JPH06140609A

JPH06140609A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH06140609A
Application number: JP4290599A
Authority: JP
Inventors: Isao Hirota; 功廣田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1994-05-20
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JP3551437B2

Abstract

(57)【要約】【目的】感度シェーディングや色ムラ・フリッカ等を
防止した固体撮像装置を提供する。【構成】受光部１１ａに対応する、オンチップレンズ
１６と色フィルタ１５と黒染色層１４をイメージャ部の
周辺領域へいくほど、イメージャ部の中心方向へずらし
ている。このため、感度シェーディングと色ムラ・フリ
ッカ等の発生を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ビデオカメラ等に用
いられる固体撮像装置（ＣＣＤ）に関し、更に詳しく、
シェーディングが補正された固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】最近、
固体撮像装置を用いたビデオカメラ等においては、カメ
ラ機体側の対物レンズは、オート・フォーカスの高速化
を追及した結果、インナー・フォーカスという方式のも
のが主流となり、射出瞳距離が著しく短くなってきてい
る。そのため、射出瞳距離は、従来１００ｍｍ程度あっ
たものが、３０ｍｍ弱、さらに将来の機器では十数ｍｍ
まで短くなる予定である。

【０００３】従来の固体撮像装置は、図３及び図４に示
すように、半導体基板１に受光部１ａを形成し、基板１
に設けた遮光膜２を各受光部１ａ上で開口させて受光部
１ａを露呈させ、さらに、各受光部１ａ上に位置するオ
ンチップレンズ３を一体的に設けた構成である。このよ
うな固体撮像装置を従来の射出瞳距離が長い（Ｌ₁）場
合に用いた例では、図３に示すように、イメージャ部の
中心から外れた周辺の受光部１ａにおいても、オンチッ
プレンズで集光された入射光が受光部１ａの露出面内に
収まっていた。しかし、上記したように、射出瞳距離が
縮むと、従来の固体撮像装置の構造では、イメージャ部
周辺の受光部１ａへの入射率が低下して感度シェーディ
ングとなる問題があった。これは、図４に示すように、
周辺にある受光部１ａ上のオンチップレンズ３は、斜め
からの入射光を直下の受光部１ａに集光させきれず、図
中斜線で示す部分の入射光が受光部１ａから外れて遮光
膜２上に入射してしまう、所謂ケラレが発生するためで
ある。このように、射出瞳距離が縮まれば、よりシェー
ディングが悪化する問題があった。この場合の１水平走
査期間（１Ｈ）におけるビデオ出力信号の波形図を示し
たものが、図５であり、受光部の周辺部でシェーディン
グが生じて感度が中央部より低下し、感度ムラが発生し
ていることがわかる。同図中、ａは信号量、ｂはシェー
ディング量を示しており、シェーディングは（ｂ／ａ）
×１００［％］で求められる。

【０００４】図６は、従来構造のある固体撮像装置で
の、シェーディングの射出瞳距離依存性を示したグラフ
である。このグラフから、射出瞳距離が３０ｍｍ以下に
なると、急激にシェーディングが悪化していることがわ
かる。また、こうした領域では、合わせズレに対して
も、敏感になってしまう問題が生じる。

【０００５】このような、問題点の対応策として、特開
平１−２１３０７９号公報記載の発明が知られている。

【０００６】この技術は、オンチップレンズ，平板マイ
クロレンズアレイなどのマイクロレンズアレイに、有効
画素中心を中心として、微小スケーリング（例えば、
０.９９９９倍）をかけることで、各受光部とそれに対
応する集光部（マイクロレンズ）との水平方向のズレ量
を中心から遠ざかるに従って大きくし、即ち、中心から
周辺方向へ遠ざかるに従って、集光部を対応する受光部
より中心方向へ漸次大きくずらすようにしたものであ
る。このようなシェーディング補正を行ったことによ
り、図７に示すように、周辺の受光部１ａ中心とオンチ
ップレンズ３中心が光軸に合うようになり、射出瞳によ
るセンタリングエラーが補正される。

【０００７】なお、上記したシェーディングの補正は、
図９（Ａ）に示すように、絞りａを通過した入射光が光
学系ｂを経て固体撮像装置ｃに入射する、通常の場合に
適用したものである。図９（Ｂ）は、このように固体撮
像装置ｃに入射した光の射出瞳を示している。

【０００８】ところで、用途によっては、図１０（Ａ）
に示すように、固体撮像装置ｃのイメージャ部周辺の受
光部に入る光の角度は、上記した通常の場合と逆になる
ことが知られている。この場合、図１０（Ｂ）に示すよ
うに、射出瞳が固体撮像装置ｃの後にあり、固体撮像装
置の後に絞りがあるような振舞となる。このため、上記
した通常の場合でオンチップレンズの瞳補正をおこなっ
たものは、このような用途で用いた場合、逆の補正とな
り、シェーディングは却って悪化する。

【０００９】さらに、上記したような集光部のみの補正
を行った場合、射出瞳によるセンタリングエラーが防止
できるが、受光部上方の色フィルタへの光入射にズレが
発生し、このため、図８に示すように、色フィルタ４の
側面から入射する光の成分が発生し、画面端で色信号が
おかしくなり、色ムラやフリッカ等の不具合が発生す
る。

【００１０】本発明は、このような従来の問題点に着目
して創案されたものであって、本発明の目的は、シェー
ディングを補正し感度ムラを低減すると共に、色ムラ等
の発生を防止する固体撮像装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本出願の請求項１記載の
発明は、基板上に入射光を受光する複数の受光部を有
し、該各受光部に対応して上記入射光を集光すべく形成
された複数の集光部を有し、該集光部がイメージャ部周
辺領域ほど上記受光部に対し水平方向に大なる間隔ずれ
た位置に配設されてなる固体撮像装置において、上記受
光部及び上記集光部との間に、上記集光部のずれ量より
少なるずれ量をもって上記受光部に対応する中間層が配
設されていることを、その解決手段としている。

【００１２】本出願の請求項２記載の発明は、上記集光
部及び上記中間層のずれ方向が、イメージャ部中心方向
であることを特徴としている。

【００１３】本出願の請求項３記載の発明は、上記集光
部及び上記中間層のずれ方向がイメージャ部周辺方向で
あることを特徴としている。

【００１４】本出願の請求項４記載の発明は、上記中間
層が上記受光部上に形成された色フィルタ層であること
を特徴としている。

【００１５】本出願の請求項５記載の発明は、上記中間
層が上記受光部に対応する垂直転送電極上に形成された
黒染色層であることを特徴としている。

【００１６】

【作用】本出願の請求項１，４及び５記載の発明におい
ては、受光部に対応する集光部が、イメージャ部周辺領
域へいくほど、水平方向のずれ量が大きく、受光部と集
光部の間の中間層は上記のずれ量より少なるずれ量で設
けられる。なお、中間層と受光部とのズレ量は、集光部
と同様、イメージャ部周辺領域へいくほど大きくなる。
請求項２記載の発明は、中間層が色フィルタ層であるた
め、集光部を通過した入射光が色フィルタ層の側面を通
ることが防止される。

【００１７】このため、画面端での色ムラやフリッカ等
の発明が防止される。また、請求項５記載の発明におい
ては、中間層が、受光部に対応する垂直転送電極上に形
成された黒染色層であるため、この黒染色層が集光部の
ズレに沿って、集光部のズレ量より少なるズレ量で配置
されるため、入射光の入射を妨げることがない。

【００１８】本出願の請求項２記載の発明は、集光部及
び中間層をイメージャ部中心に向けてずらすことによ
り、射出瞳がイメージャ部より前にある場合のシェーデ
ィング補正を可能にする。

【００１９】本出願の請求項３記載の発明は、集光部及
び中間層をイメージャ部周辺方向に向けてずらすことに
より、射出瞳がイメージャ部より後にある場合のシェー
ディング補正を可能にする。

【００２０】

【実施例】以下、本発明に係る固体撮像装置の詳細を図
面に示す実施例に基づいて説明する。

【００２１】本実施例の固体撮像装置は、図１に示すよ
うに、シリコンで成る半導体基板１１上に絶縁膜（図示
省略する）を介して垂直転送電極１２が形成され、この
垂直転送電極１２の上方を、Ａｌで成る遮光膜１３で覆
っている。そして、遮光膜１３上には、黒染色層１４が
パターニングされている。相隣接する垂直転送電極１２
を覆う遮光膜１３の開口により露出する位置の半導体基
板１１には、夫々受光部１１ａが形成されている。そし
て、受光部１１ａの上方には、色フィルタ層１５が配設
されており、さらに、色フィルタ層１５上には、オンチ
ップレンズ１６が一体的に形成されている。

【００２２】このような構成において、イメージャ部中
心から周辺の領域へいくほど、受光部に対応するオンチ
ップレンズ１６をイメージャ部中心方向へずらすズレ量
（ｄ ₁）を大きくしている。即ち、射出瞳からの入射光
がオンチップレンズ１６により集光されて、受光部１１
ａに確実に収まるように、以下に説明する２つの方法を
用いて補正することができる。

【００２３】第１の方法は、オンチップレンズアレイ全
体を、ある倍率（＜１）でかけて縮小させたフォトマス
ク（レチクル）を用いて形成することで、図２に示すよ
うに、受光部１１ａのピッチＣ₁より小さいピッチＣ₂の
オンチップレンズ１６が形成できる。また、第２の方法
は、ウェハプロセスで用いる縮小露光装置（ステッパ）
の縮小倍率を、通常の倍率（例えば１／５倍）より、さ
らに小さい倍率（例えば１／５.００１）に設定するこ
とで実現できる。

【００２４】また、シェーディング補正倍率を計算する
場合は、図２に示すＸ，Ｌ，Ｈ，ΔＸを用いて行うこと
ができる。なお、各変数は、次のように定義される。

【００２５】Ｘ:有効中心画素から有効総画素端までの距離（光学サ
イズで決まる）Ｌ:射出瞳距離Ｈ:受光部からマイクロレンズまでの高さ ΔＸ:有効総画素端での補正量このとき、マイクロレンズアレイ（オンチップレンズア
レイ）にかける補正倍率、並びに、有効総画素端での補
正量補正倍率:（Ｌ−Ｈ）／Ｌ有効総画素端補正量:ΔＸ＝Ｘ×Ｈ／Ｌ例えば、Ｘ＝２.４ｍｍ（at 1/3-inch Optical Format) Ｌ＝３０ｍｍ（近年、多く使われている対物レンズの射
出瞳距離）とすると、補正倍率＝０.９９９７倍有効総画素端補正量＝０.８μｍとなる。

【００２６】このとき、有効総画素端補正量が大きくな
ると、色フィルタの側面から入射する光の成分が発生
し、画面端で色信号がおかしくなり、色むら・フリッカ
等の不具合を発生する。この場合には、色フィルタのパ
ターンにも、マイクロレンズと同様に、補正をかける必
要が有る。その時の補正倍率は、受光面から色フィルタ
層までの高さが基準となって、計算される。色フィルタ
層に補正をかけるか、かけないかは、構造によってかわ
る。

【００２７】本実施例においては、図１に示すように、
中間層としての色フィルタ層１５にも、上記したシェー
ディング補正をかけて、イメージャ部中心方向へズレ量
（ｄ₂）でずらしている。このズレ量（ｄ₂）は、オンチ
ップレンズ１６のズレ量（ｄ₁）より小さい。なお、こ
のような補正をかけた後も、オンチップレンズのピッチ
Ｃ₂や色フィルタ層１５のピッチは一定であることは言
うまでもない。また、本実施例においては、他の中間層
である黒染色層１４についても、上記と同様の補正を行
って、図１に示すように、入射光の妨げになるのを未然
に回避している。

【００２８】なお、マイクロレンズアレイの縮小方法に
ついて２つの方法を例にあげたが、マイクロレンズのレ
ティクルのみ、１チップ埋め込みとすると、単純に全体
を縮小すればよいが、１レティクル内に多チップを埋め
込む場合それぞれに工夫が必要である。

【００２９】まず、第２の方法に対しては、レティクル
全体が縮小されるため、従来レティクルでは、各チップ
の中心がずれてしまう。そこで、マイクロレンズアレイ
の大きさは、そのままで、チップサイズを（１／補正倍
率）倍に拡大したレティクルを作成しておく。そして、
縮小露光装置にて、補正倍率だけ縮小すれば、各チップ
で有効中心が一致しながら、マイクロレンズアレイを縮
小する事ができる。これによって、多チップ埋め込みを
実現でき、生産性が向上する。しかし、装置のハードウ
ェアの改造が必要な場合などは、通常倍率の装置と、補
正倍率の装置とが分離し、混用ができなくなる。従っ
て、生産性が落ちる一因となる。

【００３０】次に、第１の方法に対しては、レティクル
上でのパターンが既に、マイクロレンズアレイの部分の
み、有効総画素中心とした縮小を成した形にしておく。
これにより、ウェハプロセス中で用いる縮小露光装置に
なんら変更を加えない為、生産性が従来並に維持でき
る。

【００３１】一方、１チップ埋め込みで対処する場合で
も、マイクロレンズアレイ以外のパターン（例えば、合
わせマーク・線幅管理マークやアライメントマークなど
の、ウェハプロセス管理マーク類）を縮小しては困る場
合も、上記同様、マイクロレンズアレイのみ、縮小し、
それ以外は、通常倍率になるような処理が必要である。

【００３２】以上、実施例について説明したが、本実施
例においては、オンチップレンズ１６の補正により、イ
メージャ部周辺の受光部１１ａで「ケラレ」が発生する
のを防止し、感度シェーディングの発生を防止できる。

【００３３】また、本実施例では、色フィルタ層１５に
も、上記補正を加えたため、入射光が色フィルタ層１５
の側面に入射するのを防止できる。これにより、画面端
で色信号がおかしくなり、色ムラ・フリッカ等の不具合
が発生するのを防止した。

【００３４】さらに、黒染色層１４にも補正を加えたた
め、入射光の入射を妨げることを防止できた。

【００３５】ところで、上記した実施例においては、集
光部（オンチップレンズ）と中間層（色フィルタ層，黒
染色層）をイメージャ部の中心の方向へずらしたが、図
１０（Ｂ）に示すように、射出瞳がイメージャ部より後
になるような用途に用いる場合は、これらを逆方向（周
辺方向）へずらす補正を行えばよい。

【００３６】以上、実施例について説明したが、本発明
は、これに限定されるものではなく、構成の要旨に付随
する各種の設計変更が可能である。

【００３７】

【発明の効果】本出願の請求項１，４及び５記載の発明
によれば、感度シェーディングの発生を防止すると共
に、色ムラ・フリッカ等発生を防止する効果がある。

【００３８】また、本出願の請求項２及び３記載の発明
によれば、射出瞳がイメージャ部の前又は後にある場合
の各用途の撮像を良好に行える効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の要部断面図。

【図２】本発明の実施例の断面説明図。

【図３】射出瞳距離が長い従来例の断面説明図。

【図４】射出瞳距離が短い従来例の断面説明図。

【図５】シェーディングの発生を示すビデオ出力信号の
波形図。

【図６】シェーディングの射出瞳距離依存性を示したグ
ラフ。

【図７】従来例の断面説明図。

【図８】従来例の断面説明図。

【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は固体撮像装置の前に射出瞳
がある場合のメカニズムを示す説明図。

【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は固体撮像装置の後に射出
瞳がある場合のメカニズムを示す説明図。

【符号の説明】

１１ａ…受光部１２…垂直転送電極１３…遮光膜１４…黒染色層１５…色フィルタ層１６…オンチップレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に入射光を受光する複数の受光部
を有し、該各受光部に対応して上記入射光を集光すべく
形成された複数の集光部を有し、該集光部がイメージャ
部周辺領域ほど上記受光部に対し水平方向に大なる間隔
ずれた位置に配設されてなる固体撮像装置において、上記受光部及び上記集光部との間に、上記集光部のずれ
量より少なるずれ量をもって上記受光部に対応する中間
層が配設されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】上記集光部及び上記中間層のずれ方向
が、イメージャ部中心方向である請求項１記載の固体撮
像装置。
【請求項３】上記集光部及び上記中間層のずれ方向が
イメージャ部周辺方向である請求項１記載の固体撮像装
置。
【請求項４】上記中間層が上記受光部上に形成された
色フィルタ層である請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】上記中間層が上記受光部に対応する垂直
転送電極上に形成された黒染色層である請求項１記載の
固体撮像装置。