JP2010205994A - 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器 - Google Patents

固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】撮像画像の画像品質を向上する。
【解決手段】撮像領域ＰＡの中心と周囲との間において、層内レンズ１２０のレンズ形状が異なるように層内レンズ１２０の形成を行う。ここでは、撮像領域にて配置された画素位置が中心から離れるに伴って、その層内レンズ１２０の中心が、フォトダイオード２１の中心に対して、撮像領域ＰＡの中心側へシフトするように形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器に関する。特に、本発明は、基板の撮像面に複数の光電変換部が配置されていると共に、その光電変換部へ向かう方向へ突き出た形状で複数の層内レンズが形成されている固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器に関する。
デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの電子機器は、固体撮像装置を含む。たとえば、固体撮像装置として、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｃｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサを含む。
固体撮像装置においては、複数の画素が形成されている撮像領域が、半導体基板の面に設けられている。複数の画素のそれぞれにおいては、曲面レンズを介して入射する光を受光し、その受光した光を光電変換することによって信号電荷を生成する光電変換部が設けられている。たとえば、フォトダイオードが、この光電変換部として形成されている。
この固体撮像装置においては、たとえば、光電変換部の上方にオンチップレンズが配置されている。そして、この光電変換部とオンチップレンズとの間に、層内レンズを配置することが提案されている。層内レンズは、オンチップレンズを介して入射した光を、効率的に光電変換部へ照射するために、設けられている。たとえば、複数の層内レンズのそれぞれは、光電変換部へ向かう方向へ突き出た下凸構造で形成されている（たとえば、特許文献１，特許文献２参照）。
特開２００２−３５９３６３号公報 特開２００７−３２４４８１号公報
固体撮像装置においては、撮像領域の位置に応じて、画素が受光する主光線の角度が異なることに起因して、撮像画像の画像品質が低下する場合がある。
具体的には、撮像領域の中心部分においては、曲面レンズを介して入射する主光線の角度は、撮像領域に対して、ほぼ垂直である。これに対して、撮像領域の周辺部分においては、曲面レンズを介して入射する主光線の角度は、撮像領域に垂直な方向に対して、傾斜して入射する。このため、撮像画像の中心部分が明るい画像になり、周辺部分が暗い画像になる場合があるので、撮像画像の画像品質が低下する場合がある。
すなわち、撮像領域の中心部分と周辺部分との間において感度差が生じるために、撮像画像の画像品質が低下する場合がある。
したがって、本発明は、撮像画像の画像品質を向上可能な、固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器を提供する。
本発明の固体撮像装置は、基板の撮像面に配置されている複数の光電変換部と、前記光電変換部の上方にて前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して設けられており、前記光電変換部へ向かう方向へ突き出た形状で形成されている複数の層内レンズとを有し、前記複数の層内レンズのそれぞれは、前記撮像面の中心と周囲との間においてレンズ形状が異なるように形成されている。
本発明の電子機器は、基板の撮像面に配置されている複数の光電変換部と、前記光電変換部の上方にて前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して設けられており、前記光電変換部へ向かう方向へ突き出た形状で形成されている複数の層内レンズとを有し、前記複数の層内レンズのそれぞれは、前記撮像面の中心と周囲とにおいてレンズ形状が異なっている。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板の撮像面に配置された複数の光電変換部のそれぞれに対応するように、複数の層内レンズを、前記光電変換部の上方において、前記光電変換部へ向かう方向へ突き出た形状で形成する層内レンズ形成工程を有し、前記層内レンズ形成工程においては、前記複数の層内レンズのそれぞれを、前記撮像面の中心と周囲とにおいてレンズ形状が異なるように形成する。
本発明においては、上述したように、複数の層内レンズのそれぞれを、撮像面の中心と周囲とにおいてレンズ形状が異なるように形成することで、撮像領域の中心部分と周辺部分との間において感度差が生ずることを防止する。
本発明によれば、撮像画像の画像品質を向上可能な、固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器を提供することができる。
図１は、本発明にかかる実施形態１において、カメラ４０の構成を示す構成図である。 図２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の全体構成の概略を示す平面図である。 図３は、本発明にかかる実施形態１において、撮像領域ＰＡにおいて設けられた画素Ｐの要部を示す回路図である。 図４は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の要部を示す断面図である。 図５は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の要部を示す断面図である。 図６は、本発明にかかる実施形態１において、層内レンズ１２０を構成する各レンズ材層１２１，１２２，１２３と、フォトダイオード２１との関係を示す平面図である。 図７は、本発明にかかる実施形態１において、層内レンズ１２０を構成する各レンズ材層１２１，１２２，１２３と、フォトダイオード２１との関係を示す平面図である。 図８は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す断面図である。 図９は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す断面図である。 図１０は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す断面図である。 図１１は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１に入射した主光線の様子を示す図である。 図１２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１に入射した主光線の様子を示す図である。 図１３は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置１ｂの要部を示す断面図である。 図１４は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置１ｂの要部を示す断面図である。 図１５は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置１ｃの要部を示す断面図である。 図１６は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置１ｃの要部を示す断面図である。 図１７は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置１ｄの要部を示す断面図である。 図１８は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置１ｄの要部を示す断面図である。 図１９は、本発明にかかる実施形態５において、固体撮像装置１ｅの要部を示す断面図である。 図２０は、本発明にかかる実施形態５において、固体撮像装置１ｅの要部を示す断面図である。 図２１は、本発明にかかる実施形態において、固体撮像装置の要部を示す図である。 図２２は、本発明にかかる実施形態において、固体撮像装置の要部を示す図である。 図２３は、本発明にかかる実施形態において、固体撮像装置の要部を示す図である。 図２４は、本発明にかかる実施形態において、固体撮像装置の要部を示す図である。
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、説明は、下記の順序で行う。
１．実施形態１
２．実施形態２（層内レンズがテーパー状の場合）
３．実施形態３（層内レンズの屈折率がフォトダイオードへ向かって小さくなる場合）
４．実施形態４（層内レンズの屈折率がフォトダイオードへ向かって大きくなる場合）
５．実施形態５（光導波路を含む場合）
６．その他
＜１．実施形態１＞
（装置構成）
（１）カメラの要部構成
図１は、本発明にかかる実施形態１において、カメラ４０の構成を示す構成図である。
図１に示すように、カメラ４０は、固体撮像装置１と、曲面レンズ４２と、駆動回路４３と、信号処理回路４４とを有する。各部について、順次、説明する。
固体撮像装置１は、曲面レンズ４２を介して入射する光（被写体像）を撮像面ＰＳで受光して光電変換することによって、信号電荷を生成する。ここでは、固体撮像装置１は、駆動回路４３から出力される駆動信号に基づいて駆動する。具体的には、信号電荷を読み出して、ローデータとして出力する。
本実施形態においては、図１に示すように、固体撮像装置１は、撮像面ＰＳの中心部分においては、曲面レンズ４２から出射される主光線Ｈ１が、撮像面ＰＳに対して垂直な角度で入射する。一方で、撮像面ＰＳの周辺部分においては、主光線Ｈ２が、固体撮像装置１の撮像面ＰＳに対して垂直な方向に対して傾斜した角度で入射する。
曲面レンズ４２は、入射する被写体像による光Ｈを、固体撮像装置１の撮像面ＰＳへ集光するように配置されている。
本実施形態においては、曲面レンズ４２は、光軸が固体撮像装置１の撮像面ＰＳの中心に対応するように設けられている。このため、曲面レンズ４２は、図１に示すように、固体撮像装置１の撮像面ＰＳの中心部分に対しては、撮像面ＰＳに垂直な角度で主光線Ｈ１を出射する。一方で、撮像面ＰＳの周辺部分に対しては、撮像面ＰＳに垂直な方向に対して傾斜した角度で主光線Ｈ２を出射する。
駆動回路４３は、各種の駆動信号を固体撮像装置１と信号処理回路４４とに出力し、固体撮像装置１と信号処理回路４４とを駆動させる。
信号処理回路４４は、固体撮像装置１から出力されたローデータについて信号処理を実施することによって、被写体像についてデジタル画像を生成するように構成されている。
（２）固体撮像装置の要部構成
固体撮像装置１の全体構成について説明する。
図２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の全体構成の概略を示す平面図である。
本実施形態の固体撮像装置１は、ＣＭＯＳ型イメージセンサであり、図２に示すように、基板１０１を含む。この基板１０１は、たとえば、シリコンからなる半導体基板であり、図２に示すように、基板１０１の面においては、撮像領域ＰＡと、周辺領域ＳＡとが設けられている。
撮像領域ＰＡは、図２に示すように、矩形形状であり、複数の画素Ｐがｘ方向とｙ方向とのそれぞれに、配置されている。つまり、画素Ｐがマトリクス状に並んでいる。そして、撮像領域ＰＡにおいては、その中心が、図１に示した曲面レンズ４２の光軸に対応するように配置されている。
この撮像領域ＰＡは、図１に示した撮像面に相当する。このため、上述したように、撮像領域ＰＡにて中心部分に配置された画素Ｐにおいては、撮像領域ＰＡの面に対して垂直な角度で主光線（図１のＨ１）が入射する。一方で、撮像領域ＰＡにて周辺部分に配置された画素Ｐにおいては、撮像領域ＰＡの面に対して垂直な方向に対して傾斜した角度で主光線（図１のＨ２）が入射する。
周辺領域ＳＡは、図２に示すように、撮像領域ＰＡの周囲に位置している。そして、この周辺領域ＳＡにおいては、画素Ｐにおいて生成された信号電荷を処理する周辺回路が設けられている。
具体的には、図２に示すように、この周辺回路としては、垂直選択回路１３と、カラム回路１４と、水平選択回路１５と、水平信号線１６と、出力回路１７と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１８とが、設けられている。
垂直選択回路１３は、たとえば、シフトレジスタを含み、画素Ｐを行単位で選択駆動する。
カラム回路１４は、たとえば、Ｓ／Ｈ（サンプルホールド）回路およびＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ；相関二重サンプリング）回路を含む。そして、カラム回路１４は、列単位で画素Ｐから読み出した信号について信号処理を実施する。
水平選択回路１５は、たとえば、シフトレジスタを含み、カラム回路１４によって各画素Ｐから読み出した信号を、順次、選択して出力する。そして、水平選択回路１５の選択駆動によって、順次、画素Ｐから読み出した信号を、水平信号線１６を介して出力回路１７に出力する。
出力回路１７は、たとえば、デジタルアンプを含み、水平選択回路１５によって出力された信号について、増幅処理などの信号処理が実施後、外部へ出力する。
タイミングジェネレータ１８は、各種のタイミング信号を生成し、垂直選択回路１３、カラム回路１４、水平選択回路１５に出力することで、各部について駆動制御を行う。
（３）画素の要部構成
図３は、本発明にかかる実施形態１において、撮像領域ＰＡにおいて設けられた画素Ｐの要部を示す回路図である。
撮像領域ＰＡにおいて設けられた画素Ｐは、図３に示すように、フォトダイオード２１と、転送トランジスタ２２と、増幅トランジスタ２３と、アドレストランジスタ２４と、リセットトランジスタ２５とを含む。つまり、フォトダイオード２１と、このフォトダイオード２１から信号電荷を読み出す動作を実施する画素トランジスタとが、設けられている。
画素Ｐにおいて、フォトダイオード２１は、被写体像による光を受光し、その受光した光を光電変換することによって信号電荷を生成し蓄積する。フォトダイオード２１は、図３に示すように、転送トランジスタ２２を介して、増幅トランジスタ２３のゲートに接続されている。そして、フォトダイオード２１においては、増幅トランジスタ２３のゲートに接続されているフローティングディフュージョンＦＤへ、その蓄積した信号電荷が、転送トランジスタ２２によって出力信号として転送される。
画素Ｐにおいて、転送トランジスタ２２は、図３に示すように、フォトダイオード２１とフローティングディフュージョンＦＤとの間において介在するように設けられている。そして、転送トランジスタ２２は、転送線２６からゲートに転送パルスが与えられることによって、フォトダイオード２１において蓄積された信号電荷を、フローティングディフュージョンＦＤに出力信号として転送する。
画素Ｐにおいて、増幅トランジスタ２３は、図３に示すように、ゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続されており、フローティングディフュージョンＦＤを介して出力される出力信号を増幅する。ここでは、増幅トランジスタ２３は、アドレストランジスタ２４を介して垂直信号線２７に接続され、撮像領域ＰＡ以外に設けられている定電流源Ｉとソースフォロアを構成している。そして、増幅トランジスタ２３は、アドレストランジスタ２４にアドレス信号が供給されることによって、フローティングディフュージョンＦＤから出力された出力信号が増幅される。
画素Ｐにおいて、アドレストランジスタ２４は、図３に示すように、アドレス信号が供給されるアドレス線２８にゲートが接続されている。アドレストランジスタ２４は、アドレス信号が供給された際にはオン状態になり、上記のように増幅トランジスタ２３によって増幅された出力信号を、垂直信号線２７に出力する。そして、その出力信号は、垂直信号線２７を介して、上述したカラム回路１４のＳ／Ｈ・ＣＤＳ回路に出力される。
画素Ｐにおいて、リセットトランジスタ２５は、図３に示すように、リセット信号が供給されるリセット線２９にゲートが接続され、また、電源ＶｄｄとフローティングディフュージョンＦＤとの間において介在するように接続されている。そして、リセットトランジスタ２５は、リセット線２９からリセット信号がゲートに供給された際に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を、電源Ｖｄｄの電位にリセットする。
上記のように画素を駆動する動作は、各トランジスタ２２，２４，２５の各ゲートが、水平方向ｘに並ぶ複数の画素からなる行単位で接続されていることから、その行単位にて並ぶ複数の画素について同時に行われる。具体的には、上述した垂直選択回路１３によって供給されるアドレス信号によって、水平ライン（画素行）単位で垂直な方向に順次選択される。そして、タイミングジェネレータ１８から出力される各種タイミング信号によって各画素のトランジスタが制御される。これにより、各画素における出力信号が垂直信号線２７を通して画素列毎にカラム回路１４のＳ／Ｈ・ＣＤＳ回路に読み出される。
（４）固体撮像装置の詳細構成
本実施形態にかかる固体撮像装置１の詳細内容について説明する。
図４と図５は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の要部を示す断面図である。ここで、図４は、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、中心部分に配置された画素Ｐの断面を示している。一方で、図５は、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、周辺部分に配置された画素Ｐの断面を示している。図５では、右側が撮像領域ＰＡの中心側であって、左側が撮像領域ＰＡの周辺側の場合を示している。
なお、撮像領域ＰＡにおいては、図３に示したように画素Ｐが構成されているが、フォトダイオード２１を除き、その画素Ｐを構成する他の各部材については、図示を省略している。
図４と図５とに示すように、固体撮像装置１においては、フォトダイオード２１と、層内レンズ１２０と、カラーフィルタ１３０と、オンチップレンズ１４０とが、画素Ｐに対応して形成されている。また、ここでは、図４と図５とに示すように、層内レンズ１２０が、第１の層内レンズ材層１２１と、第２の層内レンズ材層１２２と、第３の層内レンズ材層１２３とによって構成されている。
各部について順次説明する。
フォトダイオード２１は、図４と図５とに示すように、基板１０１の面に設けられており、光を受光面ＪＳで受光し光電変換することによって信号電荷を生成する。フォトダイオード２１は、図２において示した複数の画素Ｐのそれぞれに対応するように、複数が、基板１０１の面において配置されている。
そして、フォトダイオード２１の上方においては、配線層１１０が設けられている。この配線層１１０においては、各素子に電気的に接続された配線１１０ｈが絶縁層１１０ｚ内に形成されている。絶縁層１１０ｚは、光を透過する光透過性材料で形成されている。たとえば、絶縁層１１０ｚは、シリコン酸化膜（屈折率ｎ＝１．４３）で形成されている。また、配線１１０ｈは、金属などの導電材料によって形成されている。
この他に、フォトダイオード２１の上方においては、図４と図５とに示すように、層内レンズ１２０とカラーフィルタ１３０とオンチップレンズ１４０とが配置されている。ここでは、受光面ＪＳの側から、層内レンズ１２０，カラーフィルタ１３０，オンチップレンズ１４０が、順次、配置されている。
本実施形態では、図４と図５とを比較して判るように、画素Ｐの位置に応じて、フォトダイオード２１に対して、各部１２０，１３０，１４０が配置された位置が異なっている。ここでは、撮像領域ＰＡにて配置された画素Ｐの位置が撮像領域ＰＡの中心から離れるに伴って、各部１２０，１３０，１４０の中心位置が、フォトダイオード２１の受光面ＪＳの中心に対して、撮像領域ＰＡの中心側へシフトするように設けられている。
具体的には、図４に示すように、撮像領域ＰＡにて中心部分に配置された画素Ｐでは、受光面ＪＳの上方にて、各部１２０，１３０，１４０の中心位置が、受光面ＪＳの中心軸Ｃに一致するように設けられている。
一方で、図５に示すように、撮像領域ＰＡにて周辺部分に配置された画素Ｐでは、受光面ＪＳの上方において、各部１２０，１３０，１４０の中心位置が、受光面ＪＳの中心軸Ｃに一致せず、ｘｙ面に沿った一方の側へシフトしている。図５では、上述したように、右側が撮像領域ＰＡの中心側であって、左側が撮像領域ＰＡの周辺側の場合を示している。このため、各部１２０，１３０，１４０の中心位置は、受光面ＪＳの中心に対して、右側へシフトするように設けられている。
なお、図示していないが、図５とは逆に、左側が撮像領域ＰＡの中心側であって、右側が撮像領域ＰＡの周辺側の場合には、各部１２０，１３０，１４０の中心位置は、受光面ＪＳの中心に対して、左側へシフトするように設けられている。すなわち、各画素Ｐにて設けられた各フォトダイオード２１の間のピッチよりも、各部１２０，１３０，１４０におけるピッチの方が、狭くなるように設けられている。
層内レンズ１２０は、図４と図５に示すように、基板１０１の面の上方において、配線層１１０上に位置するように形成されている。
本実施形態においては、図４と図５とを比較して判るように、フォトダイオード２１に対して層内レンズ１２０が配置された位置は、画素Ｐの位置に応じて異なっている。ここでは、撮像領域ＰＡにて配置された画素Ｐの位置が撮像領域ＰＡの中心から離れるに伴って、層内レンズ１２０の中心位置が、フォトダイオード２１の受光面ＪＳの中心に対して、撮像領域ＰＡの中心側へシフトするように設けられている。すなわち、各画素Ｐにて設けられた各フォトダイオード２１の間におけるピッチよりも、各層内レンズ１２０の間におけるピッチの方が、狭くなるように設けられている。
また、層内レンズ１２０は、カラーフィルタ１３０から出射された光を基板１０１の面に集光するように構成されている。具体的には、層内レンズ１２０は、フォトダイオード２１の受光面ＪＳへ向かう方向にて、中心が縁よりも厚く形成されている。
本実施形態においては、層内レンズ１２０は、図４と図５とに示すように、フォトダイオード２１の受光面ＪＳに沿った面の面積が、オンチップレンズ１４０側からフォトダイオード２１側へ向かう方向にて、階段状に、順次、小さくなるように形成されている。
具体的には、層内レンズ１２０は、第１のレンズ材層１２１と、第２のレンズ材層１２２と、第３のレンズ材層１２３を含む。第１から第３のレンズ材層１２１，１２２，１２３のそれぞれは、フォトダイオード２１の受光面ＪＳの上方において、順次、積層されている。この層内レンズ１２０においては、受光面ＪＳに垂直なｚ方向に沿った側面において段差が形成されるように、各レンズ材層１２１，１２２，１２３の側面が、ｘｙ面の方向にて互いに異なる位置に設けられている。
各レンズ材層１２１，１２２，１２３のそれぞれは、その周囲にある層間絶縁膜１１１，１１２，１１３よりも屈折率が高い光学材料を用いて形成される。たとえば、プラズマＣＶＤ法によって堆積させたシリコン窒化物（屈折率２．０）によって、各レンズ材層１２１，１２２，１２３が形成される。
層内レンズ１２０において、第１のレンズ材層１２１は、図４と図５とに示すように、複数のレンズ材層１２１，１２２，１２３のうち、受光面ＪＳに最も近い位置に設けられている。
また、層内レンズ１２０において、第２のレンズ材層１２２は、図４と図５とに示すように、第１のレンズ材層１２１と、第３のレンズ材層１２３との間に設けられている。
そして、層内レンズ１２０において、第３のレンズ材層１２３は、図４と図５とに示すように、複数のレンズ材層１２１，１２２，１２３のうち、受光面ＪＳから最も遠い位置に設けられている。
図６と図７は、本発明にかかる実施形態１において、層内レンズ１２０を構成する各レンズ材層１２１，１２２，１２３と、フォトダイオード２１との関係を示す平面図である。ここで、図６は、図４と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、中心部分に配置された画素Ｐの部分を示している。一方で、図７は、図５と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、周辺部分に配置された画素Ｐの部分を示している。図６と図７とにおいては、図示の都合上、層内レンズ１２０を構成する各レンズ材層１２１，１２２，１２３を示し、フォトダイオード２１を点線で示している。
図６と図７とに示すように、第１から第３のレンズ材層１２１，１２２，１２３は、平面形状が、矩形状であって、それぞれが相似形になるように形成されている。つまり、各レンズ材層１２１，１２２，１２３は、パターン形状が同じであるが、面積が異なるように形成されている。ここでは、第１のレンズ材層１２１は、第２のレンズ材層１２２よりも面積が大きくなるように形成されている。そして、第２のレンズ材層１２２は、第３のレンズ材層１２３よりも面積が大きくなるように形成されている。
すなわち、複数のレンズ材層１２１，１２２，１２３のそれぞれは、フォトダイオード２１に最も近い第１のレンズ材層１２１の下面が、フォトダイオード２１から最も離れた第３のレンズ材層１２３の上面に比べて、面積が狭くなるように形成されている。
具体的には、図６に示すように、撮像領域ＰＡにて中心部分に配置された画素Ｐでは、各レンズ材層１２１，１２２，１２３は、その中心位置が、フォトダイオード２１の受光面ＪＳの中心Ｃに一致するように設けられている。
一方で、図７に示すように、撮像領域ＰＡにて周辺部分に配置された画素Ｐでは、各レンズ材層１２１，１２２，１２３のそれぞれは、その中心位置が、フォトダイオード２１の受光面ＪＳの中心Ｃに一致せずに、ｘｙ面に沿った一方の側へシフトしている。図７は、図５と同様に、右側が撮像領域ＰＡの中心側であって、左側が撮像領域ＰＡの周辺側の場合を示している。このため、この部分については、第１から第３のレンズ材層１２１，１２２，１２３の中心位置が、フォトダイオード２１の受光面ＪＳの中心Ｃに対して、順次、右側へシフトするように設けられている。
カラーフィルタ１３０は、図４と図５に示すように、基板１０１の面の上方において、層内レンズ１２０上に位置するように形成されている。カラーフィルタ１３０は、被写体像による光を着色して、基板１０１の面に出射するように構成されている。たとえば、カラーフィルタ１３０は、着色顔料とフォトレジスト樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法などのコーティング方法によって塗布して塗膜を形成後、リソグラフィ技術によって、その塗膜をパターン加工して形成される。図示を省略しているが、カラーフィルタ１３０は、グリーンフィルタ層と、レッドフィルタ層と、ブルーフィルタ層とのいずれかとして、各画素Ｐに設けられている。たとえば、グリーンフィルタ層と、レッドフィルタ層と、ブルーフィルタ層とのそれぞれは、ベイヤー配列で並ぶように配置されている。
本実施形態においては、図４と図５とを比較して判るように、フォトダイオード２１に対してカラーフィルタ１３０が配置された位置は、画素Ｐの位置に応じて異なっている。ここでは、撮像領域ＰＡにて配置された画素Ｐの位置が撮像領域ＰＡの中心から離れるに伴って、カラーフィルタ１３０の中心位置が、フォトダイオード２１の受光面ＪＳの中心に対して、撮像領域ＰＡの中心側へシフトするように設けられている。すなわち、各画素Ｐにて設けられた各フォトダイオード２１の間におけるピッチよりも、各カラーフィルタ１３０の間におけるピッチの方が、狭くなるように設けられている。また、これと共に、各画素Ｐにて設けられた各層内レンズ１２０の間におけるピッチよりも、各カラーフィルタ１３０の間におけるピッチの方が、狭くなるように設けられている。
オンチップレンズ１４０は、図４と図５とに示すように、基板１０１の面の上方において、カラーフィルタ１３０上に位置するように形成されている。このオンチップレンズ１４０は、入射した光をフォトダイオード２１の受光面ＪＳへ集光するように構成されている。具体的には、オンチップレンズ１４０は、フォトダイオード２１の受光面ＪＳへ向かう方向にて、中心が縁よりも厚く形成されている。
本実施形態においては、図４と図５とを比較して判るように、フォトダイオード２１に対してオンチップレンズ１４０が配置された位置は、画素Ｐの位置に応じて異なっている。ここでは、撮像領域ＰＡにて配置された画素Ｐの位置が撮像領域ＰＡの中心から離れるに伴って、オンチップレンズ１４０の中心位置が、フォトダイオード２１の受光面ＪＳの中心に対して、撮像領域ＰＡの中心側へシフトするように設けられている。すなわち、各画素Ｐにて設けられた各フォトダイオード２１の間におけるピッチよりも、各オンチップレンズ１４０の間におけるピッチの方が、狭くなるように設けられている。また、これと共に、各画素Ｐにて設けられた各層内レンズ１２０の間におけるピッチよりも、各オンチップレンズ１４０の間におけるピッチの方が、狭くなるように設けられている。
（製造方法）
以下より、上記の固体撮像装置１を製造する製造方法の要部について説明する。具体的には、固体撮像装置１において層内レンズ１２０を形成する工程について詳細に説明する。
図８と図９と図１０は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す断面図である。図８と図９と図１０とにおいて、（ａ）は、図４と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、中心部分に配置された画素Ｐの部分を示している。一方で、（ｂ）は、図５と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、周辺部分に配置された画素Ｐの部分を示している。
（１）第１のレンズ材層１２１の形成
まず、図８に示すように、層内レンズ１２０を構成する第１のレンズ材層１２１の形成を実施する。
ここでは、図８に示すように、配線層１１０上に、第１のレンズ材層１２１を形成する。
たとえば、配線層１１０上に層間絶縁膜１１１を形成後、その層間絶縁膜１１１において、第１のレンズ材層１２１を形成する領域に開口を形成する。たとえば、ＣＶＤ法によって、シリコン酸化膜を成膜することで、層間絶縁膜１１１を形成する。そして、たとえば、フォトリソグラフィ技術を用いて、その層間絶縁膜１１１に開口を形成する。
本実施形態においては、たとえば、異方性のエッチング処理を実施することで、基板１０１の面に垂直な方向に開口の側面が沿うように、この形成を行う。
その後、層間絶縁膜１１１に形成した開口を埋め込むように、光学材料を成膜することによって、第１のレンズ材層１２１を形成する。たとえば、プラズマＣＶＤ法によってシリコン窒化物を堆積後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理の実施によって、その表面を平坦化する。このようにすることで、第１のレンズ材層１２１が、その開口の内部に形成される。
本実施形態においては、図８（ａ），（ｂ）に示すように、撮像領域ＰＡにおける画素Ｐの位置に応じて、フォトダイオード２１に対する第１のレンズ材層１２１の位置が、異なるように、第１のレンズ材層１２１を形成する。
具体的には、撮像領域ＰＡにて配置された画素Ｐの位置が撮像領域ＰＡの中心から離れるに伴って、第１のレンズ材層１２１の中心位置が、フォトダイオード２１の受光面ＪＳの中心に対して、撮像領域ＰＡの中心側へシフトするように、この形成を実施する。つまり、各画素Ｐにて設けられた各フォトダイオード２１の間におけるピッチよりも、各第１のレンズ材層１２１の間におけるピッチの方が、狭くなるように形成する。
（２）第２のレンズ材層１２２の形成
つぎに、図９に示すように、層内レンズ１２０を構成する第２のレンズ材層１２２の形成を実施する。
ここでは、図９に示すように、第１のレンズ材層１２１上に、第２のレンズ材層１２２を形成する。
たとえば、第１のレンズ材層１２１上に層間絶縁膜１１２を形成後、その層間絶縁膜１１２において、第２のレンズ材層１２２を形成する領域に開口を形成する。第１のレンズ材層１２１の場合と同様にして、層間絶縁膜１１２に開口を形成する。
その後、第１のレンズ材層１２１の場合と同様にして、層間絶縁膜１１２に形成した開口に光学材料を埋め込むことで、第２のレンズ材層１２２を形成する。
本実施形態においては、図９（ａ），（ｂ）に示すように、第１のレンズ材層１２１と同様に、撮像領域ＰＡにおける画素Ｐの位置に応じて、フォトダイオード２１に対する第２のレンズ材層１２２の位置が異なるように、第２のレンズ材層１２２を形成する。
具体的には、撮像領域ＰＡにて配置された画素Ｐの位置が撮像領域ＰＡの中心から離れるに伴って、第２のレンズ材層１２２の中心位置が、フォトダイオード２１の受光面ＪＳの中心に対して、撮像領域ＰＡの中心側へシフトするように、この形成を実施する。ここでは、各画素Ｐにおける各第１のレンズ材層１２１の間におけるピッチよりも、各第２のレンズ材層１２２の間におけるピッチの方が、狭くなるように形成する。
（３）第３のレンズ材層１２３の形成
つぎに、図１０に示すように、層内レンズ１２０を構成する第１のレンズ材層１２１の形成を実施する。
ここでは、図１０に示すように、第２のレンズ材層１２２上に、第３のレンズ材層１２３を形成する。
たとえば、第２のレンズ材層１２２上に層間絶縁膜１１３を形成後、その層間絶縁膜１１３において、第３のレンズ材層１２３を形成する領域に開口を形成する。第１および第２のレンズ材層１２１，１２２の場合と同様にして、層間絶縁膜１１３に開口を形成する。
その後、第１および第２のレンズ材層１２１，１２２の場合と同様にして、層間絶縁膜１１３に形成した開口に光学材料を埋め込むことで、第３のレンズ材層１２３を形成する。
本実施形態においては、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、撮像領域ＰＡにおける画素Ｐの位置に応じて、フォトダイオード２１に対する第３のレンズ材層１２３の位置が異なるように、第３のレンズ材層１２３を形成する。
具体的には、撮像領域ＰＡにて配置された画素Ｐの位置が撮像領域ＰＡの中心から離れるに伴って、第２のレンズ材層１２２の中心位置が、フォトダイオード２１の受光面ＪＳの中心に対して、撮像領域ＰＡの中心側へシフトするように、この形成を実施する。ここでは、各画素Ｐにおける各第２のレンズ材層１２２の間におけるピッチよりも、各第３のレンズ材層１２３の間におけるピッチの方が、狭くなるように形成する。
この後、図４，図５に示したように、カラーフィルタ１３０，オンチップレンズ１４０の形成を実施し、固体撮像装置１を完成させる。
（動作）
図１１と図１２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１に入射した主光線の様子を示す図である。ここで、図１１は、図４と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、中心部分に配置された画素Ｐの部分を示している。一方で、図１２は、図５と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、周辺部分に配置された画素Ｐの部分を示している。
図１１に示すように、撮像領域ＰＡの中心部分においては、フォトダイオード２１の上方から、主光線Ｈ１が、受光面ＪＳに対して垂直な角度で入射する。そして、その主光線Ｈ１は、その角度のまま、オンチップレンズ１４０を介して、カラーフィルタ１３０へ入射する。その後、図１１に示すように、カラーフィルタ１３０を出射した主光線Ｈ１が、層内レンズ１２０に入射する。
ここでは、層内レンズ１２０は、図１１において一点鎖線で示すようなレンズ面Ｌｃを構成する。つまり、層内レンズ１２０は、レンズ面Ｌｃが、受光面ＪＳの中心に垂直な軸を介して対称な下凸レンズとして形成されている。このため、層内レンズ１２０においては、オンチップレンズ１４０の場合と同様に、受光面ＪＳに対して垂直な角度で主光線Ｈ１が出射する。そして、この主光線Ｈ１は、配線層１１０を介在して、フォトダイオード２１の受光面ＪＳへ入射する。
一方で、図１２に示すように、撮像領域ＰＡの周辺部分においては、フォトダイオード２１の上方から、主光線Ｈ２が、受光面ＪＳに対して垂直な方向に対して傾斜した角度で入射する。そして、その主光線Ｈ１は、その角度のまま、オンチップレンズ１４０を介して、カラーフィルタ１３０へ入射する。その後、図１２に示すように、カラーフィルタ１３０を出射した主光線Ｈ２が、層内レンズ１２０に入射する。
ここでは、層内レンズ１２０は、図１２において一点鎖線で示すようなレンズ面Ｌｓを構成する。層内レンズ１２０は、レンズ面Ｌｓが、受光面ＪＳの中心に垂直な軸を介して非対称な下凸レンズとして形成されている。つまり、逆さ釣鐘を斜めにずらしたようなレンズを形成する。具体的には、層内レンズ１２０は、図１２に示すように、主光線Ｈ２を屈折させて、主光線Ｈ２がフォトダイオード２１の受光面ＪＳの中心へ近づくように、レンズ面Ｌｓを設計して形成する。このため、層内レンズ１２０を出射した主光線Ｈ２は、配線層１１０を介在して、フォトダイオード２１の受光面ＪＳへ入射される。
（まとめ）
以上のように、本実施形態は、複数のフォトダイオード２１の上方においては、そのフォトダイオード２１へ向かう方向へ突き出た形状で複数の層内レンズ１２０が形成されている。この複数の層内レンズ１２０のそれぞれは、撮像領域ＰＡの中心と周囲との間においてレンズ形状が異なるように形成されている。ここでは、各層内レンズ１２０は、撮像領域にて配置された画素位置が中心から離れるに伴って、その層内レンズ１２０の中心が、フォトダイオード２１の中心に対して、撮像領域ＰＡの中心側へシフトするように設けられている。
よって、上述の図１１および図１２に示したように、撮像領域ＰＡの中心と周辺とによらずに、主光線Ｈ１，Ｈ２が、フォトダイオード２１に最適に入射可能であるので、撮像領域ＰＡの中心と周辺との間の感度差の発生を抑制できる。
したがって、本実施形態は、撮像画像の画像品質を向上することができる。
また、本実施形態においては、複数のレンズ材層１２１，１２２，１２３を積層することによって、層内レンズ１２０を形成する。このため、層内レンズ１２０の全体形状を設計する自由度が大きく、上記の効果を容易に奏することができる。
＜２．実施形態２＞
（装置構成など）
図１３と図１４は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置１ｂの要部を示す断面図である。ここで、図１３は、図４と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、中心部分に配置された画素Ｐの部分を示している。一方で、図１４は、図５と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、周辺部分に配置された画素Ｐの部分を示している。
図１３と図１４に示すように、本実施形態においては、層内レンズ１２０ｂが、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
層内レンズ１２０ｂは、図１３と図１４とに示すように、実施形態１と同様に、第１から第３のレンズ材層１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂを含む。
第１から第３のレンズ材層１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂは、実施形態１と異なり、側面が受光面ＪＳに垂直なｚ方向に対して傾斜したテーパー面になるように形成されている。
具体的には、第１のレンズ材層１２１ｂは、図１３と図１４とに示すように、上から下へテーパー状に狭まるように、側面が傾斜して形成されている。
また、第２のレンズ材層１２２ｂは、第１のレンズ材層１２１ｂと同様に、図１３と図１４とに示すように、上から下へテーパー状に狭まるように、側面が傾斜して形成されている。ここでは、第２のレンズ材層１２２ｂにおける下端部の幅が、第１のレンズ材層１２１ｂにおける上端部の幅以上になるように形成されている。
そして、第３のレンズ材層１２３ｂは、第１および第２のレンズ材層１２１ｂ，１２２ｂと同様に、図１３と図１４とに示すように、上から下へテーパー状に狭まるように、側面が傾斜して形成されている。ここでは、第３のレンズ材層１２３ｂにおける下端部の幅が、第２のレンズ材層１２２ｂにおける上端部の幅以上になるように形成されている。
各レンズ材層１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂは、各層間絶縁膜１１１，１１２，１１３に形成された開口にレンズ材を埋め込むことで形成される。本実施形態においては、各開口の側面が、受光面ＪＳに垂直なｚ方向において、上方へ向かうに伴って幅が広がったテーパー状になるように、各開口を形成する。具体的には、等方性のエッチング処理の実施にて、各開口の形成が行われる。
（まとめ）
以上のように、本実施形態において、層内レンズ１２０ｂを構成する第１から第３のレンズ材層１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂのそれぞれは、側面が、受光面ＪＳに垂直なｚ方向に対して傾斜したテーパー面になるように形成されている。つまり、層内レンズ１２０ｂは、図１１と図１２とに示したレンズ面Ｌｃ，Ｌｓに、レンズ材層１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの側面が沿うように形成されている。このため、層内レンズ１２０ｂに入射した光が、レンズ面において散乱されることを抑制することができる。
したがって、本実施形態は、散乱による感度低下の発生を防止可能であるので、撮像画像の画像品質を向上することができる。
＜３．実施形態３＞
（装置構成など）
図１５と図１６は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置１ｃの要部を示す断面図である。ここで、図１５は、図４と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、中心部分に配置された画素Ｐの部分を示している。一方で、図１６は、図５と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、周辺部分に配置された画素Ｐの部分を示している。
図１５と図１６に示すように、本実施形態においては、層内レンズ１２０ｃが、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
層内レンズ１２０ｃは、図１５と図１６とに示すように、実施形態１と同様に、第１から第３のレンズ材層１２１ｃ，１２２ｃ，１２３ｃを含む。
第１から第３のレンズ材層１２１ｃ，１２２ｃ，１２３ｃは、実施形態１と形状が同様であるが、各層の形成にて用いている光学材料の構成が異なる。
本実施形態においては、各レンズ材層１２１ｃ，１２２ｃ，１２３ｃのそれぞれは、フォトダイオード２１へ向かう方向へ、屈折率が小さくなる部分を含むように形成されている。つまり、複数のレンズ材層１２１ｃ，１２２ｃ，１２３ｃにおいて、最下層にある第１のレンズ材層１２１ｃが、最も屈折率が低い光学材料によって形成されている。そして、複数のレンズ材層１２１ｃ，１２２ｃ，１２３ｃにおいて、最上層にある第３のレンズ材層１２３ｃが、最も屈折率が高い光学材料によって形成されている。
たとえば、第１のレンズ材層１２１ｃは、屈折率が、１．７であるＳｉＯＮにより、形成されている。また、第２のレンズ材層１２２ｃは、たとえば、屈折率が、１．８５であるＳｉＯＮにより、形成されている。第１のレンズ材層１２１ｃと第２のレンズ材層１２２ｃとのそれぞれは、ＣＶＤ法において、[Ｏ]と[Ｎ]の含有比が互いに異なるように調整されて形成される。また、第３のレンズ材層１２３ｃは、たとえば、屈折率が２．０であるＳｉＮにより、形成されている。
（まとめ）
以上のように、本実施形態は、層内レンズ１２０ｃを構成する各レンズ材層１２１ｃ，１２２ｃ，１２３ｃは、フォトダイオード２１へ向かう方向へ、屈折率が小さくなるように形成されている。この場合には、層内レンズ１２０ｃの下面から光が出射する際に反射が生ずることを防止可能である。また、さらに、層内レンズ１２０ｃ上の屈折率が高い場合には、屈折率差が小さくなるので、レンズ上端での反射を抑制することができる。
したがって、本実施形態は、感度を向上可能であるので、撮像画像の画像品質を向上することができる。
＜４．実施形態４＞
（装置構成など）
図１７と図１８は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置１ｄの要部を示す断面図である。ここで、図１７は、図４と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、中心部分に配置された画素Ｐの部分を示している。一方で、図１８は、図５と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、周辺部分に配置された画素Ｐの部分を示している。
図１７と図１８に示すように、本実施形態においては、層内レンズ１２０ｄが、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
層内レンズ１２０ｄは、図１７と図１８とに示すように、実施形態１と同様に、第１から第３のレンズ材層１２１ｄ，１２２ｄ，１２３ｄを含む。
第１から第３のレンズ材層１２１ｄ，１２２ｄ，１２３ｄは、実施形態１と形状が同様であるが、各層の形成にて用いている光学材料の構成が異なる。
本実施形態においては、各レンズ材層１２１ｄ，１２２ｄ，１２３ｄのそれぞれは、フォトダイオード２１へ向かう方向へ、屈折率が大きくなる部分を含むように形成されている。つまり、複数のレンズ材層１２１ｄ，１２２ｄ，１２３ｄにおいて、最下層にある第１のレンズ材層１２１ｄが、最も屈折率が高い光学材料によって形成されている。そして、複数のレンズ材層１２１ｄ，１２２ｄ，１２３ｄにおいて、最上層にある第３のレンズ材層１２３ｄが、最も屈折率が低い光学材料によって形成されている。
たとえば、第１のレンズ材層１２１ｄは、屈折率が２．０であるＳｉＮにより、形成されている。また、第２のレンズ材層１２２ｄは、たとえば、屈折率が、１．８５であるＳｉＯＮにより、形成されている。また、第３のレンズ材層１２３ｄは、屈折率が、１．７であるＳｉＯＮにより、形成されている。第２のレンズ材層１２２ｄと第３のレンズ材層１２３ｄとのそれぞれは、ＣＶＤ法において、[Ｏ]と[Ｎ]の含有比が互いに異なるように調整されて形成される。
（まとめ）
以上のように、本実施形態は、層内レンズ１２０ｄを構成する各レンズ材層１２１ｄ，１２２ｄ，１２３ｄは、フォトダイオード２１へ向かう方向へ、屈折率が大きくなるように形成されている。この場合には、層内レンズ１２０ｄの底面でのレンズの実効曲率を上げ、この部分での光線曲げ能力を上げることができる。また、さらに、層内レンズ１２０ｄ上の屈折率が低い場合には、屈折率差が小さくなるので、レンズ上端での反射を抑制することができる。
したがって、本実施形態は、感度を向上可能であるので、撮像画像の画像品質を向上することができる。
＜５．実施形態５＞
（装置構成など）
図１９と図２０は、本発明にかかる実施形態５において、固体撮像装置１ｅの要部を示す断面図である。ここで、図１９は、図４と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、中心部分に配置された画素Ｐの部分を示している。一方で、図２０は、図５と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、周辺部分に配置された画素Ｐの部分を示している。
図１９と図２０に示すように、本実施形態においては、光導波路１５０が、さらに設けられている。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
光導波路１５０は、図１９と図２０とに示すように、基板１０１の面の上方において、フォトダイオード２１上に位置するように形成されている。光導波路１５０は、入射した光をフォトダイオード２１の受光面ＪＳへ導くように構成されている。光導波路１５０は、図１９と図２０とに示すように、層内レンズ１２０と、フォトダイオード２１の受光面ＪＳとの間に介在しており、層内レンズ１２０から出射された光を、フォトダイオード２１の受光面ＪＳへ導くように形成されている。
具体的には、基板１０１の面においては、図２０と図２１とに示すように、配線層１１０が設けられている。配線層１１０は、上述したように、絶縁層１１０ｚ中に配線１１０ｈが設けられており、絶縁層１１０ｚは、光を透過する光透過性材料で形成されている。たとえば、絶縁層１１０ｚは、シリコン酸化膜（屈折率ｎ＝１．４３）で形成されている。
そして、光導波路１５０は、図２０と図２１とに示すように、配線層１１０内において、フォトダイオード２１の受光面ＪＳへ延在するように設けられている。光導波路１５０は、配線層１１０を構成する絶縁層１１０ｚよりも屈折率が高い光学材料を用いて形成される。たとえば、プラズマＣＶＤ法によって堆積させたシリコン窒化物（屈折率２．０）によって、光導波路１５０が形成される。つまり、光導波路１５０は、コア部として機能し、絶縁層１１０ｚがクラッド部として機能するように構成されている。
（まとめ）
以上のように、本実施形態は、入射した光をフォトダイオード２１の受光面ＪＳへ導くように光導波路１５０が形成されている。
したがって、本実施形態は、感度を向上可能であるので、撮像画像の画像品質を向上することができる。
＜６．その他＞
本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を採用することができる。
上記の実施形態においては、ＣＭＯＳイメージセンサに適用する場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、ＣＣＤイメージセンサについて、適用可能である。
また、層内レンズの形成については、上記に示した実施形態に限られない。
図２１と図２２は、本発明にかかる実施形態において、固体撮像装置の要部を示す図である。ここで、図２１は、図５と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、周辺部分に配置された画素Ｐの部分の断面を示している。そして、図２２は、この部分において、層内レンズ１２０ｆを構成する各レンズ材層１２１ｆ，１２２ｆ，１２３ｆと、フォトダイオード２１との関係を示す平面図である。
図２１に示すように、層内レンズ１２０ｆは、実施形態１の場合と同様に、第１のレンズ材層１２１ｆと、第２のレンズ材層１２２ｆと、第３のレンズ材層１２３ｆとを含み、各部が、順次、積層されている。そして、受光面ＪＳに垂直なｚ方向に沿った側面において段差が形成されるように、各レンズ材層１２１ｆ，１２２ｆ，１２３ｆが設けられている。
しかし、図２１に示すように、実施形態１の場合よりも、レンズ面Ｌｓの曲率が大きくなるように、各レンズ材層１２１ｆ，１２２ｆ，１２３ｆが設けられている。
具体的には、図２２に示すように、各レンズ材層１２１ｆ，１２２ｆ，１２３ｆにおいて、撮像領域ＰＡの周辺側に位置する側面（図２２では左側）のそれぞれの間が、実施形態１の場合よりも近くなるように形成されている。
このようにすることで、層内レンズ１２０ｆにて撮像領域ＰＡの周辺側に位置する半レンズのレンズ面Ｌｓの曲率を、実施形態１の場合と比較して、さらに大きくしてもよい。半レンズの曲率が大きい場合には、主光線Ｈ２を屈折させる「光線曲げ効果」を、さらに大きくすることができる。なお、実施形態１の場合のように、半レンズの曲率が図２１，図２２の場合よりも、小さいときには、オンチップレンズ１４０からの主光線Ｈ２を、広い範囲に絞ればよい。このため、層内レンズの寸法バラツキに余裕が持てるので、装置の信頼性や製造歩留まりを向上させることができる。
図２３と図２４は、本発明にかかる実施形態において、固体撮像装置の要部を示す図である。ここで、図２３は、図５と同様に、図２において示した撮像領域ＰＡにおいて、周辺部分に配置された画素Ｐの部分の断面を示している。そして、図２４は、この部分において、層内レンズ１２０ｇを構成する各レンズ材層１２１ｇ，１２２ｇ，１２３ｇと、フォトダイオード２１との関係を示す平面図である。
図２３に示すように、実施形態１の場合よりも、レンズ面Ｌｓの曲率が小さくなるように、各レンズ材層１２１ｇ，１２２ｇ，１２３ｇを設けても良い。
具体的には、図２４に示すように、各レンズ材層１２１ｇ，１２２ｇ，１２３ｇにおいて、撮像領域ＰＡの周辺側に位置する側面（図２４では左側）のそれぞれの間が、実施形態１の場合よりも広くなるように形成しても良い。
すなわち、下層の第１レンズ材層１２１ｇのピッチが、その上層の第２レンズ材層１２２ｇのピッチよりも長く、また、さらに上層の第３レンズ材層１２３ｇのピッチが、より長くなるように、各層をシフトさせて形成しても良い。
このように曲率Ｌｓを小さくすることで、レンズ面積が広くなり、オンチップレンズのフォーカスを緩くすることができる。また、シフト量の違いから、設計を容易にすることができる。
さらに、上記の実施形態においては、層内レンズを、３つのレンズ材層を積層することによって形成する場合について説明したが、これに限定されない。３つを超えるレンズ材層を積層することで、層内レンズを形成しても良い。また、１つの層で層内レンズを形成しても良い。
また、上記の実施形態においては、カメラに本発明を適用する場合について説明したが、これに限定されない。スキャナーやコピー機などのように、固体撮像装置を備える他の電子機器に、本発明を適用しても良い。
なお、上記の実施形態において、固体撮像装置１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅは、本発明の固体撮像装置に相当する。また、上記の実施形態において、フォトダイオード２１は、本発明の光電変換部に相当する。また、上記の実施形態において、カメラ４０は、本発明の電子機器に相当する。また、上記の実施形態において、基板１０１は、本発明の基板に相当する。また、上記の実施形態において、層内レンズ１２０，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅは、本発明の層内レンズに相当する。また、上記の実施形態において、第１のレンズ材層１２１，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅは、本発明のレンズ材層，第１のレンズ材層に相当する。また、上記の実施形態において、第２のレンズ材層１２２，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ，１２２ｅは、本発明のレンズ材層，第１のレンズ材層に相当する。また、上記の実施形態において、第３のレンズ材層１２３，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ，１２３ｅは、本発明のレンズ材層，第２のレンズ材層に相当する。また、上記の実施形態において、カラーフィルタ１３０は、本発明のカラーフィルタに相当する。また、上記の実施形態において、オンチップレンズ１４０は、本発明のオンチップレンズに相当する。また、上記の実施形態において、光導波路１５０は、本発明の光導波路に相当する。また、上記の実施形態において、撮像面ＰＳと撮像領域ＰＡは、本発明の撮像面に相当する。
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ：固体撮像装置、１３：垂直選択回路、１４：カラム回路、１５：水平選択回路、１６：水平信号線、１７：出力回路、１８：タイミングジェネレータ、２１：フォトダイオード、２２：転送トランジスタ、２３：増幅トランジスタ、２４：アドレストランジスタ、２５：リセットトランジスタ、２６：転送線、２７：垂直信号線、２８：アドレス線、２９：リセット線、４０：カメラ、４２：曲面レンズ、４３：駆動回路、４４：信号処理回路、１０１：基板、１１０：配線層、１１０ｈ：配線、１１０ｚ：絶縁層、１１１，１１２，１１３：層間絶縁膜、１２０，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ：層内レンズ、１２１，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅ：第１のレンズ材層、１２２，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ，１２２ｅ：第２のレンズ材層、１２３，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ，１２３ｅ：第３のレンズ材層、１３０：カラーフィルタ、１４０：オンチップレンズ、１５０：光導波路、Ｃ：中心軸、ＦＤ：フローティングディフュージョン、ＪＳ：受光面、Ｌｃ，Ｌｓ：レンズ面、Ｐ：画素、ＰＡ：撮像領域、ＰＳ：撮像面、ＳＡ：周辺領域

Claims (13)

  1. 基板の撮像面に配置されている複数の光電変換部と、
    前記光電変換部の上方にて前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して設けられており、前記光電変換部へ向かう方向へ突き出た形状で形成されている複数の層内レンズと
    を有し、
    前記複数の層内レンズのそれぞれは、前記撮像面の中心と周囲との間においてレンズ形状が異なるように形成されている
    固体撮像装置。
  2. 前記複数の層内レンズは、当該層内レンズが前記撮像面にて配置された位置が前記撮像面の中心から離れるに伴って、当該層内レンズの中心が、前記光電変換部の中心に対して、前記撮像面の中心側へシフトするように設けられている、
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記層内レンズは、複数のレンズ材層が積層されて形成されている、
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記複数のレンズ材層のそれぞれは、当該複数のレンズ材層において前記光電変換部に最も近い第１のレンズ材層の下面が、当該複数のレンズ材層において前記光電変換部から最も離れた第２のレンズ材層の上面に比べて、面積が狭くなるように形成されている、
    請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. 前記複数のレンズ材層のそれぞれにおいて前記撮像面に対して垂直な断面は、前記撮像面に沿った方向にて規定される幅が、前記光電変換部へ向かう方向において狭くなるテーパー部分を含む、
    請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 前記複数のレンズ材層のそれぞれは、前記光電変換部へ向かう方向へ屈折率が変化するように形成されている、
    請求項４に記載の固体撮像装置。
  7. 前記複数のレンズ材層のそれぞれは、前記光電変換部へ向かう方向へ屈折率が小さくなるように形成されている、
    請求項５に記載の固体撮像装置。
  8. 前記複数のレンズ材層のそれぞれは、前記光電変換部へ向かう方向へ屈折率が大きくなるように形成されている、
    請求項５に記載の固体撮像装置。
  9. 前記光電変換部の上方に設けられているカラーフィルタ
    を有し、
    前記層内レンズは、前記カラーフィルタと前記光電変換部との間に介在するように設けられている、
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 前記複数の光電変換部の上方において前記複数の光電変換部のそれぞれに対応するように設けられている光導波路
    を有し、
    前記層内レンズは、前記光導波路と前記光電変換部との間に介在するように設けられている、
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  11. 前記複数の層内レンズの上方において前記複数の層内レンズのそれぞれに対応するように設けられているオンチップレンズ
    を有する、
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  12. 基板の撮像面に配置されている複数の光電変換部と、
    前記光電変換部の上方にて前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して設けられており、前記光電変換部へ向かう方向へ突き出た形状で形成されている複数の層内レンズと
    を有し、
    前記複数の層内レンズのそれぞれは、前記撮像面の中心と周囲とにおいてレンズ形状が異なっている
    電子機器。
  13. 基板の撮像面に配置された複数の光電変換部のそれぞれに対応するように、複数の層内レンズを、前記光電変換部の上方において、前記光電変換部へ向かう方向へ突き出た形状で形成する層内レンズ形成工程
    を有し、
    前記層内レンズ形成工程においては、前記複数の層内レンズのそれぞれを、前記撮像面の中心と周囲とにおいてレンズ形状が異なるように形成する、
    固体撮像装置の製造方法。
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