特許第6445048号(P6445048)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ オリンパス株式会社の特許一覧
<>
  • 特許6445048-固体撮像装置 図000002
  • 特許6445048-固体撮像装置 図000003
  • 特許6445048-固体撮像装置 図000004
  • 特許6445048-固体撮像装置 図000005
  • 特許6445048-固体撮像装置 図000006
  • 特許6445048-固体撮像装置 図000007
  • 特許6445048-固体撮像装置 図000008
< >
(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】6445048
(24)【登録日】2018年12月7日
(45)【発行日】2018年12月26日
(54)【発明の名称】固体撮像装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 27/146 20060101AFI20181217BHJP
   H04N 5/3745 20110101ALI20181217BHJP
【FI】
   H01L27/146 F
   H01L27/146 D
   H04N5/3745
【請求項の数】5
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2016-568246(P2016-568246)
(86)(22)【出願日】2015年1月9日
(86)【国際出願番号】JP2015050502
(87)【国際公開番号】WO2016111004
(87)【国際公開日】20160714
【審査請求日】2017年12月20日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000376
【氏名又は名称】オリンパス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
(74)【代理人】
【識別番号】100094400
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 三義
(74)【代理人】
【識別番号】100086379
【弁理士】
【氏名又は名称】高柴 忠夫
(74)【代理人】
【識別番号】100139686
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 史朗
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 俊介
【審査官】 石丸 昌平
(56)【参考文献】
【文献】 特開2011−103335(JP,A)
【文献】 国際公開第2014/097899(WO,A1)
【文献】 特開2013−187475(JP,A)
【文献】 特開昭58−024105(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2015/0318322(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 27/146
H01L 27/14
H04N 5/3745
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のマイクロレンズと、
複数の第1の光電変換部を有し、前記複数の第1の光電変換部はそれぞれ前記複数のマイクロレンズのいずれか1つに対応し、前記複数のマイクロレンズを透過した第1の光は、前記複数のマイクロレンズに対応する前記複数の第1の光電変換部に入射し、前記複数の第1の光電変換部は、前記第1の光に応じた第1の信号を生成する第1の基板と、
複数の第2の光電変換部および複数の第3の光電変換部を有し、複数の組が配置され、前記複数の組はそれぞれ1つの前記第2の光電変換部および1つの前記第3の光電変換部を含み、前記複数の組はそれぞれ前記複数の第1の光電変換部の少なくとも1つに対応し、前記複数の第1の光電変換部を透過した第2の光は、前記複数の第1の光電変換部に対応する前記複数の組に入射し、前記複数の第2の光電変換部は、第3の光に応じた第2の信号を生成し、前記第3の光は、第1のレンズ領域を通過した光に対応する前記第2の光であり、前記複数の第3の光電変換部は、第4の光に応じた第3の信号を生成し、前記第4の光は、第2のレンズ領域を通過した光に対応する前記第2の光である第2の基板と、
を有し、
前記複数のマイクロレンズの光学的前方に撮像レンズが配置され、前記撮像レンズは、前記第1のレンズ領域と前記第2のレンズ領域とを有し、
前記第2の基板はさらに、前記第2の光電変換部と前記第3の光電変換部との間に配置された電荷分離領域を有し、前記電荷分離領域は前記第2の光電変換部と前記第3の光電変換部との間の電荷の移動を妨げ
前記第1の基板は、前記電荷分離領域から前記第1の光電変換部の方向へ柱状に伸びるように形成され、前記第2の光を前記第3の光と前記第4の光に分離し、前記第3の光と前記第4の光をそれぞれ第2の光電変換部と第3の光電変換部に入射させる分離層をさらに有する
固体撮像装置。
【請求項2】
前記第1の基板はさらに、
積層された複数の配線を有する配線層を有し
前記分離層は、前記複数の配線の一部を有し、前記電荷分離領域と重なるように配置されている
請求項1に記載の固体撮像装置。
【請求項3】
前記複数の組は行列状に配置され、
前記複数の組の配列の同一方向に沿って配置された2個以上の前記第2の光電変換部で生成された2個以上の前記第2の信号は加算され、前記同一方向に沿って配置された2個以上の前記第3の光電変換部で生成された2個以上の前記第3の信号は加算される
請求項1に記載の固体撮像装置。
【請求項4】
前記複数の組はそれぞれ2個以上の前記第1の光電変換部に対応し、2個以上の前記第1の光電変換部を透過した前記第2の光は、前記2個以上の前記第1の光電変換部に対応する前記組に含まれる1つの前記第2の光電変換部および1つの前記第3の光電変換部に入射する請求項1に記載の固体撮像装置。
【請求項5】
前記分離層は、光を反射する特性を有する請求項1に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の基板が積層された構造を有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【0002】
オートフォーカス(AF)の方式の例として、位相差AFセンサを用いる方式すなわち位相差AFがある。ミラーレス一眼レフカメラでは、筐体の都合上、位相差AFセンサを搭載することが従来のデジタル一眼レフカメラよりも難しい。この点に鑑み、有効画素エリア内に画像取得用の画素と位相差AF用の画素とが設けられた固体撮像装置がある。
【0003】
しかしながら、固体撮像装置の有効画素エリア内に位相差AF用の画素があるため、その位置では画像取得用の画素が存在しない。これにより、その位置の画素が欠陥画素と同様に扱われる。AF動作の性能を確保するためには、ある程度の数の位相差AF用の画素が必要である。このため、画像データに対して、多数の位相差AF用の画素の位置における欠陥補完処理が必要である。この結果、十分な画質を得ることが困難でありうる。
【0004】
上記の点が改善された固体撮像装置が特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された固体撮像装置は、積層された第1の基板と第2の基板とを有する。画像取得用の第1の光電変換部が第1の基板に配置され、位相差AF用の第2の光電変換部が第2の基板に配置される。
【0005】
特許文献1に開示された固体撮像装置の詳細を説明する。図7は、特許文献1に記載された固体撮像装置1000の構成を示している。図7では固体撮像装置1000の断面が示されている。図7に示すように、固体撮像装置1000は、第1の基板80と、第2の基板90と、マイクロレンズMLと、カラーフィルタCFとを有する。第1の基板80と、第2の基板90とは積層されている。
【0006】
第1の基板80の主面(基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面)にカラーフィルタCFが配置され、カラーフィルタCF上にマイクロレンズMLが配置されている。図7では複数のマイクロレンズMLが存在するが、代表として1つのマイクロレンズMLの符号が示されている。また、図7では複数のカラーフィルタCFが存在するが、代表として1つのカラーフィルタCFの符号が示されている。
【0007】
固体撮像装置1000の光学的前方に配置された撮像レンズを通過した、被写体からの光がマイクロレンズMLに入射する。マイクロレンズMLは、撮像レンズを透過した光を結像する。カラーフィルタCFは、所定の色に対応した波長の光を透過させる。例えば、赤、緑、青のカラーフィルタCFが、2次元状のベイヤー配列を構成するように配置される。
【0008】
第1の基板80は、第1の半導体層800と、第1の配線層810とを有する。第1の半導体層800は、入射した光を信号に変換する第1の光電変換部801を有する。
【0009】
第1の配線層810は、第1の配線811と、第1のビア812と、第1の層間絶縁膜813とを有する。図7では複数の第1の配線811が存在するが、代表として1つの第1の配線811の符号が示されている。また、図7では複数の第1のビア812が存在するが、代表として1つの第1のビア812の符号が示されている。
【0010】
第1の配線811は、配線パターンが形成された薄膜である。第1の配線811は、第1の光電変換部801で生成された信号と、その他の信号(電源電圧、グランド電圧等)とを伝送する。図7に示す例では、4層の第1の配線811が形成されている。第2の基板90に最も近い第4層に形成された第1の配線811は、遮光層811aとしても機能する。
【0011】
遮光層811aは、第1の基板80に入射した光の一部のみが通過する開口部8110を有する。開口部8110は、遮光層811aの側壁で構成されている。
【0012】
第1のビア812は、異なる層の第1の配線811を接続する。第1の配線層810において、第1の配線811および第1のビア812以外の部分は、第1の層間絶縁膜813で構成されている。
【0013】
第2の基板90は、第2の半導体層900と、第2の配線層910とを有する。第2の半導体層900は、入射した光を信号に変換する第2の光電変換部901を有する。
【0014】
第2の配線層910は、第2の配線911と、第2のビア912と、第2の層間絶縁膜913と、MOSトランジスタ920とを有する。図7では複数の第2の配線911が存在するが、代表として1つの第2の配線911の符号が示されている。また、図7では複数の第2のビア912が存在するが、代表として1つの第2のビア912の符号が示されている。また、図7では複数のMOSトランジスタ920が存在するが、代表として1つのMOSトランジスタ920の符号が示されている。
【0015】
第2の配線911は、配線パターンが形成された薄膜である。第2の配線911は、第2の光電変換部901で生成された信号と、その他の信号(電源電圧、グランド電圧等)とを伝送する。図7に示す例では、2層の第2の配線911が形成されている。
【0016】
第2のビア912は、異なる層の第2の配線911を接続する。第2の配線層910において、第2の配線911および第2のビア912以外の部分は、第2の層間絶縁膜913で構成されている。
【0017】
MOSトランジスタ920は、ソース領域およびドレイン領域と、ゲート電極とを有する。ソース領域およびドレイン領域は、第2の半導体層900に形成された拡散領域である。ゲート電極は、第2の配線層910に配置されている。ソース領域およびドレイン領域は、第2のビア912と接続されている。ゲート電極は、ソース領域とドレイン領域との間に配置されている。MOSトランジスタ920は、第2の配線911と第2のビア912とによって伝送された信号を処理する。
【0018】
第1の基板80と第2の基板90とは、第1のビア812と第2のビア912とを介して第1の基板80と第2の基板90との界面で電気的に接続されている。
【0019】
図7に示す固体撮像装置1000は、第1の光電変換部801で生成された信号から撮像信号を生成することができる。また、図7に示す固体撮像装置1000は、第2の光電変換部901で生成された信号から、位相差AFによる焦点検出に用いる信号(位相差算出用信号)を生成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0020】
【特許文献1】日本国特開2013−187475号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
上記の固体撮像装置1000には以下の課題がある。位相差AFでは、撮像レンズの射出瞳における左側の瞳領域を通過した光に基づく信号と、撮像レンズの射出瞳における右側の瞳領域を通過した光に基づく信号とがペアで取得される。このため、開口部8110は、マイクロレンズMLの中心に対して偏った位置に配置される。図7では、開口部8110は、マイクロレンズMLの中心よりも右に配置されている。図7に示されていない部分の開口部8110は、マイクロレンズMLの中心よりも左に配置されている。
【0022】
つまり、ペアである2つの信号を取得するために、第2の基板90では位相差AF用の画素として2種類の画素が配置される。以下では、これら2種類の画素をそれぞれ第1の画素と第2の画素と呼ぶ。第1の画素では、開口部8110がマイクロレンズMLの中心よりも右に配置されている。第2の画素では、開口部8110がマイクロレンズMLの中心よりも左に配置されている。第1の画素と第2の画素とで信号が得られることにより、1つの画像取得用の画素に対応する位置で焦点検出を行うことが可能である。したがって、焦点検出を行うことができる位置の数の最大数は画像取得用の画素の数の半分である。
【0023】
本発明は、第2の基板のより多くの位置で信号を取得することができる固体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0024】
本発明の第1の態様によれば、固体撮像装置は、複数のマイクロレンズと、第1の基板と、第2の基板と、を有する。前記第1の基板は、複数の第1の光電変換部を有する。前記複数の第1の光電変換部はそれぞれ前記複数のマイクロレンズのいずれか1つに対応する。前記複数のマイクロレンズを透過した第1の光は、前記複数のマイクロレンズに対応する前記複数の第1の光電変換部に入射する。前記複数の第1の光電変換部は、前記第1の光に応じた第1の信号を生成する。前記第2の基板は、複数の第2の光電変換部および複数の第3の光電変換部を有する。複数の組が配置され、前記複数の組はそれぞれ1つの前記第2の光電変換部および1つの前記第3の光電変換部を含む。前記複数の組はそれぞれ前記複数の第1の光電変換部の少なくとも1つに対応する。前記複数の第1の光電変換部を透過した第2の光は、前記複数の第1の光電変換部に対応する前記複数の組に入射する。前記複数の第2の光電変換部は、第3の光に応じた第2の信号を生成する。前記第3の光は、第1のレンズ領域を通過した光に対応する前記第2の光である。前記複数の第3の光電変換部は、第4の光に応じた第3の信号を生成する。前記第4の光は、第2のレンズ領域を通過した光に対応する前記第2の光である。前記複数のマイクロレンズの光学的前方に撮像レンズが配置されている。前記撮像レンズは、前記第1のレンズ領域と前記第2のレンズ領域とを有する。前記第2の基板はさらに、前記第2の光電変換部と前記第3の光電変換部との間に配置された電荷分離領域を有する。前記電荷分離領域は前記第2の光電変換部と前記第3の光電変換部との間の電荷の移動を妨げる。前記第1の基板は、前記電荷分離領域から前記第1の光電変換部の方向へ柱状に伸びるように形成され、前記第2の光を前記第3の光と前記第4の光に分離し、前記第3の光と前記第4の光をそれぞれ第2の光電変換部と第3の光電変換部に入射させる分離層をさらに有する。
【0026】
本発明の第の態様によれば、第の態様において、前記第1の基板はさらに、配線層を有してもよい。前記配線層は、積層された複数の配線を有してもよい。前記分離層は、前記複数の配線の一部を有し、前記電荷分離領域と重なるように配置されてもよい。
【0027】
本発明の第の態様によれば、第1の態様において、前記複数の組は行列状に配置されてもよい。前記複数の組の配列の同一方向に沿って配置された2個以上の前記第2の光電変換部で生成された2個以上の前記第2の信号は加算されてもよい。前記同一方向に沿って配置された2個以上の前記第3の光電変換部で生成された2個以上の前記第3の信号は加算されてもよい。
【0028】
本発明の第の態様によれば、第の態様において、前記複数の組はそれぞれ2個以上の前記第1の光電変換部に対応してもよい。2個以上の前記第1の光電変換部を透過した前記第2の光は、前記2個以上の前記第1の光電変換部に対応する前記組に含まれる1つの前記第2の光電変換部および1つの前記第3の光電変換部に入射してもよい。
本発明の第5の態様によれば、第1の態様において、前記分離層は、光を反射する特性を有してもよい。
【発明の効果】
【0029】
上記の各態様によれば、第2の基板は、複数の第2の光電変換部および複数の第3の光電変換部を有する。複数の組が配置され、複数の組はそれぞれ1つの第2の光電変換部および1つの第3の光電変換部を含む。複数の組はそれぞれ複数の第1の光電変換部の少なくとも1つに対応する。このため、第2の基板のより多くの位置で信号を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
図1】本発明の第1の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
図2】本発明の第1の実施形態の固体撮像装置における第1の光電変換部の配列を示す平面図である。
図3】本発明の第1の実施形態の固体撮像装置における第2の光電変換部と、第3の光電変換部と、電荷分離領域との配列を示す平面図である。
図4】本発明の第1の実施形態の固体撮像装置における第2の光電変換部と、第3の光電変換部と、電荷分離領域との配列を示す平面図である。
図5】本発明の第1の実施形態の固体撮像装置における第2の光電変換部と、第3の光電変換部と、電荷分離領域との配列を示す平面図である。
図6】本発明の第2の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
図7】従来の固体撮像装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【0032】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の固体撮像装置1aの構成を示している。図1では固体撮像装置1aの断面が示されている。図1に示すように、固体撮像装置1aは、第1の基板10と、第2の基板20と、マイクロレンズ301と、カラーフィルタ302と、撮像レンズ400とを有する。第1の基板10と、第2の基板20とは積層されている。
【0033】
固体撮像装置1aを構成する部分の寸法は、図1に示される寸法に従うわけではない。固体撮像装置1aを構成する部分の寸法は任意であってよい。
【0034】
第1の基板10の主面(基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面)にカラーフィルタ302が配置され、カラーフィルタ302上にマイクロレンズ301が配置されている。図1では複数のマイクロレンズ301が存在するが、代表として1つのマイクロレンズ301の符号が示されている。また、図1では複数のカラーフィルタ302が存在するが、代表として1つのカラーフィルタ302の符号が示されている。
【0035】
固体撮像装置1aの光学的前方に配置された撮像レンズ400を通過した、被写体からの光がマイクロレンズ301に入射する。マイクロレンズ301は、撮像レンズ400を通過した光を結像する。カラーフィルタ302は、所定の色に対応した波長の光を透過させる。例えば、赤、緑、青のカラーフィルタ302が、2次元状のベイヤー配列を構成するように配置される。
【0036】
複数のマイクロレンズ301の光学的前方に撮像レンズ400が配置されている。撮像レンズ400は、第1のレンズ領域401と第2のレンズ領域402とを有する。第1のレンズ領域401と第2のレンズ領域402とは、撮像レンズ400の光軸を中心に対称である。例えば、第1のレンズ領域401は、撮像レンズ400の射出瞳における左側の瞳領域である。例えば、第2のレンズ領域402は、撮像レンズ400の射出瞳における右側の瞳領域である。
【0037】
第1の基板10は、第1の半導体層100と、第1の配線層110とを有する。第1の半導体層100と第1の配線層110とは、第1の基板10の主面(基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面)を横切る方向(例えば、主面にほぼ垂直な方向)に重なっている。また、第1の半導体層100と第1の配線層110とは互いに接触している。
【0038】
第1の半導体層100は、第1の光電変換部101を有する。図1では複数の第1の光電変換部101が存在するが、代表として1つの第1の光電変換部101の符号が示されている。第1の半導体層100は、シリコン(Si)等の半導体を含む材料で構成されている。例えば、第1の光電変換部101は、第1の半導体層100を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第1の半導体層100は、第1の面と第2の面とを有する。第1の半導体層100の第1の面は、第1の配線層110と接触している。第1の半導体層100の第1の面と反対側の第2の面は、カラーフィルタ302と接触している。第1の半導体層100の第2の面は第1の基板10の主面の1つを構成する。
【0039】
複数の第1の光電変換部101はそれぞれ複数のマイクロレンズ301のいずれか1つに対応する。つまり、1つの第1の光電変換部101と1つのマイクロレンズ301とが対応する。複数のマイクロレンズ301を透過した第1の光は、複数のマイクロレンズ301に対応する複数の第1の光電変換部101に入射する。複数の第1の光電変換部101は、第1の光に応じた第1の信号を生成する。
【0040】
第1の配線層110は、第1の配線111と、第1のビア112と、第1の層間絶縁膜113とを有する。図1では複数の第1の配線111が存在するが、代表として1つの第1の配線111の符号が示されている。また、図1では複数の第1のビア112が存在するが、代表として1つの第1のビア112の符号が示されている。
【0041】
第1の配線111は、導電性を有する材料(例えば、アルミニウム(Al)または銅(Cu)等の金属)で構成されている。第1のビア112は、導電性を有する材料で構成されている。第1の配線層110は、第1の面と第2の面とを有する。第1の配線層110の第1の面は第2の基板20と接触している。第1の配線層110の第1の面と反対側の第2の面は第1の半導体層100と接触している。第1の配線層110の第1の面は第1の基板10の主面の1つを構成する。
【0042】
第1の配線111は、配線パターンが形成された薄膜である。第1の配線111は、第1の光電変換部101で生成された信号と、その他の信号(電源電圧、グランド電圧等)とを伝送する。1層のみの第1の配線111が形成されていてもよいし、複数層の第1の配線111が形成されていてもよい。図1に示す例では、4層の第1の配線111が形成されている。
【0043】
第1のビア112は、異なる層の第1の配線111を接続する。第1の配線層110において、第1の配線111および第1のビア112以外の部分は、二酸化珪素(SiO2)等で形成された第1の層間絶縁膜113で構成されている。
【0044】
第2の基板20は、第2の半導体層200と、第2の配線層210とを有する。第2の半導体層200と第2の配線層210とは、第2の基板20の主面を横切る方向(例えば、主面にほぼ垂直な方向)に重なっている。また、第2の半導体層200と第2の配線層210とは互いに接触している。
【0045】
第2の半導体層200は、第2の光電変換部201と、第3の光電変換部202と、電荷分離領域203とを有する。図1では複数の第2の光電変換部201が存在するが、代表として1つの第2の光電変換部201の符号が示されている。また、図1では複数の第3の光電変換部202が存在するが、代表として1つの第3の光電変換部202の符号が示されている。また、図1では複数の電荷分離領域203が存在するが、代表として1つの電荷分離領域203の符号が示されている。
【0046】
第2の半導体層200は、シリコン(Si)等の半導体を含む材料で構成されている。例えば、第2の光電変換部201と第3の光電変換部202とは、第2の半導体層200を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第1の光電変換部101に対応する領域に第2の光電変換部201と第3の光電変換部202とが配置されている。つまり、第2の光電変換部201と第3の光電変換部202とは、第1の光電変換部101を透過した光が入射する位置に配置されている。第2の半導体層200は、第1の面と第2の面とを有する。第2の半導体層200の第1の面は第2の配線層210と接触している。第2の半導体層200の第1の面と反対側の第2の面は第1の基板10と接触している。第2の半導体層200の第2の面は第2の基板20の主面の1つを構成する。
【0047】
第2の光電変換部201と第3の光電変換部202とは、第2の基板20の主面に平行な方向に沿って配置されている。複数の組が配置され、複数の組はそれぞれ1つの第2の光電変換部201と1つの第3の光電変換部202とを含む。複数の組はそれぞれ複数の第1の光電変換部101の少なくとも1つに対応する。つまり、1つの組に含まれる1つの第2の光電変換部201および1つの第3の光電変換部202と少なくとも1つの第1の光電変換部101とが対応する。複数の第1の光電変換部101を透過した第2の光は、複数の第1の光電変換部101に対応する複数の組に入射する。つまり、少なくとも1つの第1の光電変換部101を透過した第2の光は、1つの組に含まれる1つの第2の光電変換部201と1つの第3の光電変換部202とに入射する。複数の第2の光電変換部201は、第3の光に応じた第2の信号を生成する。第3の光は、第1のレンズ領域401を通過した光に対応する第2の光である。複数の第3の光電変換部202は、第4の光に応じた第3の信号を生成する。第4の光は、第2のレンズ領域402を通過した光に対応する第2の光である。
【0048】
第2の配線層210は、第2の配線211と、第2のビア212と、第2の層間絶縁膜213と、電荷分離領域203とを有する。図1では複数の第2の配線211が存在するが、代表として1つの第2の配線211の符号が示されている。また、図1では複数の第2のビア212が存在するが、代表として1つの第2のビア212の符号が示されている。
【0049】
第2の配線211は、導電性を有する材料(例えば、アルミニウム(Al)または銅(Cu)等の金属)で構成されている。第2のビア212は、導電性を有する材料で構成されている。第2の配線層210の第1の面は第2の基板20の主面の1つを構成する。第2の配線層210の第1の面と反対側の第2の面は第2の半導体層200と接触している。
【0050】
第2の配線211は、配線パターンが形成された薄膜である。第2の配線211は、第2の光電変換部201と第3の光電変換部202とで生成された信号と、その他の信号(電源電圧、グランド電圧等)とを伝送する。1層のみの第2の配線211が形成されていてもよいし、複数層の第2の配線211が形成されていてもよい。図1に示す例では、4層の第2の配線211が形成されている。
【0051】
第2のビア212は、異なる層の第2の配線211を接続する。第2のビア212は、第2の半導体層200を貫通し、第1のビア112と接続されている。第2の配線層210において、第2の配線211と、第2のビア212と、電荷分離領域203と以外の部分は、二酸化珪素(SiO2)等で形成された第2の層間絶縁膜213で構成されている。
【0052】
第2の基板20は、電荷分離領域203を有する。例えば、電荷分離領域203は、二酸化珪素(SiO2)で構成されている。電荷分離領域203は、二酸化珪素(SiO2)によって覆われたポリシリコンで構成されてもよい。電荷分離領域203は、二酸化珪素(SiO2)によって覆われた金属(銅(Cu)等)で構成されてもよい。電荷分離領域203は、第2の半導体層200と第2の配線層210とにまたがる。電荷分離領域203は、第2の光電変換部201と第3の光電変換部202との間に配置されている。1つの第2の光電変換部201と1つの第3の光電変換部202とに対応して1つの電荷分離領域203が配置されている。電荷分離領域203は第2の光電変換部201と第3の光電変換部202との間の電荷の移動を妨げる。電荷分離領域203はさらに、光を遮蔽することが望ましい。
【0053】
第1の基板10と第2の基板20とは、第1の基板10の第1の配線層110と第2の基板20の第2の半導体層200とが向かい合った状態で積層されている。第1の基板10と第2の基板20とは、電気的に接続されている。
【0054】
固体撮像装置1aは、第1の光電変換部101で生成された信号から撮像信号を生成することができる。また、固体撮像装置1aは、第2の光電変換部201と第3の光電変換部202とで生成された信号から、位相差AFによる焦点検出に用いる信号(位相差算出用信号)を生成することができる。
【0055】
図2は、第1の光電変換部101の配列を示している。図2では、第1の基板10の主面に垂直な方向に第1の基板10を見た場合の配列が示されている。図2に示すように、第1の基板10は、複数の第1の光電変換部101と複数のマイクロレンズ301とを有する。図2では代表として1つの第1の光電変換部101と1つのマイクロレンズ301との符号が示されている。複数の第1の光電変換部101と複数のマイクロレンズ301とは行列状に配置されている。図2に示すように、1つの第1の光電変換部101と1つのマイクロレンズ301とが対応する。
【0056】
図3は、第2の光電変換部201と、第3の光電変換部202と、電荷分離領域203との配列を示している。図3では、第2の基板20の主面に垂直な方向に第2の基板20を見た場合の配列が示されている。図3に示すように、第2の基板20は、複数の第2の光電変換部201と、複数の第3の光電変換部202と、複数の電荷分離領域203とを有する。図3では代表として1つの第2の光電変換部201と、1つの第3の光電変換部202と、1つの電荷分離領域203との符号が示されている。第2の光電変換部201と第3の光電変換部202との複数の組は行列状に配置されている。また、複数の電荷分離領域203は行列状に配置されている。
【0057】
図3に示すように、1つのマイクロレンズ301に対応する位置に1つの第2の光電変換部201と、1つの第3の光電変換部202と、1つの電荷分離領域203とが配置されている。上記のように、1つの第1の光電変換部101と1つのマイクロレンズ301とが対応する。このため、1つの第2の光電変換部201と1つの第1の光電変換部101とが対応する。また、1つの第3の光電変換部202と1つの第1の光電変換部101とが対応する。また、1つの電荷分離領域203と1つの第1の光電変換部101とが対応する。
【0058】
第2の基板20において、1つの第1の光電変換部101に対応する領域に1つの第2の光電変換部201と1つの第3の光電変換部202とが配置される。第2の光電変換部201と第3の光電変換部202とによって、位相差AFに必要な第2の信号と第3の信号とのペアが取得される。図7に示す固体撮像装置1000では、位相差AFに必要な2つの信号を得るための領域は、2つの第1の光電変換部801に対応する。一方、図1に示す固体撮像装置1aでは、位相差AFに必要な2つの信号を得るための領域は、1つの第1の光電変換部101に対応する。このため、固体撮像装置1aでは、位相差AFに必要な信号を第2の基板20のより多くの位置で取得することができる。
【0059】
第1の実施形態の第1の変形例を説明する。図4は、図3と同様の状態を示している。第2の光電変換部201と第3の光電変換部202との複数の組は行列状に配置されている。上記の複数の組の配列の同一方向に沿って配置された2個以上の第2の光電変換部201で生成された2個以上の第2の信号は加算される。また、上記の複数の組の配列の同一方向に沿って配置された2個以上の第3の光電変換部202で生成された2個以上の第3の信号は加算される。2個以上の第2の信号は、第2の配線211を介して伝送され、加算される。同様に、2個以上の第3の信号は、第2の配線211を介して伝送され、加算される。
【0060】
図4に示す矢印は、第2の信号と第3の信号とが加算される様子を示している。図4では、列方向に配置された4個の第2の光電変換部201で生成された4個の第2の信号が加算される。また、図4では、列方向に配置された4個の第3の光電変換部202で生成された4個の第3の信号が加算される。加算された後の列毎の第2の信号と第3の信号とが、焦点検出に用いられる。
【0061】
第1の実施形態の第2の変形例を説明する。図5は、第2の光電変換部201と、第3の光電変換部202と、電荷分離領域203との配列を示している。図5では、第2の基板20の主面に垂直な方向に第2の基板20を見た場合の配列が示されている。図5に示すように、第2の基板20は、複数の第2の光電変換部201と、複数の第3の光電変換部202と、複数の電荷分離領域203とを有する。図5では代表として1つの第2の光電変換部201と、1つの第3の光電変換部202と、1つの電荷分離領域203との符号が示されている。
【0062】
第2の光電変換部201と第3の光電変換部202との複数の組はそれぞれ2個以上の第1の光電変換部101に対応する。2個以上の第1の光電変換部101を透過した第2の光は、2個以上の第1の光電変換部101に対応する組に含まれる1つの第2の光電変換部201と1つの第3の光電変換部202とに入射する。
【0063】
図5では、第2の基板20の主面に垂直な方向に第2の基板20を見た場合に、1つの第2の光電変換部201と、1つの第3の光電変換部202と、1つの電荷分離領域203とが2個以上のマイクロレンズ301と重なる。上記のように、1つの第1の光電変換部101と1つのマイクロレンズ301とが対応する。このため、1つの第2の光電変換部201と、列方向に配置された2個以上の第1の光電変換部101とが対応する。また、1つの第3の光電変換部202と、列方向に配置された2個以上の第1の光電変換部101とが対応する。また、1つの電荷分離領域203と、列方向に配置された2個以上の第1の光電変換部101とが対応する。1つの第2の光電変換部201によって、列毎の第2の信号が生成される。また、1つの第3の光電変換部202によって、列毎の第3の信号が生成される。
【0064】
図5では、第2の光電変換部201と第3の光電変換部202との行方向の配置の密度は、図4における第2の光電変換部201と第3の光電変換部202との行方向の配置の密度と同一である。このため、第2の基板20において、上記の配列の行方向に関して、位相差AFに必要な信号をより多くの位置で取得することができる。
【0065】
本発明の各態様の固体撮像装置は、第1の配線層110と、第2の配線層210と、カラーフィルタ302と、撮像レンズ400との少なくとも1つに対応する構成を有していなくてもよい。
【0066】
第1の実施形態によれば、複数のマイクロレンズ301と、第1の基板10と、第2の基板20とを有する固体撮像装置1aが構成される。第1の基板10は、複数の第1の光電変換部101を有する。第2の基板20は、複数の第2の光電変換部201と、複数の第3の光電変換部202とを有する。
【0067】
第1の実施形態では、第2の基板20は、複数の第2の光電変換部201および複数の第3の光電変換部202を有する。複数の組が配置され、複数の組はそれぞれ1つの第2の光電変換部201および1つの第3の光電変換部202を含む。複数の組はそれぞれ複数の第1の光電変換部101の少なくとも1つに対応する。このため、第2の基板20のより多くの位置で信号を取得することができる。
【0068】
図7に示す固体撮像装置1000では、第1の光電変換部801を透過した光の一部は遮光層811aにより反射される。遮光層811aにより反射された光は、隣接する画素の第1の光電変換部801に入射しうる。このため、混色が発生する可能性がある。また、位相差AF用の第1の画素と第2の画素とでは、開口部8110が配置された位置が異なる。このため、光量が均一な光が固体撮像装置1000に入射した場合、画像取得用の画素の位置に応じて、遮光層811aにより反射されて複数の第1の光電変換部801に入射する光の量が異なりうる。この結果、複数の第1の光電変換部801で生成される信号のばらつきが生じる可能性がある。
【0069】
図1に示す固体撮像装置1aでは、第1の配線111は遮光層を有していない。また、固体撮像装置1aでは、1つの第2の光電変換部201と、1つの第3の光電変換部202と、1つの電荷分離領域203との組の構造は、第2の基板20のどの位置においてもほぼ同一である。このため、光量が均一な光が固体撮像装置1aに入射した場合、複数の第1の光電変換部101に入射する光の量はほぼ均一である。この結果、複数の第1の光電変換部101で生成される信号のばらつきが低減される。
【0070】
(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態の固体撮像装置1bの構成を示している。図6では固体撮像装置1bの断面が示されている。図6に示すように、固体撮像装置1bは、第1の基板10と、第1の基板10に積層された第2の基板20と、マイクロレンズ301と、カラーフィルタ302と、撮像レンズ400とを有する。
【0071】
図6に示す構成について、図1に示す構成と異なる点を説明する。第1の基板10は、第1の配線層110と分離層114とを有する。第1の配線層110は、積層された複数の第1の配線111を有する。分離層114は、複数の第1の配線111の一部を有し、電荷分離領域203と重なるように配置されている。
【0072】
図6では、分離層114は、第1の配線層110に配置されている。分離層114は、3層の第1の配線111と、異なる層の第1の配線111を接続するビアとで構成されている。分離層114を構成するビアは、第1のビア112と同様である。第1の基板10の主面に垂直な方向に第1の基板10を見た場合に、分離層114は、第2の光電変換部201と第3の光電変換部202との間に配置されている。分離層114は、光を反射する特性を有する。例えば、分離層114は、柱状である。
【0073】
上記以外の点については、図6に示す構成は図1に示す構成と同様である。
【0074】
第2の実施形態では、分離層114は光導波路として機能する。分離層114の側壁によって光が反射される。このため、第1の光電変換部101を透過した第2の光が、第3の光と第4の光とに分離しやすい。第3の光は、撮像レンズ400の第1のレンズ領域401を通過した光に対応する。第4の光は、撮像レンズ400の第2のレンズ領域402を通過した光に対応する。この結果、光が第2の光電変換部201と第3の光電変換部202とに効率的に入射する。
【0075】
電荷分離領域203が二酸化珪素(SiO2)のみで構成されている場合、または電荷分離領域203が二酸化珪素(SiO2)とポリシリコンとで構成されている場合、光が電荷分離領域203を透過する可能性がある。分離層114が設けられることにより、第2の光電変換部201または第3の光電変換部202に入射する光の方向が電荷分離領域203を横切る方向になりにくい。このため、光が電荷分離領域203を透過しにくい。
【0076】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0077】
本発明の各実施形態によれば、第2の基板は、複数の第2の光電変換部および複数の第3の光電変換部を有する。複数の組が配置され、複数の組はそれぞれ1つの第2の光電変換部および1つの第3の光電変換部を含む。複数の組はそれぞれ複数の第1の光電変換部の少なくとも1つに対応する。このため、第2の基板のより多くの位置で信号を取得することができる。
【符号の説明】
【0078】
1a,1b,1000 固体撮像装置
10,80 第1の基板
20,90 第2の基板
100,800 第1の半導体層
101,801 第1の光電変換部
110,810 第1の配線層
111,811 第1の配線
112,812 第1のビア
113,813 第1の層間絶縁膜
114 分離層
200,900 第2の半導体層
201,901 第2の光電変換部
202 第3の光電変換部
203 電荷分離領域
210,910 第2の配線層
211,911 第2の配線
212,912 第2のビア
213,913 第2の層間絶縁膜
301,ML マイクロレンズ
302,CF カラーフィルタ
811a 遮光層
920 MOSトランジスタ
8110 開口部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7