JP2008016488A

JP2008016488A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JP2008016488A
Application number: JP2006183509A
Authority: JP
Inventors: Toru Takagi; 徹高木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】カラーシェーディングを十分に低減できる固体撮像素子を提供する。
【解決手段】２次元的に配列された複数の画素１１を有し、これらの画素は、それぞれ、半導体基板１２に形成されたフォトダイオード１３と、半導体基板の上方の遮光膜１４に形成された開口部４Ａとを含み、フォトダイオードの有感領域(３Ｂ,３Ｃ)は、半導体基板の表面からの深さが、開口部の中心付近４Ｂに対応する部分３Ｅで最も深く、少なくとも開口部に対応する範囲で前記部分３Ｅから離れるほど浅くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどの固体撮像素子に関する。

固体撮像素子の各画素の受光部上にマイクロレンズを配置して集光率を向上させることがある。このような固体撮像素子では、中心部と周辺部との感度差（シェーディング）を低減するために、周辺部の画素のマイクロレンズを中心部の方向にシフトさせ、周辺部の画素の受光部に斜め入射する光のケラレを低減している（例えば特許文献１を参照）。
特開平１−２１３０７９号公報

しかし、固体撮像素子の各画素の受光部上にカラーフィルタを配置した場合、中心部と周辺部とのカラーバランスの違い（カラーシェーディング）を低減しようとしても、上記のシェーディング対策では十分に低減することができなかった。
本発明の目的は、カラーシェーディングを十分に低減することができる固体撮像素子を提供することにある。

本発明の固体撮像素子は、２次元的に配列された複数の画素を有し、前記画素は、それぞれ、半導体基板に形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板の上方の遮光膜に形成された開口部とを含み、前記フォトダイオードの有感領域は、前記半導体基板の表面からの深さが、前記開口部の中心付近に対応する部分で最も深く、少なくとも前記開口部に対応する範囲で前記部分から離れるほど浅くなるものである。

また、上記の固体撮像素子において、前記画素は、それぞれ、前記開口部の上方に配置されたマイクロレンズを含み、前記複数の画素のうち前記固体撮像素子の中心から離れた画素では、前記開口部に対して前記マイクロレンズおよび前記有感領域の最深部が前記固体撮像素子の中心側にシフトして配置され、前記固体撮像素子の中心から離れた画素ほどシフト量が大きいことが好ましい。

また、上記の固体撮像素子において、前記フォトダイオードは、不純物を含むシリコン結晶からなり、前記有感領域の最深部の深さは、２μｍ以上３.５μｍ以下であることが好ましい。

本発明の固体撮像素子によれば、カラーシェーディングを十分に低減することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
ここでは、増幅型（例えばＣＭＯＳ型）の固体撮像素子を例に説明する。この固体撮像素子は、レンズ交換式またはコンパクトタイプのデジタルカメラやビデオカメラなどの撮像装置においてカメラレンズの後段に搭載される。

本実施形態の固体撮像素子１０は、図１(ａ)に示す通り、２次元的に配列された複数の画素１１を有し、各々の画素１１にて生成された信号電荷を不図示の画素アンプや信号線などを介してＸＹアドレス方式で外部に読み出し可能となっている。
固体撮像素子１０の断面構造を図１(ｂ)に示す。
画素１１には、それぞれ、半導体基板１２に形成されたフォトダイオード１３と、半導体基板１２の上方の遮光膜１４に形成された開口部４Ａとが設けられる。半導体基板１２は例えばシリコン基板である。遮光膜１４は例えば配線層である。

フォトダイオード１３は、半導体基板１２の導電型が例えばＮ型の場合、Ｐ型不純物を含むウェル領域(３Ａ,３Ｂ)と、Ｎ型不純物を含む電荷蓄積領域３Ｃとで構成される。Ｐ型不純物は、例えばボロン(Ｂ)である。
Ｐ型のウェル領域(３Ａ,３Ｂ)の不純物濃度は、半導体基板１２の深さ方向に関して均一ではない。ウェル領域(３Ａ,３Ｂ)のうち、電荷蓄積領域３Ｃに近い方のウェル領域３Ｂと残りのウェル領域３Ａとの境界部分（図１(ｂ)に点線３Ｄで示した部分）において、その不純物濃度がピークとなっている。

また、このような濃度ピーク３Ｄは、半導体基板１２の表面からの深さが一定ではなく、開口部４Ａの中心付近４Ｂに対応する部分３Ｅで最も深く、少なくとも開口部４Ａに対応する範囲で上記の部分３Ｅから離れるほど連続的に浅くなっている。つまり、濃度ピーク３Ｄは略Ｕ字形状で半導体基板１２の奥に向かって凸形状を成す。
さらに、半導体基板１２がシリコン基板の場合、フォトダイオード１３のウェル領域(３Ａ,３Ｂ)および電荷蓄積領域３Ｃは何れも不純物を含むシリコン結晶からなる。そして、ウェル領域(３Ａ,３Ｂ)に含まれる不純物の濃度ピーク３Ｄの最深部（部分３Ｅ）は、半導体基板１２の表面からの深さＤ₁を、例えば２μｍ以上３.５μｍ以下にすることが好ましい。このときの開口部４Ａの大きさＤ₂は、例えば３〜５μｍ程度である。

ただし、これらの数値に限定されることはなく、開口部４Ａの大きさＤ₂がより小さければ、それに応じて濃度ピーク３Ｄの最深部（部分３Ｅ）の深さＤ₁も浅くすればよい。
また、電荷蓄積領域３Ｃの位置は、次のようになっている。つまり、電荷蓄積領域３Ｃは、その中心が開口部４Ａの中心付近４Ｂと対応するように形成されている。本実施形態では、ウェル領域(３Ａ,３Ｂ)の濃度ピーク３Ｄの最深部（部分３Ｅ）も開口部４Ａの中心付近４Ｂと対応するため、電荷蓄積領域３Ｃの中心は濃度ピーク３Ｄの最深部(部分３Ｅ)とも対応することになる。

さらに、本実施形態の固体撮像素子１０では、集光率を向上させるために、各々の画素１１の開口部４Ａの上方に、不図示の平坦化膜を介してマイクロレンズ１５が配置される。本実施形態では、マイクロレンズ１５の中心も開口部４Ａの中心付近４Ｂに対応し、電荷蓄積領域３Ｃの中心付近やウェル領域(３Ａ,３Ｂ)の濃度ピーク３Ｄの最深部（部分３Ｅ）に対応する。

このような位置関係は全ての画素１１において共通である。つまり、本実施形態の固体撮像素子１０では、マイクロレンズ１５と開口部４Ａとフォトダイオード１３とが中心を揃えて配置されている。この場合、固体撮像素子１０の全体におけるマイクロレンズ１５の配列ピッチ,開口部４Ａの配列ピッチ,フォトダイオード１３の配列ピッチは、何れも、画素１１の配列ピッチと等しい。

また、本実施形態では、固体撮像素子１０からカラー信号を得るため、各々の画素１１の開口部４Ａとマイクロレンズ１５との間に、不図示のカラーフィルタをオンチップ状に配置している。１つの画素１１のカラーフィルタは、例えば赤緑青色の３種類のフィルタの何れかである。カラーフィルタの配列の一例を図１(ｃ)に示す。ＲＧＢは、それぞれ、赤緑青色のフィルタに対応する。

ここで、図２(ａ)〜(ｅ)を参照し、上記構成の固体撮像素子１０の作製手順を説明する。固体撮像素子１０の作製は、通常のＣＭＯＳプロセスを使用して行われる。
(ａ) Ｎ型の半導体基板１２(シリコン基板)の表面に酸化膜３１(ＳｉＯ₂)を形成した後、酸化膜３１を介してＰ型不純物のボロン(Ｂ⁺)をイオン注入し、半導体基板１２の表面近傍にＰ型不純物を含むシリコン結晶の領域３２を形成する。

(ｂ) 酸化膜３１の上層にレジスト３３を形成した後、酸化膜３１とレジスト３３とをパターニングし、高エネルギーイオン注入のためのマスク(３１,３３)を形成する。マスク(３１,３３)には一定のピッチで開口部３Ａが形成されている。開口部３Ａの横幅は、酸化膜３１のところで狭く、レジスト３３のところで広くなっている（Ｄ₃＜Ｄ₄）。
(ｃ) マスク(３１,３３)を介してＰ型不純物のボロン(Ｂ⁺)を高エネルギーイオン注入し、半導体基板１２の内部にＰ型不純物を含むシリコン結晶の領域３４を形成する。領域３４は、マスク(３１,３３)のパターン形状（Ｄ₃＜Ｄ₄）を反映して、その深さが周期的に変化する。つまり、半導体基板１２の表面が露出している箇所で最も深く、表面に酸化膜３１のみ形成されている箇所では少し浅く、酸化膜３１にレジスト３３が積層されている箇所では最も浅くなる。

(ｄ) マスク(３１,３３)を除去した後、上記の領域３２,３４にイオン注入されたＰ型不純物のボロン(Ｂ⁺)を熱拡散させ、Ｐ型不純物を含むウェル領域３５を形成する。その中に示す太線５Ａが、Ｐ型不純物のボロン(Ｂ⁺)の濃度ピークである。このようにして、濃度ピーク(５Ａ)の深さが周期的に変化するＰ型のウェル領域３５を形成できる。
(ｅ) ウェル領域３５の中にＮ型不純物をイオン注入して、Ｎ型不純物を含むシリコン結晶の領域３６を形成する。このとき、ウェル領域３５の濃度ピーク(５Ａ)の最深部ごとにＮ型不純物の領域３６の中心が位置するように、イオン注入を行う。この領域３６が、電荷蓄積領域３Ｃ（図１(ｂ)）となる。

以降、通常と同じＣＭＯＳプロセスを行うことで、半導体基板１２の上方に遮光膜１４が形成され、遮光膜１４に開口部４Ａが形成され、カラーフィルタ（図１(ｃ)）が配置され、マイクロレンズ１５が配置されて、固体撮像素子１０の作製が終わる。
上記の固体撮像素子１０（カラー撮像素子）において、前段のカメラレンズ(不図示)から各々の画素１１に入射する光Ｌ₀（図１(ｂ)）は、図３(ａ)に示した光Ｌ₀の主光線から分かるように、固体撮像素子１０の中心部の画素には垂直入射し、その他の周辺部の画素には斜め入射する。

そして、各々の画素１１に入射した光Ｌ₀は、図３(ｂ),(ｃ)に示す通り、マイクロレンズ１５を介して集光され、図１(ｃ)のカラーフィルタ（赤緑青の何れかのフィルタ）を介して所定波長域（赤緑青の何れかの波長域）の光に変換された後、開口部４Ａを通過してフォトダイオード１３に入射する。
その後、フォトダイオード１３では、これに入射した光が半導体基板１２の表面側から順に電荷蓄積領域３Ｃ→ウェル領域３Ｂ→ウェル領域３Ａを通過しながら光電変換を行い、光電変換によって信号電荷を生成し、次第に減衰していく。そして、減衰によって最終的には微弱な光（つまり光電変換に寄与しない光）となる。

さらに、光電変換によって生成された信号電荷のうち、電荷蓄積領域３Ｃで生成された信号電荷はそのまま電荷蓄積領域３Ｃに留まり、電荷蓄積領域３Ｃに近い方のウェル領域３Ｂで生成された信号電荷は電荷蓄積領域３Ｃに引き寄せられる。これに対し、電荷蓄積領域３Ｃから遠い方のウェル領域３Ａで生成された信号電荷は、濃度ピーク３Ｄのポテンシャルの壁に阻まれ、濃度ピーク３Ｄの内側の領域(３Ｂ,３Ｃ)に戻ることはない。

このため、光電変換によって生成された信号電荷のうち、濃度ピーク３Ｄの内側の領域(３Ｂ,３Ｃ)で生成された信号電荷のみが電荷蓄積領域３Ｃに蓄積され、各々の画素１１の感度に寄与する信号電荷として外部に読み出されることになる。なお、濃度ピーク３Ｄの外側の領域(３Ａ)で生成された信号電荷は、画素１１の感度に寄与せず消滅する。
本件では、画素１１の感度に寄与するか否かの違いを考慮して、フォトダイオード１３のウェル領域(３Ａ,３Ｂ)と電荷蓄積領域３Ｃのうち、濃度ピーク３Ｄの内側の領域(３Ｂ,３Ｃ)を“有感領域(３Ｂ,３Ｃ)”という。有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の境界の形状は、上記した濃度ピーク３Ｄの形状と同じである。

このように、固体撮像素子１０の各々の画素１１には前段のカメラレンズ(不図示)からの光Ｌ₀が入射し、フォトダイオード１３の有感領域(３Ｂ,３Ｃ)で生成された信号電荷が電荷蓄積領域３Ｃに蓄積され、適宜のタイミングで外部に読み出される。各々の画素１１から読み出される信号のレベルは、フォトダイオード１３の有感領域(３Ｂ,３Ｃ)で生成された信号電荷量に略比例する。

また、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)に入射する光の波長域を一定（つまり赤緑青色の何れか）と考えた場合に、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)で生成される信号電荷量は、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)に入射する光の強度によって増減するが、それだけでなく、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)を通過する際の光路長によっても増減する。
つまり、入射する光の強度が同じであっても、その光路長が長ければ、それだけ多くの光電変換が行われ、多くの信号電荷が生成される。逆に、光の強度が同じでも、光路長が短ければ、生成される信号電荷量は減少する。

有感領域(３Ｂ,３Ｃ)を通過する際に光路長の長短が変化する可能性は、特に、長波長域の赤色の光ほど高い。これは、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の中での光路長が、これに入射した光の波長域（赤緑青の何れか）によって異なり、傾向として、短波長域の光ほど短く、長波長域の光ほど長くなるからである。
例えば、青色のフィルタを備えた画素１１_B（図４(ａ)）では、短波長域の青色の光Ｌ_Bが有感領域(３Ｂ,３Ｃ)に入射し、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の境界（濃度ピーク３Ｄ）に到達するまでの間に殆ど全て減衰してしまい、微弱な光（つまり光電変換に寄与しない光）となる。この場合、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の中での光路長は、概略、半導体基板１２の表面から光Ｌ_Bが微弱な光となる地点までの距離に対応する。

これに対し、赤色のフィルタを備えた画素１１_R（図４(ｂ)）では、長波長域の赤色の光Ｌ_Rが有感領域(３Ｂ,３Ｃ)に入射し、その多くが有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の境界（濃度ピーク３Ｄ）を超えて外側のウェル領域３Ａまで透過し、その後、微弱な光（つまり光電変換に寄与しない光）となる。この場合、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の中での光路長は、概略、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の境界（濃度ピーク３Ｄ）の深さに対応する。

緑色のフィルタを備えた画素１１_G（図４(ｃ)）では、中間波長域の緑色の光Ｌ_Gが有感領域(３Ｂ,３Ｃ)に入射し、その一部は上記した青色の光Ｌ_Bと同様に減衰し、残りの一部は上記した赤色の光Ｌ_Rと同様に透過する。このため、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の中での光路長は、概略、半導体基板１２の表面から光Ｌ_Gが微弱な光となる地点までの距離だけでなく、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の境界（濃度ピーク３Ｄ）の深さにも対応する。

ちなみに、半導体基板１２が例えばシリコン基板の場合、波長域４６０ｎｍ(青),５３０ｎｍ(緑),７００ｎｍ(赤)の光の強度がシリコン結晶中で半減する距離は、各々、０.３２μｍ,０.７９μｍ,３.０μｍである。本実施形態では、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の境界（濃度ピーク３Ｄ）の最深部を２μｍ以上３.５μｍ以下としたので、上記の波長域による光路長の違い（図４）は妥当と考えられる。

このように、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の中での光路長は、短波長域の青色の光Ｌ_Bほど短く、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の境界（濃度ピーク３Ｄ）の深さとは無関係になる。また、この光路長は、長波長域の赤色の光Ｌ_Rほど長く、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の境界（濃度ピーク３Ｄ）の深さに依存することになる。
このため、従来の一般的なフォトダイオードのように、その有感領域の境界が平面形状の場合に（図５）、長波長域の赤色の光Ｌ_Rが有感領域に垂直入射したとき(ａ)と斜め入射したとき(ｂ)を比べると、光Ｌ_Rの入射角度によって光路長の長短が変化し、斜め入射ほど光路長が長くなる（OP₁＜OP₂）。そして、有感領域（図５(ａ),(ｂ)）に入射する光Ｌ_Rの強度が同じであっても、斜め入射ほど信号電荷量が多くなる。

これに対し、短波長域の青色の光Ｌ_Bは、有感領域（図５）に垂直入射したとき(ｃ)でも斜め入射したとき(ｄ)でも光路長が変化しない（OP₃＝OP₄）。そして、有感領域に入射する光Ｌ_Bの強度が同じであれば、垂直入射でも斜め入射でも信号電荷量が同じになる。
なお、長波長域の赤色の光Ｌ_Rや短波長域の青色の光Ｌ_Bなどが有感領域に垂直入射する場合(ａ),(ｃ)とは、固体撮像素子の中心部への入射（図３(ａ)参照）に対応する。また、光Ｌ_Rや光Ｌ_Bなどが有感領域に斜め入射する場合(ｂ),(ｄ)とは、固体撮像素子の周辺部への入射に対応する。

その結果、従来のように有感領域の境界が平面形状の場合には（図５）、固体撮像素子の中心部（垂直入射）と周辺部（斜め入射）とでカラーバランスが異なってしまう。
ここで、固体撮像素子の各部におけるカラーバランスは、カラーフィルタ(図１(ｃ))の透過波長域が異なる３種類の画素１１で且つ互いに隣接して配列されたもの（例えば図６に示す画素１１_R,１１_G,１１_B）から読み出される各信号のレベルのバランスであり、その画素１１_R,１１_G,１１_Bの有感領域で生成される信号電荷量のバランスによって決まる。

例えば、画素１１_R,１１_G,１１_Bの有感領域の各々で生成される信号電荷量をＶＲ,ＶＧ,ＶＢとし、緑色のフィルタを備えた画素１１_Gにおける信号電荷量ＶＧを基準とするとき、固体撮像素子の各部におけるカラーバランスは、次の２つの成分により表すことができる。第１の成分は、基準の信号電荷量ＶＧに対する赤色の画素１１_Rの信号電荷量ＶＲの比率（＝ＶＲ/ＶＧ）である。第２の成分は、基準の信号電荷量ＶＧに対する青色の画素１１_Bの信号電荷量ＶＢの比率（＝ＶＢ/ＶＧ）である。

さらに、固体撮像素子の中心部と周辺部とのカラーバランス（ＶＲ/ＶＧ,ＶＢ/ＶＧ）の違い（つまりカラーシェーディング）は、例えば、次の式(１),(２)の２つの成分Ｓ(Ｒ),Ｓ(Ｂ)によって表すことができる。
Ｓ(Ｒ) ＝［(ＶＲ₁/ＶＧ₁)−(ＶＲ₀/ＶＧ₀)］/［ＶＲ₀/ＶＧ₀］ …(１)
Ｓ(Ｂ) ＝［(ＶＢ₁/ＶＧ₁)−(ＶＢ₀/ＶＧ₀)］/［ＶＢ₀/ＶＧ₀］ …(２)
この式(１),(２)に含まれるＶＲ₁/ＶＧ₁,ＶＢ₁/ＶＧ₁は、固体撮像素子の周辺部の画素１１_R,１１_G,１１_Bの出力信号に応じたカラーバランスである。また、ＶＲ₀/ＶＧ₀,ＶＢ₀/ＶＧ₀は、固体撮像素子の中心部の画素１１_R,１１_G,１１_Bの出力信号に応じたカラーバランスである。

固体撮像素子の中心部と周辺部とに均一な色（例えば白色）の光Ｌ₀を入射させたときに、画素１１_R,１１_G,１１_Bの出力信号に応じた中心部のカラーバランス（ＶＲ₀/ＶＧ₀,ＶＢ₀/ＶＧ₀）と周辺部のカラーバランス（ＶＲ₁/ＶＧ₁,ＶＢ₁/ＶＧ₁）が等しければ、式(１),(２)のカラーシェーディング（Ｓ(Ｒ),Ｓ(Ｂ)）がゼロとなって理想的である。
しかし、従来のように有感領域の境界が平面形状の場合には（図５）、固体撮像素子の中心部と周辺部とでカラーバランスが異なる（ＶＲ₀/ＶＧ₀≠ＶＲ₁/ＶＧ₁,ＶＢ₀/ＶＧ₀≠ＶＢ₁/ＶＧ₁）。傾向としては、中心部に比べて周辺部の方が、長波長域の赤色の光Ｌ_Rによる信号電荷量ＶＲが大きく増え、中間波長域の緑色の光Ｌ_Gによる信号電荷量ＶＧが少し増え、短波長域の青色の光Ｌ_Bによる信号電荷量ＶＢは変化しないため、カラーバランスの比率ＶＲ/ＶＧは増大し、比率ＶＢ/ＶＧは減少することになる。

このようなカラーシェーディング（Ｓ(Ｒ)≠０,Ｓ(Ｂ)≠０）は、従来のシェーディング対策のように周辺部の画素のマイクロレンズ１５を中心部の方向にシフトさせても、十分に低減することはできない。
そこで、本実施形態の固体撮像素子１０では、上記のカラーシェーディング（Ｓ(Ｒ)≠０,Ｓ(Ｂ)≠０）を十分に低減するため、各々の画素１１におけるフォトダイオード１３の有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の境界（濃度ピーク３Ｄ）の形状を、上記のような略Ｕ字形状で半導体基板１２の奥に向かって凸形状に制限した。

したがって、短波長域の青色の光Ｌ_Bがフォトダイオード１３の有感領域(３Ｂ,３Ｃ)に入射する場合だけでなく、長波長域の赤色の光Ｌ_Rや中間波長域の緑色の光Ｌ_Gが有感領域(３Ｂ,３Ｃ)に入射する場合でも、その方向が垂直（図４）であるか、斜め（図７）であるかに関わらず、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)を通過する際の光路長を略等しくすることができる。

長波長域の赤色の光Ｌ_Rや中間波長域の緑色の光Ｌ_Gは、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)に垂直入射する場合（図４(ｂ),(ｃ)）、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の最深部の境界（濃度ピーク３Ｄ）を超えて外側まで透過する。そして、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)に斜め入射する場合（図７(ｂ),(ｃ)）には、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の浅い部分の境界（濃度ピーク３Ｄ）を超えて外側まで透過する。

このため、本実施形態の固体撮像素子１０では、何れの波長域の光Ｌ_B,Ｌ_R,Ｌ_Gであっても、固体撮像素子１０の中心部（図４の垂直入射）と周辺部（図７の斜め入射）において、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)を通過する際の光路長を略等しくすることができる。
したがって、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)に入射する短波長域の光Ｌ_Bの強度が同じであれば、垂直入射でも斜め入射でも信号電荷量ＶＢが同じになるのと同様に、長波長域の赤色の光Ｌ_Rや中間波長域の緑色の光Ｌ_Gの各強度が同じであれば、垂直入射でも斜め入射でも信号電荷量ＶＲ,ＶＢが同じになる。

その結果、本実施形態の固体撮像素子１０では、中心部（図４の垂直入射）と周辺部（図７の斜め入射）とでカラーバランスを略等しくすることができ（ＶＲ₀/ＶＧ₀＝ＶＲ₁/ＶＧ₁,ＶＢ₀/ＶＧ₀＝ＶＢ₁/ＶＧ₁）、上記のカラーシェーディング（Ｓ(Ｒ)≠０,Ｓ(Ｂ)≠０）を十分に低減することができる。
また、本実施形態の固体撮像素子１０では、中心部と周辺部とのカラーシェーディングを十分に低減することができるため、固体撮像素子１０の出力に対するホワイトバランス調整を画面全体で良好に（例えば略一定のパラメータによって）行うことができる。

さらに、本実施形態の固体撮像素子１０では、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の最深部の深さＤ₁を２μｍ以上３.５μｍ以下にするため、特に可視光を３原色に分離したときの赤色の波長領域で、斜め入射に対する感度上昇が抑制され、視覚的に特に問題となる赤色のカラーシェーディングが良好に補正される。さらに、緑色の波長領域での感度低下が少ないので、撮像素子としての感度も十分に確保することができる。

なお、上記した第１実施形態では、集光率を向上させるため各々の画素１１にマイクロレンズ１５を設けたが、マイクロレンズ１５を設けない場合にも本発明を適用できる。
（第２実施形態）
本実施形態の固体撮像素子４０は、図８(ａ)〜(ｃ)に示す通り、２次元的に配列された複数の画素４１を有し、各々の画素４１の構成要素（フォトダイオード１３,開口部４Ａ,マイクロレンズ１５）を次のように配列したものである。

フォトダイオード１３の電荷蓄積領域３Ｃと開口部４Ａの配列ピッチは互いに等しく、画素４１の配列ピッチとも等しい（Ｐ₀）。また、フォトダイオード１３の有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の最深部の配列ピッチ（Ｐ₁）と、マイクロレンズ１５の配列ピッチ（Ｐ₂）は、画素４１の配列ピッチ（Ｐ₀）より小さい。
さらに、固体撮像素子４０の中心部の画素４１（図８(ｂ)）において、マイクロレンズ１５と開口部４Ａとフォトダイオード１３は、その中心を揃えて配置されている。

このため、固体撮像素子４０の中心から離れた画素４１（図８(ｃ)に示す周辺部の画素４１）では、開口部４Ａに対してマイクロレンズ１５および有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の最深部が、固体撮像素子４０の中心側にシフトして配置される。さらに、そのシフト量は、固体撮像素子４０の中心から離れた画素ほど大きくなる。
このように、本実施形態の固体撮像素子４０では、各々の画素４１の開口部４Ａよりも中心方向にマイクロレンズ１５をシフトさせて、このマイクロレンズ１５のシフト方向と略同じ方向にフォトダイオード１３の有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の最深部をシフトさせるように構成した。

上記構成の固体撮像素子４０は、コンパクトタイプのデジタルカメラに搭載してもよいが、レンズ交換式のデジタルカメラに搭載することがより好ましい。レンズ交換式の場合には、固体撮像素子４０の前段のカメラレンズ２１,２２（図９(ａ)）ごとに射出瞳の位置が異なる。カメラレンズ２１は射出瞳までの距離が短く、カメラレンズ２２は射出瞳までの距離が長い。

本実施形態の固体撮像素子４０において、中心部の画素４１には、カメラレンズ２１,２２の射出瞳距離に関わらず、略垂直に光が入射し、感度は略一定となる。一方、素子端部では、射出瞳距離の短いカメラレンズ２１ほど、大きな入射角度で且つ中心部から離れた位置に入射する。
固体撮像素子４０の中心部と周辺部とのカラーシェーディングの大きさは、カメラレンズ２１,２２からの光の入射角度が最も大きくなる条件、つまり、射出瞳までの距離が短いカメラレンズ２２を用いて素子端部に近づくほど大きくなる。

本実施形態では、マイクロレンズ１５と略同じ方向にフォトダイオード１３の有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の最深部をシフトさせるため、画角が大きくなる（入射位置が素子端部に近づく）ほど、さらには、カメラレンズの射出瞳距離が短くなるほど、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の浅い部分に入射することになる（図９(ｂ),(ｃ)）。射出瞳距離の長いカメラレンズ２２では有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の深い部分に入射する。

したがって、斜め入射による有感領域(３Ｂ,３Ｃ)内での光路長増加が抑制され、画角やカメラレンズ２１,２２の射出瞳距離に依存した感度バラツキがより小さくなる。その結果、固体撮像素子４０のカラーシェーディングをさらに低減することができる。
本実施形態の固体撮像素子４０では、画素４１の開口部４Ａに対する有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の最深部のシフト量Ｓ₁を、マイクロレンズ１５のシフト量Ｓ₂の０.５倍〜１倍に設定する（０.５Ｓ₂≦Ｓ₁≦Ｓ₂）ことが好ましい。シフト量Ｓ₁は、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の深さ形状に応じて設定すればよい。ちなみに、シフト量Ｓ₁,Ｓ₂を等しくした場合には、全ての画素４１において、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の最深部がマイクロレンズ１５の中心部と対応することになる。

なお、上記した第２実施形態では、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の最深部のシフト方向をマイクロレンズ１５のシフト方向と同一方向に設定したが、本発明はこれに限定されない。有感領域(３Ｂ,３Ｃ)に非対称要素が含まれる場合は、感度バラツキが最小になるように、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の最深部のシフト方向を補正することが好ましい。
（変形例）
上記した実施形態では、有感領域(３Ｂ,３Ｃ)が略Ｕ字形状の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の最深部から離れるほど曲線的に浅くなる場合に限らず、最深部から離れるほど直線的に浅くなる略Ｖ字形状や略台形状の構成（例えば図１０(ａ),(ｂ)）でもよいし、最深部から離れるほど階段状に浅くなるように構成してもよい（例えば図１０(ｃ)）。

また、上記した実施形態では、増幅型の固体撮像素子を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。ＣＣＤ型の固体撮像素子でも、本発明を適用して上記と同様の効果を得ることができる。
さらに、上記した実施形態では、ＲＧＢ（原色フィルタ）を備えた固体撮像素子を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、ＣＭＹＧ（補色フィルタ）を備えた固体撮像素子にも本発明を適用できる。

固体撮像素子１０の構成を示す概略図である。固体撮像素子１０の作製手順を示すプロセス工程図である。固体撮像素子１０の中心部と周辺部に入射する光Ｌ₀を説明する図である。有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の中での光路長を説明する図である。従来の一般的なフォトダイオードのように有感領域の境界が平面形状の場合を説明する図である。互いに隣接して配列された画素１１_R,１１_G,１１_Bを説明する図である。有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の中での光路長を説明する図である。固体撮像素子４０の構成を示す概略図である。射出瞳距離の異なるカメラレンズ２１,２２から固体撮像素子４０の中心部と周辺部に入射する光Ｌ₀を説明する図である。有感領域(３Ｂ,３Ｃ)の境界（濃度ピーク３Ｄ）の形状の変形例を説明する図である。

符号の説明

１０,４０固体撮像素子 ; １１,４１画素 ; １２半導体基板 ; １３フォトダイオード ;
３Ａ,３Ｂウェル領域 ; ３Ｃ電荷蓄積領域 ; (３Ｂ,３Ｃ)有感領域 ; １４遮光膜 ;
４Ａ開口部 ;１５マイクロレンズ

Claims

２次元的に配列された複数の画素を有し、
前記画素は、それぞれ、半導体基板に形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板の上方の遮光膜に形成された開口部とを含み、
前記フォトダイオードの有感領域は、前記半導体基板の表面からの深さが、前記開口部の中心付近に対応する部分で最も深く、少なくとも前記開口部に対応する範囲で前記部分から離れるほど浅くなる
ことを特徴とする固体撮像素子。
請求項１に記載の固体撮像素子において、
前記画素は、それぞれ、前記開口部の上方に配置されたマイクロレンズを含み、
前記複数の画素のうち前記固体撮像素子の中心から離れた画素では、前記開口部に対して前記マイクロレンズおよび前記有感領域の最深部が前記固体撮像素子の中心側にシフトして配置され、前記固体撮像素子の中心から離れた画素ほどシフト量が大きい
ことを特徴とする固体撮像素子。
請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子において、
前記フォトダイオードは、不純物を含むシリコン結晶からなり、
前記有感領域の最深部の深さは、２μｍ以上３.５μｍ以下である
ことを特徴とする固体撮像素子。