特許 6233188 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6233188

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20171113BHJP

   H04N 9/07 20060101ALI20171113BHJP

   H04N 5/369 20110101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/146 D

   H04N9/07 A

   H04N5/369

【請求項の数】12

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2014-109412(P2014-109412)

(22)【出願日】2014年5月27日

(65)【公開番号】特開2015-133469(P2015-133469A)

(43)【公開日】2015年7月23日

【審査請求日】2017年1月27日

(31)【優先権主張番号】特願2013-257294(P2013-257294)

(32)【優先日】2013年12月12日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002185

【氏名又は名称】ソニー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121131

【弁理士】

【氏名又は名称】西川 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082131

【弁理士】

【氏名又は名称】稲本 義雄

(72)【発明者】

【氏名】田舎中 博士

(72)【発明者】

【氏名】井上 裕士

(72)【発明者】

【氏名】中田 征志

【審査官】 鈴木 肇

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１５６８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２４３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８１２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９５０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７８４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２４４８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３４０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１５７８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２７／１４ −２７／１４８

Ｈ０４Ｎ ５／３０ − ５／３７８

Ｈ０４Ｎ ９／０４ − ９／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位相差検出用の画素である位相差検出画素と、
前記位相差検出画素に隣接する撮像用の画素である第１の撮像画素と、
前記第１の撮像画素以外の撮像用の画素である第２の撮像画素と
を備え、
前記第１の撮像画素のカラーフィルタの面積は、前記第２の撮像画素のカラーフィルタの面積より小さいように構成され、
前記第１の撮像画素のカラーフィルタは、前記位相差検出画素と隣接する方向と垂直な方向に並ぶ前記第２の撮像画素のカラーフィルタと、前記位相差検出画素と隣接する側と反対の側の位置が同一である
ように構成された
固体撮像素子。

【請求項2】

前記第１の撮像画素のカラーフィルタの前記位相差検出画素と隣接する方向の幅は、前記第２の撮像画素のカラーフィルタに比べて、前記カラーフィルタのプロセスばらつきの平均値に標準偏差の３倍を加算した値以上短い
ように構成された
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項3】

前記第１の撮像画素と前記第２の撮像画素の一部には、遮光膜が形成され、
前記第１の撮像画素の遮光膜の面積は、前記第２の撮像画素の遮光膜の面積より大きい
ように構成された
請求項１または２に記載の固体撮像素子。

【請求項4】

前記第１の撮像画素の遮光膜の前記位相差検出画素と隣接する側の前記位相差検出画素と隣接する方向の幅は、前記第２の撮像画素の遮光膜に比べて大きい
ように構成された
請求項３に記載の固体撮像素子。

【請求項5】

前記第１の撮像画素の遮光膜の前記位相差検出画素と隣接する側の前記位相差検出画素と隣接する方向の幅は、前記第２の撮像画素の遮光膜に比べて、前記カラーフィルタのプロセスばらつきの平均値に標準偏差の３倍を加算した値以上長い
ように構成された
請求項４に記載の固体撮像素子。

【請求項6】

前記位相差検出画素には、オプティカルブラック領域が配置され、
前記第１の撮像画素は、前記オプティカルブラック領域が配置される側と反対の側に隣接する
ように構成された
請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子。

【請求項7】

前記第２の撮像画素と前記位相差検出画素の一部には、遮光膜が形成され、
前記位相差検出画素の遮光膜の前記第１の撮像画素と隣接する側の前記第１の撮像画素と隣接する方向の幅は、前記第２の撮像画素の遮光膜に比べて大きい
ように構成された
請求項６に記載の固体撮像素子。

【請求項8】

前記第１の撮像画素において得られた画素信号を処理する信号処理部
をさらに備える
請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像素子。

【請求項9】

前記信号処理部は、前記画素信号に対してゲイン補正を行う
ように構成された
請求項８に記載の固体撮像素子。

【請求項10】

前記信号処理部は、前記画素信号の混色を補正する
ように構成された
請求項８または９に記載の固体撮像素子。

【請求項11】

位相差検出用の画素である位相差検出画素と、
前記位相差検出画素に隣接する撮像用の画素である第１の撮像画素と、
前記第１の撮像画素以外の撮像用の画素である第２の撮像画素と
を備え、
前記第１の撮像画素のカラーフィルタの面積は、前記第２の撮像画素のカラーフィルタの面積より小さいように構成され、
前記第１の撮像画素のカラーフィルタは、前記位相差検出画素と隣接する方向と垂直な方向に並ぶ前記第２の撮像画素のカラーフィルタと、前記位相差検出画素と隣接する側と反対の側の位置が同一である
ように構成された
固体撮像素子を形成する
固体撮像素子の製造方法。

【請求項12】

位相差検出用の画素である位相差検出画素と、
前記位相差検出画素に隣接する撮像用の画素である第１の撮像画素と、
前記第１の撮像画素以外の撮像用の画素である第２の撮像画素と
を備え、
前記第１の撮像画素のカラーフィルタの面積は、前記第２の撮像画素のカラーフィルタの面積より小さいように構成され、
前記第１の撮像画素のカラーフィルタは、前記位相差検出画素と隣接する方向と垂直な方向に並ぶ前記第２の撮像画素のカラーフィルタと、前記位相差検出画素と隣接する側と反対の側の位置が同一である
ように構成された
電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器に関し、特に、位相差検出用の画素における混色や感度低下を抑制することができるようにした固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサなどの固体撮像素子を用いて人物や動物等の被写体を撮像し、その結果得られる画像データを記録するデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置が普及している。

【0003】

このような撮像装置において、固体撮像素子に位相差検出機能を付与し、専用の自動焦点検出（ＡＦ）センサを用いずに位相差検出方式のＡＦを実現する技術が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。位相差検出機能を有する固体撮像素子は、位相差検出用の画素と撮像用の画素により構成され、位相差検出用の画素の一部は、オプティカルブラック領域となっている。

【0004】

一方、固体撮像素子の高精細化に伴い、感度の低下を防止するために、画素の光電変換領域に対応して設けられるカラーフィルタ同士の配置間隔を極力狭くすることが求められている。

【0005】

しかしながら、カラーフィルタ同士の配置間隔が狭いと、カラーフィルタのリソ工程の合わせずれによるプロセスばらつきにより、混色や色シェーディング（色ムラ）が発生する場合がある。

【0006】

そこで、撮像用（画像生成用）の画素において、異なる色のカラーフィルタの間に透光性領域を設けることにより、カラーフィルタのプロセスばらつきによる混色や色シェーディングを防止する方法が考案されている（例えば、特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０００−１５６８２３号

【特許文献2】特開２００９−２４４８６２号

【特許文献3】特開２００７−１４７７３８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、位相差検出機能を有する固体撮像素子において、位相差検出用の画素における混色や感度低下を抑制する方法については考えられていなかった。

【0009】

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、位相差検出用の画素における混色や感度低下を抑制することができるようにするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の第１の側面の固体撮像素子は、位相差検出用の画素である位相差検出画素と、前記位相差検出画素に隣接する撮像用の画素である第１の撮像画素と、前記第１の撮像画素以外の撮像用の画素である第２の撮像画素とを備え、前記第１の撮像画素のカラーフィルタの面積は、前記第２の撮像画素のカラーフィルタの面積より小さいように構成され、前記第１の撮像画素のカラーフィルタは、前記位相差検出画素と隣接する方向と垂直な方向に並ぶ前記第２の撮像画素のカラーフィルタと、前記位相差検出画素と隣接する側と反対の側の位置が同一であるように構成された固体撮像素子である。

【0011】

本開示の第１の側面においては、位相差検出用の画素である位相差検出画素と、前記位相差検出画素に隣接する撮像用の画素である第１の撮像画素と、前記第１の撮像画素以外の撮像用の画素である第２の撮像画素とが備えられ、前記第１の撮像画素のカラーフィルタの面積は、前記第２の撮像画素のカラーフィルタの面積より小さいように構成され、前記第１の撮像画素のカラーフィルタは、前記位相差検出画素と隣接する方向と垂直な方向に並ぶ前記第２の撮像画素のカラーフィルタと、前記位相差検出画素と隣接する側と反対の側の位置が同一であるように構成される。

【0012】

本開示の第２の側面の製造方法は、位相差検出用の画素である位相差検出画素と、前記位相差検出画素に隣接する撮像用の画素である第１の撮像画素と、前記第１の撮像画素以外の撮像用の画素である第２の撮像画素とを備え、前記第１の撮像画素のカラーフィルタの面積は、前記第２の撮像画素のカラーフィルタの面積より小さいように構成され、前記第１の撮像画素のカラーフィルタは、前記位相差検出画素と隣接する方向と垂直な方向に並ぶ前記第２の撮像画素のカラーフィルタと、前記位相差検出画素と隣接する側と反対の側の位置が同一であるように構成された固体撮像素子を形成する固体撮像素子の製造方法である。

【0013】

本開示の第２の側面においては、位相差検出用の画素である位相差検出画素と、前記位相差検出画素に隣接する撮像用の画素である第１の撮像画素と、前記第１の撮像画素以外の撮像用の画素である第２の撮像画素とが備えられ、前記第１の撮像画素のカラーフィルタの面積は、前記第２の撮像画素のカラーフィルタの面積より小さいように構成され、前記第１の撮像画素のカラーフィルタは、前記位相差検出画素と隣接する方向と垂直な方向に並ぶ前記第２の撮像画素のカラーフィルタと、前記位相差検出画素と隣接する側と反対の側の位置が同一であるように構成された固体撮像素子が形成される。

【0014】

本開示の第３の側面の電子機器は、位相差検出用の画素である位相差検出画素と、前記位相差検出画素に隣接する撮像用の画素である第１の撮像画素と、前記第１の撮像画素以外の撮像用の画素である第２の撮像画素とを備え、前記第１の撮像画素のカラーフィルタの面積は、前記第２の撮像画素のカラーフィルタの面積より小さいように構成され、前記第１の撮像画素のカラーフィルタは、前記位相差検出画素と隣接する方向と垂直な方向に並ぶ前記第２の撮像画素のカラーフィルタと、前記位相差検出画素と隣接する側と反対の側の位置が同一であるように構成された電子機器である。

【0015】

本開示の第３の側面においては、位相差検出用の画素である位相差検出画素と、前記位相差検出画素に隣接する撮像用の画素である第１の撮像画素と、前記第１の撮像画素以外の撮像用の画素である第２の撮像画素とが備えられ、前記第１の撮像画素のカラーフィルタの面積は、前記第２の撮像画素のカラーフィルタの面積より小さいように構成され、前記第１の撮像画素のカラーフィルタは、前記位相差検出画素と隣接する方向と垂直な方向に並ぶ前記第２の撮像画素のカラーフィルタと、前記位相差検出画素と隣接する側と反対の側の位置が同一であるように構成される。

【発明の効果】

【0022】

本開示によれば、位相差を検出することができる。また、本開示によれば、位相差検出用の画素における混色や感度低下を抑制することができる。さらに、本開示によれば、位相差検出用の画素に隣接する画素における混色を抑制することができる。

【0023】

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本技術を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

【図2】画素の第１の構成例の等価回路を示す図である。

【図3】画素アレイ部の第１の構造例を示す図である。

【図4】プロセスばらつき発生時の画素アレイ部の第１の構造例を示す図である。

【図5】図３の画素アレイ部における遮光膜の形状の例を示す上面概略図である。

【図6】図３の画素アレイ部の製造方法を説明する図である。

【図7】画素アレイ部の第２の構造例を示す図である。

【図8】画素アレイ部の第３の構造例を示す概略上面図である。

【図9】開口領域の配置の他の例を示す図である。

【図10】画素アレイ部の第４の構造例を示す概略上面図である。

【図11】画素アレイ部の第５の構造例を示す図である。

【図12】画素アレイ部の第５の構造例の他の例を示す図である。

【図13】画素アレイ部の第６の構造例を示す図である。

【図14】画素アレイ部の第６の構造例の他の例を示す図である。

【図15】２×２画素配列である場合の画素アレイ部の第１の構造例を示す図である。

【図16】２×２画素配列である場合の画素アレイ部の第２の構造例を示す図である。

【図17】２×２画素配列である場合の画素アレイ部の第３の構造例を示す図である。

【図18】２×２画素配列である場合の画素アレイ部の第４の構造例を示す図である。

【図19】２×２画素配列である場合の画素間の電気配線の例を示す図である。

【図20】２×２画素配列である場合の画素アレイ部の第１の構造の他の例を示す図である。

【図21】２×２画素配列である場合の画素アレイ部の第２の構造の他の例を示す図である。

【図22】２×２画素配列である場合の画素アレイ部の第３の構造の他の例を示す図である。

【図23】２×２画素配列である場合の画素アレイ部の第４の構造の他の例を示す図である。

【図24】２×２画素配列である場合の画素アレイ部の第５の構造例を示す図である。

【図25】２×２画素配列である場合の画素アレイ部の第５の構造の他の例を示す図である。

【図26】画素アレイ部の第８の構造例を示す図である。

【図27】画素アレイ部の第９の構造例を示す図である。

【図28】画素の第２の構成の等価回路を示している。

【図29】固体撮像素子の各部の配置例を示す図である。

【図30】本開示を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

＜第１実施の形態＞
（固体撮像素子の一実施の形態の構成例）
図１は、本技術を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

【0026】

図１の固体撮像素子４１は、図示せぬ半導体基板上に、タイミング制御部４２、垂直走査回路４３、画素アレイ部４４、定電流源回路部４５、参照信号生成部４６、カラムAD変換部４７、水平走査回路４８、水平出力線４９、および出力回路５０が設けられることにより構成される。

【0027】

タイミング制御部４２は、所定の周波数のマスタクロックに基づいて、所定の動作に必要なクロック信号やタイミング信号を垂直走査回路４３および水平走査回路４８に供給する。例えば、タイミング制御部４２は、画素５１のシャッタ動作や読み出し動作のタイミング信号を垂直走査回路４３および水平走査回路４８に供給する。また、図示は省略されているが、タイミング制御部４２は、所定の動作に必要なクロック信号やタイミング信号を、参照信号生成部４６、カラムAD変換部４７などにも供給する。

【0028】

垂直走査回路４３は、画素アレイ部４４の垂直方向に並ぶ各画素５１に、順次、所定のタイミングで、画素信号の出力を制御する信号を供給する。

【0029】

画素アレイ部４４には、複数の画素５１が２次元アレイ状（行列状）に配置されている。

【0030】

２次元アレイ状に配置されている複数の画素５１は、水平信号線５２により、行単位で垂直走査回路４３と接続されている。換言すれば、画素アレイ部４４内の同一行に配置されている複数の画素５１は、同じ一本の水平信号線５２で、垂直走査回路４３と接続されている。なお、図１では、水平信号線５２について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。

【0031】

また、２次元アレイ状に配置されている複数の画素５１は、垂直信号線５３により、列単位で水平走査回路４８と接続されている。換言すれば、画素アレイ部４４内の同一列に配置されている複数の画素５１は、同じ一本の垂直信号線５３で、水平走査回路４８と接続されている。

【0032】

画素アレイ部４４内の各画素５１は、水平信号線５２を介して垂直走査回路４３から供給される信号に従って、内部に蓄積された電荷に応じた画素信号を、垂直信号線５３に出力する。画素５１は、撮像用の画素または位相差検出用の画素として機能する。画素５１の詳細な構成については、図２等を参照して後述する。

【0033】

定電流源回路部４５は複数の負荷MOS５４を有し、一本の垂直信号線５３に一つの負荷MOS５４が接続されている。負荷MOS５４は、ゲートにバイアス電圧が印加され、ソースが接地されており、垂直信号線５３を介して接続される画素５１内のトランジスタとソースフォロワ回路を構成する。

【0034】

参照信号生成部４６は、DAC（Digital to Analog Converter）４６aを有して構成されており、タイミング制御部４２からのクロック信号に応じて、ランプ（RAMP）波形の基準信号を生成して、カラムAD変換部４７に供給する。

【0035】

カラムAD変換部４７には、画素アレイ部４４の列ごとに一つとなる複数のADC(Analog-Digital Converter)５５を有している。したがって、一本の垂直信号線５３には、複数の画素５１と、一個の負荷MOS５４及びADC５５が接続されている。

【0036】

ADC５５は、同列の画素５１から垂直信号線５３を介して供給される画素信号を、CDS(Correlated Double Sampling；相関２重サンプリング)処理し、さらにAD変換処理する。

【0037】

ADC５５それぞれは、AD変換後の画素データを一時的に記憶し、水平走査回路４８の制御に従って、水平出力線４９に出力する。

【0038】

水平走査回路４８は、複数のADC５５に記憶されている画素データを、順次、所定のタイミングで水平出力線４９に出力させる。

【0039】

水平出力線４９は出力回路（アンプ回路）５０と接続されており、各ADC５５から出力されたAD変換後の画素データは、水平出力線４９を介して出力回路５０から、固体撮像素子４１の外部へ出力される。出力回路５０（信号処理部）は、例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正などの各種のデジタル信号処理が行われる場合もある。

【0040】

以上のように構成される固体撮像素子４１は、CDS処理とAD変換処理を行うADC５５が垂直列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。

【0041】

（画素の第１の構成例）
図２は、画素５１の第１の構成例の等価回路を示している。

【0042】

画素５１は、光電変換素子としてのフォトダイオード６１、転送トランジスタ６２、FD(フローティング拡散領域)６３、リセットトランジスタ６４、増幅トランジスタ６５、及び選択トランジスタ６６を有する。

【0043】

フォトダイオード６１は、受光量に応じた電荷（信号電荷）を生成し、蓄積する光電変換部である。フォトダイオード６１は、アノード端子が接地されているとともに、カソード端子が転送トランジスタ６２を介して、FD６３に接続されている。

【0044】

転送トランジスタ６２は、転送信号TXによりオンされたとき、フォトダイオード６１で生成された電荷を読み出し、FD６３に転送する。

【0045】

FD６３は、フォトダイオード６１から読み出された電荷を保持する。リセットトランジスタ６４は、リセット信号RSTによりオンされたとき、FD６３に蓄積されている電荷が定電圧源VDDに排出されることで、FD６３の電位をリセットする。

【0046】

増幅トランジスタ６５は、FD６３の電位に応じた画素信号を出力する。すなわち、増幅トランジスタ６５は定電流源としての負荷MOS５４とソースフォロワ回路を構成し、FD６３に蓄積されている電荷に応じたレベルを示す画素信号が、増幅トランジスタ６５から選択トランジスタ６６を介してADC５５に出力される。

【0047】

選択トランジスタ６６は、選択信号SELにより画素５１が選択されたときオンされ、画素５１の画素信号を、垂直信号線５３を介してADC５５に出力する。転送信号TX、リセット信号RST、および選択信号SELは、水平信号線５２（図１）を介して垂直走査回路４３から供給される。

【0048】

（画素アレイ部の第１の構造例）
図３は、画素アレイ部４４の第１の構造例を示す図である。

【0049】

図３において、図３Ａは、画素アレイ部４４の第１の構造例を示す上面概略図であり、図３Ｂは、図３Ａ中のＡ-Ａ´断面図である。なお、図３では、画素アレイ部４４のうちの５×６の画素５１のフォトダイオード６１の領域についてのみ図示している。これらのことは、後述する図４、図７、図８、図１０乃至図１８、および図２０乃至図２６においても同様である。また、図３Ａでは、オンチップレンズは図示していない。このことは、後述する図４、図７乃至図１８、および図２０乃至図２７においても同様である。

【0050】

図３Ａに示すように、画素アレイ部４４の各画素５１は、基本的に、ベイヤ配列の撮像用の画素となっており、一部の撮像用の画素が、位相差検出用の画素に置換されている。なお、以下では、画素５１のうちの位相差検出用の画素を特に区別する場合、位相差検出画素８１という。

【0051】

位相差検出画素８１のフォトダイオード６１は、オプティカルブラック領域８１ａと白色（Ｗ）の光を撮像する開口領域８１ｂとにより構成される。開口領域８１ｂによる撮像の結果得られる画素信号に対応する画像データは、図示せぬ外部の装置において位相差の検出に用いられる。検出された位相差は、合焦判定などに用いられる。

【0052】

また、以下では、画素５１のうちの位相差検出画素８１のオプティカルブラック領域８１ａが配置される側と反対の側、即ち開口領域８１ｂが配置される側（図３Ｂ中右側）に隣接する撮像用の画素を特に区別する場合、第１の撮像画素８２という。さらに、画素５１のうちの第１の撮像画素８２以外の撮像用の画素を特に区別する場合、第２の撮像画素８３という。

【0053】

図３Ｂに示すように、各画素５１のフォトダイオード６１には、透明膜９０が形成される。透明膜９０上の形成物は、画素５１の種類によって異なる。

【0054】

具体的には、位相差検出画素８１の透明膜９０上のオプティカルブラック領域８１ａの全面と開口領域８１ｂのうちの他の画素５１との境界部分に対応する領域には、それぞれ、遮光膜９１ａ、遮光膜９１ｂが形成される。また、遮光膜９１ａおよび遮光膜９１ｂが形成された位相差検出画素８１の透明膜９０を覆うように、オンチップレンズ９２が形成される。

【0055】

このオンチップレンズ９２は、外部からの光を位相差検出画素８１のフォトダイオード６１に集光する機能だけでなく、白色のカラーフィルタとしても機能する。ここでは、オンチップレンズ９２は、白色のカラーフィルタとしても機能するが、オンチップレンズ９２の他に白色のカラーフィルタが設けられるようにしてもよい。

【0056】

第１の撮像画素８２の透明膜９０上の他の画素５１との境界部分には、遮光膜９３が形成される。遮光膜９３が形成された第１の撮像画素８２の透明膜９０上には、さらに、赤色，緑色，または青色（図３Ｂでは赤色）のカラーフィルタ９４が形成される。また、遮光膜９３およびカラーフィルタ９４が形成された第１の撮像画素８２の透明膜９０を覆うように、オンチップレンズ９５が形成される。オンチップレンズ９５は、外部からの光を第１の撮像画素８２のフォトダイオード６１に集光する。

【0057】

第２の撮像画素８３の透明膜９０上の他の画素５１との境界部分には、遮光膜９６が形成される。遮光膜９６が形成された第２の撮像画素８３の透明膜９０上には、さらに、赤色，緑色，または青色（図３Ｂでは赤色または緑色）のカラーフィルタ９７が形成される。また、遮光膜９６およびカラーフィルタ９７が形成された第２の撮像画素８３の透明膜９０を覆うように、オンチップレンズ９８が形成される。オンチップレンズ９８は、外部からの光を第２の撮像画素８３のフォトダイオード６１に集光する。

【0058】

固体撮像素子４１では、カラーフィルタ９４の面積がカラーフィルタ９７の面積より小さい。具体的には、第１の撮像画素８２のカラーフィルタ９４の位相差検出画素８１と第１の撮像画素８２との隣接方向である水平方向の幅Ｌ１が、第２の撮像画素８３のカラーフィルタ９７の幅Ｌ１´に比べて短い。幅Ｌ１と幅Ｌ１´の差分は、例えば、カラーフィルタ９４のプロセスばらつきの平均値に標準偏差σの３倍を加算した値（以下、ばらつき値という）以上にすることができる。

【0059】

カラーフィルタ９４のプロセスばらつきは、カラーフィルタ９４（９７）のリソ工程（フォトリソグラフィ）に起因し、リソ工程を行う装置、リソ工程に用いる光源の波長などに依存する。例えば、リソ工程の光源としてi線を用いる場合、ばらつき値は、数十nmから百数十nm程度となる。リソ工程の光源としては、i線のほか、KrFやArFなどがある。

【0060】

また、図３Ａに示すように、第１の撮像画素８２のカラーフィルタ９４は、垂直方向に並ぶ第２の撮像画素８３（例えば、図３Ａの赤色の第１の撮像画素８２の下の緑色の第２の撮像画素８３）のカラーフィルタ９７と、位相差検出画素８１と隣接する側と反対の側（図３Ｂでは右側）の位置が同一である。

【0061】

さらに、図３Ｂに示すように、遮光膜９３の面積は、遮光膜９６の面積より大きい。具体的には、第１の撮像画素８２の遮光膜９３のうちの位相差検出画素８１と隣接する側の水平方向の幅Ｌ２は、第２の撮像画素８３の遮光膜９６の幅Ｌ２´に比べて長い。幅Ｌ２と幅Ｌ２´の差分は、例えば、ばらつき値以上にすることができる。

【0062】

このように、遮光膜９３の面積が遮光膜９６の面積より大きいので、カラーフィルタ９４の面積がカラーフィルタ９７の面積より小さいことにより、カラーフィルタ９４を介さない光が第１の撮像画素８２のフォトダイオード６１に入射されることを防止することができる。

【0063】

また、上述したように、カラーフィルタ９４の面積はカラーフィルタ９７に比べて小さい。従って、図４に示すように、赤色のカラーフィルタ９４およびカラーフィルタ９７がプロセスばらつきにより図中左下方向にずれた場合であっても、カラーフィルタ９４を介した光が開口領域８１ｂに入射することを防止することができる。

【0064】

即ち、図４Ａは、赤色のカラーフィルタ９４およびカラーフィルタ９７がプロセスばらつきにより図中左下方向にずれた場合の図３の画素アレイ部４４の上面概略図であり、図４Ｂは、図４Ａ中のＡ-Ａ´断面図である。

【0065】

赤色のカラーフィルタ９７がプロセスばらつきにより図４Ａ中左下方向にずれた場合、図４Ｂに示すように、赤色のカラーフィルタ９７は、隣接する緑色のカラーフィルタ９７の遮光膜９６が形成されていない領域上にも形成される。従って、緑色の第２の撮像画素８３のフォトダイオード６１には、緑色のカラーフィルタ９７を介した光だけでなく、赤色のカラーフィルタ９７と緑色のカラーフィルタ９７を介した光も入射する。

【0066】

しかしながら、第２の撮像画素８３の遮光膜９６が形成されていない領域の面積は大きいため、赤色のカラーフィルタ９７と緑色のカラーフィルタ９７の両方を介することによる第２の撮像画素８３の感度の低下の影響は少ない。また、赤色のカラーフィルタ９７と緑色のカラーフィルタ９７の両方を介して入射する光の量は少ないため、混色の影響も少ない。

【0067】

一方、カラーフィルタ９４の幅Ｌ１は、カラーフィルタ９７の幅Ｌ１´に比べて小さいため、赤色のカラーフィルタ９４は、図４Ａ中左下方向に移動しても、遮光膜９１ｂが形成されていない領域上には形成されない。従って、赤色のカラーフィルタ９４によってオンチップレンズ９２を介した光が妨げられずにそのまま開口領域８１ｂに入射するため、感度の低下が抑制される。また、赤色のカラーフィルタ９４を介した光が、開口領域８１ｂには入射されず、混色が抑制される。

【0068】

ここで、開口領域８１ｂの面積は、第２の撮像画素８３の遮光膜９６が形成されない領域に比べて小さい。従って、ただ単に各画素５１のカラーフィルタの面積を小さくした場合、位相差検出画素８１の感度が低下し、位相差検出精度が悪化する。よって、固体撮像素子４１では、第１の撮像画素８２のカラーフィルタ９４の面積のみを小さくする。これにより、位相差検出画素８１の感度を低下させることなく、位相差検出画素８１における混色を抑制することができる。

【0069】

また、位相差検出画素８１のカラーフィルタの色は白色である。従って、オンチップレンズ９２と赤色のカラーフィルタ９４の両方を介した光がフォトダイオード６１に到達する場合、フォトダイオード６１に到達する光の量は、赤色のカラーフィルタ９７と緑色のカラーフィルタ９７の両方を介して到達する場合に比べて大きく、混色の影響が大きい。従って、位相差検出画素８１における混色の抑制による効果は大きい。

【0070】

なお、上述したように、遮光膜９３の面積は、遮光膜９６に比べて大きいので、第１の撮像画素８２の感度は、第２の撮像画素８３に比べて低下する。従って、出力回路５０は、第１の撮像画素８２により得られる画素データに対して、例えば、オンチップレンズ９５とオンチップレンズ９８により集光される光が同一である場合に第１の撮像画素８２と第２の撮像画素８３の画素データが同一となるようにゲインを乗算する(ゲイン補正を行う)。

【0071】

また、位相差検出画素８１の透明膜９０上の遮光膜が形成されない領域では、光が乱反射し、その光の一部が第１の撮像画素８２に入射される。その結果、第１の撮像画素８２において混色が発生する。従って、出力回路５０は、第１の撮像画素８２の画素データに対して混色補正を行う。

【0072】

図４では、プロセスばらつきにより赤色のカラーフィルタ９４および９７がずれた場合について説明したが、緑色や青色のカラーフィルタ９４および９７がずれた場合についても同様に、位相差検出画素８１における感度の低下と混色を抑制することができる。

【0073】

（遮光膜の形状の例）
図５は、図３の画素アレイ部４４における遮光膜９１ａおよび９１ｂ，９３、並びに９６の形状の例を示す上面概略図である。なお、図５は、図３ＡのＡ−Ａ´の位置の５×１の画素の遮光膜を表している。

【0074】

図５Ａに示すように、図３の画素アレイ部４４の位相差検出画素８１の遮光膜９１ａおよび９１ｂは、例えば、遮光膜が形成されない開口部１０１が長方形になるように形成される。また、遮光膜９３は、遮光膜が形成されない開口部１０２が長方形になるように形成され、遮光膜９６は、遮光膜が形成されない開口部１０３の形状が正方形になるように形成される。

【0075】

なお、図５Ｂに示すように、開口部１０１および開口部１０２の形状が楕円形になり、開口部１０３の形状が円形になるように、遮光膜９１ａおよび９１ｂ，９３、並びに９６が形成されるようにしてもよい。開口部１０１乃至１０３の形状は、勿論、図５Ａや図５Ｂの形状に限定されず、台形や三角形などであってもよい。

【0076】

（画素アレイ部の製造方法）
図６は、図３の画素アレイ部４４のうちのフォトダイオード６１の領域の製造方法を説明する図である。

【0077】

図６Ａに示すように、まず、図示せぬ導波路を有するフォトダイオード６１が半導体基板に形成される。次に、図６Ｂに示すように、透過率の高い、ＳｉＯ₂膜、ＳｉＮ膜、ＴＩＯｘ膜などの無機膜が、透明膜９０として、フォトダイオード６１上に形成される。なお、透明膜９０は、有機膜であってもよい。例えば、カラーフィルタ９４（９７）やオンチップレンズ９２（９５，９８）の有機材料、シロキサンなどであってもよい。

【0078】

次に、図６Ｃに示すように、フォトリソグラフィとドライエッチにより、透明膜９０上に遮光膜９１ａおよび９１ｂ、９３、並びに９６が形成される。

【0079】

そして、図６Ｄに示すように、フォトリソグラフィとドライエッチにより、透明膜９０上に緑色のカラーフィルタ９４および９７が形成される。次に、図６Ｅに示すように、フォトリソグラフィとドライエッチにより、透明膜９０上に赤色のカラーフィルタ９４および９７が形成され、その後青色のカラーフィルタ９４および９７が形成される。最後に、図６Ｆに示すように、各画素５１の透明膜９０を覆うようにオンチップレンズ９２，９５，９８が形成される。

【0080】

以上のように、固体撮像素子４１は、第１の撮像画素８２のカラーフィルタ９４の面積を第２の撮像画素８３のカラーフィルタ９７の面積より小さくする。従って、カラーフィルタ９４のプロセスばらつきにより、カラーフィルタ９４がずれた場合の位相差検出用の画素における混色や感度低下を抑制することができる。

【0081】

これに対して、遮光膜９１ｂの他の画素５１との隣接方向の幅を広くすることにより混色を抑制することもできる。しかしながら、この場合、開口部１０１が狭くなるため、感度が低下する。位相差検出画素８１の開口部１０１は、第１の撮像画素８２や第２の撮像画素８３に比べて小さいため、感度の低下の影響は大きく、例えば、暗所の撮影時に位相差を検出することができなくなる場合がある。

【0082】

なお、上述した説明では、位相差検出画素８１の開口領域８１ｂが配置される側に隣接する画素５１を第１の撮像画素８２としたが、位相差検出画素８１と垂直方向に隣接する画素５１を第１の撮像画素８２にすることができる。

【0083】

この場合、第１の撮像画素８２のカラーフィルタ９４の位相差検出画素８１と隣接しない側の位置が、水平方向に並ぶ第２の撮像画素８３と同一であるように、カラーフィルタ９４が配置される。そして、第１の撮像画素８２のカラーフィルタ９４の位相差検出画素８１と隣接する方向の幅は、カラーフィルタ９７に比べて小さい。これにより、位相差検出画素８１と垂直方向に隣接する第１の撮像画素８２のカラーフィルタ９４のプロセスばらつきによる位相差検出画素８１の感度の低下および混色を抑制することができる。

【0084】

また、位相差検出画素８１の開口領域８１ｂが配置される側に隣接する画素５１と、位相差検出画素８１と垂直方向に隣接する画素５１の両方を、第１の撮像画素８２にすることもできる。

【0085】

（画素アレイ部の第２の構造例）
図７は、画素アレイ部４４の第２の構造例を示す図である。

【0086】

図７に示す構成のうち、図３の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

【0087】

図７の画素アレイ部４４の構成は、遮光膜９１ｂの代わりに遮光膜１１１が設けられる点が図３の構成と異なる。図７の画素アレイ部４４は、遮光膜９１ｂより面積の大きい遮光膜１１１を設けることにより、第１の撮像画素８２における混色を抑制する。

【0088】

具体的には、遮光膜１１１は、位相差検出画素８１の透明膜９０上の開口領域８１ｂのうちの他の画素５１との境界部分に対応する領域に形成される。遮光膜１１１の面積は、遮光膜９１ｂより大きい。遮光膜１１１の水平方向の幅は、遮光膜９６の位相差検出画素８１と隣接する側の水平方向の幅に比べて大きい。

【0089】

遮光膜１１１は、位相差検出画素８１の透明膜９０上の遮光膜が形成されない領域において乱反射された光を遮光し、その光が第１の撮像画素８２のフォトダイオード６１に入射することを防止する。その結果、第１の撮像画素８２における混色を抑制することができる。

【0090】

（画素アレイ部の第３の構造例）
図８は、画素アレイ部４４の第３の構造例を示す概略上面図である。

【0091】

図８に示す構成のうち、図３の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

【0092】

図８の画素アレイ部４４の構成は、オプティカルブラック領域８１ａ、開口領域８１ｂ、カラーフィルタ９４、遮光膜９３の代わりに、オプティカルブラック領域１１１ａ、開口領域１１１ｂ、カラーフィルタ１１２、遮光膜１１２ａが設けられる点が、図３の構成と異なる。図８の画素アレイ部４４では、開口領域１１１ｂの上から見た形状が正方形であり、位相差検出画素８１と水平方向および垂直方向に隣接する画素５１が第１の撮像画素８２となる。

【0093】

具体的には、開口領域１１１ｂは、位相差検出画素８１のフォトダイオード６１の領域を４分割した１つの領域であり、オプティカルブラック領域１１１ａは、残りの３つの領域である。

【0094】

位相差検出画素８１と水平方向に隣接する第１の撮像画素８２のカラーフィルタ１１２の垂直方向の位置は、その位相差検出画素８１の開口領域１１１ｂと異なっている。即ち、開口領域１１１ｂがフォトダイオード６１の右上または左上の領域である場合、カラーフィルタ１１２は、第１の撮像画素８２のフォトダイオード６１の下側に配置される。また、開口領域１１１ｂがフォトダイオード６１の右下または左下の領域である場合、カラーフィルタ１１２は、第１の撮像画素８２のフォトダイオード６１の上側に配置される。

【0095】

また、位相差検出画素８１と垂直方向に隣接する第１の撮像画素８２のカラーフィルタ１１２の水平方向の位置は、その位相差検出画素８１の開口領域１１１ｂと異なっている。即ち、開口領域１１１ｂがフォトダイオード６１の右上または右下の領域である場合、カラーフィルタ１１２は、第１の撮像画素８２のフォトダイオード６１の左側に配置される。また、開口領域１１１ｂがフォトダイオード６１の左上または左下の領域である場合、カラーフィルタ１１２は、第１の撮像画素８２のフォトダイオード６１の右側に配置される。

【0096】

カラーフィルタ１１２の位相差検出画素８１と隣接する方向の幅は、第２の撮像画素８３のカラーフィルタ９４に比べて短くなっている。また、カラーフィルタ１１２は、位相差検出画素８１と隣接する方向に垂直な方向に並ぶ第２の撮像画素８３のカラーフィルタ９４と、位相差検出画素８１と隣接する側と反対の側の位置が同一である。

【0097】

なお、図８の例では、垂直方向に並ぶ開口領域１１１ｂの垂直方向の位置が同一であり、水平方向の位置が異なるようにしたが、図９に示すように、垂直方向に並ぶ開口領域１１１ｂの水平方向の位置が同一であり、垂直方向の位置が異なるようにしてもよい。この場合、例えば、図９に示すように、水平方向に並ぶ開口領域１１１ｂの垂直方向の位置が同一であり、水平方向の位置が異なるようにされる。このようにすることにより、位相差検出画素８１の画素信号を用いて水平方向と垂直方向の位相差を検出することができる。

【0098】

（画素アレイ部の第４の構造例）
図１０は、画素アレイ部４４の第４の構造例を示す図である。

【0099】

図１０に示す構成のうち、図３の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

【0100】

図１０の画素アレイ部４４の構成は、位相差検出画素８１にカラーフィルタ１２１が設けられる点が図３の構成と異なる。図１０の画素アレイ部４４は、位相差検出画素８１を位相差検出用の画素としてだけでなく、撮像用の画素としても用いる。

【0101】

具体的には、カラーフィルタ１２１は、遮光膜９１ａおよび遮光膜９１ｂが形成された開口領域８１ｂに対応する透明膜９０上に形成される。図１０の例では、カラーフィルタ１２１の色は緑色（Ｇ）である。これにより、位相差検出画素８１の画素データは、位相差検出に用いるだけでなく、緑色の撮像用の画素の画素データとしても用いることができる。

【0102】

なお、開口部１０１は、開口部１０２や開口部１０３に比べて小さいため、位相差検出画素８１の感度は、第１の撮像画素８２や第２の撮像画素８３に比べて低い。従って、位相差検出画素８１により得られる画素データがそのまま緑色の撮像用の画素の画素データとして用いられる場合、暗所の撮影時に画素データが精度良く得られない場合がある。よって、出力回路５０は、位相差検出画素８１により得られる画素データに対して、例えば、オンチップレンズ９２とオンチップレンズ９８により集光される光が同一である場合に位相差検出画素８１と第２の撮像画素８３の画素データが同一となるようにゲインを乗算してもよい(ゲイン補正を行ってもよい)。

【0103】

また、図１０では、カラーフィルタ１２１の色は、緑色であるようにしたが、赤色や青色であってもよい。

【0104】

（画素アレイ部の第５の構造例）
図１１は、画素アレイ部４４の第５の構造例を示す図である。

【0105】

図１１に示す構成のうち、図３の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

【0106】

図１１の画素アレイ部４４の構成は、遮光膜９６（９１ａ，９１ｂ，９３）の下に絶縁膜１４１と遮光膜１４２が設けられる点が、図３の構成と異なる。

【0107】

絶縁膜１４１は、遮光膜１４２を覆うように設けられる。遮光膜１４２は、画素５１の境界の遮光膜９６（９１ａ，９１ｂ，９３）の下に、透明膜９０とフォトダイオード６１を貫通するように設けられる。従って、遮光膜１４２と遮光膜９６（９１ａ，９１ｂ，９３）は、絶縁膜１４１を介して接続している。

【0108】

なお、図１２に示すように、遮光膜１４２はフォトダイオード６１のみを貫通するように設けられ、遮光膜１４２と遮光膜９６（９１ａ，９１ｂ，９３）は分断されるようにしてもよい。また、遮光膜１４２は設けられなくてもよい。

【0109】

（画素アレイ部の第６の構造例）
図１３は、画素アレイ部４４の第６の構造例を示す図である。

【0110】

図１３に示す構成のうち、図３の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

【0111】

図１３の画素アレイ部４４の構成は、遮光膜９６（９１ａ，９１ｂ，９３）の下に遮光膜１６１または１６２が設けられる点が、図３の構成と異なる。

【0112】

遮光膜１６１は、第２の撮像画素８３の間の境界、および、第２の撮像画素８３と位相差検出画素８１の間の境界に、透明膜９０とフォトダイオード６１を貫通するように設けられる。一方、遮光膜１６２は、位相差検出画素８１と第１の撮像画素８２の間の境界に、透明膜９０とフォトダイオード６１を貫通するように設けられる。

【0113】

また、遮光膜１６２の水平方向の幅Ｌ１２は、遮光膜１６１の水平方向の幅Ｌ１１に比べて大きい。具体的には、図１３の例では、遮光膜９１ｂの下の遮光膜１６２の水平方向の幅は、遮光膜９６（９１ａ，９３）の下の遮光膜１６１の水平方向の幅と同一であるが、遮光膜９３の下の遮光膜１６２の水平方向の幅は、遮光膜９６（９１ａ，９３）の下の遮光膜１６１の水平方向の幅より大きい。

【0114】

なお、図１４に示すように、遮光膜９３の下の遮光膜１６２の水平方向の幅は、遮光膜９６（９１ａ，９３）の下の遮光膜１６１の水平方向の幅と同一であるが、遮光膜９１ｂの下の遮光膜１６２の水平方向の幅が、遮光膜９６（９１ａ，９３）の下の遮光膜１６１の水平方向の幅より大きいことにより、遮光膜１６２の水平方向の幅Ｌ１２は、遮光膜１６１の水平方向の幅Ｌ１１に比べて大きくなるようにしてもよい。また、遮光膜１６１（１６２）は、絶縁膜で覆われてもよい。

【0115】

また、上述した説明では、画素アレイ部４４の各画素５１の配列がベイヤ配列である場合について説明したが、画素アレイ部４４の各画素５１の配列は、ベイヤ配列に限定されない。例えば、画素アレイ部４４の各画素５１の配列は、２×２の画素５１ごとに同一の色が割り当てられる配列（以下、２×２画素配列という）であってもよい。

【0116】

（画素アレイ部の第７の構造例）
図１５は、各画素５１の配列が２×２画素配列である場合の画素アレイ部４４の第１の構造例を示す図である。

【0117】

図１５に示す構成のうち、図３や図１１の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。

【0118】

図１５Ａに示すように、各画素５１の配列が２×２画素配列である場合、例えば、２×２の緑色の画素５１のうちの１つの画素５１が、位相差検出と撮像の両方に用いられる位相差検出画素１８１に置換される。また、位相差検出画素１８１に隣接する緑色の画素が、第１の撮像画素１８２とされる。さらに、図１５の例では、緑色の画素５１のうちの位相差検出画素１８１と第１の撮像画素１８２以外の画素５１、並びに、赤色および青色の画素５１が、第２の撮像画素１８３とされる。

【0119】

位相差検出画素１８１、第１の撮像画素１８２、および第２の撮像画素１８３の構成は、隣接する同一の色の画素５１どうしでカラーフィルタ１９１を共有する点、および、第２の撮像画素１８３どうしの境界には絶縁膜１４１、遮光膜１４２、および遮光膜９６が設けられない点を除いて、図１１の位相差検出画素８１、第１の撮像画素８２、第２の撮像画素８３の構成と同一である。

【0120】

従って、第１の撮像画素１８２の遮光膜９３の面積は、第２の撮像画素１８３の遮光膜９６の面積より大きい。よって、位相差検出画素１８１と第１の撮像画素１８２との混色を抑制し、S/N比を向上させることができる。その結果、固体撮像素子の感度の低下を抑制することができる。

【0121】

位相差検出画素１８１と第１の撮像画素１８２の境界には、遮光膜１４２が設けられるので、位相差検出画素１８１において第１の撮像画素１８２に対応する光が受光され、混色が発生することを抑制することができる。

【0122】

なお、図１５の例では、位相差検出画素１８１は、位相差検出と撮像の両方に用いられたが、図１６に示すように、位相差検出にのみ用いられるようにしてもよい。この場合、位相差検出画素１８１には、カラーフィルタ１９１は設けられない。即ち、位相差検出画素１８１は、白色の光を撮像する。

【0123】

また、図１６の例では、緑色の画素５１が位相差検出画素１８１にされたが、図１７に示すように、赤色の画素５１が位相差検出画素１８１にされるようにしてもよい。この場合、位相差検出画素１８１に隣接する赤色の画素５１が、第１の撮像画素１８２とされる。同様に、図１５の例において、赤色の画素５１が位相差検出画素１８１にされるようにしてもよい。

【0124】

また、図１８に示すように、２×２の緑色の画素５１のうちの垂直方向に並ぶ２つの画素５１が、位相差検出と撮像の両方に用いられる位相差検出画素１８１に置換されるようにしてもよい。この場合、残りの２つの緑色の画素５１が第１の撮像画素１８２にされる。

【0125】

（画素間の電気配線の例）
図１９は、各画素５１の配列が２×２画素配列である場合の画素５１間の電気配線の例を示す図である。

【0126】

なお、図１９では、緑色の画素５１について説明するが、赤色および青色の画素５１についても同様である。

【0127】

図１９Ａに示すように、緑色の２×２の画素５１が全て第２の撮像画素１８３である場合、第２の撮像画素１８３のそれぞれは電気配線２０１により互いに接続される。

【0128】

一方、画素アレイ部４４の構造が図１５や図１６の構造である場合、図１９Ｂや図１９Ｃに示すように、第１の撮像画素１８２と第２の撮像画素１８３は電気配線２０２により互いに接続されるが、位相差検出画素１８１には独立して電気配線２０３が設けられる。

【0129】

また、画素アレイ部４４の構造が図１８の構造である場合や、図１８において位相差検出画素１８１が位相差検出にのみ用いられる構造である場合、図１９Ｄや図１９Ｅに示すように、第１の撮像画素１８２どうし、および、位相差検出画素１８１どうしが、それぞれ、電気配線２０４，２０５により互いに接続される。

【0130】

以上のように、電気配線は、位相差検出画素１８１と位相差検出画素１８１以外との間で分けられる。

【0131】

なお、図１５乃至図１８の例では、画素５１ごとにオンチップレンズが設けられるようにしたが、オンチップレンズは、隣接する同一の色の画素５１の間で共有されるようにしてもよい。

【0132】

この場合、図１５の場合と同様に、２×２の緑色の画素５１のうちの１つの画素５１が、位相差検出と撮像の両方に用いられる位相差検出画素１８１に置換されるとき、図２０に示すように、例えば、２×２の同一の色の画素５１においてオンチップレンズ２１１が共有される。

【0133】

また、図１６の場合と同様に、位相差検出画素１８１が位相差検出にのみ用いられる場合、例えば、図２１に示すように、２×２の同一の色または白色の画素５１においてオンチップレンズ２１１が共有される。

【0134】

さらに、図１７の場合と同様に、赤色の画素５１が位相差検出画素１８１にされる場合、例えば、図２２に示すように、２×２の同一の色の画素５１においてオンチップレンズ２１１が共有される。また、２×２の赤色または白色の画素５１のうちの３つの赤色の画素５１において、オンチップレンズ２１２が共有される。位相差検出画素１８１は、単独でオンチップレンズ９２を有する。

【0135】

また、図１８の場合と同様に、２×２の緑色の画素５１のうちの垂直方向に並ぶ２つの画素５１が、位相差検出と撮像の両方に用いられる位相差検出画素１８１に置換される場合、例えば、図２３に示すように、２×２の同一の色の画素５１のうちの水平方向に隣接する２つの画素５１において、オンチップレンズ２１３が共有される。

【0136】

さらに、２×２の緑色の画素５１のうちの垂直方向に並ぶ２つの画素５１が、位相差検出にのみ用いられる位相差検出画素１８１に置換される場合、例えば、図２４に示すように、２×２の同一の色の第２の撮像画素１８３のうちの水平方向に隣接する２つの第２の撮像画素１８３において、オンチップレンズ２１３が共有される。また、２つの位相差検出画素１８１と第１の撮像画素１８２からなる２×２の緑色の画素５１は、それぞれ単独でオンチップレンズ９２（９５）を有する。

【0137】

なお、この場合、図２５に示すように、例えば、２×２の同一の色または白色の画素５１のうちの水平方向に隣接する２つの画素５１において、オンチップレンズ２１３が共有されるようにしてもよい。上述したオンチップレンズの共有化は一例であり、オンチップレンズが共有される画素５１の組み合わせは、上述した例に限定されない。

【0138】

また、画素アレイ部４４の各画素５１の配列は、図２６に示すように、緑色、赤色、青色、白色が市松配置された配列であってもよい。この場合、位相差検出画素８１は、位相差検出と撮像の両方に用いられる。なお、図１５乃至図１８および図２６の遮光膜１４２は設けられなくてもよい。

【0139】

また、画素アレイ部４４の各画素５１の配列は、図２７に示すように、配列方向を通常の配列方向に対して４５度回転させたクリアビット配列であってもよい。この場合、位相差検出画素１８１の上下左右の画素５１が同一の色となるため、位相差検出画素１８１における混色は非常に少ない。

【0140】

（画素の第２の構成例）
図２８は、画素５１の第２の構成の等価回路を示している。

【0141】

図２８の画素５１は、電子式のグローバルシャッタ機能を実現する画素である。なお、図２８において、図２と対応する部分については同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

【0142】

第２の構成の画素５１は、上述した第１の構成の画素５１と比較すると、転送トランジスタ６２とFD６３との間に、電荷を転送するもう一つの転送トランジスタ２３１と、FD６３に電荷を転送する前に一時的に電荷を保持するメモリ部（MEM）２３２をさらに備える。以下では、転送トランジスタ６２を第１転送トランジスタ６２と称し、転送トランジスタ２３１を第２転送トランジスタ２３１と称する。

【0143】

また、第２の構成の画素５１では、フォトダイオード６１に、不要な電荷を排出するための排出トランジスタ２３３が新たに接続されている。

【0144】

図２８の画素５１の動作について簡単に説明する。

【0145】

まず、露光開始前に、Highレベルの排出信号OFGが排出トランジスタ２３３に供給されることにより排出トランジスタ２３３がオンされ、フォトダイオード６１に蓄積されている電荷が定電圧源VDDに排出され、フォトダイオード６１がリセットされる。

【0146】

フォトダイオード６１のリセット後、排出トランジスタ２３３が、Lowレベルの排出信号OFGによりオフされると、全画素で露光が開始される。

【0147】

予め定められた所定の露光時間が経過すると、画素アレイ部４４の全画素において、第１の転送信号TX1により第１転送トランジスタ６２がオンされ、フォトダイオード６１に蓄積されていた電荷が、メモリ部２３２に転送される。

【0148】

第１転送トランジスタ６２がオフされた後、各画素５１のメモリ部２３２に保持されている電荷が、行単位に、順次、ADC５５に読み出される。読み出し動作は、上述した第１の構成と同様であり、読出し行の画素５１の第２転送トランジスタ２３１が第２の転送信号TX2によりオンされ、メモリ部２３２に保持されている電荷が、FD６３に転送される。そして、選択トランジスタ６６が選択信号SELによりオンされことで、FD６３に蓄積されている電荷に応じたレベルを示す信号が、増幅トランジスタ６５から選択トランジスタ６６を介してADC５５に出力される。

【0149】

（固体撮像素子の各部の配置例）
図２９は、固体撮像素子４１の各部の配置例を示す図である。

【0150】

固体撮像素子４１の画素アレイ部４４、制御回路２５１、およびロジック回路２５２は、例えば、図２９Ａ乃至図２９Ｃに示す第１乃至第３の配置のいずれかで半導体基板に設けられる。制御回路２５１は、例えば、タイミング制御部４２、垂直走査回路４３、定電流源回路部４５、参照信号生成部４６、カラムAD変換部４７、および水平走査回路４８からなる回路である。ロジック回路２５２は、例えば、出力回路５０からなる回路である。

【0151】

図２９Ａに示すように、第１の配置では、画素アレイ部４４、制御回路２５１、およびロジック回路２５２の全てが１つの半導体基板２６１に配置される。

【0152】

また、図２９Ｂに示すように、第２の配置では、積層される２つの半導体基板２６２と半導体基板２６３のうちの一方に画素アレイ部４４と制御回路２５１が配置され、他方にロジック回路２５２が配置される。図２９Ｂの例では、画素アレイ部４４と制御回路２５１は半導体基板２６２に配置され、ロジック回路２５２は半導体基板２６３に配置されている。

【0153】

図２９Ｃに示すように、第３の配置では、積層される２つの半導体基板２６４と半導体基板２６５のうちの一方に画素アレイ部４４が配置され、他方に制御回路２５１とロジック回路２５２が配置される。図２９Ｃの例では、画素アレイ部４４は半導体基板２６４に配置され、制御回路２５１とロジック回路２５２は半導体基板２６５に配置されている。

【0154】

なお、上述した説明では、固体撮像素子４１の半導体基板の層数は、１または２であったが、２以上であってもよい。

【0155】

また、固体撮像素子４１において、各位相差検出画素８１の遮光膜９１ａおよび９１ｂ（１１１）のサイズは、その位相差検出画素８１の画素アレイ部４４内の位置が中央から周辺に向かうにつれて段階的に変化するようにしてもよい。即ち、遮光膜９１ａおよび９１ｂ（１１１）のサイズを像高ごとに段階的に変化させるようにしてもよい。また、白色のカラーフィルタとして機能するオンチップレンズ９２のサイズについても同様に、像高ごとに、段階的に変化させるようにしてもよい。

【0156】

このように、遮光膜９１ａおよび９１ｂ（１１１）並びにオンチップレンズ９２のサイズを像高ごとに段階的に変化させ、瞳補正を行うことにより、混色特性や色シェーディング特性をより向上させることができる。

【0157】

なお、第１の撮像画素８２の遮光膜９３、第２の撮像画素８３の遮光膜９６、カラーフィルタ９４、並びにカラーフィルタ９７のサイズについても同様に、像高ごとに、段階的に変化させるようにしてもよい。

【0158】

＜第２実施の形態の構成例＞
（電子機器の一実施の形態の構成例）
図３０は、本開示を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。

【0159】

図３０の撮像装置９００は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等である。撮像装置９００は、レンズ群９０１、固体撮像素子９０２、ＤＳＰ回路９０３、フレームメモリ９０４、表示部９０５、記録部９０６、操作部９０７、および電源部９０８からなる。ＤＳＰ回路９０３、フレームメモリ９０４、表示部９０５、記録部９０６、操作部９０７、および電源部９０８は、バスライン９０９を介して相互に接続されている。

【0160】

レンズ群９０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子９０２の撮像面上に結像する。固体撮像素子９０２は、上述した固体撮像素子４１からなる。固体撮像素子９０２は、レンズ群９０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号としてＤＳＰ回路９０３に供給する。

【0161】

ＤＳＰ回路９０３は、固体撮像素子９０２から供給される画素信号に対して所定の画像処理を行い、画像処理後の画像信号をフレーム単位でフレームメモリ９０４に供給し、一時的に記憶させる。

【0162】

表示部９０５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、フレームメモリ９０４に一時的に記憶されたフレーム単位の画素信号に基づいて、画像を表示する。

【0163】

記録部９０６は、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)、フラッシュメモリ等からなり、フレームメモリ９０４に一時的に記憶されたフレーム単位の画素信号を読み出し、記録する。

【0164】

操作部９０７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置９００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部９０８は、電源を、ＤＳＰ回路９０３、フレームメモリ９０４、表示部９０５、記録部９０６、および操作部９０７に対して適宜供給する。

【0165】

本技術を適用する電子機器は、画像取込部（光電変換部）に固体撮像装置を用いる電子機器であればよく、撮像装置９００のほか、撮像機能を有する携帯端末装置、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機などがある。

【0166】

なお、固体撮像素子４１はワンチップとして形成された形態であってもよいし、光学部等を含めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。

【0167】

本技術は、裏面照射型のCMOSセンサにも、表面照射型のCMOSセンサにも適用することができる。

【0168】

また、本技術は、特に高精細な固体撮像素子において有用である。即ち、高精細な固体撮像素子では、カラーフィルタ９４のプロセスばらつきの大きさが開口領域８１ｂの大きさに対して大きい。例えば、画素５１のサイズが1.0μm×1.0μmである場合、ばらつき値が数十nmから百数十nm程度であるとすると、ばらつき値は、画素５１のサイズの数％から数十％の割合を占める。従って、カラーフィルタ９４のプロセスばらつきによる位相差検出画素８１の混色や感度低下の影響が大きく、本技術による効果は大きい。

【0169】

さらに、上述した説明では、カラーフィルタ９４、カラーフィルタ９７、およびカラーフィルタ１２１の色は、赤色、緑色、または青色のいずれかであったが、白色、シアン、マジェンダなどの色であってもよい。

【0170】

本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。

【0171】

また、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

【0172】

例えば、光電変換素子として、フォトダイオードではなく、有機光電変換膜であってもよい。また、カラーフィルタの代わりに、有機光電変換膜が用いられてもよい。この有機光電変換膜の詳細は、本出願人が先に出願した特開２０１１−２９３３７号に記載されている。

【符号の説明】

【0175】

４１ 固体撮像素子， ５０ 出力回路， ８１ 位相差検出画素， ８１ａ オプティカルブラック領域， ８２ 第１の撮像画素， ８３ 第２の撮像画素， ９３ 遮光膜， ９４ カラーフィルタ， ９６ 遮光膜， ９７，１２１ カラーフィルタ， １４１ 絶縁膜， １４２ 遮光膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】