子4の中心に集光させて光電変換を行うことができる。
例えば、上述した実施の形態の場合のように、撮像領域の中心部では、図1及び図2に示した、特に垂直方向からの入射光を無駄なく利用して光電変換できる構成を用い、撮像領域の周辺部では、本実施の形態の構成を用いる場合である。
このような構成とした場合は、上述したように、撮像領域の中心部では、オンチップレンズ10に対して、特に垂直方向から入射した光を無駄なく利用して光電変換を行うことができ、撮像領域の中心部と周辺部の両方において、入射した光を光電変換素子4の中心に集光させて光電変換を行うことができる。
また、本実施の形態では、左方向から斜めに入射した光を、光電変換素子4の中心に集光させるために、オンチップレンズ10を一方の側(図中左側)にずらした場合を説明したが、右方向から斜めに入射した光を、光電変換素子4の中心に集光させる場合は、オンチップレンズ10を他方の側(図中右側)にずらすようにすればよい。
また、本実施の形態では、オンチップレンズ10を一方の側にずらす場合を説明したが、例えば、オンチップレンズ10の位置をずらさずに、オンチップレンズ10の曲率やレンズ形状等を変えることで、斜め方向から入射した光を光電変換素子4の中心に集光させるようにすることも可能である。
尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
30・・・CMOS型の固体撮像素子、1・・・半導体基体(単結晶シリコン層)、2・・・素子分離領域、3・・・単位画素領域、4・・・光電変換素子、5・・・読み出し回路、7・・・絶縁層、8・・・バリア膜、9・・・カラーフィルタ、10・・・オンチップレンズ、11・・・読み出しゲート部、12・・・フローティングディフュージョン部、13・・・ゲート電極、16・・・支持基板、17・・・無効領域、18(181,182,183,184)・・・配線層
Claims (6)
- 半導体基体内に光電変換素子が形成され、
前記半導体基体上に、前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す回路が形成され、
前記光電変換素子に、前記回路とは反対側より光が照射される構成の固体撮像素子であって、
前記半導体基体上にオンチップレンズが形成され、
隣り合う前記光電変換素子を分離する素子分離領域が、隣り合う前記オンチップレンズ間の無効領域を含む位置に形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記無効領域の位置と前記素子分離領域の位置とが重なり合っていると共に、前記無効領域の幅と前記素子分離領域の幅とが同じ幅で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記無効領域の幅よりも前記素子分離領域の幅が広く形成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記素子分離領域が、前記無効領域に対して、一方の側に広く形成されていることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。
- 半導体基体内に光電変換素子が形成され、
前記半導体基体上に、前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す回路が形成され、
前記光電変換素子に、前記回路とは反対側より光が照射される構成の固体撮像素子であって、
前記半導体基体上にオンチップレンズが形成され、
隣り合う前記光電変換素子を分離する素子分離領域の位置と、隣り合う前記オンチップレンズ間の無効領域の位置とが重なり合っていると共に、前記素子分離領域の幅が、前記無効領域の幅より狭く形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 半導体基体内に光電変換素子が形成され、
前記半導体基体上に、前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す回路が形成され、
前記光電変換素子に、前記回路とは反対側より光が照射される構成の固体撮像素子であって、
前記半導体基体上にオンチップレンズが形成され、
隣り合う前記光電変換素子を分離する素子分離領域の位置に対して、隣り合う前記オンチップレンズ間の無効領域の少なくとも一部が重なり合っている
ことを特徴とする固体撮像素子。
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