專利名稱：固體攝像裝置及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像裝置及其設(shè)計(jì)方法，例如涉及帶攝像機(jī)的便攜式 電話機(jī)等中搭載的、CCD (電荷耦合器件Charged Coupled Device) 型或CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體Complementary Metal Oxide Semiconductor)型的圖像傳感器(image sensor)。
背景技術(shù)：
以往，例如在帶攝像機(jī)的便攜式電話機(jī)中，作為固體攝像裝置，廣泛 使用CCD型或CMOS型的圖像傳感器。在這些圖像傳感器中，為了提高 光檢測(cè)效率，對(duì)于每個(gè)像素，在光電二極管的光入射面?zhèn)仍O(shè)有聚光性的微 透鏡。
通常，從攝像機(jī)透鏡(攝像光學(xué)系統(tǒng))出射并向各像素的光電二極管 入射的光的角度，在圖像區(qū)域的中央部與周邊部不同。因此，隨著像高增 大，即伴隨著從圖像區(qū)域的中央部向周邊部遠(yuǎn)離，將微透鏡的位置從光電 二極管的中心位置沿圖像區(qū)域的中央部方向逐漸錯(cuò)開(kāi)而進(jìn)行布置。由此， 謀求各像素上的光感度(聚光效率)的均勻化。
例如，在具有遵循近軸光線近似的透鏡特性的攝像機(jī)透鏡的情況下， 布置微透鏡(微透鏡的排列間距一定)，以使微透鏡的排列間距比光電二極 管的排列間距小得相同，隨著像高增大，微透鏡與光電二極管的位置的偏 移量逐漸增大。即，對(duì)圖像區(qū)域的周邊部的光電二極管，光傾斜入射。因 此，從圖像區(qū)域的中央部至周邊部，從圖像區(qū)域的中央部至周邊部，沿圖 像區(qū)域的中央部方向，使微透鏡相對(duì)于光電二極管的位置一點(diǎn)點(diǎn)偏移。像
5這樣，通過(guò)布置各像素，可以改善圖像區(qū)域的周邊部的光電二極管上的聚 光效率。由此，能夠校正圖像區(qū)域的周邊部上的陰影，結(jié)果，在圖像區(qū)域 的幾乎整個(gè)區(qū)域上，可以確保相同程度的聚光效率。
另外，作為類(lèi)似的技術(shù)，還進(jìn)行了以下嘗試，即使微透鏡的排列間 距比光電二極管的排列間距小，并使圖像區(qū)域的周邊部上的微透鏡的位置 各自從光電二極管的中心位置沿圖像區(qū)域的中央部方向錯(cuò)開(kāi)，從而減輕陰
影(參照例如日本專利No.2600250)。
另一方面，關(guān)于透鏡特性不遵循近軸光線近似的攝像機(jī)透鏡的情況， 存在如下方案。
例如，在來(lái)自攝像光學(xué)系統(tǒng)的最終面的主光線的出射角隨著像高距離 光軸的增加而不一律單調(diào)增加的攝像機(jī)透鏡的情況下，在從圖像區(qū)域的中 央部到周邊部的規(guī)定位置為止的至少一部分區(qū)域中，縮小微透鏡的排列間 距，在超過(guò)規(guī)定位置的周邊部的至少一部分區(qū)域中，使微透鏡的排列間距 比上述排列間距大，從而可以進(jìn)行陰影(shading)校正。(參照例如日本 專利公開(kāi)No.2004 —228645)。
例如，在來(lái)自攝像光學(xué)系統(tǒng)的最終面的主光線的出射角以從光軸至某 像高為止增加、若超過(guò)該像高則減小的方式變化的攝像機(jī)透鏡的情況下， 在攝像機(jī)透鏡的出射光瞳位置的絕對(duì)值較大的區(qū)域，縮小微透鏡的排列間 距，在出射光瞳位置的絕對(duì)值較小的區(qū)域，增大微透鏡的排列間距，從而 在圖像區(qū)域的整個(gè)區(qū)域中，確保相同程度的聚光效率(參照例如日本專利 公開(kāi)No.2006—237150)。
但是，在最近的圖像傳感器中，隨著像素的精細(xì)化，包括柵極電極在 內(nèi)的布線的布置日益困難，由于布線而遮擋入射光的一部分、損失對(duì)于光 電二極管的入射光的情況日益無(wú)法避免。例如，在像素間距(光電二極管 的排列間距)為1.4 um的圖像傳感器的情況下，若在光電二極管之間配 置具有0.2um的布線寬度的1根布線，則由于(1.411111一0.211111)+2 = 0.6um，布線與各光電二極管之間的距離成為0.6ym。來(lái)自紅色的被攝 物的反射光的波長(zhǎng)大致從600nm至700nm。因此，如果考慮波動(dòng)光學(xué)效 果，則需要以入射光的一部分由于布線而損失為前提，設(shè)計(jì)像素間距小的 圖像傳感器?？傊S著像素精細(xì)化，布線的布置變得困難，則由于布線的布置， 像素的布置相對(duì)于光電二極管的中心，在左右或上下變得不對(duì)稱(像素的 布置在圖像區(qū)域內(nèi)是一樣的)。例如，在各像素中，設(shè)柵極電極配置在光電 二極管的右側(cè)。這樣，柵極電極設(shè)置為各自部分覆蓋光電二極管的右側(cè)。 因此，與圖像區(qū)域的右方向的周邊部相比，在左方向的周邊部的像素中， 由于柵極電極，結(jié)果較多的入射光被遮擋。SP，在圖像區(qū)域的左方向的周 邊部與右方向的周邊部中，入射光所入射的方向不同，因此左方向的周邊 部的像素被柵極電極遮擋的入射光的損失較多。也可以考慮在光電二極管 的左側(cè)也設(shè)置柵極電極(偽布線)，同樣覆蓋光電二極管的左側(cè)，從而使柵 極電極對(duì)入射光的遮擋均等，但這不適于精細(xì)化。因此，在由于像素的精 細(xì)化而布線的邊距的確保日益嚴(yán)峻的圖像傳感器中，如果不考慮布線的布 置來(lái)控制微透鏡相對(duì)于光電二極管的偏移量，則存在圖像區(qū)域的整個(gè)區(qū)域 中難以提高聚光效率的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方式所涉及的固體攝像裝置具備多個(gè)受光部，在半導(dǎo) 體基板上的圖像區(qū)域內(nèi)以相同間距配置，入射來(lái)自攝像光學(xué)系統(tǒng)的出射光； 多個(gè)聚光用透鏡，分別配置在上述多個(gè)受光部的上部；以及多個(gè)遮光部， 分別設(shè)在上述多個(gè)受光部的一端；上述多個(gè)聚光用透鏡在上述圖像區(qū)域的 第一方向的周邊部以第一間距配置，在與上述第一方向相對(duì)的第二方向的 周邊部以比上述第一間距小的第二間距配置。
本發(fā)明的第二方式所涉及的、第一方式的固體攝像裝置的設(shè)計(jì)方法包 括分別計(jì)算經(jīng)由上述多個(gè)聚光用透鏡、入射來(lái)自上述攝像光學(xué)系統(tǒng)的射 出光的上述多個(gè)受光部的光感度，并根據(jù)該計(jì)算結(jié)果，計(jì)算各像高上上述 多個(gè)聚光用透鏡的、相對(duì)于上述圖像區(qū)域的中央部方向的、距離上述多個(gè) 受光部的中心的偏移量的最佳值，并按照該偏移量的最佳值，對(duì)上述多個(gè) 聚光用透鏡的布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的第三方式所涉及的、第一方式的固體攝像裝置的設(shè)計(jì)方法包 括決定上述多個(gè)受光部的布置；得到上述攝像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡特性；對(duì) 于各像高，計(jì)算相對(duì)于上述多個(gè)聚光用透鏡的偏移量的光感度依賴性；根
7據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，計(jì)算對(duì)于各像高的、上述多個(gè)聚光用透鏡的偏移量的最
佳值；按照上述偏移量的最佳值來(lái)制作等高線圖；以及根據(jù)上述等高線圖， 對(duì)上述多個(gè)聚光用透鏡的布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。


圖1A及圖IB表示按照本發(fā)明的第一實(shí)施方式的、固體攝像裝置 (CMOS型圖像傳感器)的結(jié)構(gòu)例，圖1A是俯視圖，圖1B是沿著IB—IB
線的剖面圖。
圖2是為了說(shuō)明在圖1A及圖1B所示的CMOS型圖像傳感器中、各 像高上的光電二極管與微透鏡的排列間距而表示的圖。
圖3A及圖3B表示圖1A及圖1B所示的CMOS型圖像傳感器的應(yīng)用 例，圖3A是表示攝像機(jī)模塊的基本構(gòu)造的剖面圖，圖3B是表示CMOS 型圖像傳感器與攝像機(jī)透鏡之間的關(guān)系的側(cè)視圖。
圖4A至圖4C表示圖1A及圖IB所示的CMOS型圖像傳感器中的像 素的結(jié)構(gòu)例，圖4A是俯視圖，圖4B是沿著IVB—IVB線的剖面圖，圖4C 是沿著IVC—IVC線的剖面圖。
圖5是對(duì)于圖像區(qū)域的左右端部的像素，比較地表示微透鏡的偏移量 與光感度依賴性之間的關(guān)系的圖。
圖6是用于說(shuō)明在設(shè)計(jì)圖1A及圖1B所示的CM0S型圖像傳感器時(shí)、 將微透鏡的偏移量設(shè)定為最佳值的方法而示出的流程圖。
圖7是用于說(shuō)明圖6所示的、將微透鏡的偏移量設(shè)定為最佳值的方法 而示出的圖。
圖8A及圖8B是用于說(shuō)明圖6所示的、將微透鏡的偏移量設(shè)定為最佳 值的方法而示出的圖。
圖9A至圖9B是為了對(duì)比而示出的、以往的CMOS型圖像傳感器的 結(jié)構(gòu)圖。
圖10是為了對(duì)比，用于說(shuō)明以往的CMOS型圖像傳感器中的、光電 二極管及微透鏡的排列間距而示出的圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。需要注意的是，附圖僅是示意性 的，并不按照比例。下列實(shí)施方式基于實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案的裝置和方 法，該技術(shù)方案并不限定本發(fā)明的材料、形狀、結(jié)構(gòu)或組成構(gòu)造。在不脫 離本申請(qǐng)發(fā)明的范圍的條件下，可以對(duì)該技術(shù)方案進(jìn)行各種變化和變形。 (第一實(shí)施方式)
圖1A及圖1B表示按照本發(fā)明的第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的基本 結(jié)構(gòu)。在此，以帶攝像機(jī)的便攜式電話機(jī)等所搭載的CMOS型的區(qū)域傳感 器(CMOS型圖像傳感器)為例進(jìn)行說(shuō)明。例如是以下情況的例子對(duì)于 透鏡特性遵循近軸光線近似的攝像機(jī)透鏡(攝像光學(xué)系統(tǒng))的使用，根據(jù) 圖像區(qū)域內(nèi)的像素的位置(像高)來(lái)改變微透鏡(聚光用透鏡)的縮放量 (以下為偏移量)，以使無(wú)論在圖像區(qū)域內(nèi)的哪個(gè)區(qū)域的像素，都能夠?qū)?攝像機(jī)透鏡的最終面出射的光有效地入射至光電二極管(受光部)。特別說(shuō) 明為了防止圖像區(qū)域的周邊部的聚光效率的下降、謀求陰影特性的改善(減 輕)的情況。其中，本實(shí)施方式是以下情況的例子(像素間距一定)通過(guò) 使微透鏡的排列間距在圖像區(qū)域的左/右方向(X方向)的周邊部不同，從
而能夠解決以下問(wèn)題，即在左右的周邊部的某一方的像素中，無(wú)法將微
透鏡的偏移量設(shè)定為最佳值。其中，圖1A是圖像傳感器10中設(shè)置的圖像 區(qū)域lla的俯視圖，圖1B是沿著圖1A的IB—IB線的剖面圖。
如圖1A及圖1B所示，在半導(dǎo)體基板ll的表面部，形成有圖像區(qū)域 lla。在上述圖像區(qū)域lla內(nèi)，以二維狀配置有多個(gè)光電二極管(PD) 13。 在本實(shí)施方式的情況，上述多個(gè)光電二極管13各自排列間距p相同 (P12=P23=P34=P45)。
在上述半導(dǎo)體基板11的表面部上，設(shè)置了具有均勻的厚度的透光膜 15。在該透光膜15內(nèi)，設(shè)有包括用于驅(qū)動(dòng)上述各光電二極管13的柵極電 極在內(nèi)的多條布線17。多條布線17還作為遮光膜工作。多條布線17例 如設(shè)置為接近上述光電二極管13，分別配置為柵極電極僅部分地與上述光 電二極管13的右側(cè)重疊。即，多條布線17分別在光電二極管13的左側(cè) 與右側(cè)，對(duì)于光電二極管13的布置不同。
另一方面，在上述透光膜15的表面部上，與各自的光電二極管13相 對(duì)應(yīng)地設(shè)有聚光性的微透鏡(ML) 19。在本實(shí)施方式的情況下，上述微透
9鏡19的排列間距L在圖像區(qū)域lla內(nèi)不是一樣的，例如，在圖像區(qū)域lla 的右方向的周邊部，排列間距L小，而在左方向的周邊部，排列間距L大 (L12=L23>L34=L45)。另夕卜，微透鏡19的排列間距L比光電二極管13 的排列間距P小(L12=L23〉L34=L45<P12=P23=P34=P45)。
另外，在實(shí)際的CMOS型圖像傳感器中，在圖像區(qū)域內(nèi)布置了更多的 像素。
圖2表示各像高的、光電二極管與微透鏡的排列間距的關(guān)系。 在本實(shí)施方式的情況下，無(wú)論是怎樣的像高，光電二極管13的排列間 距P都保持一定(例如，3.30um)。與此相對(duì)，微透鏡19的排列間距L 設(shè)定為在圖像區(qū)域lla的左方向的周邊部與右方向的周邊部是不同的值。 例如，在左方向的周邊部，排列間距L (LL)為3.28um，而在右方向的 周邊部，排列間距L (LR)為3.26um。
像這樣，在微透鏡19的右方向的周邊部上的排列間距LR比左方向的 周邊部上的排列間距LL小的情況(LR<LL)下，對(duì)于各像高，圖像區(qū)域 lla的右方向的周邊部，比起左方向的周邊部的像素，向圖像區(qū)域lla的 中央部方向的、上述微透鏡19相對(duì)于上述光電二極管13的中心位置的偏 移量A較大。
例如圖1B所示，如果設(shè)多個(gè)光電二極管13之中、位于圖像區(qū)域lla 的中央部的光電二極管PD3為與攝像機(jī)透鏡(未圖示)的中心位置對(duì)應(yīng)的 光電二極管，則圖像區(qū)域lla的左方向的周邊部的、微透鏡ML1相對(duì)于光 電二極管PD1的中心位置的偏移量A為Aa。與此對(duì)應(yīng)，圖像區(qū)域lla的 右方向的周邊部的、微透鏡ML5相對(duì)于光電二極管PD5的中心位置的偏 移量A為比Aa大的Ae ( Ae>Aa>0)。另外，圖像區(qū)域lla的左方向的 周邊部的、微透鏡ML2相對(duì)于光電二極管PD2的中心位置的偏移量A為
△ b，與此對(duì)應(yīng)，圖像區(qū)域lla的右方向的周邊部的、微透鏡ML4相對(duì)于 光電二極管PD4的中心位置的偏移量A為比△ b大的△ d ( △ d> A b>0)。 其中，微透鏡ML3相對(duì)于光電二極管PD3的中心位置的偏移量A為Ac，
△ c=0。
在此，對(duì)于各像素，布線17相對(duì)于光電二極管13的布置不是左右對(duì) 稱(各向同性)的情況下，例如如上所述，在柵極電極僅部分與光電二極管13的右側(cè)重疊的情況下，圖像區(qū)域lla的左右的周邊部上的微透鏡19 的偏移量(偏差量)A的最佳值不同。即，根據(jù)從光電二極管13的中心到 相鄰的左右的布線17為止的距離的遠(yuǎn)近，在圖像區(qū)域lla的左方向的周邊 部的像素與右方向的周邊部的像素，相對(duì)于入射光的入射方向的角度不同。 因此，在圖像區(qū)域lla的左右的周邊部，分別獨(dú)立地設(shè)定微透鏡19的排列 間距L，從而可以抑制各像素中、入射光的一部分被布線17遮擋的現(xiàn)象的 產(chǎn)生，提高全部光電二極管13的入射光的聚光效率。即，根據(jù)各像高，分 別設(shè)定左右的周邊部上的微透鏡19的偏移量A的最佳值，以使相對(duì)于入射 光的入射方向的、光電二極管13的光感度成為最大，從而可以在圖像區(qū)域 lla的幾乎整個(gè)區(qū)域，確保相同程度的聚光效率。
另外，在上述圖像區(qū)域lla的左右的周邊部的各像素，雖然各個(gè)微透 鏡19的偏移量A的最佳值在左右的周邊部的各像素上的偏移量A不同，但 隨著像高增大，越靠端部的像素越大(Aa〉A(chǔ)b， Ae>Ad，而且Ae〉A(chǔ) a)。
圖3A及圖3B表示圖1A及圖1B所示的CM0S型圖像傳感器的應(yīng)用例。
圖3A是在攝像機(jī)模塊中搭載了 CMOS型圖像傳感器10的情況的例 子。例如，在CMOS型圖像傳感器10的上方，配置有IR截濾波器20和 攝像機(jī)透鏡21。 IR截濾波器20及攝像機(jī)透鏡21都通過(guò)透鏡支持器22 固定至攝像機(jī)模塊的傳感器搭載部23。
圖3B表示上述結(jié)構(gòu)的攝像機(jī)模塊中的、CMOS型圖像傳感器10與攝 像機(jī)透鏡21之間的關(guān)系。即，從攝像機(jī)透鏡21的最終面出射的光，按照 對(duì)應(yīng)于像素的位置的主光線入射角，分別入射至CMOS型圖像傳感器10 上的光電二極管13，在此，以對(duì)應(yīng)于主光線入射角的像高成像。
在此，所謂"主光線"，是指在某點(diǎn)(像素)成像的光束的中心的光線; 所謂"像高"，是指從成像面上的光軸到某電的距離。其中，將在某點(diǎn)成像 的、光束的中心的光線(主光線)以外的光線稱為"上下光線"。
圖4A至圖4C表示上述CMOS型圖像傳感器10中的、像素31的結(jié) 構(gòu)例。其中，圖4A是取出1個(gè)像素31來(lái)表示的俯視圖，圖4B是沿著圖 4A的IVB—IVB線的剖面圖，圖4C是沿著圖4A的IVC—IVC線的剖面圖。
大致成矩形的像素31包括光電二極管13、布線17以及微透鏡19等。 即，第二導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域31a離開(kāi)半導(dǎo)體基板(例如第一導(dǎo)電型) ll的表面，設(shè)置在基板ll的內(nèi)部。絕緣膜31b設(shè)置在基板11的表面上。 導(dǎo)電體31c設(shè)置在絕緣膜31b之上。導(dǎo)電體31c以凸部31d覆蓋第一半 導(dǎo)體區(qū)域31a的一部分的方式，設(shè)置在上述第一半導(dǎo)體區(qū)域31a的右側(cè)的 上方。第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)域(表面屏蔽層)31e設(shè)置在基板11的 表面部。本例的情況下，第三半導(dǎo)體區(qū)域31e隔著半導(dǎo)體基板11，設(shè)置在 第一半導(dǎo)體區(qū)域31a的上方。另外，第三半導(dǎo)體區(qū)域31e與第一半導(dǎo)體區(qū) 域31a的側(cè)面相接。進(jìn)而，第三半導(dǎo)體區(qū)域31e的一部分設(shè)置到半導(dǎo)體31c 的下方。
第二導(dǎo)電型的第四半導(dǎo)體區(qū)域31f設(shè)置在基板11的表面部。第四半導(dǎo) 體區(qū)域31f與導(dǎo)電體31c之間的距離等于絕緣膜31b的膜厚。第六半導(dǎo)體 區(qū)域31g設(shè)置在第四半導(dǎo)體區(qū)域31f之下。第六半導(dǎo)體區(qū)域31g防止穿通。
第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域31h設(shè)置在半導(dǎo)體基板11的表面部。 第二半導(dǎo)體區(qū)域31h設(shè)置在半導(dǎo)體31c的下方，特別是設(shè)置在凸部31d 的下方。第二半導(dǎo)體區(qū)域31h與上述第三半導(dǎo)體區(qū)域31e的側(cè)面相接，還 與上述第四半導(dǎo)體區(qū)域31f的側(cè)面相接。
絕緣體32設(shè)置在基板11的表面部的下方。絕緣體32的側(cè)面和下表 面與上述第三半導(dǎo)體區(qū)域31e相接。通過(guò)該絕緣體32，劃分用于形成各像 素31的光電二極管13的區(qū)域。
第三半導(dǎo)體區(qū)域31e是用于根據(jù)入射光得到信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換部。 第一半導(dǎo)體區(qū)域31a是蓄積通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而得到的信號(hào)電荷的信號(hào)蓄積 部。通過(guò)第一、第三半導(dǎo)體區(qū)域31a、 31e，構(gòu)成光電二極管13。導(dǎo)電體 31c是用于從第一半導(dǎo)體區(qū)域31a中除去信號(hào)電荷的場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET1 的柵極電極。其中，第二半導(dǎo)體區(qū)域31h是晶體管FETl的溝道區(qū)域(溝 道注入層-channel implantation layer)。
在作為柵極電極的導(dǎo)電體31c中，在凸部31d的柵極長(zhǎng)度最大。凸部 31d為凸起，設(shè)置在規(guī)定了柵極寬度的區(qū)間的大致中央。在凸部31d的下 方，設(shè)有第三半導(dǎo)體區(qū)域31e。其中，也可以在凸部31d的側(cè)面的下方，
12配置第三半導(dǎo)體區(qū)域31e的側(cè)面。
活性區(qū)域33連接至第四半導(dǎo)體區(qū)域31f。在活性區(qū)域33上，分別隔 著絕緣膜(未圖示)，設(shè)置有導(dǎo)電體34。導(dǎo)電體34作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET2、 FET3、 FET4的柵極電極。通過(guò)導(dǎo)電體31c以及導(dǎo)電體34，形成上述布線 17。
通常，由于布線17的布置的不同，像素31的布置在左右不對(duì)稱。因 此，即使在像高相同的情況下，在圖像區(qū)域lla的左右的周邊部，對(duì)于作 為最佳的、入射的光的角度，產(chǎn)生差異。即，在右方向的周邊部的像素31， 使來(lái)自左上方的光原樣入射即可，但在左方向的周邊部的像素31，需要使 來(lái)自右上方的光避開(kāi)布線17入射。
圖5表示對(duì)于使像素間距(光電二極管的排列間距P)為1.4nm的情 況下的、圖像區(qū)域的左右的周邊部上的像素的光感度進(jìn)行模擬的結(jié)果(微 透鏡的偏移量一光感度依賴性)。
在該圖像傳感器的情況下，布線配置為僅在光電二極管的右側(cè)、柵極 電極在光電二極管上突出的狀態(tài)。因此，例如如圖1B所示，從光電二極管 的中心至左右的布線的距離不同。而且，在圖像區(qū)域的左方向的周邊部與 右方向的周邊部，入射光所入射的方向不同。因此，相對(duì)于入射光的入射 方向的最佳角度在圖像區(qū)域的左右不對(duì)稱。
因此，在改變微透鏡的位置、實(shí)際計(jì)測(cè)分別位于圖像區(qū)域的左右的端 部的像素的光感度時(shí)，例如如圖5所示，可知在右方向的端部的像素與左 方向的端部的像素，偏移量的最佳值不同。從該圖明確可知，為了在右方 向的端部的像素與左方向的端部的像素，分別將偏移量設(shè)定為最佳值，需 要使圖像區(qū)域的右方向的周邊部上的微透鏡的偏移量(排列間距)比左方 向的周邊部大。
像這樣，能夠在圖像區(qū)域的左右的周邊部，獨(dú)立地設(shè)定微透鏡的偏移 量，由此在使像素精細(xì)化的情況(特別是在由于精細(xì)化而布線的布置的邊 距減少的情況)下，也能夠解決以下問(wèn)題，即在圖像區(qū)域的左右的某一 方的像素中，無(wú)法將微透鏡的偏移量設(shè)定為最佳值。
圖6表示用于在設(shè)計(jì)圖1A及圖1B所示的CMOS型的圖像傳感器10 時(shí)、能夠?qū)⑽⑼哥R的偏移量設(shè)定為最佳值的方法。
13例如，在設(shè)計(jì)CMOS型的圖像傳感器10的情況下，
(1) 首先，決定像素31的布置。
(2) 接著，得到攝像機(jī)21的透鏡特性(像高一主光線/上下光線)。
(3) 接著，對(duì)于各像高，計(jì)算"微透鏡的偏移量一光感度依賴性"。
此時(shí)，假設(shè)將圖像區(qū)域lla在X方向/Y方向上都分割為多個(gè)區(qū)域，模擬對(duì) 于各區(qū)域的特定的像素31的光感度。例如，根據(jù)像高的變化，將圖像區(qū)域 lla在X方向/Y方向上都分割為11份時(shí)，需要對(duì)于總計(jì)121個(gè)像素31 進(jìn)行模擬。
(4) 接著，根據(jù)由上述(3)求出的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算對(duì)于各像高的、 微透鏡19的偏移量A的最佳值。
(5) 接著，按照由上述(4)求出的微透鏡19的偏移量A的最佳值， 制作曲線圖(等高線圖)。
(6) 最后，根據(jù)由上述(5)求出的等高線圖，設(shè)計(jì)微透鏡19的布 置(決定排列間距L (LL、 LR))。
另外，還依賴于攝像機(jī)透鏡21的特性及/或像素31的布置，但觀察 所求出的等高線圖，對(duì)于偏移量A變化較大的區(qū)域，進(jìn)一步增加對(duì)于像高 的分割數(shù)來(lái)進(jìn)行模擬即可。
另外，也可以對(duì)于全部像素31進(jìn)行模擬，并計(jì)算上述"微透鏡的偏移 量一光感度依賴性"。
圖7表示由上述方法求出的等高線圖的一個(gè)例子。在本例中，例示出 在圖像區(qū)域lla的右方向的周邊部，微透鏡19的偏移量A的最佳值大于 左方向的周邊部的情況。
艮P，該等高線圖表示微透鏡19的偏移量A的最佳值的分布。從該圖明 確可知，隨著靠近圖像區(qū)域lla的端部，即，隨著像高X (X方向的像高) 及像高Y (Y方向的像高)變大，微透鏡19的偏移量A的最佳值增大。特 別是，在圖像區(qū)域lla的右方向及上/下方向(Y方向)的周邊部，偏移量 A的最佳值比左方向的周邊部大。
根據(jù)該等高線圖，實(shí)際布置微透鏡19，從而能夠在圖像區(qū)域lla的左 右的周邊部中，都將微透鏡19的偏移量A設(shè)定為最佳值。因此，在圖像區(qū) 域lla的左右的周邊部，能夠分別使入射光對(duì)于各像素入射的角度最佳，能夠有效地接收入射光。即，可以抑制各像素的、入射光被布線17遮擋而 損失的現(xiàn)象的發(fā)生，提高全部光電二極管13的聚光效率。
另外，圖8A及圖8B分別是根據(jù)圖中的公式、求出微透鏡19的偏移量 (lens一shift)的最佳值的分布的情況的例子(等高線圖)。
圖9A、圖9B以及圖10表示為了與本實(shí)施方式的CMOS型圖像傳感器 IO對(duì)比而示出的、作為現(xiàn)有例的CMOS型圖像傳感器的結(jié)構(gòu)例。BP,該現(xiàn)有 例是在圖像區(qū)域的左右的周邊部將微透鏡的排列間距L設(shè)定為相同值的情 況的例子。另外，圖9A是現(xiàn)有例中的圖像區(qū)域的俯視圖，圖9B是沿著圖 9A的IXB—IXB線的剖面圖，圖10表示各像高的、光電二極管與微透鏡的 排列間距的關(guān)系。
如圖9A及圖9B所示，在該圖像傳感器100的情況下，相對(duì)于圖像區(qū) 域llla的周邊部的像素，來(lái)自攝像機(jī)透鏡(未圖示)的入射光傾斜入射至 光電二極管113。另外，在光電二極管113的左側(cè)與右側(cè)，到布線117的距 離不同。由此，在周邊部的各像素中，分別配置為將微透鏡119的位置沿 圖像區(qū)域llla的中央部方向偏離，從而能夠在圖像區(qū)域llla的整個(gè)區(qū)域， 有效地接收入射光。
在該現(xiàn)有例的情況下，微透鏡119的排列間距L在圖像區(qū)域llla內(nèi)相 同(L12=L23=L34=L45)，光電二極管113的排列間距P也同樣相同 (P12=P23=P34=P45)。另外，微透鏡119的排列間距L比光電二極管113 的排列間距P小(L12=L23=L34=L45<P12=P23=P34=P45)。 g卩，隨著像高增 大，即，越靠圖像區(qū)域llla的端部的像素，微透鏡119與光電二極管113 之間的位置的偏移量厶越大(Aa= Ae>Ab= Ad〉A(chǔ)c，且Ac二0)。
另外，在該圖中，參照符號(hào)111為半導(dǎo)體基板，參照符號(hào)115為透光膜。
例如如圖10所示，在該現(xiàn)有例的情況下，在任何像高下，光電二極管 113的排列間距P總是3. 30 u m，微透鏡119的排列間距L總是3. 26 u m。
艮卩，微透鏡119相對(duì)于光電二極管113的偏移量A是像高的單純的函 數(shù)，在圖像區(qū)域llla的左右的周邊部的各像素中，所對(duì)應(yīng)的偏移量A分別 相等(Aa=Ae， Ab=Ad)。因此，若將圖像區(qū)域llla的左方向的周邊 部的各像素的、相對(duì)于圖像區(qū)域llla的中央部方向的、微透鏡119距離光
15電二極管113的中心位置的偏移量Aa、 Ab設(shè)定為最佳值，則在右方向的 周邊部的各像素中，偏移量Ae、 Ad偏離最佳值，導(dǎo)致光感度的降低。反 之，若將圖像區(qū)域llla的右方向的周邊部的各像素的、相對(duì)于圖像區(qū)域llla 的中央部方向的、微透鏡119距離光電二極管113的中心位置的偏移量A e、 Ad設(shè)定為最佳值，則在左方向的周邊部的各像素中，偏移量Aa、 Ab偏 離最佳值，導(dǎo)致光感度的降低。像這樣，在現(xiàn)有例的CMOS型圖像傳感器100 的情況下，產(chǎn)生由于像素的布置不是各向同性(至少相對(duì)于X方向不對(duì)稱) 而引起的光感度的下降，存在圖像區(qū)域llla的整個(gè)區(qū)域上、難以提高光電 二極管13上的聚光效率的問(wèn)題。
與此相對(duì)，在本實(shí)施方式的情況下，如圖1A及圖1B所示，微透鏡19 的排列間距L在圖像區(qū)域lla內(nèi)不是一樣的。即，在布置了具有如圖4A至 圖4C所示的結(jié)構(gòu)的像素31的圖像區(qū)域lla的情況下，與左方向的周邊部 上的微透鏡19的排列間距LL相比，右方向的周邊部上，微透鏡19的排列 間距LR更小(偏移量A更大)，所以具有在圖像區(qū)域lla的整個(gè)區(qū)域上、 能夠提高光電二極管113對(duì)于來(lái)自斜向的入射光的聚光效率的優(yōu)點(diǎn)。
艮口，各像高的、微透鏡19相對(duì)于光電二極管13的中心位置的偏移量 A被設(shè)定為最佳值，以使各像素31的光感度最大。由此，即使在對(duì)像素31 進(jìn)行精細(xì)化的情況下，在圖像區(qū)域lla的左右的周邊部，也不發(fā)生從攝像 機(jī)透鏡21出射并向光電二極管13入射的光被布線17遮擋而損失的現(xiàn)象， 能夠以相同程度確保全部光電二極管13上的入射光的聚光效率。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠在圖像區(qū)域的左方向的周邊部的各 像素與右方向的周邊部的各像素上，獨(dú)立地設(shè)定微透鏡地排列間距。艮P， 能夠?qū)τ诟飨窀?，將微透鏡相對(duì)于光電二極管的偏移量設(shè)定為最佳值。由 此，在由于像素的布置的非對(duì)稱性(不是各向同性)，而引起圖像區(qū)域的左 右的周邊部上的微透鏡的偏移量的最佳值不同的情況下，也能夠在各像素 上抑制入射光的一部分被布線遮擋而損失的現(xiàn)象的發(fā)生。因此，在圖像區(qū) 域的整個(gè)區(qū)域上，能夠以相同程度確保光電二極管上的入射光的聚光效率。
特別是，在圖像區(qū)域內(nèi)的全部的光電二極管上，能夠有效地接收來(lái)自 攝像機(jī)透鏡的入射光，所以可以改善圖像區(qū)域的周邊部的聚光效率的下降， 并且可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)年幱靶Ｕ?陰影的減輕)。另外，在上述第一實(shí)施方式中，以在圖像區(qū)域的左右的周邊部、微透 鏡的偏移量的最佳值不同的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但不限定于此，例如也
可以適用于像素的布置在圖像區(qū)域的上下方向(Y方向)不是各向同性的情 況。此時(shí)，使微透鏡的排列間距在圖像區(qū)域的上下的周邊部不同(在圖像 區(qū)域的上下的周邊部的各像素中，分別將偏移量A設(shè)定為最佳值)，從而能 夠以相同程度確保在包括上下的周邊部的各像素在內(nèi)的、圖像區(qū)域內(nèi)的全 部的光電二極管上的來(lái)自斜向的入射光的聚光效率。
另外，使微透鏡的排列間距在圖像區(qū)域的X字(斜45度)方向和+字
(左右及上下)方向不同，也能夠以相同程度確保圖像區(qū)域內(nèi)的全部的光 電二極管上的來(lái)自斜向的入射光的聚光效率。
一般的，像素中的布線的布置多為類(lèi)似于長(zhǎng)方形(包括正方形)的形 狀。這是因?yàn)?，多將?qū)動(dòng)像素的布線配置在水平方向，而將用于讀取像素 的信號(hào)電荷的布線配置在垂直方向。
像這樣，在布線的布置為類(lèi)似于長(zhǎng)方形的形狀的情況下，在圖像區(qū)域 的X字方向的像素中，在來(lái)自攝像機(jī)透鏡的入射光的情況下，布線的開(kāi)口 寬度(在布線之間露出的、光電二極管的活性區(qū)域的一方的對(duì)角線)顯得 較長(zhǎng)。因此，在X字方向和+字方向，微透鏡的偏移量與光感度之間的關(guān)系 必然不同，所以通過(guò)使微透鏡的排列間距在圖像區(qū)域的X字方向和+字方向 不同，能夠提高全部光電二極管上的的聚光效率。
另外，上述實(shí)施方式不限于區(qū)域傳感器，在應(yīng)用于線性傳感器的情況 下也能夠改善陰影特性。
另外，限定為將來(lái)自攝像機(jī)透鏡的光進(jìn)行聚光的微透鏡進(jìn)行了說(shuō)明， 但在任何層內(nèi)透鏡的情況下都可以期待相同的效果。進(jìn)而，在使用微透鏡 和層內(nèi)透鏡雙方的情況下顯然也是有效的。
另外，各實(shí)施方式也可以適用于CCD型的圖像傳感器，但在適用于CMOS 型的圖像傳感器時(shí)效果特別大。原因在于，與CCD型的圖像傳感器相比， CMOS型的圖像傳感器中，光電二極管與微透鏡之間的距離較大。
進(jìn)而，并不限于對(duì)于具有遵循近軸光線近似的透鏡特性的攝像機(jī)透鏡 的使用的情況。例如，對(duì)于透鏡特性不遵循近軸光線近似的攝像機(jī)透鏡的 使用也同樣能夠適用。
17對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，能夠進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和變形。因此， 本發(fā)明的較寬范圍不限定于在此說(shuō)明和展示的特征細(xì)節(jié)和代表實(shí)施例。所 以，在不超出由附加的權(quán)利要求及其同等內(nèi)容所規(guī)定的總體發(fā)明構(gòu)思的精 神和范圍的前提下，可以進(jìn)行各種變形。
權(quán)利要求
1、一種固體攝像裝置，具備多個(gè)受光部，在半導(dǎo)體基板上的圖像區(qū)域內(nèi)以相同間距配置，入射來(lái)自攝像光學(xué)系統(tǒng)的出射光；多個(gè)聚光用透鏡，分別配置在上述多個(gè)受光部的上部；以及多個(gè)遮光部，分別設(shè)在上述多個(gè)受光部的一端；上述多個(gè)聚光用透鏡在上述圖像區(qū)域的第一方向的周邊部以第一間距配置，在與上述第一方向相對(duì)的第二方向的周邊部以比上述第一間距小的第二間距配置。
2、 如權(quán)利要求l記載的裝置，其中，上述多個(gè)聚光用透鏡各自相對(duì)于上述圖像區(qū)域的中央部方向的、距離上述多個(gè)受光部的中心的偏移量，在上述第一方向的周邊部與上述第二方向的周邊部不同。
3、 如權(quán)利要求l記載的裝置，其中，上述多個(gè)遮光部是各自的電極部接近上述多個(gè)受光部的一端配置的多條布線；上述多個(gè)聚光用透鏡，在上述圖像區(qū)域的、從上述各自的電極部所位于的上述多個(gè)受光部的一端的方向入射上述出射光的區(qū)域中，相對(duì)于上述圖像區(qū)域的中央部方向的、距離上述多個(gè)受光部的中心的偏移量小，而在上述圖像區(qū)域的、從上述各自的電極部不位于的上述多個(gè)受光部的另一端的方向入射上述出射光的區(qū)域中，相對(duì)于上述圖像區(qū)域的中央部方向的、距離上述多個(gè)受光部的中心的偏移量大。
4、 一種如權(quán)利要求1記載的固體攝像裝置的設(shè)計(jì)方法，包括分別計(jì)算經(jīng)由上述多個(gè)聚光用透鏡、入射來(lái)自上述攝像光學(xué)系統(tǒng)的出射光的上述多個(gè)受光部的光感度；根據(jù)該計(jì)算結(jié)果，對(duì)于各像高，計(jì)算上述多個(gè)聚光用透鏡的、相對(duì)于上述圖像區(qū)域的中央部方向的、距離上述多個(gè)受光部的中心的偏移量的最佳值；按照該偏移量的最佳值，對(duì)上述多個(gè)聚光用透鏡的布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。
5、 如權(quán)利要求4記載的方法，其中，對(duì)上述多個(gè)聚光用透鏡，在上述圖像區(qū)域的、上述第一方向的周邊部以第一間距配置，在上述第二方向的周邊部以比上述第一間距小的第二間距配置。
6、 如權(quán)利要求4記載的方法，其中，使上述多個(gè)聚光用透鏡的、相對(duì)于上述圖像區(qū)域的中央部方向的、距離上述多個(gè)受光部的中心的偏移量，在上述第一方向的周邊部與上述第二方向的周邊部不同。
7、 如權(quán)利要求4記載的方法，其中，上述多個(gè)遮光部是各自的電極部接近上述多個(gè)受光部的一端配置的多條布線；使上述多個(gè)聚光用透鏡，在上述圖像區(qū)域的、從上述各自的電極部所位于的上述多個(gè)受光部的一端的方向入射上述出射光的區(qū)域中，相對(duì)于上述圖像區(qū)域的中央部方向的、距離上述多個(gè)受光部的中心的偏移量小，而在上述圖像區(qū)域的、從上述各自的電極部不位于的上述多個(gè)受光部的另一端的方向入射上述出射光的區(qū)域中，相對(duì)于上述圖像區(qū)域的中央部方向的、距離上述多個(gè)受光部的中心的偏移量大。
8、 一種如權(quán)利要求l記載的固體攝像裝置的設(shè)計(jì)方法，包括決定上述多個(gè)受光部的布置；得到上述攝像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡特性；對(duì)于各像高，計(jì)算相對(duì)于上述多個(gè)聚光用透鏡的偏移量的光感度依賴性；根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，計(jì)算對(duì)于各像高的、上述多個(gè)聚光用透鏡的偏移量的最佳值；按照上述偏移量的最佳值來(lái)制作等高線圖；以及 根據(jù)上述等高線圖，對(duì)上述多個(gè)聚光用透鏡的布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。
9、 如權(quán)利要求8記載的方法，其中，計(jì)算相對(duì)于上述多個(gè)聚光用透鏡的偏移量的光感度依賴性，包括假 設(shè)將上述圖像區(qū)域分割為多個(gè)區(qū)域，模擬對(duì)于各區(qū)域內(nèi)的特定的受光部的 光感度。
10、 如權(quán)利要求8記載的方法，其中，對(duì)上述多個(gè)聚光用透鏡的布置進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括對(duì)上述多個(gè)聚光用透 鏡，在上述圖像區(qū)域的、上述第一方向的周邊部以第一間距配置，在上述 第二方向的周邊部以比上述第一間距小的第二間距配置。
11、 如權(quán)利要求8記載的方法，其中，對(duì)上述多個(gè)聚光用透鏡的布置進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括使上述多個(gè)聚光用透鏡的、相對(duì)于上述圖像區(qū)域的中央部方向的、距離上述多個(gè)受光部的中心 的偏移量，在上述第一方向的周邊部與上述第二方向的周邊部不同。
12、 如權(quán)利要求8記載的方法，其中，上述多個(gè)遮光部是各自的電極部接近上述多個(gè)受光部的一端配置的多條布線；對(duì)上述多個(gè)聚光用透鏡的布置進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括在上述圖像區(qū)域的、 從上述各自的電極部所位于的上述多個(gè)受光部的一端的方向入射上述出射 光的區(qū)域中，使上述多個(gè)聚光用透鏡的、相對(duì)于上述圖像區(qū)域的中央部方 向的、距離上述多個(gè)受光部的中心的偏移量小，而在上述圖像區(qū)域的、從 上述各自的電極部不位于的上述多個(gè)受光部的另一端的方向入射上述出射 光的區(qū)域中，使上述多個(gè)聚光用透鏡的、相對(duì)于上述圖像區(qū)域的中央部方 向的、距離上述多個(gè)受光部的中心的偏移量大。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固體攝像裝置，具備多個(gè)受光部，在半導(dǎo)體基板上的圖像區(qū)域內(nèi)以相同間距配置，入射來(lái)自攝像光學(xué)系統(tǒng)的出射光；多個(gè)聚光用透鏡，分別配置在多個(gè)受光部的上部；以及多個(gè)遮光部，分別設(shè)在多個(gè)受光部的一端。多個(gè)聚光用透鏡在圖像區(qū)域的第一方向的周邊部以第一間距配置，在與第一方向相對(duì)的第二方向的周邊部以比第一間距小的第二間距配置。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101668133SQ20091016689
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
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