JP2008153370A - Solid-state imaging device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、多画素1セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置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 solid-state imaging device having a pixel array region having a multi-pixel 1-cell structure and a manufacturing method thereof.
固体撮像装置として、一般的にCMOSイメージセンサと、CCDイメージセンサとが知られている。CMOSイメージセンサの製造プロセスは、CMOSのLSIのプロセスと類似しているため、CCDイメージセンサに比べ、同じチップに複数の回路を積載できる利点がある。例えば、CMOSイメージセンサと、CMOSで構成されるA/D変換回路及びタイミングジェネレーター等を同じチップに形成することができる。一方で、CMOSイメージセンサは、複数の回路を搭載するために、複数の金属配線層(通常は2層〜4層)を形成する必要がある。これにより、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。すなわち、CMOSイメージセンサは、CCDイメージセンサに比べて、フォトダイオードへの入射光量が低下する。これにより、CMOSイメージセンサは、優れた感度特性を確保することが困難である。 As a solid-state imaging device, a CMOS image sensor and a CCD image sensor are generally known. Since the CMOS image sensor manufacturing process is similar to the CMOS LSI process, there is an advantage that a plurality of circuits can be mounted on the same chip as compared to the CCD image sensor. For example, a CMOS image sensor, an A / D conversion circuit composed of CMOS, a timing generator, and the like can be formed on the same chip. On the other hand, a CMOS image sensor needs to form a plurality of metal wiring layers (usually 2 to 4 layers) in order to mount a plurality of circuits. As a result, light is blocked by the metal wiring, and it is difficult for incident light to reach the photoelectric conversion region. That is, the amount of incident light on the photodiode is lower in the CMOS image sensor than in the CCD image sensor. As a result, it is difficult for the CMOS image sensor to ensure excellent sensitivity characteristics.
これに対して、フォトダイオードの面積をより広く確保できるように、多画素1セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置が知られている。多画素1セル構造とは、検出容量部及び複数のトランジスタを、複数のフォトダイオードで、共有する構造である。多画素1セル構造を用いることで、1画素当たりの検出容量部及び複数のトランジスタの占有面積を小さくすることができる。 On the other hand, a solid-state imaging device having a pixel array region having a multi-pixel 1-cell structure is known in order to ensure a wider area of the photodiode. The multi-pixel 1-cell structure is a structure in which a detection capacitor portion and a plurality of transistors are shared by a plurality of photodiodes. By using the multi-pixel 1-cell structure, the area occupied by the detection capacitor portion and the plurality of transistors per pixel can be reduced.
以下、図10、図11及び図12を参照しながら、従来の多画素1セル構造の増幅型固体撮像装置について説明する。 Hereinafter, a conventional amplification type solid-state imaging device having a multi-pixel 1-cell structure will be described with reference to FIGS. 10, 11, and 12.
図10は、従来の多画素1セル構造の増幅型固体撮像装置の回路構成を示す図である。
図10に示す固体撮像装置500は、多画素1セル構造のCMOSイメージセンサ(増幅型固体撮像装置)である。固体撮像装置500は、画素アレイ領域551と、垂直走査部552と、水平走査部553とを備える。
FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional amplification type solid-state imaging device having a multi-pixel 1-cell structure.
A solid-
画素アレイ領域551は、フォトダイオードを含む複数の画素が二次元マトリクス状に配置される。画素アレイ領域551は、複数の画素セル554を含む。画素セル554は、2つのフォトダイオード510及び520と、読み出しトランジスタ511及び521と、検出容量部513と、増幅トランジスタ514と、リセットトランジスタ516とを備える。画素セル554は、2つのフォトダイオード510及び520が、検出容量部513、増幅トランジスタ514及びリセットトランジスタ516を共有する2画素1セル構造である。なお、図10では、画素アレイ領域551を構成する複数の画素のうち、一部のみが示されている。
In the
図11は、従来の固体撮像装置500の画素アレイ領域551の平面構造を模式的に示す図である。なお、図11において、図10に示す2つの画素セル554である画素セル554A及び554Bの平面構造を示す。図12は、従来の固体撮像装置の断面構造を模式的に示す図である。図12(a)は、図11のY4−Y5における断面構造を模式的に示す図である。図12(b)は、図11のX4−X5における断面構造を模式的に示す図である。図11及び図12に示すように、従来の固体撮像装置500は、半導体基板501と、フォトダイオード510A、520A、510B及び520B(フォトダイオード510A及び510Bは、それぞれ、図10のフォトダイオード510に対応する。フォトダイオード520A及び520B、それぞれ、図10のフォトダイオード520に対応する。また、フォトダイオード510A及び510Bを特に区別しない場合は、フォトダイオード510と記す。フォトダイオード520A及び520Bを特に区別しない場合は、フォトダイオード520と記す。)と、読み出しゲート512及び522と、検出容量部513と、絶縁膜502と、金属配線層503と、絶縁膜505と、金属遮光膜506と、絶縁膜507と、カラーフィルタ508と、集光レンズ509A、509B、509C及び509D(集光レンズ509A、509B、509C及び509Dを特に区別しない場合は、集光レンズ509と記す。)とを備える。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a planar structure of the
フォトダイオード510、520、読み出しゲート512、522及び検出容量部513は、半導体基板501の表面に形成される。フォトダイオード510は、光電変換領域を構成する。読み出しゲート512は、フォトダイオード510に蓄積された電荷の読み出しに用いられる読み出しトランジスタ511のゲート電極である。読み出しゲート522は、フォトダイオード520に蓄積された電荷の読み出しに用いられる読み出しトランジスタ521のゲート電極である。検出容量部513は、読み出しゲート512及び522を介して読み出された電荷を蓄積する。集光レンズ509は、カラーフィルタ508の上方に形成され、入射光をフォトダイオード510及び520上に集光する。なお、図11及び図12において、上面から見たフォトダイオード510A、520A、510B及び520Bのそれぞれの中心をP1、P2、P3及びP4と示す。また、上面から見た画素セル554に含まれる1画素のレイアウトセルのそれぞれの中心をC1、C2、C3及びC4で示す。また、集光レンズ509の高さ(図12における縦方向の厚さ)が最も高い点をそれぞれL1、L2、L3及びL4と示す。なお、以降、多画素1セル構造の画素セル554に含まれる1画素(フォトダイオード510(又は520)と読み出しトランジスタ511(又は521))を単位画素と称す。また、単位画素のレイアウトセルを単位画素セルと称す。
The
次に、従来の固体撮像装置の動作を説明する。
読み出しゲート512に電圧が印加されることで読み出しトランジスタ511がONされ、フォトダイオード510Aに蓄積された電荷が検出容量部513に転送される。検出容量部513に転送された電荷は、増幅ゲート515を構成要素とする増幅トランジスタ514により電気信号として検出される。その後、リセットゲート517を構成要素とするリセットトランジスタ516がONされ、検出容量部513の電荷が除去される。次に、読み出しゲート522に電圧が印加されることで読み出しトランジスタ521がONされ、同様にフォトダイオード520Aに蓄積された電荷が読み出される。
Next, the operation of the conventional solid-state imaging device will be described.
When a voltage is applied to the
一方で、集光レンズの形状を変更させ、感度を向上させる固体撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、従来の2画素1セル構造の固体撮像装置では、図11及び図12に示すように、画素セル554を構成する2つの単位画素のフォトダイオード510の中心P1と520の中心P2とは、画素アレイ領域551内の垂直方向(図11の縦方向)で等ピッチではなく、画素セル554内の2つの単位画素セルの境界線560に対して線対称に配置される。同様に、画素セル554を構成する2つの単位画素の読み出しゲート512と522とは、画素アレイ領域551内で等ピッチではなく、画素セル554内の2つの単位画素セルの境界線560に対して線対称に配置される。一般的に読み出しゲート512及び522は、ポリシリコン又は金属(アルミニウム及びタングステン等)により形成されるため、光が入射すると入射光が反射される。
However, in the conventional solid-state imaging device having a two-pixel one-cell structure, as shown in FIGS. 11 and 12, the center P1 of the
図13は、従来の固体撮像装置500の垂直方向の断面構造、及び画素上の各位置に入射する光量を示す図である。図13に示すように、従来の固体撮像装置500では、集光レンズ509A(509B)の高さが最も高い点L1(L2)がフォトダイオード510A(520A)の中心P1(P2)と一致しないので、入射光量のピークがフォトダイオード510A(520A)の中心P1(P2)と一致しない。具体的には、入射光量のピークは、フォトダイオード510A(520A)の中心から読み出しゲート512(522)の方向にシフトする。よって、図13に示す領域A0(A1)では、読み出しゲート512(522)により入射光が散乱される。これにより、フォトダイオード510A(520A)に入射する光量が減少し、感度が低下する。また、光の入射方向により、読み出しゲート512と読み出しゲート522とで散乱される入射光の光量が異なるので、フォトダイオード510Aとフォトダイオード520Aとに入射する光量にばらつきが生じる。すなわち、従来の固体撮像装置500では、画素セル554の中心(単位画素セルの境界線560)に対して対称に配置される単位画素間にて、感度の相違が生じる(感度シェーディングが発生する)という問題がある。
FIG. 13 is a diagram showing a vertical cross-sectional structure of a conventional solid-
前記課題に鑑み、本発明は、感度シェーディングを抑制する固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that suppresses sensitivity shading and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、行方向及び列方向に二次元状に複数の画素セルが配置された画素アレイ領域を有する固体撮像装置であって、前記各画素セルは、光を信号電荷に変換する複数の光電変換領域と、前記各光電変換領域が変換した信号電荷を読み出すための複数の読み出しゲートと、前記各光電変換領域に光を集光する複数の集光レンズとを備え、前記複数の画素セルに含まれる前記複数の光電変換領域は、前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置され、前記複数の画素セルに含まれる前記複数の集光レンズの上面の高さが最も高い点は、前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される。 To achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device having a pixel array region in which a plurality of pixel cells are arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction, and each pixel The cell includes a plurality of photoelectric conversion regions for converting light into signal charges, a plurality of read gates for reading the signal charges converted by the photoelectric conversion regions, and a plurality of light focusing lights on the photoelectric conversion regions. The plurality of photoelectric conversion regions included in the plurality of pixel cells are not arranged at an equal pitch in the pixel array region, and are within the pixel cell with respect to a center point of the pixel cell. Are arranged point-symmetrically or line-symmetrically with respect to the center line of the pixel cell, and the highest height of the upper surfaces of the plurality of condenser lenses included in the plurality of pixel cells is within the pixel array region. It is not arranged at an equal pitch, One are disposed symmetric with respect to the center line of the point symmetry or pixel cell with respect to the center point of the pixel cells in the pixel cell.
この構成によれば、光電変換領域が画素アレイ領域内で等ピッチに配置されない多画素1セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置において、集光レンズの上面の高さが最も高い点が画素アレイ領域内で等ピッチに配置されない。すなわち、本発明に係る固体撮像装置では、集光レンズの焦点位置を、光電変換領域の配置に合せて形成することができる。これにより、画素セルに含まれる光電変換領域間の感度の相違を低減することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、感度シェーディングを抑制することができる。 According to this configuration, in the solid-state imaging device having the pixel array region having the multi-pixel 1-cell structure in which the photoelectric conversion regions are not arranged at the same pitch in the pixel array region, the pixel has the highest height on the upper surface of the condenser lens. They are not arranged at equal pitches in the array area. That is, in the solid-state imaging device according to the present invention, the focal position of the condenser lens can be formed in accordance with the arrangement of the photoelectric conversion regions. Thereby, the difference in sensitivity between the photoelectric conversion regions included in the pixel cell can be reduced. Therefore, the solid-state imaging device according to the present invention can suppress sensitivity shading.
また、前記各画素セルは、該画素セルが備える光電変換領域と、該光電変換領域の信号電荷を読み出すための読み出しゲートと、該光電変換領域に光を集光する集光レンズとを含む複数の単位画素領域を含み、前記単位画素領域の中心に対して該単位画素領域に含まれる集光レンズの上面の高さが最も高い点が位置する方向は、該単位画素領域の中心に対して該単位画素領域に含まれる光電変換領域の中心が位置する方向と同一であってもよい。 Each pixel cell includes a plurality of photoelectric conversion regions included in the pixel cell, a read gate for reading signal charges in the photoelectric conversion region, and a condensing lens for condensing light in the photoelectric conversion region. The direction in which the highest point of the top surface of the condenser lens included in the unit pixel area is located with respect to the center of the unit pixel area is relative to the center of the unit pixel area. The direction in which the center of the photoelectric conversion region included in the unit pixel region is located may be the same.
この構成によれば、単位画素領域(単位画素セル)の中心に対して光電変換領域が位置する方向に、集光レンズの上面の高さが最も高い点が配置される。すなわち、光電変換領域の中心に集光レンズの焦点位置が近づくように、集光レンズが形成される。よって、読み出しゲート等による入射光の散乱を低減し、画素セルに含まれる光電変換領域の受光量のばらつきを抑制することができる。すなわち、本発明に係る固体撮像装置は、感度シェーディングを抑制することができる。 According to this configuration, the highest point of the upper surface of the condenser lens is arranged in the direction in which the photoelectric conversion region is located with respect to the center of the unit pixel region (unit pixel cell). That is, the condenser lens is formed so that the focal position of the condenser lens approaches the center of the photoelectric conversion region. Therefore, scattering of incident light by a readout gate or the like can be reduced, and variation in the amount of light received in the photoelectric conversion region included in the pixel cell can be suppressed. That is, the solid-state imaging device according to the present invention can suppress sensitivity shading.
また、前記光電変換領域の中心と前記集光レンズの上面の高さが最も高い点とは一致してもよい。 The center of the photoelectric conversion region may coincide with the point where the height of the upper surface of the condenser lens is the highest.
この構成によれば、集光レンズの焦点位置を光電変換領域の中心にすることができる。よって、読み出しゲート等による反射を低減し、画素セルに含まれる光電変換領域の受光量のばらつきを抑制することができる。すなわち、本発明に係る固体撮像装置は、感度シェーディングを抑制することができる。 According to this configuration, the focal position of the condenser lens can be set to the center of the photoelectric conversion region. Therefore, reflection by a readout gate or the like can be reduced, and variation in the amount of received light in the photoelectric conversion region included in the pixel cell can be suppressed. That is, the solid-state imaging device according to the present invention can suppress sensitivity shading.
また、前記集光レンズの形状は、前記集光レンズの上面の高さが最も高い点の法線に対して非対称であり、前記法線から前記集光レンズの端部までの距離が長い方の端部における曲率は、短い方の端部における曲率より大きくてもよい。 Further, the shape of the condenser lens is asymmetric with respect to the normal of the highest point of the upper surface of the condenser lens, and the distance from the normal to the end of the condenser lens is longer The curvature at the end may be greater than the curvature at the shorter end.
これによれば、光電変換領域の中心からの距離が遠い方の集光レンズの端部の曲率が、光電変換領域の中心からの距離が遠い方の集光レンズの端部の曲率より大きくなる。これにより、入射光を光電変換領域の中心に集光することができる。 According to this, the curvature of the end of the condensing lens that is far from the center of the photoelectric conversion region is larger than the curvature of the end of the condensing lens that is far from the center of the photoelectric conversion region. . Thereby, incident light can be condensed at the center of the photoelectric conversion region.
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光を信号電荷に変換する複数の光電変換領域と、前記各光電変換領域が変換した信号電荷を読み出すための複数の読み出しゲートと、前記各光電変換領域に光を集光する複数の集光レンズとを備える複数の画素セルが行方向及び列方向に二次元状に配置された画素アレイ領域を有する固体撮像装置の製造方法であって、前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される前記光電変換領域を形成する第1ステップと、前記複数の読み出しゲートを形成する第2ステップと、前記集光レンズの上面の高さが最も高い点が前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される複数の集光レンズを形成する第3ステップとを含む。 The solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion regions for converting light into signal charges, a plurality of readout gates for reading the signal charges converted by the photoelectric conversion regions, A method for manufacturing a solid-state imaging device having a pixel array region in which a plurality of pixel cells each having a plurality of condensing lenses that condense light in a photoelectric conversion region are arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction, The photoelectric conversion regions that are not arranged at an equal pitch in the pixel array region and that are arranged point-symmetrically with respect to the center point of the pixel cell or line-symmetrically with respect to the center line of the pixel cell in the pixel cell A first step of forming a plurality of readout gates, a point having the highest height of the upper surface of the condenser lens is not arranged at an equal pitch in the pixel array region, and pixels In the cell And a third step of forming a plurality of condensing lenses arranged symmetrically with respect to the center line of the point symmetry or pixel cell with respect to the center point of the pixel cell.
これによれば、光電変換領域が画素アレイ領域内で等ピッチに配置されない多画素1セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置において、集光レンズの上面の高さが最も高い点が画素アレイ領域内で等ピッチに配置されない。すなわち、本発明に係る製造方法により、集光レンズの焦点位置を、光電変換領域の配置に合せて形成することができる。これにより、画素セルに含まれる光電変換領域間の感度の相違を低減することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、感度シェーディングを抑制する固体撮像装置を製造することができる。 According to this, in the solid-state imaging device having a pixel array region having a multi-pixel 1-cell structure in which the photoelectric conversion regions are not arranged at an equal pitch in the pixel array region, the highest point of the upper surface of the condenser lens is the pixel array. They are not arranged at equal pitches within the region. That is, by the manufacturing method according to the present invention, the focal position of the condenser lens can be formed in accordance with the arrangement of the photoelectric conversion regions. Thereby, the difference in sensitivity between the photoelectric conversion regions included in the pixel cell can be reduced. Therefore, the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention can manufacture a solid-state imaging device that suppresses sensitivity shading.
また、前記第3ステップでは、前記集光レンズの上面の高さが最も高い点の法線に対して非対称な形状の集光レンズが、光の透過率が一定ではない分布を有するグレーマスクを用いて形成されてもよい。 In the third step, the condensing lens having an asymmetric shape with respect to the normal of the highest point of the top surface of the condensing lens is a gray mask having a distribution in which the light transmittance is not constant. May be formed.
これによれば、上面の高さが最も高い点の法線に対して非対称な形状の集光レンズを形成することができる。 According to this, it is possible to form a condensing lens having an asymmetric shape with respect to the normal line of the highest point of the upper surface.
本発明は、感度シェーディングを抑制する固体撮像装置及びその製造方法を提供することができる。 The present invention can provide a solid-state imaging device that suppresses sensitivity shading and a manufacturing method thereof.
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Embodiments of a solid-state imaging device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置は、フォトダイオードが画素アレイ領域内で等ピッチに配置されない多画素1セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置において、集光レンズの焦点位置をフォトダイオードの配置に合せて等ピッチに配置しない。これにより、読み出しゲート等による入射光の散乱を低減し、感度シェーディングを抑制することができる。
(Embodiment 1)
The solid-state imaging device according to
まず、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の構成を説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の回路構成を示す図である。図1に示す固体撮像装置100の回路構成は、図10と同様であり、画素アレイ領域151と、垂直走査部152と、水平走査部153とを備える。
First, the configuration of the solid-state imaging device according to
1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a solid-state imaging device according to
画素アレイ領域151は、行方向及び列方向に二次元マトリクス状に配置された複数の画素セル154を含む。
The
画素セル154は、2つのフォトダイオード110及び120と、読み出しトランジスタ111及び121と、検出容量部113と、増幅トランジスタ114と、リセットトランジスタ116とを備える。画素セル154は、2つのフォトダイオード110及び120が、検出容量部113、増幅トランジスタ114及びリセットトランジスタ116を共有する2画素1セル構造である。なお、図1では、画素アレイ領域151を構成する複数の画素のうち、一部(8個の画素セル154)のみが示されている。
The
フォトダイオード110及び120は、入射光を信号電荷に光電変換し、蓄積する。読み出しトランジスタ111は、フォトダイオード110に蓄積された信号電荷を検出容量部113に読み出す。読み出しトランジスタ121は、フォトダイオード120に蓄積された信号電荷を検出容量部113に読み出す。増幅トランジスタ114は、検出容量部113の信号電荷を増幅し、増幅した信号を出力する。リセットトランジスタ116は、検出容量部113の信号電荷を除去する。読み出しトランジスタ111、121、増幅トランジスタ114及びリセットトランジスタ116は、MOSトランジスタである。
The
垂直走査部152は、行列状に配置された複数の画素の行を選択する。具体的には、垂直走査部152は、読み出しトランジスタ111及び121を制御することで、行を選択する。また、垂直走査部152は、リセットトランジスタ116を制御することで、複数の画素の検出容量部113の信号電荷をリセットする。
The
水平走査部153は、行列状に配置された複数の画素の列を選択する。
図2は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置100の画素アレイ領域151の平面構造を模式的に示す図である。なお、図2において、図1に示す2つの画素セル154である画素セル154A及び154Bの平面構造を示す。図3は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置100の断面構造を模式的に示す図である。図3(a)は、図2のY0−Y1における断面構造を模式的に示す図である。図3(b)は、図2のX0−X1における断面構造を模式的に示す図である。
The
FIG. 2 is a diagram schematically showing a planar structure of the
図2及び図3に示すように、固体撮像装置100は、半導体基板101と、フォトダイオード110A、110B、120A及び120B(フォトダイオード110A及び110Bは、それぞれ、図1のフォトダイオード110に対応する。フォトダイオード120A及び120B、それぞれ、図1のフォトダイオード120に対応する。また、フォトダイオード110A及び110Bを特に区別しない場合は、フォトダイオード110と記す。フォトダイオード120A及び120Bを特に区別しない場合は、フォトダイオード120と記す。)と、読み出しゲート112及び122と、検出容量部113と、絶縁膜102と、金属配線層103と、絶縁膜105と、金属遮光膜106と、絶縁膜107と、カラーフィルタ108と、集光レンズ109A、109B、109C及び109D(集光レンズ109A、109B、109C及び109Dを特に区別しない場合は、集光レンズ109と記す。)と、増幅ゲート115と、リセットゲート117とを備える。増幅ゲート115は、増幅トランジスタ114のゲート電極である。リセットゲート117は、リセットトランジスタ116のゲート電極である。
2 and 3, the solid-
フォトダイオード110及び120は、半導体基板101の表面に形成される。フォトダイオード110及び120は、光電変換領域を構成する。
The
読み出しゲート112及び122は、半導体基板101の表面に形成される。読み出しゲート112は、フォトダイオード110に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート122は、フォトダイオード120に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート112は読み出しトランジスタ111のゲート電極であり、読み出しゲート122は読み出しトランジスタ121のゲート電極である。
The read
検出容量部113は、半導体基板101の表面に形成される。検出容量部113は、読み出しゲート112及び122を介して読み出された電荷を蓄積する。
The
絶縁膜102は、フォトダイオード110、120、読み出しゲート112、122及び検出容量部113上に形成される。金属配線層103は、絶縁膜102上に形成される。絶縁膜105は、絶縁膜102及び金属配線層103上に形成される。金属遮光膜106は、絶縁膜105上に形成され、光電変換領域の上部に開口が形成される。絶縁膜107は、絶縁膜105及び金属遮光膜106上に形成される。カラーフィルタ108は、絶縁膜107の上方に形成される。
The insulating
集光レンズ109は、カラーフィルタ108の上方に形成され、入射光をフォトダイオード110及び120上に集光する。集光レンズ109Aは、フォトダイオード110Aの上方に形成され、フォトダイオード110Aに入射光を集光する。集光レンズ109Bは、フォトダイオード120Aの上方に形成され、フォトダイオード120Aに入射光を集光する。集光レンズ109Cは、フォトダイオード110Bの上方に形成され、フォトダイオード110Bに入射光を集光する。集光レンズ109Dは、フォトダイオード120Bの上方に形成され、フォトダイオード120Bに入射光を集光する。なお、金属配線層103及び金属遮光膜106は図2に図示していない。また、図2及び図3において、上面から見たフォトダイオード110Aの中心をP1と示し、フォトダイオード120Aの中心をP2と示し、フォトダイオード110Bの中心をP3と示し、フォトダイオード120Bの中心をP4と示す。また、上面から見たフォトダイオード110Aを含む単位画素セルの中心をC1と示し、フォトダイオード120Aを含む単位画素セルの中心をC2と示し、フォトダイオード110Bを含む単位画素セルの中心をC3と示し、フォトダイオード120Bを含む単位画素セルの中心をC4と示す。また、集光レンズ109Aの上面の高さ(図3における縦方向の厚さ)が最も高い点をL1と示し、集光レンズ109Bの上面の高さが最も高い点をL2と示し、集光レンズ109Cの上面の高さが最も高い点をL3と示し、集光レンズ109Dの上面の高さが最も高い点をL4と示す。
The
画素アレイ領域151の垂直方向において、図3(a)に示すように、集光レンズ109の高さの最も高い点L1とL2と(L3とL4と)は、画素アレイ領域151内で等ピッチでは配置されず、画素セル154内で単位画素セルの境界線(画素セル154の中心線)160に対して線対称に配置される。すなわち、垂直方向において、集光レンズ109の高さが最も高い点L1、L2、L3及びL4は、単位画素セルの中心C1、C2、C3及びC4と一致しない。同様に、フォトダイオード110及び120の中心P1とP2と(P3とP4と)は、画素アレイ領域151内で等ピッチでは配置されず、画素セル154内で単位画素セルの境界線(画素セル154の中心線)160に対して線対称に配置される。すなわち、垂直方向において、フォトダイオード110及び120の中心P1、P2、P3及びP4は、単位画素セルの中心C1、C2、C3及びC4と一致しない。また、集光レンズ109の高さが最も高い点L1、L2、L3及びL4は、それぞれ、フォトダイオード110及び120の中心P1、P2、P3及びP4と一致する。
In the vertical direction of the
画素アレイ領域151の水平方向において、図3(b)に示すように、集光レンズ109の高さの最も高い点L1とL3と(L2とL4と)は、画素アレイ領域151内で等ピッチで配置される。また、フォトダイオード110及び120の中心C1とC2と(C3とC4と)は、画素アレイ領域151内で等ピッチで配置される。すなわち、水平方向において、単位画素セルの中心C1、C2、C3及びC4と、フォトダイオード110及び120の中心P1、P2、P3及びP4と、集光レンズ109の高さが最も高い点L1、L2、L3及びL4とが一致する。
In the horizontal direction of the
図4は、集光レンズ109A(109C)の垂直方向の断面構造を示す図である。なお、集光レンズ109B(109D)の垂直方向の断面構造は、図4に示す集光レンズ109Aの断面構造の左右逆の構造である。図4に示すように、集光レンズ109の形状は、集光レンズ109の上面の高さが最も高い点L1の法線に対して非対称である。また、集光レンズ109の上面の高さが最も高い点L1の法線から集光レンズ109の端部までの距離が長い方の端部164における曲率は、短い方の端部163における曲率より大きい。すなわち、集光レンズ109の形状は、集光レンズ109の高さが最も高い点L1から左側161の単位画素セルの端の領域163は曲率が小さく、右側162の単位画素セルの端の領域164は曲率が大きい。一般に、レンズの曲率が小さい領域では、レンズで屈折された後の入射光の角度θAは小さく、レンズの曲率が大きい領域では、レンズで屈折された後の入射光の角度θBは大きい。従って、集光レンズ109を図4に示すように集光レンズ109の領域163の曲率を小さくし、領域164の曲率を大きくすることで、フォトダイオード110Aの中心P1に集光レンズ109の焦点位置を近づけることができる。これにより、フォトダイオード110への集光効率を改善し、感度を向上することができる。なお、フォトダイオード110Aの中心P1と、集光レンズ109の高さが最も高い点L1とは必ずしも一致させる必要はない。例えば、画素の中心C1からフォトダイオード110Aの中心がずれている方向(図4における右側)に、集光レンズ109の高さが最も高い点L1をずらすことにより、集光レンズ109の焦点位置をフォトダイオード110Aの中心P1に近づけることができる。よって、フォトダイオード110Aへの集光効率を改善することができる。
FIG. 4 is a view showing a vertical sectional structure of the condensing
図5は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の垂直方向の断面構造、及び画素上の各位置に入射する光量を示す図である。図5に示すように本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置100では、集光レンズ109A(109B)の高さが最も高い点L1(L2)がフォトダイオード110A(120A)の中心P1(P2)と一致するので、入射光量のピークがフォトダイオード110A(120A)の中心P1(P2)と一致する。これにより、従来の固体撮像装置500と比べ、読み出しゲート112(122)による入射光の散乱を抑制することができる。よって、読み出しゲート112(122)による入射光の散乱に起因するフォトダイオード110Aとフォトダイオード120Aとに入射する光量のばらつきを低減することができる。すなわち、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置100は、感度低下を抑制することができる。
FIG. 5 is a diagram showing a vertical cross-sectional structure of the solid-state imaging device according to
なお、フォトダイオード110の中心が等ピッチに配置される水平方向(読み出しゲートなどが配置されない方向)では、上記のような問題は生じない。
Note that the above-described problem does not occur in the horizontal direction in which the centers of the
以上より、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置100では、画素アレイ領域151の垂直方向において、集光レンズ109Aと109Bと(109Cと109Dと)の、レンズの凸面の曲率が最大となる点L1とL2と(L3とL4と)は、画素アレイ領域151内では等ピッチではなく、画素セル154内で線対称に配置される。さらに、集光レンズ109の高さが最も高い点L1、L2、L3及びL4がフォトダイオード110及び120の中心P1、P2、P3及びP4と一致するので、入射光量のピークがフォトダイオード110及び120の中心P1、P2、P3及びP4と一致する。これにより、読み出しゲート112及び122による入射光の散乱を低減することができるので、感度向上を実現できる。また、読み出しゲート112(122)による入射光の散乱に起因する、1つの画素セル154に含まれるフォトダイオード110と120との感度ばらつきを低減することができる。すなわち、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置100は、感度シェーディングを抑制することができる。
As described above, in the solid-
次に、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置100の製造方法を説明する。
まず、半導体基板101にフォトダイオード110、120及び検出容量部113が形成される。次に、半導体基板101上に読み出しゲート112及び122が形成される。次に、フォトダイオード110、120、検出容量部113、読み出しゲート112及び122上に、絶縁膜102が形成される。次に、絶縁膜102上に金属配線層103が形成される。次に、絶縁膜102及び金属配線層103上に絶縁膜105が形成される。次に、絶縁膜105上に金属遮光膜106が形成される。次に、絶縁膜105及び金属遮光膜106上に絶縁膜107が形成される。次に、絶縁膜107の上方にカラーフィルタ108が形成される。次に、カラーフィルタ108の上方に集光レンズ109が形成される。なお、集光レンズ109以外の製造方法は、従来技術で製造することができる。以下、集光レンズ109の詳細な製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the solid-
First, the
図6は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置100の集光レンズ109の製造方法を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a method for manufacturing the condensing
まず、無機系又は有機系の透明材料から構成されるレンズ材料170上の全面にポジ型レジストを形成する。次に、グレースケールマスク172を用いて、ポジ型レジストパターンを露光した後、現像する。これにより、図6(a)に示す断面形状のポジ型レジスト171が形成される。
First, a positive resist is formed on the entire surface of the
次に、エッチバックによりポジ型レジスト171の断面形状をレンズ材料170に転写する。これにより、図6(b)に示す断面形状を有する集光レンズ109が形成される。
Next, the cross-sectional shape of the positive resist 171 is transferred to the
ここで、グレースケールマスク172は、図6(c)に示すように光の透過率が一定ではない分布を有する。通常のマスクでは、透過率は1か0の2種類であるが、グレースケールマスク172では透過率を連続的に変化させることができる。
Here, as shown in FIG. 6C, the
以上の工程により、固体撮像装置100が形成される。
以上、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置及びその製造方法について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
Through the above steps, the solid-
The solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to this embodiment.
例えば、上記説明では、フォトダイオード110及び120の中心P1、P2、P3及びP4と、集光レンズ109の高さが最も高い点L1、L2、L3及びL4とが一致するとしたが、必ずしも一致しなくともよい。例えば、図2に示す例では、集光レンズ109の高さが最も高い点L1(L2、L3、L4)は、単位画素セルの中心C1(C2、C3、C4)とフォトダイオード110A(120A、110B、120B)と間に位置してもよい。すなわち、単位画素セルの中心C1(C2、C3、C4)に対して集光レンズの上面の高さが最も高い点L1(L2、L3、L4)が位置する方向は、単位画素セルの中心C1(C2、C3、C4)に対してフォトダイオード110及び120の中心P1(P2、P3、P4)が位置する方向と同一であってもよい。これにより、集光レンズ109の集光位置をフォトダイオード110及び120の中心P1(P2、P3、P4)に近づけることができる。よって、読み出しゲート112及び122による入射光の散乱を低減することができるので、感度向上を実現できる。また、画素セル154内のフォトダイオード110と120との感度ばらつきを低減することができる。すなわち、感度シェーディングを抑制することができる。
For example, in the above description, the centers P1, P2, P3, and P4 of the
また、上記説明では、1つの画素セル154に含まれる2つの単位画素セルは垂直方向に隣接して配置されているが、水平方向に隣接して配置されてもよい。
In the above description, two unit pixel cells included in one
(実施の形態2)
上述した実施の形態1では、2画素1セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置に本発明を適用した実施例を説明した。実施の形態2では、4画素1セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置に本発明を適用した実施例を説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment described above, the example in which the present invention is applied to the solid-state imaging device having the pixel array region of the two-pixel one-cell structure has been described. In the second embodiment, an example in which the present invention is applied to a solid-state imaging device having a pixel array region having a four-pixel one-cell structure will be described.
図7は、本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置の回路構成を示す図である。なお、図1と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図7に示す固体撮像装置200は、画素アレイ領域251と、垂直走査部152と、水平走査部153とを備える。
FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration of the solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention. Elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The solid-
画素アレイ領域251は、行方向及び列方向に二次元マトリクス状に配置された複数の画素セル254を含む。画素セル254は、4つのフォトダイオード210、220、230及び240と、読み出しトランジスタ211、221、231及び241と、検出容量部113と、増幅トランジスタ114と、リセットトランジスタ116とを備える。画素セル254は、4つのフォトダイオード210、220、230及び240が、検出容量部113、増幅トランジスタ114及びリセットトランジスタ116を共有する4画素1セル構造である。なお、図7では、画素アレイ領域251を構成する複数の画素のうち、一部(4個の画素セル254)のみが示されている。
The
フォトダイオード210、220、230及び240は、入射光を信号電荷に光電変換し、蓄積する。読み出しトランジスタ211は、フォトダイオード210に蓄積された信号電荷を検出容量部113に読み出す。読み出しトランジスタ221は、フォトダイオード220に蓄積された信号電荷を検出容量部113に読み出す。読み出しトランジスタ231は、フォトダイオード230に蓄積された信号電荷を検出容量部113に読み出す。読み出しトランジスタ241は、フォトダイオード240に蓄積された信号電荷を検出容量部113に読み出す。増幅トランジスタ114は、検出容量部113の信号電荷を増幅し、増幅した信号を出力する。リセットトランジスタ116は、検出容量部113の信号電荷を除去する。読み出しトランジスタ211、221、231、241、増幅トランジスタ114及びリセットトランジスタ116は、MOSトランジスタである。
The
図8は、本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置200の画素アレイ領域251の平面構造を模式的に示す図である。なお、図8において、図7に示す1つの画素セル254の平面構造を示す。図9は、本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置200の断面構造を模式的に示す図である。図9(a)は、図8のY2−Y3における断面構造を模式的に示す図である。図9(b)は、図8のX2−X3における断面構造を模式的に示す図である。なお、図2及び図3と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a planar structure of the
図8及び図9に示すように、固体撮像装置200は、半導体基板101と、フォトダイオード210、220、230及び240と、読み出しゲート212、222、232及び242と、検出容量部113と、絶縁膜102と、金属配線層103と、絶縁膜105と、金属遮光膜106と、絶縁膜107と、カラーフィルタ108と、集光レンズ209A、209B、209C及び209D(集光レンズ209A、209B、209C及び209Dを特に区別しない場合は、集光レンズ209と記す。)と、増幅ゲート115と、リセットゲート117とを備える。
As shown in FIGS. 8 and 9, the solid-
フォトダイオード210、220、230、240は、半導体基板101の表面に形成される。フォトダイオード210、220、230及び240は、光電変換領域を構成する。
The
読み出しゲート212、222、232及び242は、半導体基板101の表面に形成される。読み出しゲート212は、フォトダイオード210に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート222は、フォトダイオード220に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート232は、フォトダイオード230に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート242は、フォトダイオード240に蓄積された電荷の読み出しに用いられる。読み出しゲート212は読み出しトランジスタ211のゲート電極であり、読み出しゲート222は読み出しトランジスタ221のゲート電極であり、読み出しゲート232は読み出しトランジスタ231のゲート電極であり、読み出しゲート242は読み出しトランジスタ241のゲート電極である。
The read
検出容量部113は、半導体基板101の表面に形成される。検出容量部113は、読み出しゲート212、222、232及び242を介して読み出された電荷を蓄積する。
The
集光レンズ209は、カラーフィルタ108の上方に形成され、入射光をフォトダイオード210、220、230及び240上に集光する。集光レンズ209Aは、フォトダイオード210の上方に形成され、フォトダイオード210に入射光を集光する。集光レンズ209Bは、フォトダイオード220の上方に形成され、フォトダイオード220に入射光を集光する。集光レンズ209Cは、フォトダイオード230の上方に形成され、フォトダイオード230に入射光を集光する。集光レンズ209Dは、フォトダイオード240の上方に形成され、フォトダイオード240に入射光を集光する。また、上面から見たフォトダイオード210を含む単位画素セルの中心をC1と示し、フォトダイオード220を含む単位画素セルの中心をC2と示し、フォトダイオード230を含む単位画素セルの中心をC3と示し、フォトダイオード240を含む単位画素セルの中心をC4と示す。また、集光レンズ209Aの上面の高さが最も高い点をL1と示し、集光レンズ209Bの上面の高さが最も高い点をL2と示し、集光レンズ209Cの上面の高さが最も高い点をL3と示し、集光レンズ209Dの上面の高さが最も高い点をL4と示す。
The condensing lens 209 is formed above the
実施の形態2に係る固体撮像装置200の垂直方向の断面構造は、実施の形態1に係る固体撮像装置100と同様である。画素アレイ領域251の垂直方向において、図9(a)に示すように、集光レンズ209の高さの最も高い点L1とL2と(L3とL4と)は、画素アレイ領域251内で等ピッチでは配置されず、画素セル254内で水平方向の単位画素セルの境界線260に対して線対称に配置される。すなわち、垂直方向において、集光レンズ209の高さが最も高い点L1、L2、L3及びL4は、単位画素セルの中心C1、C2、C3及びC4と一致しない。同様に、フォトダイオード210、220、230及び240の中心P1とP2と(P3とP4と)は、画素アレイ領域251内で等ピッチでは配置されず、画素セル254内で水平方向の単位画素セルの境界線260に対して線対称に配置される。すなわち、垂直方向において、フォトダイオード210、220、230及び240の中心P1、P2、P3及びP4は、単位画素セルの中心C1、C2、C3及びC4と一致しない。また、集光レンズ209の高さが最も高い点L1、L2、L3及びL4は、それぞれ、フォトダイオード210、220、230及び240の中心P1、P2、P3及びP4と一致する。
The cross-sectional structure in the vertical direction of the solid-
実施の形態2に係る固体撮像装置200の水平方向の断面構造は、実施の形態1に係る固体撮像装置100の水平方向の断面構造と異なり、垂直方向の断面構造と同様の断面構造である。画素アレイ領域251の水平方向において、図9(b)に示すように、集光レンズ209の高さの最も高い点L1とL3と(L2とL4と)は、画素アレイ領域251内で等ピッチでは配置されず、画素セル254内で垂直方向の単位画素セルの境界線261に対して線対称に配置される。すなわち、水平方向において、集光レンズ209の高さが最も高い点L1、L2、L3及びL4は、単位画素セルの中心C1、C2、C3及びC4と一致しない。同様に、フォトダイオード210、220、230及び240の中心P1とP2と(P3とP4と)は、画素アレイ領域251内で等ピッチでは配置されず、画素セル254内で垂直方向の単位画素セルの境界線261に対して線対称に配置される。すなわち、水平方向において、フォトダイオード210、220、230及び240の中心P1、P2、P3及びP4は、単位画素セルの中心C1、C2、C3及びC4と一致しない。また、集光レンズ209の高さが最も高い点L1、L2、L3及びL4は、それぞれ、フォトダイオード210、220、230及び240の中心P1、P2、P3及びP4と一致する。
Unlike the horizontal sectional structure of the solid-
すなわち、画素セル254に含まれる4つの集光レンズ209の高さが最大となる点L1、L2、L3及びL4は、画素セル254の中心点(4つの単位画素セルの交点)262に対して点対称である。また、画素セル254に含まれる4つのフォトダイオード210、220、230及び240の中心P1、P2、P3及びP4は、画素セル254の中心点に対して点対称である。
That is, the
以上より、本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置200は、集光レンズ209Aと209Bと209Cと209Dとの、レンズの凸面の曲率が最大となる点L1とL2とL3とL4とは、画素アレイ領域251内では垂直方向及び水平方向において等ピッチではなく、画素セル254内で画素セル254の中心点262に対して点対称に配置される。さらに、集光レンズ209の高さが最も高い点L1、L2、L3及びL4がフォトダイオード210、220、230及び240の中心P1、P2、P3及びP4と一致するので、入射光量のピークがフォトダイオード210、220、230及び240の中心P1、P2、P3及びP4と一致する。これにより、読み出しゲート212、222、232及び242による入射光の散乱を低減することができるので、感度向上を実現できる。また、読み出しゲート212(222、232、242)による入射光の散乱に起因する、1つの画素セル254内のフォトダイオード210と220と230と240との感度ばらつきを低減することができる。すなわち、本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置200は、感度シェーディングを抑制することができる。
As described above, in the solid-
また、フォトダイオード210、220、230及び240の中心P1、P2、P3及びP4は、単位画素セルの中心C1、C2、C3及びC4から、画素アレイ領域251に対して斜め方向にシフトする。この場合、集光レンズ209のシフト方向も斜め方向である。すなわち、集光レンズ209の斜め方向の断面構造は、図4に示す断面構造であり、集光レンズ209の凸面の曲率が最大となる点L1、L2、L3及びL4は、画素セル254内において画素セル254の中心点262に対して点対称にとなる。また、集光レンズ209の斜め方向の断面形状は、図4に示すように、集光レンズ209の高さが最も高い点L1から左側161の単位画素の端の領域163は曲率が小さく、右側162の単位画素の端の領域164は曲率が大きい。一般に、レンズの曲率が小さい領域では、レンズで屈折された後の入射光の角度θAは小さく、レンズの曲率が大きい領域では、レンズで屈折された後の入射光の角度θBは大きい。従って、集光レンズ209を図4に示すように集光レンズ209の領域163の曲率を小さくし、領域164の曲率を大きくすることで、フォトダイオード210の中心P1に集光レンズ209の焦点位置を近づけることができる。これにより、フォトダイオード210への集光効率を改善し、感度を向上することができる。
Further, the centers P1, P2, P3, and P4 of the
また、実施の形態2に係る固体撮像装置200の製造方法は、実施の形態1に係る固体撮像装置100の製造方法と同様であり、説明は省略する。
Moreover, the manufacturing method of the solid-
なお、上記説明では、フォトダイオード210、220、230及び240の中心P1、P2、P3及びP4と、集光レンズ209の高さが最も高い点L1、L2、L3及びL4とが一致するとしたが、必ずしも一致しなくともよい。例えば、図8に示す例では、集光レンズ209の高さが最も高い点L1(L2、L3、L4)は、単位画素セルの中心C1(C2、C3、C4)とフォトダイオード210(220、230、240)と間に位置してもよい。すなわち、単位画素セルの中心C1(C2、C3、C4)に対して集光レンズの上面の高さが最も高い点L1(L2、L3、L4)が位置する方向は、単位画素セルの中心C1(C2、C3、C4)に対してフォトダイオード210、220、230及び240の中心P1(P2、P3、P4)が位置する方向と同一であってもよい。これにより、集光レンズ209の集光位置をフォトダイオード210、220、230及び240の中心P1(P2、P3、P4)に近づけることができる。よって、読み出しゲート212、222、232及び242による入射光の散乱を低減することができるので、感度向上を実現できる。また、画素セル254内のフォトダイオード210と220と230と240との感度ばらつきを低減することができる。すなわち、感度シェーディングを抑制することができる。
In the above description, the centers P1, P2, P3, and P4 of the
また、上記実施の形態1では2画素1セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置について説明し、上記実施の形態2では4画素1セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置について説明したが、本発明は多画素1セル構造の画素アレイ領域を有する固体撮像装置に適用することができる。 In the first embodiment, a solid-state imaging device having a pixel array region having a two-pixel one-cell structure has been described. In the second embodiment, a solid-state imaging device having a pixel array region having a four-pixel one-cell structure has been described. The present invention can be applied to a solid-state imaging device having a pixel array region having a multi-pixel 1-cell structure.
本発明は、固体撮像装置に適用でき、特に、多画素1セル構造を有するCMOSイメージセンサに適用できる。さらに、本発明は、CMOSイメージセンサを用いるデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、Webカメラ、及び携帯電話に搭載されるカメラ等に適用できる。 The present invention can be applied to a solid-state imaging device, and in particular to a CMOS image sensor having a multi-pixel 1-cell structure. Furthermore, the present invention can be applied to a digital still camera, a digital video camera, a Web camera, a camera mounted on a mobile phone, and the like using a CMOS image sensor.
100、200、500 固体撮像装置
101,501 半導体基板
102、105、107、502、505、507 絶縁膜
103、503 金属配線層
106、506 金属遮光膜
108、508 カラーフィルタ
109、109A、109B、109C、109D、209、209A、209B、209C、209D、509、509A、509B、509C、509D 集光レンズ
110、110A、110B、120、120A、120B、210、220、230、240、510、510A、510B、520、520A、520B フォトダイオード
111、121、211、221、231、241、511、521 読み出しトランジスタ
113、513 検出容量部
114、514 増幅トランジスタ
115、515 増幅ゲート
116、516 リセットトランジスタ
117、517 リセットゲート
112、122、212、222、232、242、512、522 読み出しゲート
151、251、551 画素アレイ領域
152、552 垂直走査部
153、553 水平走査部
154、154A、154B、254、554、554A、554B 画素セル
160、260、261、560 単位画素セルの境界線
170 レンズ材料
171 ポジ型レジスト
172 グレースケールマスク
262 画素セルの中心点
C1、C2、C3、C4 単位画素セルの中心
L1、L2、L3、L4 集光レンズの高さが最も高い点
P1、P2、P3、P4 フォトダイオードの中心
100, 200, 500 Solid-state imaging device 101, 501 Semiconductor substrate 102, 105, 107, 502, 505, 507 Insulating film 103, 503 Metal wiring layer 106, 506 Metal light shielding film 108, 508 Color filter 109, 109A, 109B, 109C 109D, 209, 209A, 209B, 209C, 209D, 509, 509A, 509B, 509C, 509D Condensing lens 110, 110A, 110B, 120, 120A, 120B, 210, 220, 230, 240, 510, 510A, 510B 520, 520A, 520B Photodiode 111, 121, 211, 221, 231, 241, 511, 521 Read transistor 113, 513 Detection capacitor 114, 514 Amplification transistor 115, 515 Amplification 116, 516 Reset transistor 117, 517 Reset gate 112, 122, 212, 222, 232, 242, 512, 522 Read gate 151, 251, 551 Pixel array region 152, 552 Vertical scanning unit 153, 553 Horizontal scanning unit 154 154A, 154B, 254, 554, 554A, 554B Pixel cell 160, 260, 261, 560 Unit pixel cell boundary 170 Lens material 171 Positive resist 172 Grayscale mask 262 Pixel cell center point C1, C2, C3, C4 Center of unit pixel cell L1, L2, L3, L4 Point with highest height of condenser lens P1, P2, P3, P4 Center of photodiode
Claims (6)
前記各画素セルは、
光を信号電荷に変換する複数の光電変換領域と、
前記各光電変換領域が変換した信号電荷を読み出すための複数の読み出しゲートと、
前記各光電変換領域に光を集光する複数の集光レンズとを備え、
前記複数の画素セルに含まれる前記複数の光電変換領域は、前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置され、
前記複数の画素セルに含まれる前記複数の集光レンズの上面の高さが最も高い点は、前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される
ことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device having a pixel array region in which a plurality of pixel cells are arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction,
Each pixel cell is
A plurality of photoelectric conversion regions for converting light into signal charges;
A plurality of readout gates for reading out signal charges converted by the photoelectric conversion regions;
A plurality of condensing lenses for condensing light on each photoelectric conversion region,
The plurality of photoelectric conversion regions included in the plurality of pixel cells are not arranged at an equal pitch in the pixel array region, and are point-symmetric with respect to a center point of the pixel cell in the pixel cell or the pixel cell Arranged symmetrically with respect to the center line of
The points having the highest heights of the upper surfaces of the plurality of condenser lenses included in the plurality of pixel cells are not arranged at an equal pitch in the pixel array region, and are center points of the pixel cells in the pixel cell. A solid-state imaging device, wherein the solid-state imaging device is arranged point-symmetrically with respect to the center line or line-symmetrically with respect to the center line of the pixel cell.
前記単位画素領域の中心に対して該単位画素領域に含まれる集光レンズの上面の高さが最も高い点が位置する方向は、該単位画素領域の中心に対して該単位画素領域に含まれる光電変換領域の中心が位置する方向と同一である
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 Each of the pixel cells includes a plurality of units including a photoelectric conversion region included in the pixel cell, a read gate for reading signal charges in the photoelectric conversion region, and a condenser lens that collects light in the photoelectric conversion region. Including the pixel area,
The direction in which the point having the highest height of the upper surface of the condenser lens included in the unit pixel area with respect to the center of the unit pixel area is included in the unit pixel area with respect to the center of the unit pixel area. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the direction is the same as a direction in which the center of the photoelectric conversion region is located.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the center of the photoelectric conversion region coincides with a point having the highest height of the upper surface of the condenser lens.
前記法線から前記集光レンズの端部までの距離が長い方の端部における曲率は、短い方の端部における曲率より大きい
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The shape of the condenser lens is asymmetric with respect to the normal of the highest point of the upper surface of the condenser lens,
4. The curvature at the end of the longer distance from the normal to the end of the condenser lens is greater than the curvature at the shorter end. 5. Solid-state imaging device.
前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ前記画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される前記光電変換領域を形成する第1ステップと、
前記複数の読み出しゲートを形成する第2ステップと、
前記集光レンズの上面の高さが最も高い点が前記画素アレイ領域内で等ピッチに配置されず、かつ画素セル内で該画素セルの中心点に対して点対称又は該画素セルの中心線に対して線対称に配置される複数の集光レンズを形成する第3ステップとを含む
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A plurality of photoelectric conversion regions for converting light into signal charges, a plurality of readout gates for reading signal charges converted by the respective photoelectric conversion regions, and a plurality of condensing lenses for condensing light in each of the photoelectric conversion regions A solid-state imaging device having a pixel array region in which a plurality of pixel cells are two-dimensionally arranged in a row direction and a column direction,
The photoelectric conversion regions that are not arranged at an equal pitch in the pixel array region and that are arranged point-symmetrically with respect to the center point of the pixel cell or line-symmetrically with respect to the center line of the pixel cell in the pixel cell A first step of forming
A second step of forming the plurality of read gates;
The points having the highest height of the upper surface of the condenser lens are not arranged at an equal pitch in the pixel array region, and are point-symmetric with respect to the center point of the pixel cell in the pixel cell or the center line of the pixel cell A third step of forming a plurality of condensing lenses arranged in line symmetry with respect to the solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項5記載の固体撮像装置の製造方法。 In the third step, the condensing lens having an asymmetric shape with respect to the normal of the highest point of the upper surface of the condensing lens is used with a gray mask having a distribution in which the light transmittance is not constant. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, wherein the solid-state imaging device is formed.
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