JP2008004658A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトダイオードの間隔を不等間隔としている固体撮像装置であっても、全フォトダイオードに同量の光量を到達させる。
【解決手段】面内配置で不等間隔に並ぶフォトダイオードＤＤを有する画素を複数備えるとともに、面内配置で等間隔に並ぶ外部光を集光させるマイクロレンズＭＳと、かかるマイクロレンズＭＳを透過する光を集光させる層内レンズＩＳと、を含む固体撮像装置３９にあって、マイクロレンズＭＳを透過してくる外部光を、面内配置で不等間隔に並ぶ層内レンズＩＳに透過させることで、フォトダイオードＤＤに導く。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の固体撮像装置に関するものである。

一般的な固体撮像装置は、画素に含まれるフォトダイオードへ入射する光（外部光）を電荷に変換する。そのため、フォトダイオードの受光面（光電変換領域）に入射する光信号は、画素単位で電気信号へと変換される。すると、画素面積に対する受光面の面積比率（開口率）が高いほど、光信号が多く取得されることになり、固体撮像装置の感度が向上する。

しかし、画素面積内には、光電変換領域以外の他の要素（例えばトランジスタ等）も含まれる。そのため、開口率の向上には限界がある。そこで、外部光を光電変換領域に集光させるマイクロレンズ（オンチップレンズ）を備える固体撮像装置が種々開発されている。なぜなら、このようなマイクロレンズは、外部光を集光させて（すなわち光量を増加させて）光電変換領域に導けるので、固体撮像装置の感度が向上するためである（なお、かかるような光量増加のことを、見かけの開口率が向上したと表現してもよい）。

ところが、最近では、固体撮像装置の高画素化の要望のために、画素サイズの縮小化（すなわち画素ピッチの縮小化）が進んでいる。そのため、画素表面に設けられている画素毎のマイクロレンズの面サイズ（外径等）も縮小してしまい、光電変換領域に導かれる光量が向上しにくくなっている。

そこで、効果的な光量増加を図るべく、図７に示すように、マイクロレンズｍｓとフォトダイオードｄｄとの間に、層内レンズｉｓを設けた固体撮像装置１３９が種々開発されている（例えば特許文献１）。なぜなら、このような層内レンズｉｓは、マイクロレンズｍｓからの透過光を集光させて光電変換領域へと導けるためである。
特開平１１−４０７８７号公報

ただし、特許文献１の固体撮像装置１３９は、画素のピッチ（すなわちマイクロレンズＭＳのピッチ）を等間隔にしている上に、フォトダイオードｄｄのピッチも等間隔にし、さらに、フォトダイオードｄｄの受光面側の上方に、マイクロレンズｍｓおよび層内レンズｉｓを重畳させるように配置させている。このような固体撮像装置１３９であれば、層内レンズｉｓによって、マイクロレンズｍｓの透過光をフォトダイオードｄｄに導ける。しかし、図８のような固体撮像装置１３９の場合では問題が生じる。その問題について、図８と図９・図１０とを参照しながら以下に説明する（なお、理解を容易にすべく断面図でのハッチングを省略している場合もある）。

図８に示される固体撮像装置１３９は、面内配置で２行２列の画素を一組（画素組）としており、画素のピッチ（すなわちマイクロレンズｍｓのピッチＰａ）と層内レンズｉｓのピッチＰｂを等間隔にしている。なお、この固体撮像装置１３９は、マイクロレンズｍｓおよび層内レンズｉｓの面内中心（黒丸）を一致（重畳）させ、さらに外径も同じにしているで、Ｐａ＝Ｐｂとなる。

しかしながら、フォトダイオードｄｄは画素組の面内中心に近づくように配置されている。そのため、画素組内のフォトダイオードｄｄ同士の間隔Ｐｄと隣り合う画素組同士でのフォトダイオードｄｄ同士の間隔Ｐｅとが異なる（なお、白丸が光電変換領域の面内中心であり、Ｐｄ＜Ｐｅ，Ｐｄ＋Ｐｅ＝Ｐａ×２＝Ｐｂ×２）。

したがって、かかる固体撮像装置１３９では、画素のピッチは等間隔になっているものの、フォトダイオードｄｄのピッチは不等間隔になる。なお、画素は不図示のカラーフィルタを含んでおり、赤（RED）の画素には「Ｒ」、緑(GREEN)の画素には「Ｇ」、青(BLUE)の画素には「Ｂ」を付している。

また、図９に示すように、複数画素の配置から成る受光面ｉｒの面内の一方向をｘ方向、このｘ方向に垂直な面内の一方向をｙ方向、ｘ方向およびｙ方向に垂直な方向をｚ方向とした場合に、受光面ｉｒの上方に射出瞳ＥＰが位置すると、受光面のｘ方向では、射出瞳ＥＰを境に入射光が傾く。すなわち、射出瞳ＥＰを境にしたｘ方向における一方側の受光面[AREA(L)]では、入射光はθｘの入射角度（＋θｘ）を有するようになり、他方側の受光面[AREA(R)]でも、入射光はθｘの入射角度（−θｘ）を有するようになる。

すると、図８の固体撮像装置１３９における入射光でも、図９のような入射角度が生じることになる。それを図示すると、図１０Ａ・図１０Ｂのようになる。なお、この図１０Ａ・図１０Ｂの固体撮像装置１３９は、図９におけるｘ方向およびｚ方向から成る一面に対応しており、図１０Ａは図９での受光面[AREA(L)]、図１０Ｂは図９での受光面[AREA(R)]に対応している。また、図１０Ａ・図１０Ｂ上、ｙ方向においては青および緑のカラーフィルタ、または緑および赤のカラーフィルタが並ぶことになるので、かかるカラーフィルタの色に応じて「Ｂ/Ｇ，Ｇ/Ｒ」が付されている。

そして、図１０Ａ・図１０Ｂに示すように、マイクロレンズｍｓの面頂点の法線方向を基準軸とした場合、フォトダイオードｄｄの受光面の面内中心は基準軸からずれている。詳説すると、図１０Ａでは、Ｂ/Ｇのカラーフィルタに対応するフォトダイオードｄｄは、マイクロレンズｍｓおよび層内レンズｉｓを透過する入射角度（＋θｘ）の光の集光点に近づくようにずれる一方、Ｇ/Ｒのカラーフィルタに対応するフォトダイオードｄｄは、かかる集光点から離れるようにずれている。そのため、Ｂ/Ｇのカラーフィルタに対応するフォトダイオードｄｄには多量の光量が到達するが、Ｇ/Ｒのカラーフィルタに対応するフォトダイオードｄｄには少量の光量しか到達しないことになる。したがって、全画素面における一方が青味がかることになる。

一方、図１０Ｂでは、Ｇ/Ｒのカラーフィルタに対応するフォトダイオードｄｄは、マイクロレンズｍｓおよび層内レンズｉｓを透過する入射角度（−θｘ）の光の集光点に近づくようにずれる一方、Ｂ/Ｇのカラーフィルタに対応するフォトダイオードｄｄは、かかる集光点から離れるようにずれている。そのため、Ｇ/Ｒのカラーフィルタに対応するフォトダイオードｄｄには多量の光量が到達するが、Ｂ/Ｇのカラーフィルタに対応するフォトダイオードｄｄには少量の光量しか到達しないことになる。したがって、全画素面における他方が赤味がかることになる。

このような色味がかる現象を色シェーディング現象というが、この色シェーディング現象は、図９における射出瞳ＥＰを境にしたｙ方向の一方と他方とにおいても生じる。したがって、図８に示すような固体撮像装置１３９では、高品位なカラー画像を提供できない。そして、その理由は、全画素におけるフォトダイオードｄｄに同量(均一)の光量が到達しないことに起因するといえる。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、面内配置で不等間隔に並ぶフォトダイオードを有する固体撮像装置（フォトダイオードのピッチが不等間隔になっている固体撮像装置）であっても、全フォトダイオードに同量の光量を到達させることにある。

本発明の固体撮像装置は、面内配置で不等間隔に並ぶ光電変換部を有する画素を備えるとともに、面内配置で等間隔に並ぶ外部光を集光させるマイクロレンズと、上記マイクロレンズを透過する光を集光させる内部レンズと、を含んでいる。そして、かかる固体撮像装置は、マイクロレンズを透過してくる外部光を、面内配置で不等間隔に並ぶ内部レンズに透過させることで、光電変換部に導いている。

ここで詳説するために、マイクロレンズ、内部レンズ、および光電変換部の各々に、外部光に向いた基準軸を設定し、マイクロレンズの基準軸を第１軸、内部レンズの基準軸を第２軸、光電変換部の基準軸を第３軸とする。そして、第１軸に対し第３軸をずらすように光電変換部がずれて配置されている場合に、第１軸に対し第２軸をずらすように内部レンズがずれて配置されることで、その内部レンズを透過する光がずれて配置された光電変換部に導かれるようになっている固体撮像装置が本発明といえる。

ただし、第１軸に対し第２軸がずれる方向と、第１軸に対し第３軸がずれる方向とが一致していると望ましい。また、第１軸に対し第２軸がずれているずれ量と、第１軸に対し第３軸がずれているずれ量とが同量であると望ましい。

なお、画素が各々分光特性を有している場合、分光特性上、複数種類の画素が集まって、画素組が形成されていると望ましい。また、画素組における画素の少なくとも一部で、全色情報が取得されていると望ましい。

また、固体撮像装置には、光電変換部により生成される電気信号を増幅させる信号増幅部が設けられていると望ましい。なお、単数または複数の画素組に対応して、信号増幅部が単数または複数設けられていると望ましい。

また、信号増幅部が光電変換部同士の間である隙間空間に配置されていると、信号増幅部の存在しない隙間空間には、光電変換部同士を電気的に絶縁する素子分離部が設けられていると望ましい。

特に、画素組が、ずれて配置されることで密集する光電変換部を有する画素から成り立つ場合（例えば２行２列の面内配置の画素組の場合）、素子分離部は、画素組内での隙間空間に設けられていると望ましい。なお、素子分離部の材質は特に限定されないが、不純物拡散材から成っていると望ましい。

本発明の固体撮像装置によれば、マイクロレンズから光電変換部に至るまでの間に、面内配置で不等間隔に並ぶ内部レンズが介在する。かかる内部レンズがあれば、面内配置で等間隔に並ぶマイクロレンズによって、一旦、等間隔に集光された外部光を、面内配置で不等間隔に並ぶ光電変換部に合致するように集光できる。そのため、全ての光電変換部が均一光量を受光できる。

［実施の形態１］
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、図面によっては便宜上、部材番号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、理解を容易にすべくハッチングを省略している場合もある。

図１は、固体撮像装置３９の画素を主体的に示した断面図および平面図である。この図１に示すように、固体撮像装置３９は、基板１１内に組み込まれたフォトダイオード（光電変換部）ＤＤと、基板１１に積層された層間絶縁膜１２上に位置する層内レンズ（内部レンズ）ＩＳと、層間絶縁膜１２に積層された平担化膜１３上に位置するマイクロレンズＭＳとを有している。

なお、画素の面サイズ（破線により区分けされた領域）における最長辺とマイクロレンズＭＳの直径（外径）とがほぼ同サイズになっている上、画素のピッチとマイクロレンズＭＳのピッチとは同間隔（同ピッチ）になっている。その上、画素の面内中心とマイクロレンズＭＳの面内中心とが一致するようにもなっている（なお、両面内中心は黒丸で示されている）。

そして、かかる固体撮像装置３９は、画素同士（マイクロレンズＭＳ同士）の間隔Ｔａを等間隔にするとともに、面内配置で２行２列の画素を一組（画素組）とし、かかる画素組同士のピッチも等間隔（間隔Ｔａ×２）にしている。また、固体撮像装置３９は、フォトダイオードＤＤおよび層内レンズＩＳを画素組の面内中心に近づくように配置している（なお、フォトダイオードＤＤの受光面中心と層内レンズＩＳの面内中心とが一致するようになっており、白丸で示されている）。

ただし、画素組内の層内レンズＩＳ同士の間隔Ｔｂと、隣り合う画素組同士での層内レンズＩＳ同士の間隔Ｔｃとが異なるようになっている（Ｔｂ＜Ｔｃ）。また、画素組内のフォトダイオードＤＤ同士の間隔Ｔｄと、隣り合う画素組同士でのフォトダイオードＤＤ同士の間隔Ｔｅとが異なるようになっている（Ｔｄ＜Ｔｅ）。

なお、図１に示される固体撮像装置３９では、間隔Ｔｂと間隔Ｔｄとが一致し、間隔Ｔｃと間隔Ｔｅとが一致するようになっている（Ｔｂ＝Ｔｄ，Ｔｃ＝Ｔｅ）。また、間隔においては、「Ｔｂ＋Ｔｃ＝Ｔａ×２，Ｔｄ＋Ｔｅ＝Ｔａ×２」の関係が成立するようになっている。

したがって、かかる固体撮像装置３９では、画素の面内配置におけるピッチは等間隔になっているものの、フォトダイオードＤＤ同士および層内レンズＩＳ同士の面内配置におけるピッチは不等間隔になる（層内レンズＩＳの場合には間隔Ｔｂ・Ｔｃが存在し、フォトダイオードＤＤの場合には間隔Ｔｄ・Ｔｅが存在する）。

なお、便宜上、マイクロレンズＭＳ、層内レンズＩＳ、およびフォトダイオードＤＤの各々に外部光に向いた基準軸が設定された場合に、マイクロレンズＭＳの基準軸を第１軸Ａ１、層内レンズＩＳの基準軸を第２軸Ａ２、フォトダイオードＤＤの基準軸を第３軸Ａ３とすると、以下のような関係が成立する。
・隣り合うマイクロレンズＭＳの第１軸Ａ１同士の間隔 ＝間隔Ｔａ
・画素組内での層内レンズＩＳの第２軸Ａ２同士の間隔 ＝間隔Ｔｂ
・画素組同士での層内レンズＩＳの第２軸Ａ２同士の間隔 ＝間隔Ｔｃ
・画素組内でのフォトダイオードＤＤの第３軸Ａ３同士の間隔 ＝間隔Ｔｄ
・画素組同士でのフォトダイオードＤＤの第３軸Ａ３同士の間隔 ＝間隔Ｔｅ

すると、固体撮像装置３９では、第１軸Ａ１に対し第３軸Ａ３をずらすようにフォトダイオードＤＤがずれて配置されている上に、第１軸Ａ１に対し第２軸Ａ２をずらすように層内レンズＩＳがずれて配置されているといえる。

なお、カラー対応の固体撮像装置３９では、画素は不図示のカラーフィルタ等を含んでいる。そのため、赤（RED）のカラーフィルタを有する画素には「Ｒ」、緑(GREEN）のカラーフィルタを有する画素には「Ｇ」、青(BLUE)のカラーフィルタを有する画素には「Ｂ」を付している。すると、図１の固体撮像装置３９は、ベイヤー型のカラーフィルタを有しているといえる。なお、図１の断面図では、紙面の表から裏に至る方向においては青および緑のカラーフィルタ、または緑および赤のカラーフィルタが並ぶことになるので、かかるカラーフィルタの色に応じて「Ｂ/Ｇ，Ｇ/Ｒ」が付されている。

そして、以上のようなフォトダイオードＤＤを有する画素を複数備える固体撮像装置３９は、マイクロレンズＭＳに外部光を集光させるとともに、層内レンズＩＳにマイクロレンズＭＳを透過する光を集光させて、面内で不等間隔に並ぶフォトダイオードＤＤに外部光を導くようにしている。かかる外部光の光路、すなわち、外部からフォトダイオードＤＤの受光面に到達するまでの外部光の光路（一点鎖線）を示した図が、図２Ａ〜図２Ｃになる。

ただし、図２Ａ〜図２Ｃは外部光の光路の一例を示した図であり、図２Ａは、第１軸Ａ１と同方向で進行してくる外部光の光路を示している。一方、図２Ｂは、第１軸Ａ１に対して傾斜（＋θ）をもって入射する外部光の光路を示し、図２Ｃは図２Ｂと逆方向の傾斜（−θ）をもって入射する外部光の光路を示している。

これらの図に示すように、第１軸Ａ１に対し第３軸Ａ３をずらすようにフォトダイオードＤＤがずれて配置されていると、第１軸Ａ１に対し第２軸Ａ２をずらすように層内レンズＩＳがずれて配置されることで、その層内レンズＩＳを透過する光が、ずれて配置されたフォトダイオードＤＤに到達するようになる。

すなわち、等しい間隔Ｔａで並ぶマイクロレンズＭＳによって、一旦、等間隔に集光された外部光が、不等間隔（間隔Ｔｂ・Ｔｃ）に並ぶ層内レンズＩＳによって、不等間隔（間隔Ｔｄ・Ｔｅ）に並ぶフォトダイオードＤＤに導かれている。

そのため、フォトダイオードＤＤの受光面中心に外部光が到達できるようになり、全てのフォトダイオードＤＤが均一光量を受光するようになる。つまり、全画素面内において、一部の画素が多量の光量を受光する一方で、残りの一部の画素は少量の光量しか受光できない、というような事態は生じ得ない。

すると、外部光のある入射角度（例えば、＋θ）に起因して、例えばベイヤー型の青色および緑色のカラーフィルタを有する画素には多量の外部光が入射する一方、緑色および赤色のカラーフィルタを有する画素には少量の外部光しか入射しない、といった事態は生じ得ない。また、外部光の他の入射角度（例えば、−θ）に起因して、例えばベイヤー型の緑色および赤色のカラーフィルタを有する画素には多量の外部光が入射する一方、青色および緑色のカラーフィルタを有する画素には少量の外部光しか入射しない、といった事態も生じ得ない。つまり、カラー対応の固体撮像装置３９において、色シェーディング現象が生じないことになる。

なお、図１の固体撮像装置３９は、第１軸Ａ１に対し第２軸Ａ２がずれる方向と、第１軸Ａ１に対し第３軸Ａ３がずれる方向とが一致している一例である。しかし、これに限定されるものではない。また、図１の固体撮像装置３９は、第１軸Ａ１に対し第２軸Ａ２がずれているずれ量と、第１軸Ａ１に対し第３軸Ａ３がずれているずれ量とが同量である一例でもあるが、これに限定されるものではない。

要は、１軸Ａ１に対し第３軸Ａ３をずらすようにフォトダイオードＤＤがずれて配置されている場合に、第１軸Ａ１に対し第２軸Ａ２をずらすように層内レンズＩＳがずれて配置されることで、その層内レンズＩＳを透過する光が、ずれて配置されたフォトダイオードＤＤに到達するようになっていればよい。したがって、第１軸Ａ１に対し第２軸Ａ２がずれる方向と、第１軸Ａ１に対し第３軸Ａ３がずれる方向とが完全に一致していなくともよいし、第１軸Ａ１に対し第２軸Ａ２がずれているずれ量と、第１軸Ａ１に対し第３軸Ａ３がずれているずれ量とが完全に同量でなくてもよい。

ただし、層内レンズＩＳがずれて配置される理由は、マイクロレンズＭＳを透過してきた外部光をフォトダイオードＤＤの受光面に導くためである。そのため、第１軸Ａ１に対し第２軸Ａ２がずれる方向と、第１軸Ａ１に対し第３軸Ａ３がずれる方向とが完全に一致していると、層内レンズＩＳ透過光の進行方向が、確実にフォトダイオードＤＤの受光面に向くようになるので、極めて望ましいといえる。

なお、層内レンズＩＳおよびフォトダイオードＤＤのピッチが不等間隔になっていても、画素表示面に位置するマイクロレンズＭＳのピッチは等間隔（間隔Ｔａ）になっている。そのため、入射光（入射画像）に対して有効な画素のピッチも等間隔になる。したがって、色シェーディング現象を抑制した上に、解像度の劣化しない固体撮像装置３９が実現しているといえる。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１で用いた部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。

通常、画素に含まれるフォトダイオードＤＤは、光を電荷（電子）に変換させている。そして、この電荷の量によって信号は現されることになる。そこで、固体撮像装置３９には、図３に示すように、電荷量を検出する電荷検出部２１と、この電荷検出部２１にフォトダイオードＤＤにて変換された電荷を転送する電荷転送部（転送ゲート）２２とが含まれている。

そして、特に、電荷検出部２１にて生じる電位差を増幅することで信号としての出力を可能にする信号増幅部２３も固体撮像装置３９に含まれている。そのため、かかる固体撮像装置３９は、フォトダイオードＤＤにより生成される電気信号を増幅させる信号増幅部２３を有する増幅型タイプといえる。ただし、信号増幅部２３の個数は特に限定されるものではない。

また、信号増幅部２３や電荷検出部２１、電荷転送部２２等の素子の配置位置も特に限定されない。ただし、これらの素子を配置するために別個の空間（スペース）を設けてしまうと、固体撮像装置３９のサイズの大型化につながってしまう。そこで、これらの素子は、画素面内において比較的大きな隙間（隙間空間）に配置されると望ましい。例えば、図３に示すように、画素組と画素組との間の隙間空間に、これらの素子が位置しているとよい。このようになっていれば、昨今の高画素化に対応した固体撮像装置３９であっても（すなわち、極めて小型化した画素を有する固体撮像装置３９であっても）、素子が配置できるためである。

また、かかるような信号増幅部２３を有する固体撮像装置３９（すなわち増幅型固体撮像装置３９）では、信号増幅部２３等の素子が、例えば、隣り合う画素組でのフォトダイオードＤＤ同士の間である隙間空間に配置されている。このようになっていれば、信号増幅部２３等の存在によって、フォトダイオードＤＤ同士が電気的に絶縁される。逆に、信号増幅部２３等が存在しない隙間空間を挟むように位置するフォトダイオードＤＤ同士を、確実に絶縁するためには何らかの方策が必要ともいえる。

その方策の一例としては、不純物（不純物拡散材）をイオン注入することで形成される素子分離層２４（網点部分）が挙げられる（図４参照）。そして、かかる素子分離層２４は、信号増幅部２３の存在しない少なくとも一部の隙間空間に設けられていればよい。このようになっていれば、信号増幅部２３等の素子が無くとも、素子分離層（素子分離部）２４によって確実にフォトダイオードＤＤ同士が絶縁されるためである。

特に、ずれて配置されることで密集するフォトダイオードＤＤを有する画素から、画素組が成り立つ場合、素子分離層２４は画素組内での隙間空間に設けられていると望ましい。素子分離層２４は、通常、信号増幅部２３の素子よりも小型化・薄型化しやすい。そのため、画素組内での密集するフォトダイオードＤＤ同士の隙間空間に、素子分離層２４が配置されれば、フォトダイオードＤＤ同士は確実に絶縁されるにもかかわらず隙間空間が極めて縮小し、ひいては画素組内の画素同士をより一層密集させることができる。その結果、固体撮像装置３９は、高画素化に対応していても、小型になりやすい。

なお、素子分離層２４は不純物注入によって形成されているので、素子分離層２４にフィールド酸化膜を設ける必要はない。そのため、素子分離層２４の厚み（隣り合うフォトダイオードＤＤ同士の間隔と同義）は極めて薄くなり、画素面積内を占めるフォトダイオードＤＤの受光面積の比率（すなわち開口率）が高まる。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

例えば、上記では、層内レンズＩＳの間隔ＴｂとフォトダイオードＤＤの間隔Ｔｄとが一致し、さらに、層内レンズＩＳの間隔ＴｃとフォトダイオードＤＤの間隔Ｔｅとが一致している固体撮像装置３９（図１参照）を例に挙げた。しかし、これに限定されるものではない。すなわち、間隔Ｔｂと間隔Ｔｄとが異なっていてもよいし、間隔Ｔｃと間隔Ｔｅとが異なっていてもよい。

また、図３および図４に示すように、１個の画素組に対応して信号増幅部２３が単数設けられていてもよいし、図５に示すように、１個の画素組に対応して信号増幅部２３が複数設けられていてもよい。また、複数の数の画素組に対応して、信号増幅部２３が単数または複数設けられていてもよい。

また、画素組の個数の４個に限定されない。例えば、図６に示すように、３個の画素から成る画素組であってもよい。そして、かかる画素組では、４個の画素から成る画素組同様に、赤のカラーフィルタを有する画素、緑のカラーフィルタを有する画素、および青のカラーフィルタを有する画素が含まれている。すなわち、４個の画素から成る画素組であっても、３組の画素から成る画素組であっても、赤・緑・青のカラーフィルタに応じた分光特性を有する画素を含むようになっている。

このようになっていれば、画素組を単位として、全ての色情報（白色情報）を取得できる。すなわち、４個の画素から成る画素組の場合、赤・緑・青のカラーフィルタに応じた分光特性を有する合計３個の画素でも、赤・緑・緑・青のカラーフィルタに応じた分光特性を有する合計４個の画素でも、全色情報を取得できることになる。また、３個の画素から成る画素組の場合、赤・緑・青のカラーフィルタに応じた分光特性を有する全画素で、全色情報を取得できることになる。

なお、３個の画素から成る画素組は、面内で最密充填するような配置になっている。すなわち、図６に示すように、３個の画素で三角状になっている画素組が、水平方向において交互に上下反転しながら並ぶようになっている（かかる並び方をデルタ配置と称してもよい）。ただし、このような配置であっても、マイクロレンズＭＳは等間隔で配置され、層内レンズＩＳおよびフォトダイオードＤＤは画素組の面内中心に近づくように配置される。したがって、層内レンズＩＳおよびフォトダイオードＤＤは実施の形態１・２同様に、不等間隔で配置されている。

そして、マイクロレンズＭＳの第１軸Ａ１に対しフォトダイオードＤＤの第３軸Ａ３がずれるようになっているものの、マイクロレンズＭＳの第１軸Ａ１に対し層内レンズＩＳの第２軸Ａ２がずれ、かかる層内レンズＩＳを透過する光を、ずれて配置されたフォトダイオードＤＤに到達するようになっている。そのため、３個の画素から成る画素組であっても、フォトダイオードＤＤの受光面中心に外部光が到達できるようになり、全てのフォトダイオードＤＤが均一光量（均一の光強度）を受光するようになる。

なお、図６の固体撮像装置３９は、第１軸Ａ１に対し第２軸Ａ２がずれる方向と、第１軸Ａ１に対し第３軸Ａ３がずれる方向とが一致している一例であり、さらに、第１軸Ａ１に対し第２軸Ａ２がずれているずれ量と、第１軸Ａ１に対し第３軸Ａ３がずれているずれ量とが同量である一例でもある。

また、第１軸Ａ１〜第３軸Ａ３の基準軸の取り方は種々想定できる。すなわち、マイクロレンズＭＳの面頂点に対する法線方向を第１軸Ａ１、層内レンズＩＳの面頂点に対する法線方向を第２軸Ａ２、フォトダイオードＤＤの受光面中心を通り、その面内に対する法線方向を第３軸Ａ３、とする基準軸の取り方に限定されるものではない。

例えば、マイクロレンズＭＳや層内レンズＩＳの面頂点ではなく、レンズの周端等から外部光に向かうような第１軸Ａ１や第２軸Ａ２であってもよいし、フォトダイオードＤＤの受光面中心以外の面内の箇所から外部光に向かうような第３軸Ａ３であってもよい。また、基準軸の外部光に向かう方向は鉛直方向に限定されるものではない。すなわち、傾くような基準軸であっても構わない。

要は、マイクロレンズＭＳ、層内レンズＩＳ、およびフォトダイオードＤＤの基本になる位置と、変位した位置とを規定できるような基準軸であればよい。このような基準軸であれば、マイクロレンズＭＳ、層内レンズＩＳ、およびフォトダイオードＤＤの面内配置が規定でき、これらが等間隔で並んでいるのか不等間隔で並んでいるのかを明白にできるためである。

そして、面内配置で不等間隔に並ぶフォトダイオードＤＤを有する画素を複数備えるとともに、面内配置で等間隔に並ぶ外部光を集光させるマイクロレンズＭＳと、かかるマイクロレンズＭＳを透過する光を集光させる層内レンズＩＳと、を含む固体撮像装置３９にあって、マイクロレンズＭＳを透過してくる外部光を、面内配置で不等間隔に並ぶ層内レンズＩＳに透過させることで、フォトダイオードＤＤに導けることが本発明の一例といえる。

は、固体撮像装置の断面図および平面図である。 は、固体撮像装置に入射する外部光の光路を示す光路図であり、（Ａ）はマイクロレンズの面頂点に対する法線方向と同方向で進行してくる外部光の光路図であり、（Ｂ）は上記の法線方向に対して傾斜（＋θ）をもって入射する外部光の光路図であり、（Ｃ）は上記の法線方向と逆方向の傾斜（−θ）をもって入射する外部光の光路図である。 は、種々の素子を明記した固体撮像装置の平面図である。 は、素子分離層を明記した固体撮像装置の平面図である。 は、図３の他の一例を示す固体撮像装置の平面図である。 は、３個の画素から成る画素組を示す平面図である。 は、従来の固体撮像装置の断面図である。 は、図７の他の一例を示す固体撮像装置の断面図および平面図である。 は、受光面に対する射出瞳の位置を示す斜視図である。 は、図８の固体撮像装置における光路図を示しており、（Ａ）はマイクロレンズの面頂点に対する法線方向に対して傾斜（＋θｘ）をもって入射する外部光の光路図であり、（Ｂ）は上記の法線方向と逆方向の傾斜（−θｘ）をもって入射する外部光の光路図である。

符号の説明

ＭＳ マイクロレンズ
ＩＳ 層内レンズ（内部レンズ）
ＤＤ フォトダイオード（光電変換部）
Ａ１ 第１軸
Ａ２ 第２軸
Ａ３ 第３軸
１１ 基板
１２ 層間絶縁膜
１３ 平担化膜
２１ 電荷検出部
２２ 電荷転送部
２３ 信号増幅部
２４ 素子分離層（素子分離部）
３９ 固体撮像装置

Claims (12)

1. 面内配置で不等間隔に並ぶ光電変換部を有する画素を備えるとともに、
   面内配置で等間隔に並び外部光を集光させるマイクロレンズと、上記マイクロレンズを透過する光を集光させる内部レンズと、を含み、
   上記マイクロレンズを透過してくる外部光を、
   面内配置で不等間隔に並ぶ上記内部レンズに透過させることで、上記光電変換部に導いている固体撮像装置。
2. 上記のマイクロレンズ、内部レンズ、および光電変換部の各々に、上記外部光に向いた基準軸を設定するとともに、マイクロレンズの基準軸を第１軸、内部レンズの基準軸を第２軸、光電変換部の基準軸を第３軸とした場合に、
   第１軸に対し第３軸をずらすように光電変換部がずれて配置されていると、
   第１軸に対し第２軸をずらすように内部レンズがずれて配置されることで、上記内部レンズを透過する光が、ずれて配置された光電変換部に導かれる請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 上記の第１軸に対し第２軸がずれる方向と、上記の第１軸に対し第３軸がずれる方向とが一致している請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 上記の第１軸に対し第２軸がずれているずれ量と、上記の第１軸に対し第３軸がずれているずれ量とが同量である請求項２または３に記載の固体撮像装置。
5. 上記画素が各々分光特性を有している場合、
   分光特性上、複数種類の上記画素が集まって、画素組を形成している請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 上記画素組における画素の少なくとも一部で、全色情報が取得されている請求項５に記載の固体撮像装置。
7. 上記光電変換部により生成される電気信号を増幅させる信号増幅部が設けられている請求項５または６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
8. 単数または複数の上記画素組に対応して、上記信号増幅部が単数または複数設けられている請求項５〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
9. 上記信号増幅部が上記光電変換部同士の間である隙間空間に配置されていると、
   上記信号増幅部の存在しない上記隙間空間には、上記光電変換部同士を電気的に絶縁する素子分離部が設けられている請求項７または８に記載の固体撮像装置。
10. ずれて配置されることで密集する上記光電変換部を有する画素から成り立つ画素組では、
    上記素子分離部は、上記画素組内での上記隙間空間に設けられている請求項９に記載の固体撮像装置。
11. 上記素子分離部は、不純物拡散材から成っている請求項９または１０に記載の固体撮像装置。
12. 上記画素組の面内配置は、２行２列の配置になっている請求項５〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。

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