JP2007288164A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像装置においては、画素アレイ領域の像高と最適入射角度との関係をカメラレンズの光入射特性と一致させることが困難であり、それ故、感度シェーディングによる画質劣化が生じる。
【解決手段】マイクロレンズの各々は、行方向及び列方向の二次元状に配列される。ただし、マイクロレンズの各々は、その配置領域の各辺が配置領域の頂点を結ぶ線分から画素アレイ領域の中央へ向かって凸の曲線を描くように配置されている。すなわち、配置領域の対向する一対の辺の中点を結ぶ距離Ａ_H（Ａ_V）は、配置領域の頂点同士を結ぶ距離Ｂ_H（Ｂ_V）より小さくなるように設定される。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、より特定的には、シェーディングが抑制される固体撮像装置に関するものである。

従来、固体撮像装置として、増幅型固体撮像装置、ＣＣＤ型固体撮像装置が知られているが、一般的に増幅型固体撮像装置はＣＣＤ型固体撮像装置より優れた感度特性を得ることが困難である。なぜなら、増幅型固体撮像装置は、電荷検出領域に形成されるＭＯＳ−ＦＥＴに電圧を供給するために、光電変換領域より上層に複数層（２層以上）の金属配線を必要とするが、金属配線によって光が遮られ、光電変換領域に入射光が届きにくくなるからである。

図１４は、一般的な増幅型固体撮像装置の概略構成を示す図である。

図１４に示される固体撮像装置は、フォトダイオードを含む画素が二次元マトリクス状に複数配列された画素アレイ領域１０を備える。尚、図１４においては、画素アレイ領域１０を構成する複数の画素のうち、一部のみが示されている。

以下、図１５Ａ〜図１５Ｄを参照しながら、特開２００１−２３７４０４号公報に記載されている従来の増幅型固体撮像装置について説明する。

図１５Ａは、画素アレイ領域の中心部に配置される画素を模式的に示す平面図であり、図１５Ｃは、図１５Ａに示される画素を模式的に示す断面図である。また、図１５Ｂは、画素アレイ領域の周辺部に配置される画素を模式的に示す平面図であり、図１５Ｄは、図１５Ｂに示される画素を模式的に示す断面図である。

画素は、半導体基板１０１の表面に形成され、光電変換領域を構成するフォトダイオード１１０と、フォトダイオード１１０の表面を覆う絶縁膜１０２と、絶縁膜１０２を覆う第１金属膜１０３と、金属埋め込み領域１０４（図１５Ｂ及び図１５Ｄにおいては図示せず）と、絶縁膜１０５と、光電変換領域の上部に開口が形成される第２金属膜１０６と、カラーフィルタ１０７と、絶縁膜１０８と、マイクロレンズ１０９とを含んでいる。

図１５Ａ〜図１５Ｄに示されるように、画素アレイの中心部に配置される画素と、画素アレイの周辺部に配置される画素とは、同じ層構造を有している。ただし、画素アレイの周辺部に配置される画素は、マイクロレンズ１０９と、第２金属膜１０６と、金属埋め込み領域１０４とが、フォトダイオード１１０の中心から画素アレイの中心方向へと、それぞれ距離ａ、ｂ、ｃだけシフトしている点で、画素アレイ中心部に配置される画素とは異なっている。

図１６は、画素アレイの中心部の画素及び周辺部の画素に対する光の入射を説明するための模式図である。

図１６に示されるように、カメラレンズ１１１は、フレーム等を介して、固体撮像装置に取り付けられている。カメラレンズ１１１の中心が、画素アレイ上の中心画素の直上に位置する場合、カメラレンズ１１１によって集光された光は、画素アレイ中心部の画素には、ほぼ垂直方向から入射するのに対し、画素アレイ周辺部の画素には、斜め方向から入射する。

このため、画素アレイ周辺部の画素においては、フォトダイオード１１０により多くの光が入射することができるように、マイクロレンズ１０９と、第２金属膜１０６と、金属埋め込み領域１０４とを、それぞれ距離ａ、ｂ及びｃだけ、光源側にシフトさせることが有効である（以下においては、この方法を「シュリンク」という）。

図１７は、従来のシュリンク方法の概略を示す図である。具体的には、図１７において、レイアウト１２０１（実線）は、フォトダイオード１１０の配置を示し、レイアウト１２０２（細点線）は、金属埋め込み領域１０４の配置を示し、レイアウト１２０３（破線）は、第２金属膜１０６の配置を示し、レイアウト１２０４（二点鎖線）は、マイクロレンズ１０９の配置を示す。フォトダイオード１１０への集光効率を向上させるために、マイクロレンズ１０９のずらし量ａと、第２金属膜１０６のずらし量ｂと、金属埋め込み領域１０４のずらし量ｃとは、ａ＞ｂ＞ｃの関係を満たすように設定されている。
特開２００１−２３７４０４号公報

増幅型固体撮像装置には、通常、配線層が２層以上形成されるので、光電変換領域と金属膜との距離が大きくなる。したがって、画素アレイ周辺部の画素においては、金属膜に光が遮られる等の原因により、光電変換領域に光が到達しにくくなることによって、画質が劣化するという問題が生じる。それ故に、上記の従来技術に示されるシュリンク技術が採用されている。

しかしながら、従来技術に記載されるシュリンク方法では、カメラレンズの入射特性に応じて、全ての画素について、マイクロレンズの位置（すなわち、ずらし量）を最適化することには困難が生じる場合もある。なぜなら、マイクロレンズのずらし量と最適入射角度とは、ほぼ比例するが、カメラレンズからフォトダイオードへ入射する光の入射角度と像高とは、比例しないためである。

そのため、従来技術に係る固体撮像装置においては、画素アレイの周辺部に向かうにつれて、光が十分に入射せず、画素アレイの中心部と周辺部とで入射光量が異なることに起因する画質劣化（感度シェーディング）が発生する。

それ故に、本発明は、感度シェーディングが抑制される固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの局面は、半導体基板上に、複数の画素が行方向及び列方向の二次元状に配列される画素アレイ領域を備える固体撮像装置に向けられている。当該画素の各々は、光電変換領域と、光電変換領域に光を集光するマイクロレンズとを含む。マイクロレンズの各々の配置は、画素毎に定められ、マイクロレンズの各々は、異なるピッチで二次元状に配置される。

画素の各々において、画素の中心に対するマイクロレンズの中心のずらし量は、当該画素の中心と画素アレイ領域の中心との距離に第１係数を乗じた値に設定されても良い。この場合、第１定数の値は、少なくとも２つの画素のそれぞれに対して異なることが好ましい。

マイクロレンズの各々は、その配置領域の少なくとも一辺が、当該一辺の両端を結ぶ線分から画素アレイ領域の中心に向かって凹の曲線を描くように配置されても良い。

マイクロレンズの中心と画素の中心との距離は、像高が所定値まで増加するにつれて増加し、像高が所定値を越えるとほぼ一定となるように設定されても良い。

画素アレイ領域は、矩形形状に配列される複数の画素を含む複数の部分領域から構成され、マイクロレンズの各々は、隣接する２つの部分領域同士において異なるピッチで配置されても良い。

部分領域の各々は、画素アレイ領域の中心に対して、点対称に配置されても良い。

画素アレイ領域は、矩形形状を有し、部分領域の１つの各頂点は、画素アレイ領域の対角線上に位置しても良い。

この場合、画素アレイ領域は、９つの部分画素領域から構成されても良い。

画素アレイ領域は、矩形形状を有し、部分領域の頂点の各々は、画素アレイ領域の外周縁上に位置しても良い。

この場合、画素アレイ領域は、３つの部分画素領域から構成されても良い。

画素の各々は、画素アレイ領域の外周部のピッチが、画素アレイ領域の中心部のピッチより大きくなるように形成されても良い。

本発明の別の局面は、半導体基板上に、複数の画素が行方向及び列方向の二次元状に配列される画素アレイ領域を備える固体撮像装置に向けられている。画素の各々は、光電変換領域と、光電変換領域に光を集光するマイクロレンズと、マイクロレンズと光電変換領域との間に形成される開口部を有する金属膜とを含む。マイクロレンズの各々及び開口部の各々の配置は、画素毎に定められる。マイクロレンズの各々は、異なるピッチで二次元状に配置され、開口部の各々は、一定のピッチで二次元状に配置されている。

画素の各々において、画素の中心に対するマイクロレンズの中心のずらし量は、当該画素の中心と画素アレイ領域の中心との距離に第２係数を乗じた値に設定され、
画素の各々において、画素の中心に対する開口部の中心のずらし量は、当該画素の中心と画素アレイ領域の中心との距離に第３係数を乗じた値に設定されても良い。この場合、第２係数の値は、少なくとも２つの画素のそれぞれに対して異なり、第３係数の値は、全ての画素に対して同じであることが好ましい。

金属膜は、多層金属膜の中の最上層に形成されても良い。

金属膜とマイクロレンズの間に形成されるカラーフィルタを更に備えても良い。この場合、カラーフィルタは、各画素毎に異なるピッチあるいは一定のピッチで二次元状に配置されていることが好ましい。

マイクロレンズの各々は、その配置領域の少なくとも一辺が、当該一辺の両端を結ぶ線分から画素アレイ領域の中心に向かって凹の曲線を描くように配置されても良い。

画素アレイ領域は、矩形形状に配列される複数の画素を含む複数の部分領域から構成され、マイクロレンズの各々は、隣接する２つの部分領域同士において異なるピッチで配置されても良い。

画素アレイ領域は、矩形形状を有し、部分領域の頂点の各々は、画素アレイ領域の外周縁上に位置しても良い。

画素の各々は、画素アレイ領域の外周部のピッチが、画素アレイ領域の中心部のピッチより大きくなるように形成されても良い。

上記の各局面に係る固体撮像装置は、増幅型固体撮像装置であっても良い。

本発明に係る固体撮像装置によれば、画素アレイ領域の周辺部において、入射光量低下に起因する感度シェーディングの発生を抑制することが可能となる。また、本発明に係る固体撮像装置は、従来の固体撮像装置と同様の製造工程によって製造可能であり、それ故、新たな製造工程を追加することが不要となる。

以下、本発明の各実施形態について説明する。本明細書において、２つの構成要素について、ある一方向（例えば、行方向）における基準点同士の距離と、当該一方向と直交する方向（例えば、列方向）における基準点同士の距離とを併せて、「ピッチ」という。

（第１の実施形態）
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の一例を示す図であり、図１Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の他の一例を示す図である。

第１の実施形態に係る固体撮像装置は、フォトダイオード（１２−１−１〜１２−３−１）を含む複数の画素が二次元マトリクス状に配列された画素アレイ領域１０を備える。尚、図１Ａ及び図１Ｂにおいては、画素アレイ領域１０を構成する複数の画素のうち、一部のみが示されている。

図１Ａは、１つの画素が１つのセルから構成される１画素１セルの固体撮像装置を示している。図１Ａに示される固体撮像装置においては、１つの画素は、例えば、フォトダイオード１２−１−１と、転送トランジスタ１３−１−１と、リセットトランジスタ１５−１−１と、増幅トランジスタ１４−１−１とを含んでいる。

また、図１Ｂは、１つの画素が２つのセルから構成される２画素１セルの固体撮像装置を示している。図１Ｂに示される固体撮像装置においては、１つの画素は、例えば、２つのフォトダイオード１２−１−１及び１２−２−１と、２つの転送トランジスタ１３−１−１及び１３−２−１と、リセットトランジスタ１５−１−１と、増幅トランジスタ１４−１−１とを含んでいる。フォトダイオード１２−１−１及び１２−２−１は、転送トランジスタ１３−１−１及び１３−２−１にそれぞれ接続され、２つのフォトダイオード１２−１−１及び１２−２−１の出力信号は、転送ゲートのＯＮ／ＯＦＦの切り換えに応じて読み出される。

図１Ｃは、画素アレイ領域の中心部に配置される画素の断面図である。

図１Ｃに示されるように、画素は、半導体基板１０１の表面に形成され、光電変換領域を構成するフォトダイオード１１０と、フォトダイオード１１０の表面を覆うように形成される絶縁膜１０２と、絶縁膜１０２の表面を覆うように形成される第１金属膜１０３と、第１金属膜１０３の表面を覆うように形成される絶縁膜１０５と、絶縁膜１０５の表面を覆うように形成され、光電変換領域の上部に開口５が形成される第２金属膜１０６と、第２金属膜１０６の開口５を覆うように形成されるカラーフィルタ１０７と、絶縁膜１０８と、光電変換領域に光を集光するマイクロレンズ（トップレンズ）１０９とを含んでいる。尚、画素の所定位置には、金属埋め込み領域（図示せず）が形成される。また、光電変換領域から信号を読み出すための読み出し回路（図示せず）が、画素毎に設けられている。

尚、半導体基板１０１の表面に複数の金属膜が形成される場合、第２金属膜１０６は、最上層の金属膜に相当する。最上層に形成される第２金属膜１０６は、配線としての機能を備えている場合と、配線としての機能はなく、遮光膜としての機能のみを備えている場合とがある。本実施形態においては、第２金属膜１０６は、いずれの場合であっても良い。

図１Ｄは、画素アレイ領域の中心部の画素及び周辺部の画素に対する光の入射を説明するための模式図である。

図１Ｄに示されるように、カメラレンズ１１１は、フレーム等を介して、固体撮像装置に取り付けられている。カメラレンズ１１１の中心が、画素アレイ上の中心画素の直上に位置する場合、カメラレンズ１１１によって集光された光は、画素アレイ中心部の画素には、ほぼ垂直方向から入射するのに対し、画素アレイ領域周辺部の画素には、斜め方向から入射する。

このため、画素アレイ領域周辺部の画素においては、フォトダイオード１１０により多くの光が入射することができるように、マイクロレンズ１０９と、第２金属膜１０６と、カラーフィルタ１０７と、第１金属膜１０３とが、それぞれフォトダイオードの中心軸から光源側にずらされている。

図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における画素アレイ領域に形成するマイクロレンズ１０９のレイアウトを示す模式図であり、図２Ｂは、図２Ａに示されるＰ部分の拡大図である。

上述したように、画素アレイ領域１０は、行方向及び列方向の二次元状に配列された複数の画素によって構成されている。ただし、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、マイクロレンズ１０９の各々は、行方向及び列方向の二次元状に配列されてはいるが、マイクロレンズ１０９が配置される配置領域１は、矩形形状（矩形状）ではなく、その外形が４つの曲線から構成されている。より詳細には、マイクロレンズ１０９の配置領域１は、その外形を構成する４つの曲線の各々が、配置領域１の隣接する頂点同士を結び、かつ、当該隣接する頂点を通過する直線から（画素アレイ領域の中心へ向かって）凹むように構成されている。

なお、矩形形状（矩形状）ではないということは、ピッチが異なって形成されている、または、等ピッチで形成されていない、または、一定ピッチで配置されていない、ということである。

尚、以下においては、画素アレイ領域１０の長手方向をＨ方向（水平方向）といい、Ｈ方向と直交する方向をＶ方向（垂直方向）という。更に、画素アレイ領域１０の対角線の一方に沿う方向をＤ１方向といい、対角線の他方に沿う方向をＤ２方向という。

図３は、像高と、各像高の画素の最適入射角度との関係を示す図である。図３において、実線は、本実施形態に係るシュリンク（ずらし）方法が適用された場合の像高と最適入射角度との関係を示し、一点鎖線は、従来技術のシュリンク方法が適用された場合の像高と最適入射角度との関係を示す。また、図３においては、カメラレンズによって集光された光の主光線角、上限角及び下限角と、像高との関係が併せて示されている。

図３に示されるように、カメラレンズから出射される光の入射角度は、像高が０からある一定値まで増加するにつれて増加する。しかしながら、像高が当該一定値を超えると、光の入射角度の増加量は、減少する。このように、カメラレンズから出射される光の入射角度と像高とは、比例していないことが把握される。更に、第２金属膜１０６の開口を通り抜ける光線の上限角と下限角の差は、マイクロレンズ１０９を通り抜ける光線の上限角と下限角の差よりも大きいことが把握される。

その理由は、図１Ｄの構造から理解されるように、通常、第２金属膜１０６は、マイクロレンズ１０９の外周縁の下方に形成されており、マイクロレンズ１０９を通り抜ける光線と、第２金属膜１０６の開口の周縁との間に十分な隙間があるためである。

したがって、固体撮像装置の感度をより向上させるためには、図１Ｄに示される角度βを角度αよりも十分に大きく設定することが必要である。ここで、角度αは、マイクロレンズ１０９を通り抜けるの光線の下限角と主光線角の差を表し、角度βは、第２金属膜１０６の開口を通り抜ける光線の下限角と主光線角の差を表す。

しかしながら、従来のシュリンク方法では、マイクロレンズ１０９は、画素アレイ領域の全域において一定ピッチで配置されるため、画素の最適入射角度は、像高に比例して増加する。したがって、従来の固体撮像装置においては、カメラレンズの主光線角に対して、画素の最適入射角度が大きくずれてしまう。

これに対して、本実施形態に係るシュリンク方法は、全像高領域において、カメラレンズ入射角度特性と画素の最適入射角度が一致するように、ずらし量を最適化することを特徴とする。その結果、画素アレイ領域のすべての像高において、従来のシュリンク方法と比較して、集光率の向上を実現することができる。

本実施形態に係るレイアウトの特徴として、像高が０％〜Ａ％の範囲では、マイクロレンズ１０９のピッチは小さくなる。また、像高がＡ％〜１００％の範囲では、マイクロレンズ１０９のピッチは大きくなる。そこで、像高の高いマイクロレンズ配置領域の４隅付近においては、マイクロレンズ１０９のピッチが大きくなるため、マイクロレンズ１０９のレイアウトにおいては、図２Ａに示されるように、次の２つの特徴のうち、一方または両方を備える。Ｈ方向における隣接頂点間の距離距離Ｂ_Hが、画素アレイの中央の幅Ａ_Hより大きい。Ｖ方向における隣接頂点間の距離距離Ｂ_Vが、画素アレイの中央の高さＡ_Vより大きい。ここで、Ａ（％）は、カメラレンズの入射角度特性から決定される値である。

また、本実施の形態では、全像高領域において、マイクロレンズ１０９の入射角度特性と画素の最適入射角度が完全に一致しなくても、近似的に一致していれば、集光率向上に関して十分な効果が得られる。角度のずれが３°程度までであれば、集光率向上に関して十分な効果が得られる。これ以上のずれが生じると、感度低下を引き起こす原因となる場合がある。

通常、マイクロレンズアレイをＣＡＤレイアウトツールを用いて作成する場合、セルを配置する際には、グリッドの最小単位（通常は、０．０００５〜０．００５μｍ程度）の制約が存在する。

しかしながら、カメラレンズ特性と画素への最適入射角度とを完全に一致させようとすると、最小単位以下のグリッドに配置させることが必要になる。ただし、通常、最小単位以下のずれの場合、マイクロレンズ入射角度特性と画素の最適入射角度のずれは、０．１°以下であり、集光率へ影響はきわめて小さい。

また、この場合、マイクロレンズ１０９間のピッチは、ＣＡＤレイアウトツールによって設定されるため、ステップ状に変化する場合もあり得る。

このようなマイクロレンズ１０９の配置方法は、固体撮像装置の感度特性を最優先とした場合には、第２金属膜１０６、カラーフィルタ１０７に関しても同様に行うことが好ましい。なぜなら、マイクロレンズ１０９／カラーフィルタ１０７／第２金属膜１０６の製造工程のばらつき（位置ずれ、膜厚ばらつきなど）が生じることによって、第２金属膜１０６がマイクロレンズから入射する光を遮ることがあり得るからである。あるいは、本来光線が通過すべきカラーフィルタ１０７ではなく、隣接して配置される異なる種類のカラーフィルタ１０７を通過することによる混色などの問題が生じることも考えられる。

したがって、固体撮像装置の感度、飽和特性を最優先とした場合には、第２金属膜１０６、カラーフィルタ１０７に上記マイクロレンズ１０９と同様の配置方法を適用することによって、これらの問題を解決できる。なお、この場合、従来の方法と同様に、マイクロレンズ１０９／カラーフィルタ１０７／第２金属膜１０６のそれぞれの光源側へのずらし量ａ、ｂ、ｃが、ａ＞ｂ＞ｃの関係を満たすことが好ましい。

マイクロレンズ１０９のレイアウトを作製するための方法として、ＣＡＤで一括してパターンを描画する方法と、電子線描画装置によってマスク上に所定のパターンを複数回描画する方法とが考えられる。

本実施の形態に係る固体撮像装置には、ＣＡＤで一括してパターンを描画する方法が適している。なぜなら、本実施の形態では、マイクロレンズ１０９のピッチをＣＡＤレイアウトツールの最小単位（通常０．００１μｍ程度）にて、詳細に制御することが必要であるが、電子線描画装置で所定のパターンを複数回描画する方法では、そのような制御は困難であるからである。

また、一部の矩形形状（矩形状）のレイアウトを電子線描画装置で縮小してマスク上に描画し、他の矩形形状（矩形状）のレイアウトを予めＣＡＤで縮小した描画データを作製し、マスク上に描画する方法があり得る。電子線描画装置では、縮小するときの解像度が高い反面、何回も同じマスク上に複数のパターンを描画すると、位置ずれが生じる。一方、ＣＡＤでは、解像度が低い反面、マスク上での描画回数を低減できるため、位置合わせずれを低減することができる点で利点がある。

ここで、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における第２金属膜１０６と、カラーフィルタ１０７と、マイクロレンズ１０９の配置との詳細について、すなわち、それぞれのずらし量の詳細について、図３と図４Ａ〜図４Ｃとを参照しながら説明する。

図４Ａは、マイクロレンズ１０９のずらし量の詳細を示す模式図であり、図４Ｂは、カラーフィルタ１０７のずらし量の詳細を示す模式図であり、図４Ｃは、第２金属膜１０６のずらし量の詳細を示す模式図である。図４Ａ〜図４Ｃにおいては、像高がＡであるラインが太い一点鎖線によって示されている。

尚、図４Ａ〜図４Ｃは、図２Ａに示された画素アレイ領域の一部となる二点鎖線で示される四角形内のマイクロレンズ１０９、カラーフィルタ１０７、第２金属膜１０６のそれぞれのずらし量、ずらし方向、ずらし方法を示している。

また、二点鎖線で示される四角形以外の画素アレイ領域におけるマイクロレンズ１０９、カラーフィルタ１０７、第２金属膜１０６のそれぞれのずらし量、ずらし方向、ずらし方法は、図４Ａ〜図４Ｃで示したずらし量、ずらし方向、ずらし方法に対して、水平中心線、垂直中心線と対称となるようにずらし方向を変える以外は同じように行う。

図４Ａ〜図４Ｃにおいては、説明のために、画素アレイ領域内に配列される画素のうち、いくつかの画素（画素Ｚ、画素ＡＨ〜ＣＨ、画素ＡＶ〜ＣＶ、画素ＡＤ〜ＣＤ）が特定されている。画素Ｚは、画素アレイ領域の中央部分に配置され、マイクロレンズ１０９と、カラーフィルタ１０７と、第２金属膜１０６とが相互にずらされていない画素を示す。また、画素ＡＨ、ＢＨ及びＣＨは、水平方向において、画素Ｚから周辺部に向かって離れた位置に配置される画素を示す。画素ＡＶ、ＢＶ及びＣＶは、垂直方向において、画素Ｚから周辺部に向かって離れた位置に配置される画素を示す。更に、画素ＡＤ、ＢＤ及びＣＤは、斜め方向において、画素Ｚから周辺部に向かって離れた位置に配置される画素を示す。

尚、図面においては、画素Ｚを画素アレイ領域の中心部分の画素と想定しているが、マイクロレンズ１０９と、カラーフィルタ１０７と、第２金属膜１０６とが相互にずらされていない画素が、画素アレイ領域の中心以外の画素となる場合も本実施形態に含まれる。

また、図４Ａ〜図４Ｃにおいて特定される複数の画素のうち、画素Ｚ、ＡＨ、ＢＨ、ＡＶ、ＢＶ、ＣＶ及びＡＤは、像高０％〜Ａ％の範囲に含まれる画素（一点鎖線で示されるラインの内側に配置される画素）である。画素ＣＨ、画素ＢＤ及びＣＤは、像高Ａ％〜１００％の範囲に含まれる画素（一点鎖線で示されるラインの外側に配置される画素）である。

図４Ａにおいては、太い実線で描かれる四角形によって、フォトダイオードの位置が示され、破線で描かれる四角形によってマイクロレンズ１０９の位置が示されている。ここで、画素ＡＨ、ＢＨ及びＣＨにおけるマイクロレンズ１０９のずらし量（フォトダイオードの中心とマイクロレンズ１０９の中心との距離）を、それぞれＡＨ＿Ｌ、ＢＨ＿Ｌ及びＣＨ＿Ｌと表し、画素ＡＶ、ＢＶ及びＣＶにおけるマイクロレンズ１０９のずらし量を、それぞれＡＶ＿Ｌ、ＢＶ＿Ｌ及びＣＶ＿Ｌと表し、画素ＡＤ、ＢＤ及びＣＤにおけるマイクロレンズ１０９のずらし量を、それぞれＡＤ＿Ｌ、ＢＤ＿Ｌ及びＣＤ＿Ｌと表す。

図４Ｂにおいては、太い実線で描かれる四角形によって、フォトダイオードの位置が示され、破線で描かれる四角形によってカラーフィルタ１０７の位置が示されている。ここで、画素ＡＨ、ＢＨ及びＣＨにおけるカラーフィルタ１０７のずらし量（フォトダイオードの中心とカラーフィルタ１０７の中心との距離）を、それぞれＡＨ＿Ｆ、ＢＨ＿Ｆ及びＣＨ＿Ｆと表し、画素ＡＶ、ＢＶ及びＣＶにおけるカラーフィルタ１０７のずらし量を、それぞれＡＶ＿Ｆ、ＢＶ＿Ｆ及びＣＶ＿Ｆと表し、画素ＡＤ、ＢＤ及びＣＤにおけるカラーフィルタ１０７のずらし量を、それぞれＡＤ＿Ｆ、ＢＤ＿Ｆ及びＣＤ＿Ｆと表す。

図４Ｃにおいては、太い実線で描かれる四角形によって、フォトダイオードの位置が示され、破線で描かれる四角形によって第２金属膜１０６の位置が示されている。ここで、画素ＡＨ、ＢＨ及びＣＨにおける第２金属膜１０６のずらし量（フォトダイオードの中心と第２金属膜１０６に形成される開口部の中心との距離）を、それぞれＡＨ＿Ｓ、ＢＨ＿Ｓ及びＣＨ＿Ｓと表し、画素ＡＶ、ＢＶ及びＣＶにおける第２金属膜１０６のずらし量を、それぞれＡＶ＿Ｓ、ＢＶ＿Ｓ及びＣＶ＿Ｓと表し、画素ＡＤ、ＢＤ及びＣＤにおける第２金属膜１０６のずらし量を、それぞれＡＤ＿Ｓ、ＢＤ＿Ｓ及びＣＤ＿Ｓと表す。

また、上記の各ずらし量は、各図に示される式に従い、画素Ｚの中心２０１Ｌから各画素の中心２００Ｌまでの距離（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）に、所定の係数（ＬＭ１〜ＬＭ３、ＬＮ１〜ＬＮ３、ＬＰ１〜ＬＰ２）を乗ずることによって算出される。尚、当該係数（例えばＬＭ１、ＬＭ２等）は、カメラレンズの特性に応じて決定される値である。

まず、図３に示されるように、本実施形態に係る固体撮像装置に搭載されたカメラレンズ特性によれば、カメラレンズを通り抜ける光線の主光線角は、像高が０〜Ａ％の範囲では単調に増加し、像高がＡ％〜１００％の範囲ではほぼ一定である。尚、一般的なカメラレンズの特性では、像高Ａは、通常６０〜８０％の範囲の値である。

そこで、本実施形態に係る固体撮像装置においては、主光線角の変化に対応して、マイクロレンズ１０９のずらし量が、像高が０〜Ａ％の範囲では単調に増加し、像高がＡ％以上の範囲ではほぼ一定となるように、マイクロレンズ１０９にシュリンクが施される。

具体的には、像高が０〜Ａ％である領域に配置される各画素については、各係数（ＬＭ１、ＬＭ２、ＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、ＬＰ１）を一定にすることによって、各画素の中心２００Ｌからのマイクロレンズ１０９の中心２０１Ｌのずらし量の絶対値を、像高にほぼ比例させることが可能である。また、像高がＡ％以上である領域に配置される各画素について、各係数は、次の数１〜数３の関係を満たすように設定される。

（数１）
ＬＭ１≒ＬＭ２≒ＬＮ１≒ＬＮ２≒ＬＮ３
（数２）
ＬＭ１≒ＬＰ１＞ＬＰ２＞ＬＰ３
（数３）
ＬＭ１≒ＬＭ２＞ＬＭ３

各係数の値をこのように設定することによって、本実施形態に係る固体撮像装置においては、像高がＡより大きい領域に配置される画素のずらし量（ＣＨ＿Ｌ、ＢＤ＿Ｌ、ＣＤ＿Ｌ、ＣＶ＿Ｌ）を、ほぼ同じにすることができる。

すなわち、各ずらし量ＣＨ＿Ｌ、ＢＤ＿Ｌ、ＣＤ＿Ｌ及びＣＶ＿Ｌは、ＣＨ＿Ｌ≒ＢＤ＿Ｌ≒ＣＤ＿Ｌ≒ＣＶ＿Ｌの関係を満たす。また、その他のずらし量は、ＡＨ＿Ｌ＜ＢＨ＿Ｌと、ＡＶ＿Ｌ＜ＢＶ＿Ｌ＜ＣＶ＿Ｌと、ＢＨ＿Ｌ≦ＣＶ＿Ｌと、ＡＤ＿Ｌ≦ＢＤ＿Ｌとの関係を満たす。

更に、図４Ｂに示される各係数は、像高がＡ％以上である領域に配置される各画素について、次の数４〜数６の関係を満たすように設定される。

（数４）
ＦＭ１≒ＦＭ２≒ＦＮ１≒ＦＮ２≒ＦＮ３
（数５）
ＦＭ１≒ＦＰ１＞ＦＰ２＞ＦＰ３
（数６）
ＦＭ１≒ＦＭ２＞ＦＭ３

各係数の値をこのように設定することによって、本実施形態に係る固体撮像装置においては、像高がＡより大きい領域に配置される画素のずらし量（ＣＨ＿Ｆ、ＢＤ＿Ｆ、ＣＤ＿Ｆ、ＣＶ＿Ｆ）を、ほぼ同じにすることができる。

すなわち、各ずらし量ＣＨ＿Ｆ、ＢＤ＿Ｆ、ＣＤ＿Ｆ及びＣＶ＿Ｆは、ＣＨ＿Ｆ≒ＢＤ＿Ｆ≒ＣＤ＿Ｆ≒ＣＶ＿Ｆの関係を満たす。また、その他のずらし量はＡＨ＿Ｆ＜ＢＨ＿Ｆと、ＡＶ＿Ｆ＜ＢＶ＿Ｆ＜ＣＶ＿Ｆと、ＢＨ＿Ｆ≦ＣＶ＿Ｆと、ＡＤ＿Ｆ≦ＢＤ＿Ｆとの関係を満たす。

更に、図４Ｃに示される各係数は、像高がＡ％以上である領域に配置される各画素について、次の数７〜数９の関係を満たすように設定される。

（数７）
ＳＭ１≒ＳＭ２≒ＳＮ１≒ＳＮ２≒ＳＮ３
（数８）
ＳＭ１≒ＳＰ１＞ＳＰ２＞ＳＰ３
（数９）
ＳＭ１≒ＳＭ２＞ＳＭ３

各係数の値をこのように設定することによって、本実施形態に係る固体撮像装置においては、像高がＡより大きい領域に配置される画素のずらし量（ＣＨ＿Ｓ、ＢＤ＿Ｓ、ＣＤ＿Ｓ、ＣＶ＿Ｓ）を、ほぼ同じにすることができる。

すなわち、各ずらし量ＣＨ＿Ｓ、ＢＤ＿Ｓ、ＣＤ＿Ｓ及びＣＶ＿Ｓは、ＣＨ＿Ｓ≒ＢＤ＿Ｓ≒ＣＤ＿Ｓ≒ＣＶ＿Ｓの関係を満たす。また、その他のずらし量はＡＨ＿Ｓ＜ＢＨ＿Ｓと、ＡＶ＿Ｓ＜ＢＶ＿Ｓ＜ＣＶ＿Ｓと、ＢＨ＿Ｓ≦ＣＶ＿Ｓと、ＡＤ＿Ｓ≦ＢＤ＿Ｓの関係を満たす。

尚、第１金属膜１０３もまた、マイクロレンズ１０９、カラーフィルタ１０７、第２金属膜１０６と同様の計算に従って求められたずらし量だけ、フォトダイオードの中心から位置をずらして配置することができる。

（第２の実施形態）
図５Ａは、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置におけるマイクロレンズ１０９のレイアウトを示す模式図であり、図５Ｂは、図５Ａに示されるＱ部分の拡大図である。また、図６は、画素アレイ領域の中心部に配置される画素の断面図である。

尚、本実施形態に係る固体撮像装置の回路構成は、図１Ａ及び図１Ｂに示される第１の実施形態に係るものと同様であるので、ここでの説明を省略する。

また、本実施形態に係る固体撮像装置の構造は、マイクロレンズ１０９、カラーフィルタ１０７及び第２金属膜１０６のずらし量を除いて、図１Ｄに示される第１の実施形態におけるものと同様である。すなわち、図１Ｄと図６とに示されるように、画素は、半導体基板１０１の表面に形成され、光電変換領域を構成するフォトダイオード１１０と、フォトダイオード１１０の表面を覆うように形成される絶縁膜１０２と、絶縁膜１０２の表面を覆うように形成される第１金属膜１０３と、第１金属膜１０３の表面を覆うように形成される絶縁膜１０５と、絶縁膜１０５の表面を覆うように形成され、光電変換領域の上部に開口５が形成される第２金属膜１０６と、第２金属膜１０６の開口５を覆うように形成されるカラーフィルタ１０７と、絶縁膜１０８と、光電変換領域に光を集光するマイクロレンズ（トップレンズ）１０９とを含んでいる。尚、画素の所定位置には、金属埋め込み領域（図示せず）が形成される。また、光電変換領域から信号を読み出すための読み出し回路（図示せず）が、画素毎に設けられている。ただし、絶縁膜１０２、１０５及び１０８は、必ずしも同一の材料で構成されている必要はない。例えば、絶縁膜１０２及び１０５は、シリコン酸化膜や、シリコン酸窒化膜で構成されても良い。また、絶縁膜１０８は、アクリル等の樹脂で形成されても良い。接触する２つの絶縁膜の屈折率が相違する場合、当該２つの絶縁膜の界面での入射光の反射が生じ、フォトダイオード１１０への入射光量が減少する。そこで、接触する２つの絶縁膜の屈折率の差を可能な限り小さくすることが好ましい。一般には、屈折率の差が０．１〜０．３の間であれば、界面での反射によって受ける光量の減少は小さい。

また、半導体基板１０１の表面に複数の金属膜が形成される場合、第２金属膜１０６は、最上層の金属膜に相当する。最上層に形成される第２金属膜１０６は、配線としての機能を備えている場合と、配線としての機能はなく、遮光膜としての機能のみを備えている場合とがある。本実施形態においては、第２金属膜１０６は、いずれの場合であっても良い。

図５Ａに示されるマイクロレンズ１０９の配置領域２は、矩形形状（矩形状）を有し、行方向及び列方向の二次元状に配列された複数のマイクロレンズ１０９によって構成されている。

本実施形態に係る固体撮像装置は、マイクロレンズ１０９の配置領域２を複数の矩形形状（矩形状）の部分領域に分割し、分割された領域毎に、マイクロレンズ１０９の配置ピッチが設定されている点に特徴を有する。尚、図５Ａにおいては、説明の便宜のために、画素アレイ領域を構成する各部分領域を実線によって特定し、方向を一点鎖線によって特定している。

尚、図面においては、画素Ｚを画素アレイ領域の中心部分の画素と想定しているが、マイクロレンズ１０９と、カラーフィルタ１０７と、第２金属膜１０６とが相互にずらされていない画素が、画素アレイ領域の中心以外の画素となる場合も本実施形態に含まれる。

マイクロレンズ１０９の配置領域２は、矩形形状（矩形状）を有する９つの部分領域によって構成されている。

より詳細には、マイクロレンズ１０９の配置領域２は、その中央において、矩形形状（矩形状）に配列される複数の画素を含む部分領域Ａ_1-1と、領域Ａ_1-1の外方において、矩形形状（矩形状）に配置される複数の画素を含む８つの部分領域Ａ_2-1〜Ａ_4-4とを含む。

部分領域Ａ_2-1及びＡ_2-2は、部分領域Ａ_1-1とＨ方向に整列し、部分領域Ａ_1-1と辺で接している。また、部分領域Ａ_3-1及びＡ_3-2は、部分領域Ａ_1-1とＶ方向に整列し、部分領域Ａ_1-1と辺で接している。部分領域Ａ_4-1〜Ａ_4-4の各々は、マイクロレンズ１０９の配置領域２の４隅にそれぞれ配置され、領域Ａ_1-1の頂点３０１〜３０４の各々と点で接している。

また、本実施形態においては、マイクロレンズ１０９の配置領域２の中央部に配置される部分領域Ａ_1-1は、その頂点３０１〜３０４の各々がマイクロレンズ１０９の配置領域２の対角線上に位置するように構成されている。ただし、部分領域Ａ_1-1の各頂点３０１〜３０４の位置は、カメラレンズの入射光特性を考慮して決定される。

ここで、マイクロレンズ１０９の配置領域２を構成する各部分領域におけるマイクロレンズ１０９のピッチについて説明する。

マイクロレンズ１０９の各々は、同一の部分領域においては、Ｈ方向のピッチ及びＶ方向のピッチの両方が一定となるように配置されている。ただし、マイクロレンズ１０９の各々は、隣接する２つの部分領域においては、Ｈ方向のピッチ及びＶ方向のピッチの少なくとも一方が相違するように配置されている。

より具体的には、図５Ｂに示されるように、まず、マイクロレンズ１０９の配置領域２の中央部に位置する部分領域Ａ_1-1において、マイクロレンズ１０９の各々は、Ｈ方向及びＶ方向の両方で一定のピッチａで配置されている。ただし、マイクロレンズ１０９のピッチａは、フォトダイオードが配置されるピッチより小さく設定されている。

次に、マイクロレンズ１０９の配置領域２の４隅に位置する部分領域Ａ_4-1〜Ａ_4-4において、マイクロレンズ１０９のピッチは、Ｈ方向及びＶ方向の両方で一定であるが、部分領域Ａ_1-1におけるマイクロレンズ１０９のピッチより大きく設定される場合が多い。本実施形態においては、図５Ｂに示されるように、マイクロレンズ１０９の各々は、Ｈ方向及びＶ方向の両方で一定のピッチｂで配置されている。

次に、部分領域Ａ_1-1とＨ方向に隣接する部分領域Ａ_2-1及びＡ_2-2において、Ｈ方向におけるマイクロレンズ１０９のピッチは、部分領域Ａ_4-1におけるものと同一に設定され、Ｖ方向におけるマイクロレンズ１０９のピッチは、部分領域Ａ_1-1と同一に設定されている。すなわち、図５Ｂに示されるように、マイクロレンズ１０９の各々は、Ｈ方向においては、一定のピッチｂで配置され、Ｖ方向においては、一定のピッチａで配置されている。

そして、部分領域Ａ_1-1とＶ方向に隣接する部分領域Ａ_3-1及びＡ_3-2において、Ｈ方向におけるマイクロレンズ１０９のピッチは、部分領域Ａ_1-1におけるものと同一に設定され、Ｖ方向におけるマイクロレンズ１０９のピッチは、部分領域Ａ_4-1と同一に設定されている。すなわち、図５Ｂに示されるように、マイクロレンズ１０９の各々は、Ｈ方向においては、一定のピッチａで配置され、Ｖ方向においては、一定のピッチｂで配置されている。

図７は、像高と画素の最適入射角度との関係を示す図である。図７において、実線は、本実施形態に係るシュリンク方法が適用された場合の像高と最適入射角度との関係を示し、破線は、従来のシュリンク方法が適用された場合の像高と最適入射角度との関係を示す。また、図７においては、カメラレンズによって集光された光の主光線角、上限角及び下限角と、像高との関係が併せて示されている。

図７に示されるように、カメラレンズから出射される光の入射角度は、像高が０からある一定値まで増加するにつれて増加する。しかしながら、像高が当該一定値を超えると、光の入射角度の増加量は、減少する。このように、カメラレンズから出射される光の入射角度と像高とは、比例していないことが把握される。

従来のシュリンク方法によれば、マイクロレンズ１０９は、画素アレイ領域の全域において一定ピッチで配置されるため、画素への最適入射角度は、図７の破線によって示されるように、像高に比例して増加する。したがって、従来の固体撮像装置においては、カメラレンズの主光線角に対して、画素への最適入射角度が大きくずれてしまう。

これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置においては、カメラレンズから出射される光の入射角度と像高との関係を考慮して、図５Ａに示される画素アレイ領域の分割と、分割された部分領域におけるマイクロレンズ１０９のピッチとが決定される。

より詳細には、カメラレンズからの光入射角度の増加量が変化する像高をＺ％とすると、図５Ａに示される部分領域Ａ_1-1の頂点３０１〜３０４の像高をＺ％に設定すれば良い。通常、画素アレイ領域のＨ方向の辺とＶ方向の辺との比が４：３であるので、Ｚを６０％に設定すれば、Ｘは３６％であり、Ｙは４８％である。

また、各領域におけるマイクロレンズ１０９のピッチは、像高とカメラレンズの主光線角とに基づいて設定されている。通常は、部分領域Ａ_4-1におけるマイクロレンズ１０９のピッチは、部分領域Ａ_1-1におけるマイクロレンズ１０９のピッチより大きく設定される。したがって、部分領域Ａ_1-1のシュリンク率と、部分領域Ａ_4-1のシュリンク率とが相違する。

この結果、図７の実線に示されるように、本実施形態に係るシュリンク方法によれば、画素への最適入射角度は、Ｈ方向における像高がＸ以上の領域と、Ｖ方向における像高がＹ以上の領域とにおいて、カメラレンズの主光線角から若干ずれるものの、Ｄ１方向及びＤ２方向（すなわち、画素アレイ領域の対角線方向）においては、カメラレンズの主光線角にほぼ一致する。したがって、本実施形態に係る固体撮像装置は、少なくともＤ１方向及びＤ２方向において、画素の集光率を向上することができ、それ故、シェーディングを抑制することができる。

また、本実施形態に係るマイクロレンズ１０９のシュリンク方法によれば、Ｄ１方向及びＤ２方向において、画素アレイ領域の中心部から周辺部まで、光の入射量に対する集光率が大きくなるが、Ｈ方向及びＶ方向においても、集光率は、従来のシュリンク方法と同等で、悪化していない点で優れている。

マイクロレンズ１０９のレイアウトを作製するための方法として、ＣＡＤで一括してパターンを描画する方法と、電子線描画装置によってマスク上に所定のパターンを複数回描画する方法とが考えられる。いずれの方法においても、非常に容易に、描画データ作製とマスク作製とを行うことが可能であり、量産に適用するのに最適である。

また、一部の矩形形状（矩形状）のレイアウトを電子線描画装置で縮小してマスク上に描画し、他の矩形形状（矩形状）のレイアウトを予めＣＡＤで縮小した描画データを作製し、マスク上に描画する方法があり得る。電子線描画装置では、縮小するときの解像度が高い反面、何回も同じマスク上に複数のパターンを描画すると、位置ずれが生じる。一方、ＣＡＤでは、解像度が低い反面、マスク上での描画回数を低減できるため、位置合わせずれを低減することができる点で利点がある。

電子線描画装置、ＣＡＤの解像度は、それぞれ１０ｎｍ程度、５０ｎｍ程度である。また、位置合わせずれは、電子線描画装置では１０から１００ｎｍ程度である。

以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素アレイ領域は、複数の矩形形状（矩形状）の部分領域によって構成され、隣接する２つの部分領域において、マイクロレンズ１０９のピッチが相違する点に特徴を有する。したがって、本実施形態によれば、部分領域毎にマイクロレンズ１０９のＨ方向及びＶ方向のピッチを調節することによって、カメラレンズの入射光特性に応じたシュリンク率を部分画素領域毎に設定することができる。特に、本実施形態に係る固体撮像装置は、Ｄ１方向及びＤ２方向の端部側の画素において、光の入射角度に対してシュリンク率を合わせる場合に適している。

また、本実施形態に係る固体撮像装置のシュリンク方法は、従来技術のシュリンク方法と比較して、レイアウトが容易であるという優れた長所を備えている。更に、複数の領域同士がスムーズに接続されるため、画像特性に優れるという長所も備えている。

尚、本実施形態に係るシュリンク方法は、増幅型固体撮像装置だけでなく、ＣＣＤ型固体撮像装置に適用することも可能である。本実施形態に係るシュリンク方法が適用されたＣＣＤ型固体撮像装置もまた、本実施形態に係る固体撮像装置と同様の効果を奏することが可能である。ただし、本実施形態に係るシュリンク方法は、特に増幅型固体撮像装置に適用された場合により効果的である。その理由は、次の通りである。増幅型固体撮像装置は、電荷検出領域にＭＯＳ−ＦＥＴを有するため、電圧を供給するために複数層（２層以上）の金属配線が必要である。複数層の金属配線によって、マイクロレンズ１０９とフォトダイオードとの距離が大きくなると、増幅型固体撮像装置においては、ＣＣＤ型固体撮像装置に比べて、集光が難しくなる。一般的に、マイクロレンズ１０９とフォトダイオードとの距離が大きくなるほど、フォトダイオードに集光される光量は小さくなる。

また、本実施形態では、画素アレイ領域は、９つの部分領域によって構成されているが、部分画素領域の数は、２以上であれば良い。部分領域の数が１０以上の場合には、カメラレンズの主光線角と画素の最適入射角度とをより厳密に一致させることができる。

更に、本実施形態では、画素アレイ領域の中央に配置される部分領域の各頂点は、画素アレイ領域の対角線上に配置されているが、対角線上からずれていても良い。

更に、本実施形態では、部分領域は、画素アレイ領域の中心に対して点対称に配置されているが、画素アレイ領域の中心に対して非対称に配置されていても良い。

更に、本実施形態において、画素のピッチは、特に限定されないが、画素アレイ領域の外周部に配列される画素のピッチが、画素アレイ領域の中心部に配列される画素のピッチより大きくなるように設定されていても良い。

更に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置において、後述する本発明の第４の実施形態と同様にカップリング容量を考慮すれば、第２金属膜１０６を一定ピッチで配置することができる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。

尚、本実施形態に係る固体撮像装置の回路構成は、図１Ａ及び図１Ｂに示される第１の実施形態に係るものと同様であるので、ここでの説明を省略する。

また、本実施形態に係る固体撮像装置の構造は、マイクロレンズ１０９、カラーフィルタ１０７及び第２金属膜１０６のずらし量を除いて、図１Ｄに示される第１の実施形態におけるものと同様である。すなわち、図１Ｄに示されるように、画素は、半導体基板１０１の表面に形成され、光電変換領域を構成するフォトダイオード１１０と、フォトダイオード１１０の表面を覆うように形成される絶縁膜１０２と、絶縁膜１０２の表面を覆うように形成される第１金属膜１０３と、第１金属膜１０３の表面を覆うように形成される絶縁膜１０５と、絶縁膜１０５の表面を覆うように形成され、光電変換領域の上部に開口５が形成される第２金属膜１０６と、第２金属膜１０６の開口５を覆うように形成されるカラーフィルタ１０７と、絶縁膜１０８と、光電変換領域に光を集光するマイクロレンズ（トップレンズ）１０９とを含んでいる。尚、画素の所定位置には、金属埋め込み領域（図示せず）が形成される。また、光電変換領域から信号を読み出すための読み出し回路（図示せず）が、画素毎に設けられている。

また、半導体基板１０１の表面に複数の金属膜が形成される場合、第２金属膜１０６は、最上層の金属膜に相当する。最上層に形成される第２金属膜１０６は、配線としての機能を備えている場合と、配線としての機能はなく、遮光膜としての機能のみを備えている場合とがある。本実施形態においては、第２金属膜１０６は、いずれの場合であっても良い。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置におけるマイクロレンズ１０９のレイアウトを示す模式図である。尚、図８においては、説明の便宜のために、画素アレイ領域を構成する各部分領域を実線によって特定し、方向を一点鎖線によって特定している。

尚、図面においては、画素Ｚを画素アレイ領域の中心部分の画素と想定しているが、マイクロレンズ１０９と、カラーフィルタ１０７と、第２金属膜１０６とが相互にずらされていない画素が、画素アレイ領域の中心以外の画素となる場合も本実施形態に含まれる。

図８に示されるように、マイクロレンズ１０９の配置領域３は、矩形形状（矩形状）を有し、３つの矩形形状（矩形状）の領域によって構成されている。より詳細には、マイクロレンズ１０９の配置領域３は、その中央において、矩形形状（矩形状）に配列される複数の画素を含む部分領域Ａ_1-1と、部分領域Ａ_1-1の外方において、矩形形状（矩形状）に配置される複数の画素を含む２つの部分領域Ａ_2-1及びＡ_2-2とを含む。

部分領域Ａ_2-1及びＡ_2-2は、部分領域Ａ_1-1とＨ方向に整列し、部分領域Ａ_1-1と辺で接している。また、部分領域Ａ_1-1、Ａ_2-1及びＡ_2-2の各頂点３０１〜３０８は、マイクロレンズ１０９の配置領域の外周縁上に位置している。ただし、部分領域Ａ_1-1の各頂点３０１〜３０４の位置は、カメラレンズの入射光特性を考慮して決定される。

ここで、マイクロレンズ１０９の配置領域３を構成する各領域におけるマイクロレンズ１０９のピッチについて説明する。

マイクロレンズ１０９の各々は、同一の部分領域においては、Ｈ方向のピッチ及びＶ方向のピッチの両方が一定となるように配置されている。ただし、マイクロレンズ１０９の各々は、隣接する２つの部分領域においては、Ｈ方向のピッチ及びＶ方向のピッチの少なくとも一方が相違するように配置されている。

より具体的には、まず、マイクロレンズ１０９の配置領域３の中央部に位置する部分領域Ａ_1-1において、マイクロレンズ１０９の各々は、Ｈ方向及びＶ方向の両方で一定のピッチで配置されている。ただし、マイクロレンズ１０９のピッチは、フォトダイオードが配置されるピッチより小さく設定されている。

次に、マイクロレンズ１０９の配置領域３とＨ方向に隣接する部分領域Ａ_2-1及びＡ_2-2において、Ｈ方向におけるマイクロレンズ１０９のピッチは、部分領域Ａ_1-1におけるものと同一であり、Ｖ方向におけるマイクロレンズ１０９のピッチは、部分領域Ａ_1-1と異なっている。一般に、部分領域Ａ_2-1及びＡ_2-2におけるＶ方向のマイクロレンズ１０９のピッチは、部分領域Ａ_1-1におけるものより大きく設定される。

図９は、像高と、カメラレンズから入射する光の最適入射角度との関係を示す図である。図９において、実線は、本実施形態に係るシュリンク方法が適用された場合の像高と最適入射角度との関係を示し、破線は、従来のシュリンク方法が適用された場合の像高と最適入射角度との関係を示す。

図９の破線によって示されるように、従来のシュリンク方法によれば、マイクロレンズ１０９は、画素アレイ領域の全域において一定ピッチで配置されるため、画素への最適入射角度は、像高に比例する。したがって、カメラレンズの主光線角に対して、画素への最適入射角度が大きくずれてしまう。

これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置のシュリンク方法によれば、部分領域毎にマイクロレンズ１０９のピッチが設定されているので、カメラレンズの光入射特性に応じて、部分領域毎にシュリンク率を設定することができる。したがって、図９の実線に示されるように、画素への最適入射角度は、Ｄ１方向及びＤ２方向においては、カメラレンズの光入射特性から若干ずれるものの、Ｖ方向及びＨ方向においては、カメラレンズの光入射特性とほぼ一致する。したがって、本実施形態に係る固体撮像装置は、少なくともＶ方向及びＨ方向において、高い集光率を実現することが可能である。

以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズ１０９の配置領域は、複数の矩形形状（矩形状）の部分領域によって構成され、隣接する２つの部分領域において、マイクロレンズ１０９のピッチが相違する点に特徴を有する。特に、本実施形態に係る固体撮像装置は、Ｈ方向及びＶ方向の端部側の画素において、光の入射角度に対してシュリンク率を合わせる場合に適している。

また、本実施形態に係る固体撮像装置のシュリンク方法は、従来技術のシュリンク方法と比較して、レイアウトが容易であるという優れた長所を備えている。更に、複数の領域同士がスムーズに接続されるため、画像特性に優れるという長所も備えている。

尚、本実施形態に係るシュリンク方法は、増幅型固体撮像装置だけでなく、ＣＣＤ型固体撮像装置に適用することも可能である。本実施形態に係るシュリンク方法が適用されたＣＣＤ型固体撮像装置もまた、本実施形態に係る固体撮像装置と同様の効果を奏することが可能である。ただし、本実施形態に係るシュリンク方法は、特に増幅型固体撮像装置に適用された場合により効果的である。その理由は、次の通りである。増幅型固体撮像装置は、電荷検出領域にＭＯＳ−ＦＥＴを有するため、電圧を供給するために複数層（２層以上）の金属配線が必要である。複数層の金属配線によって、マイクロレンズ１０９とフォトダイオードとの距離が大きくなると、増幅型固体撮像装置においては、ＣＣＤ型固体撮像装置に比べて、集光が難しくなる。一般的に、マイクロレンズ１０９とフォトダイオードとの距離が大きくなるほど、フォトダイオードに集光される光量は小さくなる。

また、本実施形態では、マイクロレンズ１０９の配置領域は、３つの部分領域によって構成されているが、部分画素領域の数は、２以上であれば良い。部分画素領域の数が４以上である場合、部分画素領域が３つの固体撮像装置と比べて、カメラレンズの主光線角と画素の最適入射角度とをより厳密に一致させることができる。

更に、本実施形態では、マイクロレンズ１０９の配置領域は、Ｈ方向に整列する３つの部分領域によって構成されているが、Ｖ方向に整列する複数の部分領域によって構成されていても良い。

更に、本実施形態では、部分領域は、画素アレイ領域の中心に対して点対称に配置されているが、画素アレイ領域の中心に対して非対称に配置されていても良い。

更に、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置において、後述する本発明の第４の実施形態と同様にカップリング容量を考慮すれば、第２金属膜１０６を一定ピッチで配置することができる。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。

尚、本実施形態に係る固体撮像装置の回路構成は、図１Ａ及び図１Ｂに示される第１の実施形態に係るものと同様であるので、ここでの説明を省略する。

また、本実施形態に係る固体撮像装置の構造は、マイクロレンズ１０９、カラーフィルタ１０７及び第２金属膜１０６のずらし量を除いて、図１Ｄに示される第１の実施形態におけるものと同様である。すなわち、図１Ｄに示されるように、画素は、半導体基板１０１の表面に形成され、光電変換領域を構成するフォトダイオード１１０と、フォトダイオード１１０の表面を覆うように形成される絶縁膜１０２と、絶縁膜１０２の表面を覆うように形成される第１金属膜１０３と、第１金属膜１０３の表面を覆うように形成される絶縁膜１０５と、絶縁膜１０５の表面を覆うように形成され、光電変換領域の上部に開口５が形成される第２金属膜１０６と、第２金属膜１０６の開口５を覆うように形成されるカラーフィルタ１０７と、絶縁膜１０８と、光電変換領域に光を集光するマイクロレンズ（トップレンズ）１０９とを含んでいる。尚、画素の所定位置には、金属埋め込み領域（図示せず）が形成される。また、光電変換領域から信号を読み出すための読み出し回路（図示せず）が、画素毎に設けられている。

また、半導体基板１０１の表面に複数の金属膜が形成される場合、第２金属膜１０６は、最上層の金属膜に相当する。最上層に形成される第２金属膜１０６は、配線としての機能を備えている場合と、配線としての機能はなく、遮光膜としての機能のみを備えている場合とがある。本実施形態においては、第２金属膜１０６は、いずれの場合であっても良い。

図１０Ａは、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置におけるマイクロレンズ１０９のレイアウトを示す模式図であり、図１０Ｂは、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の第２金属膜１０６を示す図である。尚、図１０Ａ及び図１０Ｂにおいては、説明の便宜のために、領域を実線によって特定し、方向を破線によって特定している。

図１０Ａに示されるように、本実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズ１０９の配置領域４には、第１の実施形態と同様に、複数のマイクロレンズ１０９が配置される。

一方、図１０Ｂに示されるように、第２金属膜１０６は、複数の開口（図示せず）が、配置単位ＡＳ毎に配置される領域Ａ_5-1として形成されている。配置単位の各々は、一定のピッチで配置されている。

図１１Ａは、図１０Ｂに示されるＲ部分の一例を示す拡大図であり、図１１Ｂは、図１０Ｂに示されるＲ部分の他の一例を示す拡大図である。

ここで、配置単位ＡＳとは、図１１Ａに示されるように、１画素から構成される場合と、図１１Ｂに示されるように、数画素から構成される場合とがある。配置単位ＡＳが数画素から構成される場合、配置単位ＡＳ内における配置ピッチは、必ずしも一定である必要はない。

このように構成すると、１画素単位で第２金属膜１０６を配置する場合、ＣＡＤレイアウトツールの最小単位（通常、０．００１μｍ程度）以下では、第２金属膜１０６を配置できないのに対して、数画素単位で第２金属膜１０６を配置する場合は、画素アレイ領域全体で平均すると、レイアウトツールの最小単位以下のピッチで配置することが可能となり、より詳細に配置位置を制御できる。

すなわち、図１１Ｂに示されるように、配置単位ＡＳが９画素から構成される場合には、ピッチａ及びｂについて、ｂをａ以下に設定すれば、配置単位ＡＳの配置ピッチＢ（＝２ａ＋ｂ）を、配置単位ＡＳが１画素から構成される場合の配置ピッチ３Ａ（＝３ａ）より小さくすることが可能となる。

ここで、マイクロレンズ１０９のピッチが画素アレイ領域全体では等ピッチに配置されないことに対して、第２金属膜１０６の開口のピッチが一定に設定されていることについてその詳細を説明する。尚、以下においては、本実施形態の説明のために、図３を援用する。

まず、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置における第２金属膜１０６と、カラーフィルタ１０７と、マイクロレンズ１０９の配置とについて、すなわち、それぞれのずらし量について、図３と図１２Ａ〜図１２Ｃとを参照しながら説明する。

図１２Ａは、マイクロレンズ１０９のずらし量の詳細を示す模式図であり、図１２Ｂは、カラーフィルタ１０７のずらし量の詳細を示す模式図であり、図１２Ｃは、第２金属膜１０６のずらし量の詳細を示す模式図である。図１２Ａ〜図１２Ｃにおいては、像高がＡであるラインが一点鎖線によって示されている。

尚、図１２Ａ〜図１２Ｃは、図１０Ａに示された画素アレイ領域の一部となる二点鎖線で示される四角形内のマイクロレンズ１０９、カラーフィルタ１０７、第２金属膜１０６のそれぞれのずらし量、ずらし方向、ずらし方法を示している。

また、二点鎖線で示される四角形以外の画素アレイ領域におけるマイクロレンズ１０９、カラーフィルタ１０７、第２金属膜１０６のそれぞれのずらし量、ずらし方向、ずらし方法は、図１２Ａ〜図１２Ｃで示したずらし量、ずらし方向、ずらし方法に対して、水平中心線、垂直中心線と対称となるようにずらし方向を変える以外は同じように行う。

図１２Ａ〜図１２Ｃにおいては、説明のために、画素アレイ領域内に配列される画素のうち、いくつかの画素（画素Ｚ、画素ＡＨ〜ＣＨ、画素ＡＶ〜ＣＶ、画素ＡＤ〜ＣＤ）が特定されている。画素Ｚは、画素アレイ領域の中央部分に配置され、マイクロレンズ１０９と、カラーフィルタ１０７と、第２金属膜１０６とがずらされていない画素を示す。また、画素ＡＨ、ＢＨ及びＣＨは、水平方向において、画素Ｚから周辺部に向かって離れた位置に配置される画素を示す。画素ＡＶ、ＢＶ及びＣＶは、垂直方向において、画素Ｚから周辺部に向かって離れた位置に配置される画素を示す。更に、画素ＡＤ、ＢＤ及びＣＤは、斜め方向において、画素Ｚから周辺部に向かって離れた位置に配置される画素を示す。

尚、図面においては、画素Ｚを画素アレイ領域の中心部分の画素と想定しているが、マイクロレンズ１０９と、カラーフィルタ１０７と、第２金属膜１０６とが相互にずらされていない画素が、画素アレイ領域の中心以外の画素となる場合も本実施形態に含まれる。

また、図１２Ａ〜図１２Ｃにおいて特定される複数の画素のうち、画素Ｚ、ＡＨ、ＢＨ、ＡＶ、ＢＶ、ＣＶ及びＡＤは、像高０％〜Ａ％の範囲に含まれる画素（一点鎖線で示されるラインの内側に配置される画素）である。画素ＣＨ、画素ＢＤ及びＣＤは、像高Ａ％〜１００％の範囲に含まれる画素（一点鎖線で示されるラインの外側に配置される画素）である。

図１２Ａにおいては、太い実線で描かれる四角形によって、フォトダイオードの位置が示され、破線で描かれる四角形によってマイクロレンズ１０９の位置が示されている。ここで、画素ＡＨ、ＢＨ及びＣＨにおけるマイクロレンズ１０９のずらし量（フォトダイオードの中心とマイクロレンズ１０９の中心との距離）を、それぞれＡＨ＿Ｌ、ＢＨ＿Ｌ及びＣＨ＿Ｌと表し、画素ＡＶ、ＢＶ及びＣＶにおけるマイクロレンズ１０９のずらし量を、それぞれＡＶ＿Ｌ、ＢＶ＿Ｌ及びＣＶ＿Ｌと表し、画素ＡＤ、ＢＤ及びＣＤにおけるマイクロレンズ１０９のずらし量を、それぞれＡＤ＿Ｌ、ＢＤ＿Ｌ及びＣＤ＿Ｌと表す。

図１２Ｂにおいては、太い実線で描かれる四角形によって、フォトダイオードの位置が示され、破線で描かれる四角形によってカラーフィルタ１０７の位置が示されている。ここで、画素ＡＨ、ＢＨ及びＣＨにおけるカラーフィルタ１０７のずらし量（フォトダイオードの中心とカラーフィルタ１０７の中心との距離）を、それぞれＡＨ＿Ｆ、ＢＨ＿Ｆ及びＣＨ＿Ｆと表し、画素ＡＶ、ＢＶ及びＣＶにおけるカラーフィルタ１０７のずらし量を、それぞれＡＶ＿Ｆ、ＢＶ＿Ｆ及びＣＶ＿Ｆと表し、画素ＡＤ、ＢＤ及びＣＤにおけるカラーフィルタ１０７のずらし量を、それぞれＡＤ＿Ｆ、ＢＤ＿Ｆ及びＣＤ＿Ｆと表す。

図１２Ｃにおいては、太い実線で描かれる四角形によって、フォトダイオードの位置が示され、破線で描かれる四角形によって第２金属膜１０６の位置が示されている。ここで、画素ＡＨ、ＢＨ及びＣＨにおける第２金属膜１０６のずらし量（フォトダイオードの中心と第２金属膜１０６に形成される開口部の中心との距離）を、それぞれＡＨ＿Ｓ、ＢＨ＿Ｓ及びＣＨ＿Ｓと表し、画素ＡＶ、ＢＶ及びＣＶにおける第２金属膜１０６のずらし量を、それぞれＡＶ＿Ｓ、ＢＶ＿Ｓ及びＣＶ＿Ｓと表し、画素ＡＤ、ＢＤ及びＣＤにおける第２金属膜１０６のずらし量を、それぞれＡＤ＿Ｓ、ＢＤ＿Ｓ及びＣＤ＿Ｓと表す。

また、各ずらし量は、各図に示される式に従い、画素Ｚの中心２０１Ｌから各画素の中心までの距離（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）に所定の係数（ＬＭ１〜ＬＭ３、ＬＮ１〜ＬＮ３、ＬＰ１〜ＬＰ２）を乗ずることによって算出される。尚、当該係数（例えばＬＭ１、ＬＭ２等）は、カメラレンズの特性に応じて決定される値である。

まず、図３に示されるように、本実施形態に係る固体撮像装置に搭載されたカメラレンズ特性によれば、カメラを通り抜ける光線の主光線角は、像高が０〜Ａ％の範囲では単調に増加し、像高がＡ％以上の範囲ではほぼ一定となる。尚、一般的なカメラレンズの特性では、像高Ａは、通常６０〜８０％の範囲の値である。

そこで、本実施形態に係る固体撮像装置においては、主光線角の変化に対応して、マイクロレンズ１０９のずらし量が、像高が０〜Ａ％の範囲では単調に増加し、像高がＡ％以上の範囲ではほぼ一定となるように、マイクロレンズ１０９にシュリンク（ずらし）が施される。

具体的には、像高が０〜Ａ％である領域に配置される各画素については、各係数（ＬＭ１、ＬＭ２、ＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、ＬＰ１）を一定にすることによって、各画素の中心２００Ｌからのマイクロレンズ中心２０１Ｌのずらし量の絶対値を、像高にほぼ比例させることが可能である。また、像高がＡ％以上である領域に配置される各画素について、各係数は、次の数１０〜数１２の関係を満たすように設定される。

（数１０）
ＬＭ１≒ＬＭ２≒ＬＮ１≒ＬＮ２≒ＬＮ３
（数１１）
ＬＭ１≒ＬＰ１＞ＬＰ２＞ＬＰ３
（数１２）
ＬＭ１≒ＬＭ２＞ＬＭ３

各係数の値をこのように設定することによって、本実施形態に係る固体撮像装置においては、像高がＡより大きい領域に配置される画素のずらし量（ＣＨ＿Ｌ、ＢＤ＿Ｌ、ＣＤ＿Ｌ、ＣＶ＿Ｌ）を、ほぼ同じにすることが出来る。

すなわち、各ずらし量ＣＨ＿Ｌ、ＢＤ＿Ｌ、ＣＤ＿Ｌ及びＣＶ＿Ｌは、ＣＨ＿Ｌ≒ＢＤ＿Ｌ≒ＣＤ＿Ｌ≒ＣＶ＿Ｌの関係が成立する。また、その他のずらし量は、ＡＨ＿Ｌ＜ＢＨ＿Ｌと、ＡＶ＿Ｌ＜ＢＶ＿Ｌ＜ＣＶ＿Ｌと、ＢＨ＿Ｌ≦ＣＶ＿Ｌと、ＡＤ＿Ｌ≦ＢＤ＿Ｌとの関係を満たす。

一方、図１２Ｃに示されるように、本実施形態に係る固体撮像装置においては、第２金属膜１０６のずらし量を設定するための係数は、Ｓ１、すなわち、一定の値に設定されている。したがって、第２金属膜１０６のずらし量は、画素Ｚから各画素の中心までの距離（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）に一定の係数Ｓ１を乗じた値となる。

その結果、第２金属膜１０６の各ずらし量は、ＡＨ＿Ｓ＜ＢＨ＿Ｓ＜ＣＨ＿Ｓと、ＡＶ＿Ｓ＜ＢＶ＿Ｓ＜ＣＶ＿Ｓと、ＡＤ＿Ｓ＜ＢＤ＿Ｓ＜ＣＤ＿Ｓとの関係を満たす。

また、本実施形態に係る固体撮像装置においては、カラーフィルタ１０７のずらし量は、マイクロレンズ１０９のずらし量と同様に設定される。

すなわち、図３に示されるように、本実施形態に係る固体撮像装置に搭載されたカメラレンズ特性によれば、カメラを通り抜ける光線の主光線角は、像高が０〜Ａ％の範囲では単調に増加し、像高がＡ％以上の範囲ではほぼ一定となる。尚、一般的なカメラレンズの特性では、像高Ａは、通常６０〜８０％の範囲の値である。

そこで、本実施形態に係る固体撮像装置においては、主光線角の変化に対応して、カラーフィルタ１０７のずらし量が、像高が０〜Ａ％の範囲では単調に増加し、像高がＡ％以上の範囲ではほぼ一定となるように、カラーフィルタ１０７にシュリンクが施される。

具体的には、像高が０〜Ａ％である領域に配置される各画素については、各係数（ＦＭ１、ＦＭ２、ＦＮ１、ＦＮ２、ＦＮ３、ＦＰ１）を一定にすることによって、各画素の中心２００Ｌからのカラーフィルタ１０７の中心２００Ｆのずらし量の絶対値を、像高にほぼ比例させることが可能である。また、像高がＡ％以上である領域に配置される各画素について、各係数は、次の数１３〜数１５の関係を満たすように設定される。

（数１３）
ＦＭ１≒ＦＭ２≒ＦＮ１≒ＦＮ２≒ＦＮ３
（数１４）
ＦＭ１≒ＦＰ１＞ＦＰ２＞ＦＰ３
（数１５）
ＦＭ１≒ＦＭ２＞ＦＭ３

各係数の値をこのように設定することによって、本実施形態に係る固体撮像装置においては、像高がＡより大きい領域に配置される画素のずらし量（ＣＨ＿Ｆ、ＢＤ＿Ｆ、ＣＤ＿Ｆ、ＣＶ＿Ｆ）を、ほぼ同じにすることができる。

すなわち、各ずらし量ＣＨ＿Ｆ、ＢＤ＿Ｆ、ＣＤ＿Ｆ及びＣＶ＿Ｆは、ＣＨ＿Ｆ≒ＢＤ＿Ｆ≒ＣＤ＿Ｆ≒ＣＶ＿Ｆの関係を満たす。また、その他のずらし量はＡＨ＿Ｆ＜ＢＨ＿Ｆと、ＡＶ＿Ｆ＜ＢＶ＿Ｆ＜ＣＶ＿Ｆと、ＢＨ＿Ｆ≦ＣＶ＿Ｆと、ＡＤ＿Ｆ≦ＢＤ＿Ｆとの関係を満たす。

ただし、本実施形態では、カラーフィルタ１０７のずらし量は、マイクロレンズ１０９のずらし量と同様に設定されているが、その他の例として、カラーフィルタ１０７のずらし量は、第２金属膜１０６のずらし量と同じ計算に従って設定されても良い。すなわち、カラーフィルタ１０７のずらし量は、撮像位置Ｚから各位置の画素中心までの距離（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）に一定の係数を乗じた値に設定されても良い。

更に、図１３Ａを参照して、本実施形態のマイクロレンズ１０９、カラーフィルタ１０７、第２金属膜１０６のずらし量の設定方法についての詳細を説明する。

図１３Ａは、第２金属膜１０６の開口を通過する光線の角度と像高との関係を示す図である。

マイクロレンズ１０９は、入射光の集光方向を決定するため、製造工程でのフォトダイオードの位置ずれがそのまま各画素の集光特性に影響を及ぼす。しかしながら、第２金属膜１０６は、入射光の集光方向には影響を与えないので、入射光を反射または散乱することのないように配置されていれば良い。したがって、第２金属膜１０６に形成される開口の多少の位置ずれは、許容され得る。

更に、図１３Ａの破線によって示されるように、第２金属膜１０６の開口を通過する光線の上限角と下限角との差は、カメラレンズによって集光された光の上限角と下限角との差に比べて、一般的に十分に大きい。したがって、第２金属膜１０６の開口とマイクロレンズ１０９との位置ずれが許容範囲内である限り、各画素の集光特性に問題が生じることはない。それ故に、本実施形態に係る固体撮像装置のように、第２金属膜１０６を開口のピッチが一定の１つの領域によって構成することが可能となるのである。

図１３Ａによれば、第２金属膜１０６の開口を通過する光線の上限角と下限角との差は、カメラレンズによって集光された光の上限角と下限角との差より十分に大きいことが把握される。したがって、第２金属膜１０６のずらし量を設定する際に、第２金属膜１０６のピッチを等ピッチとしても、マイクロレンズ１０９から出射される光線は、その上限角から下限角の全範囲に渡って、第２金属膜１０６によって妨げられることなく、フォトダイオードに入射することができる。このことが、図１２Ｃに示されるように、第２金属膜１０６のずらし量を設定した理由である。

したがって、第２金属膜１０６の開口は、画素アレイ領域上において、一定のピッチで形成されていれば良い。よって、第２金属膜１０６を形成する際のマスクを、複数の領域に分割してマスクを作製する場合と比べて、極めて容易に作製することができる。この場合、マスクパターンを一度に描画することができるので、マスクの位置ずれを防止する観点では、解像度の高い電子線描画装置を用いてマスクを作製することが望ましい。

以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素アレイ領域は、マイクロレンズ１０９のピッチが異なる複数の矩形形状（矩形状）の領域によって構成されている点と、第２金属膜１０６の開口が一定のピッチで形成されている点とにおいて特徴を有する。

言い換えると、本実施形態に係る固体撮像装置は、画素アレイ領域内のマイクロレンズ１０９は、ピッチが異なって形成されているのに対して、第２金属膜１０６は、その開口が一定のピッチで形成されていることに特徴を有する、ということである。

更に、図１３Ｂ〜図１３Ｄを参照しながら、本実施形態に係る固体撮像装置が、第１の実施形態に係る固体撮像装置と比べて更に利点を有する点について、詳細を説明する。

図１３Ｂは、像高と遮光膜のずれ量との関係を示す図であり、図１３Ｃは、像高と、第１金属膜及び第２金属膜１０６のカップリング容量との関係を示す図であり、図１３Ｄは、画素アレイ領域の周辺部に配置される画素を模式的に示す断面図である。

まず、本実施形態においては、第２金属膜１０６は、一定ピッチで配置されている。また、第１金属膜１０３は、マイクロレンズ１０９、カラーフィルタ１０７及び第２金属膜１０６より、フォトダイオード１１０に近い位置に形成される。それ故に、第１金属膜１０３のずらし量が、像高が０〜Ａ％の範囲では単調に増加し、像高がＡ％以上である場合にはほぼ一定になるように設定されても、第１金属膜１０３が感度特性の向上に与える影響は、ずらし量が同様に設定されたマイクロレンズ１０９、カラーフィルタ１０７及び第２金属膜１０６が感度特性向上に与える影響と比べて小さい。

更に、後述するレイアウト設計の時間短縮、生産／品種展開の時間短縮、コスト低減を考慮すると、第１金属膜１０３は、一定ピッチで形成される場合が多い。

一方、第１の実施形態においては、第２金属膜１０６のずらし量は、図３に示されるようなカメラレンズの特性に合わせて、像高が０〜Ａ％の範囲では単調に増加し、像高がＡ％以上ではほぼ一定となるように設定されている。したがって、図１３Ｂに示されるように、像高Ａの付近では、第２金属膜１０６のずらし量の変化量が急激に変化する。

このため、第１の実施形態に係る固体撮像装置においては、図１３Ｃに示されるように、第１金属膜１０３及び第２金属膜１０６のカップリング容量が、像高Ａの付近で急激に変化する場合があり、画素信号を画像として出力した場合には、像高Ａの付近で画像が暗く（もしくは、明るく）なるという画像劣化が生じることが考えられる。

その理由は、次の通りである。一般的に金属膜（金属配線層）は、固体撮像装置のフォトダイオードの蓄積電荷を電位に変換し、変換された電位を保持する役割を有し、第２金属膜１０６は、電位保持もしくは接地のための配線として使用される場合がある。それ故に、第２金属膜１０６と第１金属膜１０３との間には、カップリング容量が存在する。第２金属膜１０６が第１金属膜１０３から大きくずらして配置されると、画素の位置によっては、第２金属膜１０６と第１金属膜１０３との相対的な位置関係が急激に変化し、それにより、カップリング容量が変化する場合がある。

これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置は、第２金属膜１０６は、一定ピッチで配置される点に特徴を有している。したがって、第２金属膜１０６及び第１金属膜１０３のカップリング容量は、緩やかに線形に変化する。よって、本実施形態に係る固体撮像装置においては、画素信号が画像として出力された場合に、像高Ａの付近で画像が暗く（もしくは、明るく）なるという画像劣化を抑制することが可能となる。

更に、本実施形態に係る固体撮像装置においては、第１金属膜１０３のレイアウトが規定されたフォトマスクを形成する際におけるレイアウト設計の時間を短縮することができ、更に、生産／品種展開に要する時間を短縮することができるため、コストを低減することも可能となる。

尚、本実施形態では、第１金属膜１０３は、第２金属膜１０６と同じ計算に従って、すなわち、金属膜のずらし量を設定するための係数を一定の値として、一定ピッチで配置することができる。

また、本実施形態に係るシュリンク方法は、増幅型固体撮像装置だけでなく、ＣＣＤ型固体撮像装置に適用することも可能である。本実施形態に係るシュリンク方法が適用されたＣＣＤ型固体撮像装置もまた、本実施形態に係る固体撮像装置と同様の効果を奏することが可能である。ただし、本実施形態に係るシュリンク方法は、特に増幅型固体撮像装置に適用された場合により効果的である。その理由は、増幅型固体撮像装置は、電荷検出領域にＭＯＳ−ＦＥＴを有するため、電圧を供給するために複数層（２層以上）の金属配線が必要であり、金属配線に光が遮られるなどの理由により、ＣＣＤ型固体撮像装置に比べて、集光が難しいためである。また、一般的に、マイクロレンズ１０９とフォトダイオードとの距離が大きくなるほど、フォトダイオードに集光される光量は小さくなる。

本発明に係る固体撮像装置及びマスク作成方法は、マイクロレンズのレイアウトが容易で、かつ、画像特性に優れるという特徴を有するので、例えば、デジタルカメラ等に用いられる固体撮像装置として利用できる。

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の一例を示す図 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の他の一例を示す図 画素アレイ領域の中心部に配置される画素の断面図 画素アレイ領域の中心部の画素及び周辺部の画素に対する光の入射を説明するための模式図 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置におけるマイクロレンズのレイアウトを示す模式図 図２Ａに示されるＰ部分の拡大図 像高と、各像高の画素の最適入射角度との関係を示す図 マイクロレンズのずらし量の詳細を示す模式図 カラーフィルタのずらし量の詳細を示す模式図 第２金属膜のずらし量の詳細を示す模式図 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置におけるマイクロレンズのレイアウトを示す模式図 図５Ａに示されるＱ部分の拡大図 画素アレイ領域の中心部に配置される画素の断面図 像高と画素の最適入射角度との関係を示す図 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置におけるマイクロレンズのレイアウトを示す模式図 像高と画素の最適入射角度との関係を示す図 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置におけるマイクロレンズのレイアウトを示す模式図 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置における第２金属膜を示す図 図１０Ｂに示されるＲ部分の一例を示す拡大図 図１０Ｂに示されるＲ部分の他の一例を示す拡大図 マイクロレンズのずらし量の詳細を示す模式図 カラーフィルタのずらし量の詳細を示す模式図 第２金属膜のずらし量の詳細を示す模式図 金属膜の開口を通過する光線の角度と像高との関係を示す図 像高と遮光膜のずれ量との関係を示す図 像高と、第１金属膜及び第２金属膜のカップリング容量との関係を示す図 画素アレイ領域の周辺部に配置される画素を模式的に示す断面図 一般的な増幅型固体撮像装置の概略構成を示す図 画素アレイ領域の中心部に配置される画素を模式的に示す平面図 画素アレイ領域の周辺部に配置される画素を模式的に示す平面図 図１５Ａに示される画素を模式的に示す断面図 図１５Ｂに示される画素を模式的に示す断面図 画素アレイ領域の中心部及び周辺部の各画素に対する光の入射を説明するための模式図 従来のシュリンク方法の概略を示す図

符号の説明

１〜４ 配置領域
５ 開口
１０ 画素アレイ領域
１０１ 半導体基板
１０２ 絶縁膜
１０３ 第１金属膜
１０４ 金属埋め込み領域
１０５ 絶縁膜
１０６ 第２金属膜
１０７ カラーフィルタ
１０８ 絶縁膜
１０９ マイクロレンズ
１１０ フォトダイオード（光電変換領域）
１１１ カメラレンズ
２００Ｌ マイクロレンズ
２００Ｆ カラーフィルタ
２００Ｓ 第２金属膜
２０１Ｌ マイクロレンズの中心
２０１Ｆ カラーフィルタの中心
２０１Ｓ 第２金属膜の中心
２０２ 画素中心
２０３ 画素
３０１〜３０８ 頂点
Ａ_1-1〜Ａ_4-4 部分領域

Claims (20)

1. 固体撮像装置であって、
   半導体基板上に、複数の画素が行方向及び列方向の二次元状に配列される画素アレイ領域を備え、
   前記画素の各々は、
   光電変換領域と、
   前記光電変換領域に光を集光するマイクロレンズとを含み、
   前記マイクロレンズの各々の配置は、画素毎に定められ、
   前記マイクロレンズの各々は、異なるピッチで二次元状に配置されることを特徴とする、固体撮像装置。
2. 前記画素の各々において、前記画素の中心に対する前記マイクロレンズの中心のずらし量は、当該画素の中心と前記画素アレイ領域の中心との距離に第１係数を乗じた値に設定され、
   前記第１定数の値は、少なくとも２つの前記画素のそれぞれに対して異なることを特徴とする、請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記マイクロレンズの各々は、配置領域に配置されており、前記配置領域の外形は、前記配置領域の隣接する２つの頂点を結び、かつ、当該隣接する２つの頂点を通過する直線に対して凹となる曲線を少なくとも１つ含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記マイクロレンズの中心と前記画素の中心との距離は、像高が所定値まで増加するにつれて増加し、像高が前記所定値を越えるとほぼ一定となるように設定されることを特徴とする、請求項３記載の固体撮像装置。
5. 前記画素アレイ領域は、矩形形状に配列される複数の前記画素を含む複数の部分領域から構成され、
   前記マイクロレンズの各々は、隣接する２つの部分領域同士において異なるピッチで配置されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の固体撮像装置。
6. 前記部分領域の各々は、前記画素アレイ領域の中心に対して、点対称に配置されることを特徴とする、請求項５記載の固体撮像装置。
7. 前記画素アレイ領域は、矩形形状を有し、
   前記部分領域の１つの各頂点は、前記画素アレイ領域の対角線上に位置することを特徴とする、請求項５記載の固体撮像装置。
8. 前記画素アレイ領域は、９つの前記部分画素領域から構成されることを特徴とする、請求項７記載の固体撮像装置。
9. 前記画素アレイ領域は、矩形形状を有し、
   前記部分領域の頂点の各々は、前記画素アレイ領域の外周縁上に位置することを特徴とする、請求項５記載の固体撮像装置。
10. 前記画素アレイ領域は、３つの前記部分画素領域から構成されることを特徴とする、請求項９記載の固体撮像装置。
11. 前記画素の各々は、前記画素アレイ領域の外周部のピッチが、前記画素アレイ領域の中心部のピッチより大きくなるように形成されることを特徴とする、請求項５記載の固体撮像装置。
12. 固体撮像装置であって、
    半導体基板上に、複数の画素が行方向及び列方向の二次元状に配列される画素アレイ領域を備え、
    前記画素の各々は、
    光電変換領域と、
    前記光電変換領域に光を集光するマイクロレンズと、
    前記マイクロレンズと前記光電変換領域との間に形成される開口部を有する金属膜とを含み、
    前記マイクロレンズの各々及び前記開口部の各々の配置は、画素毎に定められ、
    前記マイクロレンズの各々は、異なるピッチで二次元状に配置されており、
    前記開口部の各々は、一定のピッチで二次元状に配置されていることを特徴とする、固体撮像装置。
13. 前記画素の各々において、前記画素の中心に対する前記マイクロレンズの中心のずらし量は、当該画素の中心と前記画素アレイ領域の中心との距離に第２係数を乗じた値に設定され、
    前記画素の各々において、前記画素の中心に対する前記開口部の中心のずらし量は、当該画素の中心と前記画素アレイ領域の中心との距離に第３係数を乗じた値に設定され、
    前記第２係数の値は、少なくとも２つの前記画素のそれぞれに対して異なり、
    前記第３係数の値は、全ての画素に対して同じであることを特徴とする、請求項１２記載の固体撮像装置。
14. 前記金属膜は、多層金属膜の中の最上層に形成されることを特徴とする、請求項１２記載の固体撮像装置。
15. 前記金属膜と前記マイクロレンズの間に形成されるカラーフィルタを更に備え、
    前記カラーフィルタは、各画素毎に異なるピッチあるいは一定のピッチで二次元状に配置されていることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれかに記載の固体撮像装置。
16. 前記マイクロレンズの各々は、配置領域に配置されており、前記配置領域の外形は、前記配置領域の隣接する２つの頂点を結び、かつ、当該隣接する２つの頂点を通過する直線に対して凹となる曲線を少なくとも１つ含むことを特徴とする、請求項１２から１５のいずれかに記載の固体撮像装置。
17. 前記画素アレイ領域は、矩形形状に配列される複数の前記画素を含む複数の部分領域から構成され、
    前記マイクロレンズの各々は、隣接する２つの部分領域同士において異なるピッチで配置される、請求項１２から１６のいずれかに記載の固体撮像装置。
18. 前記画素アレイ領域は、矩形形状を有し、
    前記部分領域の頂点の各々は、前記画素アレイ領域の外周縁上に位置することを特徴とする、請求項１７記載の固体撮像装置。
19. 前記画素の各々は、前記画素アレイ領域の外周部のピッチが、前記画素アレイ領域の中心部のピッチより大きくなるように形成されることを特徴とする、請求項１２から１８のいずれかに記載の固体撮像装置。
20. 前記固体撮像装置は、増幅型固体撮像装置であることを特徴とする、請求項１から１９のいずれかに記載の固体撮像装置。

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