JPH0964331A

JPH0964331A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH0964331A
Application number: JP7242326A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Isokawa; 俊彦磯川; Tetsuo Nomoto; 哲夫野本; Shigeru Hosogai; 茂細貝
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロレンズ付きのＣＭＤ固体撮像装置に
おいて、隣接画素間での集光率変化を抑制し、出力のば
らつきを低減する。【解決手段】隣接するＣＭＤ画素31ａ，31ｂのソース
領域32を囲むように形成されたゲート電極33ａ，33ｂを
斜め方向に延長して結合部34で結合し、該結合部と二層
目アルミニウム配線からなるゲートライン35ｂとを、一
層目アルミニウム配線からなるゲートバッファー層35ａ
を介して結合する。そしてゲートバッファー層35ａの一
端を両画素間に延長させて延長部35ａ′を形成し、各画
素の中心に対して一層目アルミニウム配線を左右対称に
して、各画素間のマイクロレンズ43による集光率の変化
を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、各受光画素上に
マイクロレンズを備えた固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＭＯＳ型受光、蓄積部を有する受
光素子からなる固体撮像装置は種々のものが知られてい
るが、そのうち、ＭＯＳ型受光、蓄積部を有し且つ内部
増幅機能を有する受光素子を用いた固体撮像装置があ
る。その一例として本件発明者等が提案したＣＭＤ（Ch
arge Modulation Device）を用いた固体撮像装置があ
り、特開昭６１−８４０５９号等でその内容について開
示がなされている。

【０００３】図５は、従来のＣＭＤ固体撮像装置の一画
素部分の断面構造を示す図である。図５において、１は
Ｐ^-型のＳi 基板で、この基板１上にはＮ^-型のエピタ
キシャル層からなるチャンネル層２が形成されている。
このチャンネル層２の表面には、Ｎ⁺型のソース領域３
及びＮ⁺型のドレイン領域４が形成されている。また前
記チャンネル層２上には、環状のゲート電極５を前記ソ
ース，ドレイン領域３，４間の領域上に位置するように
内部に埋設した保護膜６が形成されている。なお、前記
ゲート電極５とチャンネル層２間の保護膜６ａはゲート
絶縁膜として機能する。

【０００４】次に、このような構成の固体撮像装置の受
光動作について説明する。まず、光７がゲート電極上部
より入射すると、入射光７は保護膜６，ゲート電極５，
ゲート絶縁膜６ａを通ってチャンネル層２に入り、そこ
で正孔−電子対を発生させる。そのうち光発生正孔が、
逆バイアスが印加されているゲート電極５直下のゲート
絶縁膜６ａとチャンネル層２の界面に蓄積され、その結
果、チャンネル層２の表面電位が上昇する。それによ
り、ソース領域３とドレイン領域４間に存在する電子に
対する電位障壁が低下し、チャンネル層２中を電子電流
が流れる。そして、この電流を読み取ることにより増幅
された光信号が得られるようになっている。

【０００５】一方、ＣＣＤ等の撮像装置において、樹脂
を用いて撮像素子にマイクロレンズアレイを集積して形
成し、開口率を向上させる技術が実用化されている。例
えば特開平１−３０９３７０号公報には、図６に示すよ
うな構成のものが開示されている。図において11はＰ型
のＳi 基板であり、この基板11の表面には、多数の光電
変換素子のＮ⁺型ホトダイオード領域12，Ｎ型の埋め込
みチャンネル13及びＰ⁺型のチャンネルストッパ14がも
うけられている。また前記基板11上には、前記ホトダイ
オード領域12に対応する部分以外に複数の転送電極15が
埋め込まれた層間絶縁膜16が形成されている。前記転送
電極15に対応する層間絶縁膜16上にはアルミニウムから
なる遮光膜17が配置されている。これらの遮光膜17を含
む前記層間絶縁膜16上には、平坦で透明な第１中間層18
ａ，第２中間層18ｂ，第３中間層18ｃ，第４中間層18ｄ
が順次形成されている。

【０００６】そして、前記第１中間層18ａと第２中間層
18ｂには、マゼンダ染色層19が前記ホトダイオード領域
12に対応して選択的に形成されている。前記第２中間層
18ｂと第３中間層18ｃ間には、シアン染色層20が前記ホ
トダイオード領域12に対応して選択的に形成されてい
る。前記第３中間層18ｃと第４中間層18ｄ間には、イエ
ロー染色層21が前記ホトダイオード領域12に対応して選
択的に形成されている。前記第４中間層18ｄ上には透明
感光性樹脂層22が前記ホトダイオード領域12に対して選
択的に形成されている。前記透明感光性樹脂層22を含む
第４中間層18ｄ上には、透明な保護膜23が形成されてい
る。なお、前記透明感光性樹脂22及びこれを被覆する保
護膜23により、凸レンズが形成されている。前記第１〜
第４中間層18ａ〜18ｄ及び保護膜23はＰＧＭＡで形成さ
れ、透明感光性樹脂層22はゼラチンにより形成されてい
る。

【０００７】このように構成された撮像素子において、
前記第１〜第４中間層18ａ〜18ｄ及び保護膜23の屈折率
は1.5 程度であり、各染色層19〜21の屈折率とほぼ同じ
く、入射光が凸レンズに対して垂直に入射されると仮定
した場合、図７に示すように、中間層（保護膜を含む）
18の厚さをｔ₁，凸レンズの厚さをｔ₂としたとき、次
式を満足すると開口率は100 ％近くになる。ｔ₁＝ｎ₁／（ｎ₁−ｎ₀）・（ｐ²＋ｔ₂ ²）／２ｔ
₂−ｔ₂ ここでｎ₀，ｎ₁は、それぞれ空気、中間層の屈折率、
ｐは水平方向セルピッチの１／２である。

【０００８】すなわち、ピッチｐに対して、上式による
厚さｔ₁を有するマイクロレンズを受光部上に形成する
ことにより、入射光束はほぼ受光部表面上の一点に絞り
込むことが可能になる。そして、この焦点を受光領域内
に位置させることにより、約80％以上の高開口率が達成
される。

【０００９】次に、ＣＭＤ固体撮像装置にマイクロレン
ズを形成した構成（特開昭６３−２６１７４４号公報参
照）について説明する。ＣＭＤ固体撮像装置の具体的な
平面構成図を図８に示す。図において、31ａ，31ｂは水
平方向に配列された画素であり、隣接するＣＭＤ受光素
子からなる。また、32はソース領域、33ａ，33ｂは前記
画素31ａ，31ｂのソース領域32を囲むように形成された
多結晶シリコンからなるゲート電極である。これらのゲ
ート電極33ａ，33ｂの延長部33ａ′，33ｂ′は、それぞ
れ斜め方向に延長されて、ゲート電極結合部34が形成さ
れている。35ｂは二層目のアルミニウム配線からなるゲ
ートラインで、前記画素31ａ，31ｂの列間に沿って、前
記ゲート電極結合部34上を通るように配置されている。
前記ゲートライン35ｂは、二つのゲートコンタクト36
ａ，36ｂと一層目のアルミニウム配線からなるゲートバ
ッファー層35ａを介して前記ゲート電極結合部34に接合
されている。

【００１０】また、37は拡散層領域で形成されているド
レイン領域を示し、各画素間の分離領域を構成してい
る。39は一層目のアルミニウム配線よりなるソースライ
ンを示し、垂直に配列された各画素の各ソース領域32上
を通るように配置されている。前記ソースライン39は、
各画素のソース領域32とソースコンタクト40を介して接
続されている。41は一層目のアルミニウム配線よりなる
ドレインラインを示し、前記ゲート電極結合部34の配置
されていない画素間において垂直方向に配置されてい
る。前記ドレインライン41は、前記ドレイン領域37とド
レインコンタクト42を介して接続されている。

【００１１】図９は、図８に示した平面構造のＣＭＤ固
体撮像装置にマイクロレンズ群を形成した場合の平面図
であり、43がマイクロレンズである。この場合マイクロ
レンズの形状は、例えば正方形状になっている。またマ
イクロレンズ群の焦点は、ソースコンタクト40の右下の
ゲート電極33ａ，33ｂの中央部のｙ点に位置しているこ
とが望ましい。これは、半導体表面上に形成された遮光
作用を有する前記ゲートライン35ｂ及び前記ソースライ
ン39より、マイクロレンズ43の焦点ｙ及び光軸を遠ざけ
ることにより、マイクロレンズ43の集光作用を低下させ
ないという理由による。

【００１２】図10は図９のＡ−Ａ′線に沿った断面図で
ある。図10において、39は一層目のアルミニウム配線よ
りなるソースライン、33ａ，33ｂはＣＭＤ画素31ａ，31
ｂのゲート電極、41は一層目のアルミニウム配線よりな
るドレインライン、43はマイクロレンズである。また45
はマイクロレンズ43の最外周に入射した光の軌跡を示し
ている。マイクロレンズ43で集光された光の内、ソース
ライン39及びドレインライン41により若干遮光される
が、それ以外の成分がゲート電極に入射することにな
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記図８に示したＣＭ
Ｄ固体撮像装置において、図９に示すようにマイクロレ
ンズを形成した場合、図10より分かるように、ＣＭＤ画
素を構成する配線群が前記ドレインライン41の影響で画
素中心に対して左右非対称のため、光経路の一部が隣接
画素間で異なり、ゲート電極33ｂを有する画素31ｂにお
いては、光経路の一部がドレインライン41に接触してし
まう。その結果、隣接画素間でマイクロレンズによる集
光率に差が生じ、出力ばらつきが発生するという欠点が
ある。特に光学系のＦナンバーが小さくなることによ
り、図には示さないが、ＣＭＤ画素上での焦点の位置
は、マイクロレンズ群の周辺では中央部と異なり、より
ドレインライン41部分の有無による影響を受けやすく、
非対称性が出力差となって顕著に現れるという問題が発
生する。

【００１４】本発明は、従来のマイクロレンズを設けた
固体撮像装置における上記問題点を解消するためになさ
れたもので、隣接画素間でのマイクロレンズによる集光
率差を抑制できるようにした固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１記載の発明は、内部増幅型機能を有するＣ
ＭＤ受光素子を光電変換素子として用いた受光画素を半
導体基板上にマトリクス状に配置して画素アレイを構成
すると共に、前記各受光画素に対する少なくとも一層目
アルミニウム配線部分の上部に前記各受光画素に対応し
て選択的にマイクロレンズを設けてなる固体撮像装置に
おいて、前記各受光画素に対する前記一層目アルミニウ
ム配線部分は、該各受光画素中心に対して左右対称性を
備えるように構成するものである。また請求項２記載の
発明は、請求項１記載の固体撮像装置における一層目ア
ルミニウム配線部分は、その一部を変形して各画素の中
心に対して左右対称性をもたせるものであり、また請求
項３記載の発明は、請求項１記載の固体撮像装置におけ
る一層目アルミニウム配線部分は、その一部をシリサイ
ド構造とし各画素の中心に対して左右対称性をもたせる
ものである。

【００１６】このように構成することにより、マイクロ
レンズ付きのＣＭＤ固体撮像装置において、隣接画素間
でのマイクロレンズによる集光率の変化を容易に抑制す
ることができ、出力のばらつきを低減させることが可能
となる。

【００１７】

【発明の実施の形態及び実施例】次に実施例について説
明する。図１は、本発明に係る固体撮像装置の第１実施
例の２画素分を示す平面図で、図２は、図１のＡ−Ａ′
線に沿った断面を示す断面図であり、図８，図９及び図
10に示した従来例と同一又は対応する構成要素には同一
符号を付して示している。

【００１８】図８，図９及び図10に示した従来例におけ
るゲートバッファー層35ａは、一層目のアルミニウムか
らなる配線で形成されており、二層目のアルミニウム配
線からなるゲートライン35ｂとゲート電極結合部34を接
合させるために設けているものであり、製造工程は一層
目のアルミニウム配線よりなるソースライン39及びドレ
インライン41と同じ工程で形成される。したがって、素
子断面での高さは全く同じになる。

【００１９】本実施例においては、このゲートバッファ
ー層35ａの一端を、両画素31ａ，31ｂのゲート電極33
ａ，33ｂ間に延長させて、延長部35ａ′を形成し、図２
に示すように、画素31ａに対してはマイクロレンズ43に
よる集光動作に対しては、あたかも画素31ａ，31ｂ間に
ドレインライン41が存在するかのように、ゲートバッフ
ァー層35ａの延長部35ａ′を機能させ、画素間の出力差
を極く小さくするものである。

【００２０】なお、図１に示すように、ゲートバッファ
ー層35ａの延長部35ａ′の他端と隣接するゲートバッフ
ァー層35ａとの間には、間隙部ｔを形成して離間させる
必要があるが、画素の中心に対する一層目のアルミニウ
ム配線の左右対称性をより向上させるためには、この間
隙部ｔは加工上可能な限り狭くするのが好ましく、これ
により画素間の出力のばらつきを一層低減することがで
きる。

【００２１】次に、第２実施例について説明する。図３
は第２実施例の２画素分を示す平面図で、図４は図３の
Ａ−Ａ′線に沿った断面を示す図であり、図１及び図２
に示した第１実施例と同一又は対応する構成要素には同
一符号を付して示している。この実施例は、ドレインラ
イン41′を高融点金属を用いてシリサイド化した所謂シ
リサイド構造で形成するものである。このドレインライ
ン41′を構成するシリサイド構造には、ドレイン領域と
配線の２つの機能を兼ね備えさせることができ、一層目
のアルミニウム配線によるドレインラインは形成する必
要がなくなり、各画素31ａ，31ｂの中心に対して一層目
のアルミニウム配線の配置を完全に左右対称にすること
ができる。これにより、ドレインラインに起因するマイ
クロレンズ集光後の隣接画素間の出力ばらつきを防止す
ることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、ＣＭＤ画素を構成する配線群のうち一
層目のアルミニウム配線の形状を一部変形したり、ある
いは一層目のアルミニウム配線の一部をシリサイド構造
として、各ＣＭＤ画素の中心に対して一層目のアルミニ
ウム配線部分に左右対称性をもたせたので、隣接画素間
でのマイクロレンズによる集光率変化を容易に抑制し、
出力のばらつきを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１実施例の２画
素部分を示す平面構造図である。

【図２】図１のＡ−Ａ′線に沿った断面構造を示す図で
ある。

【図３】本発明の第２実施例の２画素部分を示す平面構
造図である。

【図４】図３のＡ−Ａ′線に沿った断面構造を示す図で
ある。

【図５】従来のＣＭＤ固体撮像装置の１画素部分の断面
構造を示す図である。

【図６】従来の撮像素子上にマイクロレンズアレイを備
えた固体撮像装置の構成例を示す断面図である。

【図７】図６に示した固体撮像装置における入射光路を
示す説明図である。

【図８】従来のＣＭＤ固体撮像装置の２画素部分を示す
平面構造図である。

【図９】図８に示したＣＭＤ固体撮像装置にマイクロレ
ンズを設けた構成を示す平面構造図である。

【図10】図９のＡ−Ａ′線に沿った断面構造を示す図で
ある。

【符号の説明】

31ａ，31ｂＣＭＤ画素 32 ソース領域 33ａ，33ｂゲート電極 33ａ′，33ｂ′ ゲート電極延長部 34 ゲート電極結合部 35ａゲートバッファー層 35ｂゲートライン 36ａ，36ｂゲートコンタクト 37 ドレイン領域 39 ソースライン 40 ソースコンタクト 41 ドレインライン 41′ シリサイド構造ドレインライン 42 ドレインコンタクト 43 マイクロレンズ 45 入射光の軌跡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部増幅型機能を有するＣＭＤ受光素子
を光電変換素子として用いた受光画素を半導体基板上に
マトリクス状に配置して画素アレイを構成すると共に、
前記各受光画素に対する少なくとも一層目アルミニウム
配線部分の上部に、前記各受光画素に対応して選択的に
マイクロレンズを設けてなる固体撮像装置において、前
記各受光画素に対する前記一層目アルミニウム配線部分
は、該各受光画素中心に対して左右対称性を備えている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】前記一層目アルミニウム配線部分は、そ
の一部が変形されて前記各画素中心に対して左右対称性
を備えていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像
装置。
【請求項３】前記一層目アルミニウム配線部分は、そ
の一部がシリサイド化されて前記各画素中心に対して左
右対称性を備えていることを特徴とする請求項１記載の
固体撮像装置。