JP3554458B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシェーディングを補正できる固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体撮像装置を使用したビデオカメラ等の小型、軽量化に伴って、カメラ光学系の射出瞳距離は著しく短くなってきている。
【０００３】
図１５に従来の固体撮像装置の要部を示す。同図に示すように、半導体基板７には受光部１と垂直転送部６とが交互に設けられると共に、上記垂直転送部６への光の入射を防ぐための遮光膜４が、垂直転送部６上に設けられた垂直転送電極５を被覆するように形成されている。この遮光膜４は上記受光部１上において開口されており、この受光部１の開口８に入射光を効率良く集光させるために、各受光部に対応してマイクロレンズ２が形成されている。なお、３は受光部１とマイクロレンズ２との間に各受光部に対応して形成されたカラーフィルタである。
【０００４】
ところで、図１６に示すように、カメラ光学系の射出瞳距離ｄ（カメラレンズの絞りＡから受光部１までの距離）が長い場合には、撮像領域周辺部においても、マイクロレンズ２で集光された入射光Ｌは受光部１の開口８内に入射する。しかし、上記射出瞳距離ｄが短い場合には、図１７に示すように、撮像領域周辺部、特にｘ軸方向（以下、水平方向という）端部においては、入射光Ｌのマイクロレンズ２への入射角度が射出瞳距離ｄが長い場合に比べて大きくなるため、開口８に収まりきれない入射光成分の発生、いわゆる入射光Ｌの「ケラレ」が発生し、開口内への入射率が低下する。結果として、撮像領域周辺部で感度が低下し、撮像画面で見た場合、画面周辺部で輝度が低下した、いわゆる「シェーディング」が生じる。図１８はこの様子を示した１水平走査の出力波形である。図中、破線は周辺部でシェーディングが発生した場合の出力波形を示し、実線は周辺部のシェーディングが補正された場合の出力波形を示している。破線が示すように、シェーディング発生時には、周辺部の出力信号Ｖｅは中心部の出力信号Ｖｏに比べてかなり低下している。
【０００５】
このようなシェーディングの対策として、特開平１−２１３０７９号公報および特開平６−１４０６０９号公報には、図１９に示すように、マイクロレンズアレイに撮像領域中心を中心として微小スケーリングをかけることにより、マイクロレンズのピッチＰ’を受光部１のピッチＰよりも一様に小さくし、撮像領域中心から周辺方向へ遠ざかるに従って、マイクロレンズ２を対応する受光部１より撮像領域中心方向へと徐々に大きくずらすことが提案されている。このように撮像領域周辺部のマイクロレンズ２を撮像領域中心方向へとずらすことにより、撮像領域周辺部での入射光の「ケラレ」は低減され、図１８の実線で示したように、シェーディングが補正される。また、カメラ光学系によっては射出瞳位置が固体撮像装置の後面にあるようにふるまう場合があるため、このような場合には、上記とは逆に、図２０に示すようにマイクロレンズを対応する受光部より撮像領域周辺方向へと徐々に大きくずらすことを特開平６−１４０６０９号公報は教示している。
【０００６】
さらに、上記特開平６−１４０６０９号公報は、図２１に示すように、受光部１とマイクロレンズ２との間に形成されるカラーフィルタ３のずれ量をマイクロレンズ２のずれ量より小さくすることで、カラーフィルタ３側面での入射光の通過を防止し、画面端での色ムラ等の発生を防止することを開示している。なお、図２１において、ＣＭはマイクロレンズ２の中心、ＣＦはカラーフィルタ３の中心、ＣＰは受光部１の中心を表している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、マイクロレンズアレイに、撮像領域中心を中心として微小スケーリングをかける具体的方法のひとつとして、特開平６−１４０６０９号公報は、マイクロレンズアレイ２のマスクパターン全体を所定の倍率（＜１）で一律に縮小したフォトマスクを形成することにより、マイクロレンズアレイ２のピッチＰ’を受光部１のピッチＰより小さくする方式を示している。この方式の場合、マイクロレンズアレイのピッチＰ’は一定（Ｐ’＝ａ×Ｐ（ａ＜１））となる。
【０００８】
上記フォトマスクの作製は、電子ビーム露光装置を用いてマスクパターンをガラス等の透明基板上に描画する際にこのマスクパターンに微小スケーリングをかけることで実現できる。しかし、水平方向のみ、あるいは垂直（ｙ軸）方向のみに微小スケーリングをかける場合、あるいは水平方向と垂直方向の縮小倍率が異なる場合には、電子ビーム露光装置のハードウエアの改造が必要であり、また通常ＬＳＩ用フォトマスクを製造する場合との装置の混用が困難となり、生産性が低下する。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、マイクロレンズアレイに微小スケーリングをかけることなくシェーディングを補正できる固体撮像装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の固体撮像装置は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に延びる撮像領域に、それぞれが受光部と集光部とを有する複数の画素を配列した固体撮像装置において、上記撮像領域は、複数の均等な小領域からなり、上記各小領域内の画素の受光部または集光部のうちの一方は第１のピッチで配列されている一方、上記各小領域内の画素の受光部または集光部のうちの他方は、上記第 １ のピッチで配列された受光部または集光部と、上記第１のピッチを所定の寸法変更した第２のピッチで小領域内のランダムな位置に一定数配設された特定受光部または特定集光部とからなり、射出瞳位置が上記固体撮像装置の前面にある場合には、上記撮像領域の周辺部にいくほど、上記集光部が上記受光部に対して撮像領域の中心方向に段階的に大きくずれる一方、射出瞳位置が上記固体撮像装置の後面にある場合には、上記撮像領域の周辺部にいくほど、上記集光部が上記受光部に対して上記周辺部の方向に段階的に大きくずれるよう、上記特定集光部または上記特定受光部のいずれか一方が、上記撮像領域の中心部から周辺部にかけて、上記所定数の画素毎に、一定数だけ配設されていることを特徴としている。
【００１１】
この固体撮像装置では、上記特定集光部あるいは特定受光部の存在により、集光部は、縮小スケーリングをかけられることなく、射出瞳位置が上記固体撮像装置の前面にあるときには撮像領域周辺部にいくほど撮像領域の中心方向に、また、射出瞳位置が上記固体撮像装置の後面にあるときには撮像領域の周辺方向に、受光部に対して段階的に大きくずらされる。よって、撮像領域周辺部での入射光の「ケラレ」は低減されシェーディングが防止される。
【００１２】
請求項２に記載の固体撮像装置では、上記撮像領域の中心部及び周辺部は、水平方向つまり上記ｘ軸における中心部及び周辺部である。
【００１３】
この場合、受光部に対する集光部のずれ方向が撮像領域の水平方向つまりｘ軸方向であるため、水平方向でのシェーディングが防止される。なお、本明細書において、水平方向とはｘ軸方向を、垂直方向とはｙ軸方向を言う。
【００１４】
請求項３に記載の固体撮像装置では、上記撮像領域の中心部及び周辺部は、垂直方向つまり上記ｙ軸方向における中心部及び周辺部である。
【００１５】
この場合には、受光部に対する集光部のずれ方向が垂直方向であるため、垂直方向でのシェーディングが防止される。
【００１６】
請求項４に記載の固体撮像装置では、上記第１のピッチの所定の寸法変更は、第１のピッチの所定の寸法縮小に相当している。
【００１７】
また、請求項５に記載の固体撮像装置では、上記第１のピッチの所定の寸法変更は、第１のピッチの所定の寸法拡大に相当している。
【００１８】
上記特定集光部のピッチを縮小した場合および上記特定受光部のピッチを拡大した場合には、受光部に対する集光部のずれ方向が、撮像領域の中心方向となるため、射出瞳位置が固体撮像装置の前面にある場合においてシェーディングが防止される。
【００１９】
逆に、上記特定集光部のピッチを拡大した場合および上記特定受光部のピッチを縮小した場合には、受光部に対する集光部のずれ方向が、撮像領域の周辺方向となるため、射出瞳位置が固体撮像装置の後面にある場合においてシェーディングが防止される。
【００２０】
上記第１のピッチの寸法変更は、集光部の幅を変更することによって達成することができる。また、隣接集光部間の間隔を変更することによっても達成することができる。
【００２１】
請求項８に記載の固体撮像装置は、上記画素が、上記受光部と上記集光部との間に中間層をさらに有し、上記中間層は、上記第１のピッチで配列された中間層と、撮像領域中心部から周辺部にかけて、所定数の画素毎に一定数だけ上記第２のピッチで配設された特定中間層からなり、上記撮像領域の周辺部にいくほど、上記中間層が上記受光部に対して段階的に大きくずれている。
【００２２】
請求項９の固体撮像装置では、上記中間層がカラーフィルタ層を含んでいる。この固体撮像装置では、カラーフィルタ層も受光部に対して、集光部と同じ方向にずれており、そのずれ量は集光部の場合同様、撮像領域周辺部ほど大きくなっているので、カラーフィルタ側面からの光成分の入射が防止されて、画面端での色ムラ等が防止される。
【００２３】
また、請求項１０に記載の固体撮像装置では、上記特定集光部と上記特定中間層とは同一位置に配設されている。
【００２４】
また、請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法は、請求項１に記載の固体撮像装置を製造する方法であって、上記撮像領域を均等な画素数の小領域に分割し、上記各小領域内に、上記特定集光部または上記特定受光部をランダムな位置に一定数配設することを特徴としている。
【００２５】
上記ランダムな位置は、乱数に基づいて決定することができる。
【００２６】
上記固体撮像装置の製造方法は、特定集光部あるいは特定受光部を、撮像領域全体にわたって極端な偏りなく配設することができる。よって、集光部は受光部に対してムラなく、かつ撮像領域周辺部ほど大きくずれるので、感度ムラや固定パターン等の画像不良の発生なくシェーディングが防止される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１〜１４に示した実施形態により説明する。なお、図１〜１４において、図１５〜図２１に示した従来の固体撮像装置と同様の構成部分には同じ番号を付与して、詳細な説明を省略する。
【００２８】
図１は本発明の第１の実施形態である固体撮像装置を示す概略図で、（ａ）は画素配列を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。図中の左側はチップの水平（ｘ軸）方向における撮像領域中心部、右側はチップの水平方向における撮像領域周辺部（右端部）である。同図において、１は受光部、２はマイクロレンズ、２ａは上記マイクロレンズ２よりも水平方向に幅を所定の寸法ｗ’だけ縮小されたマイクロレンズである。縮小寸法ｗ’はマイクロレンズ２の幅ｗに対して０．５％以下である。上記マイクロレンズ２、２ａは、受光部１に１対１に対応して設けられており、対応する１つのマイクロレンズと１つの受光部が１画素を構成する。撮像領域中心において、受光部とマイクロレンズの中心は一致している。また、マイクロレンズ２ａは、撮像領域中心部から周辺部にかけて、所定数の画素毎に、つまり、所定数の画素に対して１つの割合で配設されている。この結果、撮像領域周辺部にいくほど、マイクロレンズは受光部に対して撮像領域中心方向に段階的に大きくずれている。
【００２９】
図２は図１に示した固体撮像装置におけるある水平方向１ラインあたりの撮像領域の詳細図である。この図に代表的に示されるように、各水平方向１ラインには、撮像領域中心から撮像領域左端までは所定数ｎｌの縮小マイクロレンズ２ａが、そして撮像領域中心から撮像領域右端までは所定数ｎｒの縮小マイクロレンズ２ａが、撮像領域中心から周辺部にかけて、所定の画素数に１個の割合で配設されている。このとき、マイクロレンズ２、２ａの隣接間隔ｓは一定である。また、撮像領域中心においては受光部１の中心とマイクロレンズ２の中心は一致している。
【００３０】
マイクロレンズ２ａの幅はマイクロレンズ２の幅ｗよりもｗ’だけ小さいため、撮像領域中心から右端部へ向かって第１番目のマイクロレンズ２ａにおいて、マイクロレンズのピッチ（ここで言うピッチは、マイクロレンズの水平方向一端を基準としたもの）はｗ’だけ縮小されており、マイクロレンズ２ａの中心は対応する受光部１の中心からｗ’／２だけ撮像領域中心方向にずれる。（なお、マイクロレンズのピッチをマイクロレンズ中心間距離として見た場合は、該マイクロレンズ２ａと左右両隣のマイクロレンズ２とのピッチがそれぞれｗ’／２ずつ縮小されることになる。）また、この第１番目のマイクロレンズ２ａと第２番目のマイクロレンズ２ａの間に配設されたマイクロレンズ２の中心は、対応する受光部１の中心からｗ’だけ撮像領域中心方向にずれる。さらに、第２番目のマイクロレンズ２ａにおいて、マイクロレンズ２ａの中心はさらにｗ’／２だけ撮像領域中心方向にずれるため、マイクロレンズ２ａの中心は対応する受光部１に対して（３／２）ｗ’だけ撮像領域中心方向にずれることになる。そして、第２番目のマイクロレンズ２ａと第３番目のマイクロレンズ２ａとの間に配設されたマイクロレンズ２の中心は、対応する受光部１の中心から２ｗ’だけ撮像領域中心方向にずれる。このようにして、撮像領域周辺部にいくほど、マイクロレンズの中心は受光部の中心から所定の画素数ずつ段階的に大きくずれていき、最左端ではｈｌ＝ｎｌ×ｗ’、最右端ではｈｒ＝ｎｒ×ｗ’ずれることになる。全水平方向ラインについて上記と同様にマイクロレンズ２，２ａを配設することにより、縮小されたマイクロレンズ２ａは撮像領域全体にわたって配設され、全水平方向ラインについて、マイクロレンズアレイは撮像領域最左端と最右端でそれぞれずれ量ｈｌ、ｈｒだけ受光部に対して撮像領域中心方向にずれることになる。
【００３１】
図５は上記第１の実施形態の固体撮像装置における入射光の集光の様子を模式的に示した断面図である。撮像領域周辺部での入射光の「ケラレ」は低減され、図１８の実線で示したようにシェーディングが補正される。縮小されたマイクロレンズ２ａで構成された画素は通常のサイズのマイクロレンズ２で構成された画素に比べ感度の低下が懸念されるが、縮小寸法ｗ’はマイクロレンズ２の幅ｗに対して０．５％以下と微小であるため、感度ムラや固定パターン等の画像不良は目に認識されない。また、左右対称にシェーディングを補正するためには、上記ｎｒとｎｌは等しいかあるいは極近い値であるほうが好ましいのは明らかである。上記寸法ｗ’は、例えばフォトマスク作製時の電子ビーム露光データの最小グリッド寸法に設定することができる。この最小グリッドはできるだけ小さいほうが望ましいが、電子ビーム露光装置のスループットや量産性等との兼ね合いより最適な値に設定する。
【００３２】
次に、図６を用いて上記第１の実施形態におけるマイクロレンズの構成方法を説明する。
【００３３】
図６は水平画素数Ｎｘ、垂直画素数Ｎｙの撮像領域全体を、画素数（Ｂｘ×１）の小領域Ｒに均等に分割した図である。ｈｌとｈｒはそれぞれ撮像領域最左端と最右端における受光部１の中心からのマイクロレンズ２の中心の水平方向のずれ量、Ｃｘは水平方向の小領域Ｒの数である。各小領域Ｒ内には、水平方向の幅を縮小されたマイクロレンズ２ａを１つだけランダムな位置に配設する。このランダムな位置は、１〜Ｂｘの範囲の乱数に基づいて決定される。すなわち、乱数が１の場合は小領域Ｒの最左端に、乱数が２の場合は小領域Ｒの左端から２画素目に、乱数がＮの場合は小領域Ｒの左端からＮ画素目にマイクロレンズ２ａを配設する。
【００３４】
このような構成において、所望のずれ量ｈｌとｈｒが与えられると、
Ｃｘ＝（ｈｌ＋ｈｒ）／ｗ’
Ｂｘ＝Ｎｘ／Ｃｘ＝Ｎｘ／（（ｈｌ＋ｈｒ）／ｗ’）
の関係によりＣｘ、Ｂｘが求まる。ただし、前述したように、ｗ’は電子ビーム露光データの最小グリッド寸法に設定するため、ｈｌとｈｒはｗ’の倍数である。また、上式はＢｘが全く均等に分割された場合であり、均等に分割できない場合は、図７に示すように、画素数（Ｂｘ×１）の第１小領域Ｒ１と画素数（（Ｂｘ＋１）×１）の第２小領域Ｒ２の２種の小領域を撮像領域内に均等に配置する。水平方向の第１、第２小領域Ｒ１，Ｒ２の数をそれぞれＣｘ１、Ｃｘ２とすると、各変数は
Ｂｘ＝（Ｎｘ／Ｃｘ）の整数部分
Ｃｘ２＝（Ｎｘ／Ｃｘ）の小数部分×Ｂｘ
Ｃｘ１＝Ｃｘ−Ｃｘ２
の関係により決まる。
【００３５】
このような構成により、ピッチ縮小されたマイクロレンズは、撮像領域全体にわたって、極端な位置の偏りなく、撮像領域中心に対して左右にほぼ同じ数だけランダムな位置に配設される。また、ある垂直（ｙ軸）方向ラインを見た場合、上下に隣合ったマイクロレンズの受光部に対するずれ量の差はｗ’より大きくなることはない。すなわち、マイクロレンズは受光部に対して、撮像領域周辺部ほど撮像領域中心方向に段階的にムラなく大きくずれ、さらに前述したように、ピッチ縮小寸法ｗ’はマイクロレンズの幅ｗに比べて微小であるため、感度ムラや固定パターン等の画像不良もなく、左右対称にシェーディングが補正される。したがって、図１８の実線で示したような、従来構造とはなんら変わりのない、シェーディングの補正が可能となる。なお、図１８においてシェーディングＳｈを
Ｓｈ（％）＝（Ｖｅ／Ｖｏ）×１００
と定義すると、例えば、撮像領域の対角長が４．５ｍｍ（１／４インチ光学系）の固体撮像装置で、射出瞳距離が１２．５ｍｍの場合には、撮像領域端における受光部の中心とマイクロレンズの中心との間のずれ量（ｈｌ及びｈｒ）に対するシェーディングは、
ｈｌ＝ｈｒ＝０ の時 Ｓｈ＝６５％
ｈｌ＝ｈｒ＝０．３ ｕｍの時 Ｓｈ＝９０％
となる。Ｓｈは１００％に近い値のほうがシェーディングの度合いが少ない、つまり画面周辺部での輝度の低下が少ないことは言うまでもない。また、ｈｌ、ｈｒの値は、射出瞳距離、撮像領域の対角長、画素の構造パラメータ等、種々のパラメータによって変動する。
【００３６】
なお、上述したマイクロレンズの構成方法では、マイクロレンズ２ａをランダムに配置したが、ランダムでなくても上下方向に隣合う水平ライン間でマイクロレンズ２ａの位置を順次ずらすようにしても、マイクロレンズ２ａを撮像領域内にムラなく配設できる。
【００３７】
次に、図３に本発明の第２の実施形態を示す。第１の実施形態においては、所定数の画素毎にマイクロレンズの幅をｗ’だけ縮小することによって、マイクロレンズを受光部１に対してずらしたが、この第２の実施形態においては、マイクロレンズの幅を縮小する代わりに、マイクロレンズ間の間隔ｓをｗ’だけ縮小しており、この点において本実施形態は第１の実施形態と異なるが、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
図３において、２ｂは左隣接マイクロレンズ２との間隔を所定の寸法ｓからｗ’だけ縮小されたマイクロレンズである。もちろん、マイクロレンズ２とマイクロレンズ２ｂは同じ幅ｗを有する。この実施形態におけるマイクロレンズ２ｂも、第１の実施形態におけるマイクロレンズ２ａ同様、撮像領域全体にわたって配設され、全水平方向ラインについて、所定数の画素毎に、つまり、所定数の画素に対して１つの割合で、設けられる。撮像領域中心においては、受光部１の中心とマイクロレンズ２の中心は一致している。
【００３９】
本実施形態では、撮像領域中心から右端部へ向かって第１番目のマイクロレンズ２ｂにおいて、左隣のマイクロレンズとの間隔がｗ’だけ小さくされているため、この第１番目のマイクロレンズ２ｂの中心は対応する受光部の中心からｗ’だけ撮像領域中心方向にずれる。また、この第１番目のマイクロレンズ２ｂと第２番目のマイクロレンズ２ｂとの間に配設されたマイクロレンズ２の中心も対応する受光部１の中心からｗ’だけ撮像領域中心方向にずれる。さらに、第２番目のマイクロレンズ２ｂにおいて、左隣のマイクロレンズとの間隔がｗ’だけ縮小されているので、マイクロレンズ２ｂの中心は対応する受光部１から２ｗ’だけ撮像領域中心方向にずれる。このようにして、撮像領域周辺部にいくほど、受光部とマイクロレンズは所定の画素数ずつ段階的に大きくずれていき、第１の実施形態におけるのと同じく、最左端ではｈｌ＝ｎｌ×ｗ’、最右端ではｈｒ＝ｎｒ×ｗ’ずれることになる。
【００４０】
次に図４に本発明の第３の実施形態を示す。同図において、２ａは上記第１実施形態におけるのと同じく、水平方向に幅を寸法ｗ’だけ縮小されたマイクロレンズ、２ｃは水平方向に幅を寸法ｗ’だけ縮小され、かつ左隣接マイクロレンズとの間隔ｓを寸法ｗ’だけ拡大されたマイクロレンズである。各水平方向１ラインあたりに、撮像領域中心から撮像領域左端までは所定数ｎｌの、また、撮像領域中心から撮像領域右端までは所定数ｎｒのマイクロレンズ２ａが、所定数の画素毎に配設されており、またこれらマイクロレンズ２ａ間には、マイクロレンズ２ｃとマイクロレンズ２が順に所定数ずつ配設されている。撮像領域中心においては、受光部１の中心とマイクロレンズ２の中心は一致している。撮像領域中心から右端部へむかって第１番目のマイクロレンズ２ａにおいて、マイクロレンズのピッチ（マイクロレンズの水平方向一端を基準としたピッチ）はｗ’だけ縮小されており、マイクロレンズ２ａの中心は対応する受光部の中心からｗ’／２だけ撮像領域中心方向にずれる。また、この第１番目のマイクロレンズ２ａと第２番目のマイクロレンズ２ａとの間に配設されたマイクロレンズ２ｃの中心は受光部１の中心からｗ’／２だけ撮像領域中心方向にずれ、その隣のマイクロレンズ２の中心は受光部１の中心からｗ’だけ撮像領域中心方向にずれる。（なお、マイクロレンズのピッチをマイクロレンズ中心間距離として見た場合は、マイクロレンズ２ａの左隣のマイクロレンズ２とのピッチがｗ’／２だけ縮小される。また、マイクロレンズ２ｃとその隣のマイクロレンズ２とのピッチがｗ’／２だけ縮小されることになる）。さらに、第２番目のマイクロレンズ２ａにおいて、マイクロレンズのピッチはｗ’縮小されており、マイクロレンズ２ａの中心は対応する受光部１の中心から３／２ｗ’撮像領域中心方向にずれる。このようにして、撮像領域周辺部にいくほど受光部とマイクロレンズとは所定の画素数ずつ段階的に大きくずれていき、最左端ではｈｌ＝ｎｌ×ｗ’、最右端ではｈｒ＝ｎｒ×ｗ’ずれることになる。全水平方向ラインについて上記と同様に配設することにより、縮小されたマイクロレンズ２ａは撮像領域全体にわたって配設され、全水平方向ラインについて、撮像領域最左端と最右端でそれぞれｈｌ、ｈｒだけ受光部に対して撮像領域中心方向にずれる。本実施形態のように、幅を縮小したマイクロレンズ２ａと、幅を縮小し、かつ隣接マイクロレンズとの間隔を拡大したマイクロレンズ２ｃを組み合わせても、上記第１の実施例と同様の効果が得られる。
【００４１】
以上、代表的な３つの実施形態について述べたが、ピッチを所定の寸法変更したマイクロレンズを撮像領域中心部から周辺部にかけて、所定数の画素毎に配設することにより、マイクロレンズを受光部に対して、撮像領域周辺部ほど段階的に大きくずらす方法は他にも種々考えられる。
【００４２】
以上説明した実施形態では、受光部１のピッチを一定Ｐにしてマイクロレンズのピッチを縮小したが、図８（ａ）（ｂ）に示すように、マイクロレンズ２のピッチを一定Ｐにして、受光部のピッチを拡大しても同様の効果が得られる。図中１ａがピッチをｗ’だけ拡大された受光部である。要は、受光部に対して一部のマイクロレンズのピッチを相対的に小さくすればよいのである。
【００４３】
また、上記各実施形態では、固体撮像装置におけるマイクロレンズの水平方向ピッチの縮小について説明したが、図９に示すように垂直方向ピッチを縮小（図中の２ｄは垂直ピッチを縮小されたマイクロレンズ）、あるいは図１１に示すように水平、垂直ピッチの双方を縮小（図中の２ｅは水平、垂直ピッチの双方を縮小されたマイクロレンズ）することにより、垂直方向あるいは水平、垂直方向双方のシェーディングも補正することができる。図１０及び図１２はこれらそれぞれのマイクロレンズ構成方法を示している。
【００４４】
図１０において、撮像領域全体を画素数（１×Ｂｙ）の小領域Ｒ３に均等に分割し、各小領域Ｒ３内には、垂直ピッチを縮小されたマイクロレンズ２ｄを１画素、小領域内のランダムな位置に配設する。また、図１２において、撮像領域全体を画素数（Ｂｘ×Ｂｙ）の小領域Ｒ４に均等に分割し、各小領域Ｒ４内の水平方向各ラインにつき、水平ピッチを縮小されたマイクロレンズ２ａを１個ランダムな位置に配設し、さらに各小領域Ｒ４内の垂直方向各ラインにつき、垂直ピッチを縮小されたマイクロレンズ２ｄを１個ランダムな位置に配設する。ここで、図中のマイクロレンズ２ｅは、上記水平及び垂直ピッチを縮小されたマイクロレンズの位置が重なった場合であり、水平及び垂直ピッチが同時に縮小されたマイクロレンズである。このような構成により、固体撮像装置の垂直方向、あるいは水平と垂直方向の双方向について、マイクロレンズは受光部に対して段階的にずれることによって、撮像領域周辺部ほど撮像領域中心方向に大きくずれ、しかも全体的にムラなくずれる。この結果、感度ムラや固定パターン等の画像不良はなく、水平と垂直方向の双方向のシェーディングが左右上下対称に補正される。
【００４５】
また、上記各実施形態では、ピッチを所定の寸法縮小したマイクロレンズを撮像領域中心部から周辺部にかけて、所定数の画素毎に配設することにより、マイクロレンズを受光部に対して、撮像領域周辺部ほど撮像部中心方向に段階的に大きくずらす、つまり射出瞳位置が固体撮像装置の前面にある場合について述べたが、射出瞳位置が固体撮像装置の後面にあるような場合には、図１３に示すように、ピッチを所定の寸法拡大したマイクロレンズ２ｆを撮像領域中心部から周辺部にかけて、所定数の画素毎に配設することにより、撮像領域周辺部ほどマイクロレンズを受光部に対して撮像部周辺方向に段階的に大きくずらすこともある。
【００４６】
なお、カラーの固体撮像装置においては、図１４（ａ）に示すように、受光部とマイクロレンズとの間に中間層としてカラーフィルタ３を形成している。この場合、上記してきたようにマイクロレンズ２のみに補正を施すと、撮像領域周辺部ほどカラーフィルタ３とマイクロレンズ２ａのずれ量ｈｒが大きくなる。その結果、カラーフィルタ３の側面からの入射光Ｌ成分が発生し、画面端での色ムラ等の不具合が発生する。これを防止する方法として、図１４（ｂ）に示すように、上記マイクロレンズの場合と同様、ピッチを所定の寸法縮小したカラーフィルタ３ａを撮像領域中心部から周辺部にかけて所定数の画素毎に配設することにより、カラーフィルタを受光部に対して、撮像領域中心部から撮像領域周辺部にかけて段階的にずらし、撮像領域周辺部ほど大きくずらす。この場合、ピッチを所定の寸法縮小したマイクロレンズ２ａとカラーフィルタ３ａの位置を同じにする。図１４（ｂ）はこの方法による撮像領域周辺部の画素部断面図である。これにより、カラーフィルタ３ａの側面からの入射光成分が防止され、画面端での色ムラ等の不具合がなくなる。
【００４７】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、これらの実施形態の他にも、本発明の主旨に基づくさまざまな構成が可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ピッチを所定の寸法変更した特定集光部あるいは特定受光部を撮像領域中心部から周辺部にかけて、所定数の画素毎に配設することにより、射出瞳位置が上記固体撮像装置の前面にあるときには撮像領域の中心方向に、また、射出瞳位置が上記固体撮像装置の後面にあるときには撮像領域の周辺方向に、集光部を受光部に対して、撮像領域周辺部ほど段階的に大きくずらしているため、集光部つまりマイクロレンズアレイに微小スケーリングをかけることなく、シェーディングの発生を防止できる。また、ピッチを所定の寸法変更した中間層を撮像領域中心部から周辺部にかけて、所定数の画素毎に配設することにより、上記中間層も、受光部に対して、集光部と同じようにずらしているため、色ムラ等の不具合発生を防止できる。また、本発明によれば、微小スケーリングをかけないので、集光部や中間層のためのフォトマスクを、通常ＬＳＩ用のフォトマスクの製造方法となんら変わりない工程で作製することができ、生産性を損なうことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の撮像領域の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿う撮像領域平面詳細図。
【図３】本発明の第２の実施形態における撮像領域の平面詳細図。
【図４】本発明の第３の実施形態における撮像領域の平面詳細図。
【図５】第１の実施形態の撮像領域における入射光の集光の様子を示した説明図。
【図６】第１の実施形態のマイクロレンズ構成方法を示した図。
【図７】第１の実施形態のマイクロレンズ構成方法を示した図。
【図８】（ａ）は本発明の他の実施形態における撮像領域を示した平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図。
【図９】本発明の他の実施形態における撮像領域を示した平面図。
【図１０】図９の実施形態におけるマイクロレンズの構成方法を示した図。
【図１１】本発明の他の実施形態における撮像領域を示した平面図。
【図１２】図１１の実施形態におけるマイクロレンズの構成方法を示した図。
【図１３】本発明の他の実施形態を示した図。
【図１４】本発明をカラーの固体撮像装置に適用した場合の画素部の詳細断面図。
【図１５】従来の固体撮像装置の画素部詳細断面図。
【図１６】図１５の固体撮像装置において、射出瞳距離が長い場合の入射光の集光の様子を示した説明図。
【図１７】図１５の固体撮像装置において、射出瞳距離が短い場合の入射光の集光の様子を示した説明図。
【図１８】従来の固体撮像装置の出力信号波形図。
【図１９】従来の固体撮像装置の射出瞳距離が短い場合の断面図。
【図２０】従来の固体撮像装置の射出瞳位置が後面にある場合の断面図。
【図２１】従来の固体撮像装置の画素部詳細断面図。
【符号の説明】
１，１ａ…受光部、 ２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ…マイクロレンズ、 ３，３ａ…カラーフィルタ、 ４…遮光膜、 ８…開口、 Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…小領域。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device capable of correcting shading and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Recently, as the size and weight of a video camera or the like using a solid-state imaging device have been reduced, the exit pupil distance of the camera optical system has been significantly reduced.
[0003]
FIG. 15 shows a main part of a conventional solid-state imaging device. As shown in the figure, a semiconductor substrate 7 is provided with light receiving sections 1 and vertical transfer sections 6 alternately, and a light shielding film 4 for preventing light from entering the vertical transfer sections 6 is provided with a vertical transfer section. 6 is formed so as to cover the vertical transfer electrode 5 provided on the substrate 6. The light-shielding film 4 is opened on the light receiving portion 1, and a micro lens 2 is formed corresponding to each light receiving portion in order to efficiently collect the incident light on the opening 8 of the light receiving portion 1. . Reference numeral 3 denotes a color filter formed between the light receiving unit 1 and the microlens 2 so as to correspond to each light receiving unit.
[0004]
By the way, as shown in FIG. 16, when the exit pupil distance d of the camera optical system (the distance from the aperture A of the camera lens to the light receiving unit 1) is long, the light is condensed by the microlens 2 even in the periphery of the imaging area. The incident light L thus entered enters the opening 8 of the light receiving section 1. However, when the exit pupil distance d is short, as shown in FIG. 17, the incident light L enters the microlens 2 at the periphery of the imaging region, particularly at the end in the x-axis direction (hereinafter, referred to as the horizontal direction). Since the angle of incidence is larger than when the exit pupil distance d is long, the generation of an incident light component that cannot be accommodated in the opening 8, that is, so-called “vignetting” of the incident light L occurs, and the incidence rate into the opening decreases. . As a result, the sensitivity decreases in the periphery of the imaging region, and when viewed on the imaging screen, the brightness decreases in the periphery of the screen, that is, so-called “shading” occurs. FIG. 18 shows an output waveform of one horizontal scan showing this state. In the figure, a broken line indicates an output waveform when shading occurs in the peripheral portion, and a solid line indicates an output waveform when shading in the peripheral portion is corrected. As indicated by the broken line, when shading occurs, the output signal Ve at the peripheral portion is considerably lower than the output signal Vo at the central portion.
[0005]
As a countermeasure against such shading, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 1-213079 and Hei 6-140609 disclose, as shown in FIG. The pitch P ′ of the microlenses is made uniformly smaller than the pitch P of the light receiving unit 1, and as the distance from the center of the imaging region toward the periphery increases, the microlens 2 gradually increases from the corresponding light receiving unit 1 toward the center of the imaging region. Staggering has been proposed. By shifting the microlens 2 around the imaging region toward the center of the imaging region in this manner, the “vignetting” of incident light at the periphery of the imaging region is reduced, and shading is reduced as shown by the solid line in FIG. Will be corrected. Also, depending on the camera optical system, the exit pupil position may behave as if it were located on the rear surface of the solid-state imaging device. In such a case, the microlenses correspond to the microlenses as shown in FIG. Japanese Patent Laying-Open No. 6-140609 teaches that the image is gradually shifted from the light receiving section toward the imaging area.
[0006]
Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-140609 discloses that the displacement of the color filter 3 formed between the light receiving section 1 and the microlens 2 is made smaller than the displacement of the microlens 2 as shown in FIG. This discloses that incident light is prevented from passing through the side surface of the color filter 3 and color unevenness or the like is prevented from occurring at a screen edge. In FIG. 21, CMIs the center of the micro lens 2, CFIs the center of the color filter 3, CPRepresents the center of the light receiving unit 1.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, as one of the specific methods for micro-scaling the micro-lens array around the center of the imaging area, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-140609 discloses that the entire mask pattern of the micro-lens array 2 has a predetermined magnification (< A method is shown in which the pitch P ′ of the microlens array 2 is made smaller than the pitch P of the light receiving section 1 by uniformly forming a reduced photomask in 1). In the case of this method, the pitch P 'of the microlens array is constant (P' = a * P (a <1)).
[0008]
The production of the photomask can be realized by applying a minute scaling to the mask pattern when drawing the mask pattern on a transparent substrate such as glass using an electron beam exposure apparatus. However, when fine scaling is performed only in the horizontal direction or only in the vertical (y-axis) direction, or when the reduction ratio in the horizontal direction is different from that in the vertical direction, it is necessary to modify the hardware of the electron beam exposure apparatus. Further, it becomes difficult to mix the apparatus with the case of manufacturing a photomask for an ordinary LSI, and the productivity is reduced.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of correcting shading without applying micro scaling to a microlens array, and a method of manufacturing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the solid-state imaging device according to claim 1,In a solid-state imaging device in which a plurality of pixels each having a light receiving unit and a light collecting unit are arranged in an imaging region extending in the x-axis direction and the y-axis direction, the imaging region includes a plurality of uniform small regions, One of the light receiving portions or light collecting portions of the pixels in each small region is arranged at a first pitch, while the other of the light receiving portions or light collecting portions of the pixels in each of the small regions is No. 1 And a specific number of specific light-receiving units or specific light-collecting units arranged at a random number in a small area at a second pitch obtained by changing the first pitch by a predetermined dimension. When the exit pupil position is in front of the solid-state imaging device,The closer to the periphery of the imaging area, the more the light collecting unitToward the center of the imaging areaLarge deviation graduallyOn the other hand, when the exit pupil position is located on the rear surface of the solid-state imaging device, the light condensing portion gradually increases in the direction of the peripheral portion with respect to the light receiving portion as the position approaches the peripheral portion of the imaging region. One of the specific light-collecting unit and the specific light-receiving unit may be shifted from the central part to the peripheral part of the imaging region, and a certain number of the specific light-receiving parts may be arranged for each of the predetermined number of pixels.It is characterized by having.
[0011]
In this solid-state imaging device, due to the presence of the specific light-collecting unit or the specific light-receiving unit, the light-collecting unit is not subjected to reduction scaling,When the exit pupil position is in front of the solid-state imaging deviceThe closer to the periphery of the imaging areaIn the center direction of the imaging region, and in the peripheral direction of the imaging region when the exit pupil position is on the rear surface of the solid-state imaging device,It is largely shifted stepwise with respect to the light receiving section. Therefore, the “vignetting” of the incident light in the periphery of the imaging region is reduced, and shading is prevented.
[0012]
In the solid-state imaging device according to the second aspect, the central part and the peripheral part of the imaging region are arranged in a horizontal direction.That is, the above x axisIn the center and the periphery.
[0013]
In this case, since the direction in which the light-collecting unit is shifted with respect to the light-receiving unit is the horizontal direction of the imaging area, that is, the x-axis direction, shading in the horizontal direction is prevented. In this specification, the horizontal direction refers to the x-axis direction, and the vertical direction refers to the y-axis direction.
[0014]
In the solid-state imaging device according to the third aspect, the central part and the peripheral part of the imaging region are verticallyAbove y-axis directionIn the center and the periphery.
[0015]
In this case, since the direction in which the light-collecting unit is shifted with respect to the light-receiving unit is the vertical direction, shading in the vertical direction is prevented.
[0016]
In the solid-state imaging device according to claim 4,The first pitchThe prescribed dimension change ofFirstThis corresponds to a predetermined size reduction of the pitch.
[0017]
In the solid-state imaging device according to the fifth aspect,The first pitchThe prescribed dimension change ofFirstThis corresponds to a predetermined size increase of the pitch.
[0018]
UpNoteWhen the pitch of the fixed condensing part is reduced and aboveNoteWhen the pitch of the constant light receiving unit is increased, the direction of shift of the light collecting unit with respect to the light receiving unit is in the center direction of the imaging region, so that shading is prevented when the exit pupil position is in front of the solid-state imaging device. .
[0019]
Conversely, onNoteWhen the pitch of the constant light condensing part is enlarged and aboveNoteWhen the pitch of the constant light receiving unit is reduced, the shift direction of the light collecting unit with respect to the light receiving unit is in the peripheral direction of the imaging region, so that shading is prevented when the exit pupil position is on the rear surface of the solid-state imaging device. .
[0020]
The above1Can be achieved by changing the width of the light-collecting portion. It can also be achieved by changing the interval between the adjacent light condensing parts.
[0021]
The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the pixelButBetween the light receiving section and the light collecting sectionInAdditional layersAnd the intermediate layer comprises: an intermediate layer arranged at the first pitch;From the center of the imaging area to the periphery, only a fixed number of pixels for each predetermined number of pixelsA specific intermediate layer disposed at the second pitch,The closer to the periphery of the imaging area, the larger the intermediate layer is shifted stepwise with respect to the light receiving section.
[0022]
In the solid-state imaging device according to the ninth aspect, the intermediate layer includes a color filter layer. In this solid-state imaging device, the color filter layer is also shifted in the same direction as the light-collecting portion with respect to the light-receiving portion, and the amount of the shift becomes larger toward the periphery of the imaging region as in the case of the light-collecting portion. Light components are prevented from entering from the side surface of the filter, and color unevenness at the edge of the screen is prevented.
[0023]
In the solid-state imaging device according to the tenth aspect, the specific light-collecting unit and the specific intermediate layer are disposed at the same position.
[0024]
Claims11The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim1A method for manufacturing a solid-state imaging device according toWhatThe image pickup area is divided into small areas having an equal number of pixels, and the specific light condensing unit is provided in each of the small areas.Or the above specific light receiving sectionToAt a random positionIt is characterized by a certain number of arrangements.
[0025]
The random position can be determined based on a random number.
[0026]
According to the method of manufacturing the solid-state imaging device, the specific light-collecting unit or the specific light-receiving unit can be arranged over the entire imaging region without extreme bias. Therefore, the light-collecting unit is not uneven with respect to the light-receiving unit, and is largely shifted toward the periphery of the imaging region, so that shading is prevented without causing image defects such as sensitivity unevenness and fixed patterns.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the embodiments shown in FIGS. 1 to 14, the same components as those of the conventional solid-state imaging device shown in FIGS. 15 to 21 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.
[0028]
1A and 1B are schematic diagrams showing a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view showing a pixel array, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. . The left side in the figure is the center of the imaging region in the horizontal (x-axis) direction of the chip, and the right side is the periphery (right end) of the imaging region in the horizontal direction of the chip. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light receiving unit, 2 denotes a microlens, and 2a denotes a microlens whose width in the horizontal direction is smaller than that of the microlens 2 by a predetermined dimension w '. The reduced dimension w 'is 0.5% or less with respect to the width w of the microlens 2. The microlenses 2 and 2a are provided in a one-to-one correspondence with the light receiving unit 1, and one corresponding microlens and one light receiving unit constitute one pixel. At the center of the imaging region, the center of the light receiving unit coincides with the center of the microlens. Further, the microlenses 2a are provided for every predetermined number of pixels from the center of the imaging region to the peripheral portion, that is, one microlens 2 is provided for every predetermined number of pixels. As a result, the microlens is gradually shifted from the light receiving unit toward the center of the imaging region toward the periphery of the imaging region.
[0029]
FIG. 2 is a detailed view of an imaging area per one horizontal line in the solid-state imaging device shown in FIG. As typically shown in this figure, one horizontal line includes a predetermined number nl of reduced microlenses 2a from the center of the imaging region to the left end of the imaging region, and a predetermined number of microlenses 2a from the center of the imaging region to the right end of the imaging region. The nr reduction microlenses 2a are arranged at a predetermined number of pixels from the center of the imaging region to the peripheral portion. At this time, the adjacent distance s between the micro lenses 2, 2a is constant. In the center of the imaging region, the center of the light receiving unit 1 and the center of the microlens 2 coincide.
[0030]
Since the width of the microlens 2a is smaller than the width w of the microlens 2 by w ′, the pitch of the microlens (the pitch referred to here is microscopic) in the first microlens 2a from the center of the imaging region toward the right end. (Based on one end of the lens in the horizontal direction) is reduced by w ′, and the center of the microlens 2a is shifted from the center of the corresponding light receiving unit 1 by w ′ / 2 toward the center of the imaging region. (If the pitch of the microlenses is viewed as the distance between the centers of the microlenses, the pitch between the microlens 2a and the microlenses 2 on both the left and right sides is reduced by w '/ 2.) The center of the microlens 2 disposed between the first microlens 2a and the second microlens 2a is shifted from the center of the corresponding light receiving section 1 by w 'toward the center of the imaging region. Furthermore, in the second microlens 2a, the center of the microlens 2a is further shifted by w '/ 2 toward the center of the imaging region, and the center of the microlens 2a is (3/2) with respect to the corresponding light receiving unit 1. This shifts by w ′ toward the center of the imaging region. Then, the center of the microlens 2 disposed between the second microlens 2a and the third microlens 2a is shifted by 2w 'from the center of the corresponding light receiving section 1 toward the center of the imaging region. In this manner, the center of the microlens is gradually shifted from the center of the light receiving unit by a predetermined number of pixels stepwise toward the periphery of the imaging region, and hl = nl × w ′ at the leftmost end and hr at the rightmost end. = Nr × w ′. By arranging the microlenses 2 and 2a in the same manner as described above for all the horizontal lines, the reduced microlenses 2a are arranged over the entire imaging region, and for all the horizontal lines, the microlens array is located at the leftmost end of the imaging region. And the rightmost ends are shifted by the shift amounts hl and hr, respectively, toward the center of the imaging region with respect to the light receiving unit.
[0031]
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a state of condensing incident light in the solid-state imaging device according to the first embodiment. “Vignetting” of the incident light in the periphery of the imaging region is reduced, and the shading is corrected as shown by the solid line in FIG. There is a concern that the pixels formed by the reduced microlenses 2a may have lower sensitivity than the pixels formed by the normal-sized microlenses 2. However, the reduced dimension w ′ is 0 with respect to the width w of the microlens 2. Since it is as small as 0.5% or less, image defects such as sensitivity unevenness and fixed patterns are not recognized by the eyes. Further, in order to correct shading symmetrically, it is apparent that the above nr and nl are preferably equal or very close. The dimension w 'can be set to, for example, the minimum grid dimension of electron beam exposure data at the time of manufacturing a photomask. The minimum grid is preferably as small as possible, but is set to an optimum value in consideration of the throughput and mass productivity of the electron beam exposure apparatus.
[0032]
Next, a configuration method of the microlens in the first embodiment will be described with reference to FIG.
[0033]
FIG. 6 is a diagram in which the entire imaging region having the number of horizontal pixels Nx and the number of vertical pixels Ny is equally divided into small regions R having the number of pixels (Bx × 1). hl and hr are horizontal displacements of the center of the microlens 2 from the center of the light receiving unit 1 at the leftmost end and the rightmost end of the imaging region, respectively, and Cx is the number of small regions R in the horizontal direction. In each small region R, only one microlens 2a having a reduced width in the horizontal direction is arranged at a random position. This random position is determined based on a random number in the range of 1 to Bx. That is, if the random number is 1, the micro pixel is located at the leftmost end of the small region R, if the random number is 2, the second pixel from the left end of the small region R, and if the random number is N, the micro pixel is located at the Nth pixel from the left end of the small region R. The lens 2a is provided.
[0034]
In such a configuration, when desired deviation amounts hl and hr are given,
Cx = (hl + hr) / w '
Bx = Nx / Cx = Nx / ((hl + hr) / w ')
Cx and Bx are obtained from the relationship. However, as described above, since w 'is set to the minimum grid size of the electron beam exposure data, hl and hr are multiples of w'. In addition, the above equation is a case where Bx is completely divided, and if it cannot be divided evenly, as shown in FIG. 7, the first small region R1 of the number of pixels (Bx × 1) and the number of pixels ((Bx + 1) The two types of small regions of ()) 1) are uniformly arranged in the imaging region. Assuming that the numbers of the first and second small regions R1 and R2 in the horizontal direction are Cx1 and Cx2, each variable is
Bx = integer part of (Nx / Cx)
Cx2 = decimal part of (Nx / Cx) × Bx
Cx1 = Cx-Cx2
Is determined by the relationship
[0035]
With this configuration, the pitch-reduced microlenses are arranged at random positions in substantially the same number on the left and right with respect to the center of the imaging region without extreme deviation of the position over the entire imaging region. In addition, when a certain vertical (y-axis) direction line is viewed, the difference between the shift amounts of the vertically adjacent microlenses with respect to the light receiving unit does not become larger than w ′. That is, the microlens is largely and steplessly shifted toward the center of the imaging region without unevenness toward the imaging region with respect to the light receiving unit, and the pitch reduction dimension w ′ is smaller than the width w of the microlens, as described above. Therefore, shading is corrected symmetrically without any image defects such as sensitivity unevenness and fixed patterns. Therefore, it is possible to correct the shading as shown by the solid line in FIG. 18 without any difference from the conventional structure. In FIG. 18, the shading Sh is
Sh (%) = (Ve / Vo) × 100
For example, if the diagonal length of the imaging region is 4.5 mm (1/4 inch optical system) and the exit pupil distance is 12.5 mm, the center of the light receiving section at the end of the imaging region The shading for the amount of deviation (hl and hr) between and the center of the microlens is
When hl = hr = 0 Sh = 65%
When hl = hr = 0.3 um Sh = 90%
It becomes. Needless to say, a value of Sh closer to 100% results in a smaller degree of shading, that is, a smaller decrease in luminance at the periphery of the screen. Further, the values of hl and hr vary depending on various parameters such as the exit pupil distance, the diagonal length of the imaging region, and the pixel structural parameters.
[0036]
In the above-described microlens configuration method, the microlenses 2a are randomly arranged. However, even if the microlenses 2a are not randomly arranged, the positions of the microlenses 2a may be sequentially shifted between horizontally adjacent horizontal lines. 2a can be arranged evenly in the imaging area.
[0037]
Next, FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the microlens is shifted with respect to the light receiving unit 1 by reducing the width of the microlens by w ′ for each predetermined number of pixels. However, in the second embodiment, the microlens is shifted. Instead of reducing the width of the lens, the distance s between the microlenses is reduced by w ′. In this point, the present embodiment is different from the first embodiment, but has the same effect as the first embodiment. Obtainable.
[0038]
In FIG. 3, reference numeral 2b denotes a microlens whose distance from the left adjacent microlens 2 is reduced by w 'from a predetermined dimension s. Of course, the micro lens 2 and the micro lens 2b have the same width w. Like the microlens 2a in the first embodiment, the microlens 2b in this embodiment is also provided over the entire imaging area, and for every horizontal line, every predetermined number of pixels, that is, with respect to the predetermined number of pixels. Provided in one ratio. At the center of the imaging region, the center of the light receiving unit 1 and the center of the microlens 2 match.
[0039]
In the present embodiment, in the first micro lens 2b from the center of the imaging region toward the right end, the distance between the left micro lens and the first micro lens 2b is reduced by w ′. The center is shifted by w 'from the center of the corresponding light receiving unit toward the center of the imaging region. Also, the center of the microlens 2 disposed between the first microlens 2b and the second microlens 2b is shifted from the center of the corresponding light receiving section 1 by w 'toward the center of the imaging region. Further, in the second microlens 2b, since the distance between the second microlens 2b and the microlens adjacent to the left is reduced by w ', the center of the microlens 2b is shifted from the corresponding light receiving section 1 by 2w' toward the center of the imaging region. . In this manner, the light-receiving unit and the microlens gradually shift by a predetermined number of pixels step by step toward the periphery of the imaging region, and, as in the first embodiment, hl = nl × w at the leftmost end. ', At the right end, hr = nr × w'.
[0040]
Next, FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In the same figure, 2a is a microlens whose width is reduced by a dimension w 'in the horizontal direction as in the first embodiment, and 2c is a microlens whose width is reduced by a dimension w' in the horizontal direction and a left adjacent microlens. This is a microlens in which the distance s from is enlarged by the dimension w ′. For each line in the horizontal direction, a predetermined number nl of microlenses 2a from the center of the imaging region to the left end of the imaging region and a predetermined number nr from the center of the imaging region to the right end of the imaging region are provided for each predetermined number of pixels. A predetermined number of microlenses 2c and microlenses 2 are sequentially arranged between the microlenses 2a. At the center of the imaging region, the center of the light receiving unit 1 and the center of the microlens 2 match. In the first micro lens 2a from the center of the imaging region to the right end, the pitch of the micro lenses (the pitch based on one horizontal end of the micro lens) is reduced by w ', and the center of the micro lens 2a is It shifts from the center of the corresponding light receiving unit by w ′ / 2 toward the center of the imaging region. The center of the microlens 2c disposed between the first microlens 2a and the second microlens 2a is shifted from the center of the light receiving unit 1 by w ′ / 2 toward the center of the imaging area. The center of the adjacent microlens 2 is shifted from the center of the light receiving unit 1 by w ′ toward the center of the imaging area. (If the pitch of the microlenses is viewed as the distance between the centers of the microlenses, the pitch between the microlenses 2a and the microlens 2 adjacent to the left is reduced by w ′ / 2. Is reduced by w ′ / 2). Further, in the second microlens 2a, the pitch of the microlenses is reduced by w ', and the center of the microlens 2a is shifted from the center of the corresponding light receiving section 1 toward the center of the 3 / 2w' imaging area. In this manner, the light receiving unit and the microlens are gradually shifted from each other by a predetermined number of pixels in the peripheral area of the imaging region, and hl = nl × w ′ at the leftmost end and hr = nr × w at the rightmost end. 'It will shift. By arranging in the same manner as described above with respect to all horizontal lines, the reduced microlenses 2a are arranged over the entire imaging area, and receive hl and hr at the leftmost and rightmost ends of the imaging area with respect to all horizontal lines, respectively. Part is shifted toward the center of the imaging area. Even when the microlens 2a having a reduced width and the microlens 2c having a reduced width and an increased distance between adjacent microlenses are combined as in the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. can get.
[0041]
As described above, three representative embodiments have been described. By arranging a microlens whose pitch has been changed by a predetermined dimension from the center of the imaging region to the peripheral portion for each of a predetermined number of pixels, the microlens can be used as a light receiving unit. On the other hand, there are various other methods for gradually shifting the position in the vicinity of the imaging region.
[0042]
In the embodiment described above, the pitch of the microlenses is reduced by setting the pitch of the light receiving unit 1 to a constant P. However, as shown in FIGS. The same effect can be obtained even if the pitch of the light receiving section is increased. In the figure, reference numeral 1a denotes a light receiving unit whose pitch is enlarged by w '. The point is that the pitch of some of the microlenses should be relatively small with respect to the light receiving unit.
[0043]
In each of the above embodiments, the reduction in the horizontal pitch of the microlenses in the solid-state imaging device has been described. However, the vertical pitch is reduced as shown in FIG. 9 (2d in the figure denotes a microlens with a reduced vertical pitch). 11), or by reducing both the horizontal and vertical pitches (2e in the figure is a microlens with both the horizontal and vertical pitches reduced) as shown in FIG. 11, thereby shading in the vertical direction or both the horizontal and vertical directions. Can also be corrected. FIG. 10 and FIG. 12 show the respective microlens construction methods.
[0044]
In FIG. 10, the entire imaging region is equally divided into small regions R3 having the number of pixels (1 × By). In each of the small regions R3, a microlens 2d whose vertical pitch is reduced is one pixel. Arrange at random positions. In FIG. 12, the entire imaging region is equally divided into small regions R4 having the number of pixels (Bx × By), and one microlens 2a having a reduced horizontal pitch is provided for each horizontal line in each small region R4. The microlenses 2d having the reduced vertical pitch are arranged at random positions for each line in the vertical direction in each small region R4. Here, the microlens 2e in the figure is a case where the positions of the microlenses whose horizontal and vertical pitches are reduced overlap each other, and is a microlens whose horizontal and vertical pitches are simultaneously reduced. With such a configuration, in the vertical direction of the solid-state imaging device, or in both the horizontal and vertical directions, the microlenses are shifted stepwise with respect to the light receiving unit, so that the microlens is largely shifted toward the center of the imaging region toward the periphery of the imaging region. In addition, it is shifted evenly as a whole. As a result, there is no image defect such as sensitivity unevenness or fixed pattern, and the bidirectional shading in the horizontal and vertical directions is corrected symmetrically in the left-right and up-down directions.
[0045]
In each of the above embodiments, the microlens whose pitch is reduced by a predetermined dimension is arranged for each of a predetermined number of pixels from the center of the imaging region to the peripheral portion, so that the microlens is positioned relative to the light receiving unit. Although the case where the peripheral portion is shifted stepwise largely toward the center of the imaging unit, that is, the exit pupil position is on the front surface of the solid-state imaging device, the case where the exit pupil position is on the rear surface of the solid-state imaging device is described. As shown in FIG. 13, the microlenses 2f whose pitch is enlarged by a predetermined size are arranged for each of a predetermined number of pixels from the center of the imaging region to the peripheral portion, so that the microlenses are closer to the light receiving unit as the imaging region is closer to the periphery. In some cases, the image may be largely shifted stepwise in the peripheral direction of the imaging unit.
[0046]
In the color solid-state imaging device, as shown in FIG. 14A, a color filter 3 is formed as an intermediate layer between the light receiving unit and the microlens. In this case, if the correction is performed only on the microlens 2 as described above, the shift amount hr between the color filter 3 and the microlens 2a becomes larger toward the periphery of the imaging region. As a result, an incident light L component from the side surface of the color filter 3 is generated, and problems such as color unevenness at a screen edge occur. As a method of preventing this, as shown in FIG. 14B, similarly to the case of the microlens, a color filter 3a having a reduced pitch by a predetermined size is provided for every predetermined number of pixels from the center of the imaging region to the peripheral portion. By disposing the color filters, the color filters are shifted stepwise from the center of the imaging region to the periphery of the imaging region with respect to the light receiving unit, and the color filters are shifted to the periphery of the imaging region. In this case, the position of the micro lens 2a whose pitch is reduced by a predetermined dimension and the position of the color filter 3a are made the same. FIG. 14B is a sectional view of a pixel portion around an imaging area according to this method. This prevents incident light components from the side surface of the color filter 3a, and eliminates problems such as color unevenness at the screen edge.
[0047]
Although various embodiments of the present invention have been described above, various configurations based on the gist of the present invention are possible in addition to these embodiments.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a specific light-collecting unit or a specific light-receiving unit in which the pitch is changed by a predetermined dimension from the center of the imaging area to the peripheral area, and is disposed for every predetermined number of pixels.When the exit pupil position is in front of the solid-state imaging device, in the center direction of the imaging region, and when the exit pupil position is in the rear surface of the solid-state imaging device, in the peripheral direction of the imaging region,Since the light-collecting unit is gradually shifted from the light-receiving unit toward the periphery of the imaging area, shading can be prevented from occurring without applying minute scaling to the light-collecting unit, that is, the microlens array. Further, by disposing an intermediate layer having a changed pitch by a predetermined dimension from the center of the imaging region to the peripheral portion for every predetermined number of pixels, the intermediate layer is also provided to the light receiving unit in the same manner as the light collecting unit. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of problems such as color unevenness. Further, according to the present invention, since micro-scaling is not performed, a photomask for a light-collecting portion and an intermediate layer can be manufactured in the same process as that for manufacturing a photomask for an ordinary LSI. There is no loss of sex.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view of an imaging region of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG.
FIG. 2 is a detailed plan view of an imaging region along the line A-A ′ in FIG. 1;
FIG. 3 is a detailed plan view of an imaging region according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a detailed plan view of an imaging region according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a state of condensing incident light in an imaging region according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a microlens configuration method according to the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a microlens configuration method according to the first embodiment.
FIG. 8A is a plan view illustrating an imaging region according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG.
FIG. 9 is a plan view showing an imaging region according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration method of a microlens in the embodiment of FIG. 9;
FIG. 11 is a plan view showing an imaging region according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating a method of configuring a microlens in the embodiment of FIG. 11;
FIG. 13 is a view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a detailed cross-sectional view of a pixel portion when the present invention is applied to a color solid-state imaging device.
FIG. 15 is a detailed sectional view of a pixel portion of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a state of condensing incident light when the exit pupil distance is long in the solid-state imaging device in FIG. 15;
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a state of condensing incident light when the exit pupil distance is short in the solid-state imaging device in FIG. 15;
FIG. 18 is an output signal waveform diagram of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 19 is a cross-sectional view of a conventional solid-state imaging device when the exit pupil distance is short.
FIG. 20 is a cross-sectional view of a conventional solid-state imaging device when an exit pupil position is on a rear surface.
FIG. 21 is a detailed sectional view of a pixel portion of a conventional solid-state imaging device.
[Explanation of symbols]
1, 1a: light receiving unit, 2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f: micro lens, 3, 3a: color filter, 4: light shielding film, 8: aperture, R, R1, R2, R3, R4 ... Small area.

Claims (12)

ｘ軸方向およびｙ軸方向に延びる撮像領域に、それぞれが受光部と集光部とを有する複数の画素を配列した固体撮像装置において、
上記撮像領域は、複数の均等な小領域からなり、
上記各小領域内の画素の受光部または集光部のうちの一方は第１のピッチで配列されている一方、
上記各小領域内の画素の受光部または集光部のうちの他方は、上記第 １ のピッチで配列された受光部または集光部と、上記第１のピッチを所定の寸法変更した第２のピッチで小領域内のランダムな位置に一定数配設された特定受光部または特定集光部とからなり、
射出瞳位置が上記固体撮像装置の前面にある場合には、上記撮像領域の周辺部にいくほど、上記集光部が上記受光部に対して撮像領域の中心方向に段階的に大きくずれる一方、射出瞳位置が上記固体撮像装置の後面にある場合には、上記撮像領域の周辺部にいくほど、上記集光部が上記受光部に対して上記周辺部の方向に段階的に大きくずれるよう、上記特定集光部または上記特定受光部のいずれか一方が、上記撮像領域の中心部から周辺部にかけて、上記所定数の画素毎に、一定数だけ配設されていることを特徴とする固体撮像装置。 In a solid-state imaging device in which a plurality of pixels each having a light receiving unit and a light collecting unit are arranged in an imaging region extending in the x-axis direction and the y-axis direction,
The imaging area is composed of a plurality of equal small areas,
While one of the light receiving portion or the light collecting portion of the pixel in each of the small areas is arranged at a first pitch,
The other of the light receiving portions or light collecting portions of the pixels in each of the small areas is a light receiving portion or light collecting portion arranged at the first pitch, and a second light receiving portion or a light collecting portion having the first pitch changed by a predetermined dimension. It consists of a specific light receiving unit or a specific light collecting unit arranged at a fixed number of random positions in a small area at a pitch of
When the exit pupil position is on the front of the solid-state imaging device, toward the periphery of the imaging area, whereas Ru shifted stepwise increased toward the center of the imaging region relative to the condensing unit is the light receiving portion In the case where the exit pupil position is located on the rear surface of the solid-state imaging device, the light-collecting unit is gradually shifted from the light-receiving unit in the direction of the peripheral part toward the peripheral part of the imaging region. Wherein one of the specific light-collecting unit and the specific light-receiving unit is provided in a fixed number for each of the predetermined number of pixels from a central portion to a peripheral portion of the imaging region. Imaging device. 上記撮像領域の中心部及び周辺部は、上記ｘ軸方向における中心部及び周辺部であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a central portion and a peripheral portion of the imaging region are a central portion and a peripheral portion in the x-axis direction. 3. 上記撮像領域の中心部及び周辺部は、上記ｙ軸方向における中心部及び周辺部であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a central portion and a peripheral portion of the imaging region are a central portion and a peripheral portion in the y-axis direction. 3. 上記第１のピッチの所定の寸法変更は、第１のピッチの所定の寸法縮小に相当することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。 4. The solid-state imaging device according to claim 1 , wherein the change in the predetermined dimension of the first pitch corresponds to a reduction in the predetermined dimension of the first pitch. 5. 上記第１のピッチの所定の寸法変更は、第１のピッチの所定の寸法拡大に相当することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。 4. The solid-state imaging device according to claim 1 , wherein the change in the predetermined dimension of the first pitch corresponds to an increase in the predetermined dimension of the first pitch. 5. 上記特定集光部の幅は、上記集光部の幅と上記所定寸法だけ異なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a width of the specific light collecting unit is different from a width of the light collecting unit by the predetermined dimension. 上記特定集光部とこれに隣接する上記集光部との間隔は、上記集光部間の間隔と上記所定寸法だけ異なることを特徴とする請求項１乃至５に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an interval between the specific light collecting unit and the adjacent light collecting unit is different from an interval between the light collecting units by the predetermined dimension. 上記画素は、上記受光部と上記集光部との間に中間層をさらに有し、
上記中間層は、上記第１のピッチで配列された中間層と、撮像領域中心部から周辺部にかけて、所定数の画素毎に一定数だけ上記第２のピッチで配設された特定中間層からなり、
上記撮像領域の周辺部にいくほど、上記中間層が上記受光部に対して段階的に大きくずれていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の固体撮像装置。The pixel may further have a middle-layer between the light receiving portion and the condensing portion,
The intermediate layer includes an intermediate layer arranged at the first pitch and a specific intermediate layer arranged at a second number from the center of the imaging region to a peripheral portion by a predetermined number for every predetermined number of pixels. Become
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 7, wherein the intermediate layer is gradually shifted with respect to the light receiving unit toward the periphery of the imaging region. 上記中間層はカラーフィルタ層を含むことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the intermediate layer includes a color filter layer. 上記特定集光部と上記特定中間層とが同一位置に配設されていることを特徴とする請求項８または９に記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the specific light-collecting unit and the specific intermediate layer are arranged at the same position. 請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
上記撮像領域を均等な画素数の小領域に分割し、上記各小領域内に、上記特定集光部または上記特定受光部をランダムな位置に一定数配設することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。It is a manufacturing method of the solid-state imaging device of Claim 1 , Comprising:
A solid-state imaging device, wherein the imaging area is divided into small areas having an equal number of pixels, and a fixed number of the specific light collecting sections or the specific light receiving sections are arranged at random positions in each of the small areas. Manufacturing method. 上記ランダムな位置は、乱数に基づいて決定することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method according to claim 11, wherein the random position is determined based on a random number .
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