特許 6981921 撮像素子および撮像装置

(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】6981921

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】撮像素子および撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/369 20110101AFI20211206BHJP

   H04N 5/374 20110101ALI20211206BHJP

【ＦＩ】

   H04N5/369 600

   H04N5/374 100

【請求項の数】17

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-101539(P2018-101539)

(22)【出願日】2018年5月28日

(62)【分割の表示】特願2017-22352(P2017-22352)の分割

【原出願日】2009年2月17日

(65)【公開番号】特開2018-160912(P2018-160912A)

(43)【公開日】2018年10月11日

【審査請求日】2018年5月30日

【審判番号】不服2020-12180(P2020-12180/J1)

【審判請求日】2020年8月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】村田 寛信

【合議体】

【審判長】 清水 正一

【審判官】 木方 庸輔

【審判官】 千葉 輝久

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H04N 5/30 - 5/378

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学系からの光が入射される第１マイクロレンズと、
前記光学系からの光が入射される第２マイクロレンズと、
前記第１マイクロレンズからの光を電荷に変換する第１光電変換部を有し、前記第１光電変換部で変換された電荷により第１信号を出力する第１画素と、
前記第１画素から列方向側において配置される画素であって、前記第２マイクロレンズからの光を電荷に変換する第２光電変換部を有し、前記第２光電変換部で変換された電荷により生成された、前記光学系に含まれるレンズを駆動させるための第２信号を出力する第２画素と、
前記第１画素に接続され、前記第１信号が出力される第１信号出力線と、
前記第２画素に接続され、前記第２信号が出力される第２信号出力線と、を備え、
前記第１光電変換部は、前記第１マイクロレンズの光軸方向において前記第１マイクロレンズと前記第２信号出力線との間に配置され、
前記第２光電変換部は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２マイクロレンズと前記第１信号出力線との間に配置されている撮像素子。

【請求項2】

前記第１光電変換部は、前記第１マイクロレンズの光軸方向において前記第１マイクロレンズと前記第１信号出力線との間に配置され、
前記第２光電変換部は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２マイクロレンズと前記第２信号出力線との間に配置されている請求項１に記載の撮像素子。

【請求項3】

前記第２画素は、前記第２信号を前記第２信号出力線に読み出すための読出部を有し、
前記読出部を制御するための制御信号が出力される制御線を備え、
前記第２光電変換部は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２マイクロレンズと前記制御線との間に配置されている請求項１又は請求項２に記載の撮像素子。

【請求項4】

前記第１信号出力線は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２光電変換部と前記制御線との間に配置されている請求項３に記載の撮像素子。

【請求項5】

前記第２信号出力線は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２光電変換部と前記制御線との間に配置されている請求項３又は請求項４に記載の撮像素子。

【請求項6】

前記読出部は、前記第２光電変換部で変換された電荷を転送する転送部と、前記転送部により前記第２光電変換部の電荷が転送される電荷電圧変換部と、前記電荷電圧変換部の電荷を排出する排出部と、を含み、
前記制御線は、前記転送部を制御するための制御信号が出力される第１配線と、前記排出部を制御するための制御信号が出力される第２配線と、を含み、
前記第２配線は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２光電変換部と前記第１配線との間に形成されている請求項４又は請求項５に記載の撮像素子。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から出力された前記第２信号を用いて前記レンズの駆動を制御する制御部と、を備える撮像装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記撮像素子から出力された前記第１信号を用いて生成された画像を表示部に表示させる請求項７に記載の撮像装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記撮像素子から出力された前記第１信号を用いて生成された画像のデータを記録媒体に記録させる請求項７又は請求項８に記載の撮像装置。

【請求項10】

光学系からの光が入射される第１マイクロレンズと、
前記光学系からの光が入射される第２マイクロレンズと、
前記第１マイクロレンズからの光を電荷に変換する第１光電変換部と、前記第１光電変換部で変換された電荷により生成された第１信号を読み出すための第１読出回路と、を有する第１画素と、
前記第１画素から行方向側において配置される画素であって、前記第２マイクロレンズからの光を電荷に変換する第２光電変換部と、前記第２光電変換部で変換された電荷により生成された、前記光学系に含まれるレンズを駆動させる第２信号を読み出すための第２読出回路と、を有する第２画素と、
前記第１読出回路を制御するための制御信号が出力される第１制御線と、
前記第２読出回路を制御するための制御信号が出力される第２制御線と、を備え、
前記第１光電変換部は、前記第１マイクロレンズの光軸方向において前記第１マイクロレンズと前記第２制御線との間に配置され、
前記第２光電変換部は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２マイクロレンズと前記第１制御線との間に配置されている撮像素子。

【請求項11】

前記第１光電変換部は、前記第１マイクロレンズの光軸方向において前記第１マイクロレンズと前記第１制御線との間に配置され、
前記第２光電変換部は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２マイクロレンズと前記第２制御線との間に配置されている請求項１０に記載の撮像素子。

【請求項12】

前記第１読出回路は、前記第１光電変換部で変換された電荷を転送する第１転送部と、前記第１転送部により前記第１光電変換部の電荷が転送される第１電荷電圧変換部と、前記第１電荷電圧変換部の電荷を排出する第１排出部と、を含み、
前記第２読出回路は、前記第２光電変換部で変換された電荷を転送する第２転送部と、前記第２転送部により前記第２光電変換部の電荷が転送される第２電荷電圧変換部と、前記第２電荷電圧変換部の電荷を排出する第２排出部と、を含み、
前記第１制御線は、前記第１転送部を制御するための信号が出力される第１配線と、前記第１排出部を制御するための信号が出力される第２配線と、を含み、
前記第２制御線は、前記第２転送部を制御するための信号が出力される第３配線と、前記第２排出部を制御するための信号が出力される第４配線と、を含み、
前記第２配線は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２光電変換部と前記第１配線との間に配置され、
前記第４配線は、前記第１マイクロレンズの光軸方向において前記第１光電変換部と前記第３配線との間に配置されている請求項１０又は請求項１１に記載の撮像素子。

【請求項13】

前記第２配線は、前記第１マイクロレンズの光軸方向において前記第１光電変換部と前記第１配線との間に配置され、
前記第４配線は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２光電変換部と前記第３配線との間に配置されている請求項１２に記載の撮像素子。

【請求項14】

前記第１画素に接続され、前記第１読出回路により読み出された前記第１信号が出力される第１信号出力線と、
前記第２画素に接続され、前記第２信号が出力される前記第１信号出力線とは異なる第２信号出力線と、を備え、
前記第１光電変換部は、前記第１マイクロレンズの光軸方向において前記第１マイクロレンズと前記第１信号出力線との間に配置され、
前記第２光電変換部は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２マイクロレンズと前記第２信号出力線との間に配置されている請求項１０から請求項１３のいずれか一項に記載の撮像素子。

【請求項15】

請求項１０から請求項１４のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から出力された前記第２信号を用いて前記光学系に含まれるレンズの駆動を制御する制御部と、
を備える撮像装置。

【請求項16】

前記制御部は、前記撮像素子から出力された前記第１信号を用いて生成された画像を表示部に表示させる請求項１５に記載の撮像装置。

【請求項17】

前記制御部は、前記撮像素子から出力された前記第１信号を用いて生成された画像のデータを記録媒体に記録させる請求項１５又は請求項１６に記載の撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像素子およびその撮像素子を用いた撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

撮像画素とともに、１つの撮像画素と略同サイズのエリアの中に一対の焦点検出用画素を有する表面照射型撮像素子が従来技術として知られている（たとえば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−３０５０１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されているような従来の表面照射型撮像素子では、受光部の入射光側に光電変換部からの信号を読み出すための配線を形成しなければならないため、受光開口はその配線を避けながら設定する必要があり、受光部に光を入射させるための開口が狭くなる。このため、通常の撮像画素よりも更に小さい受光開口（一対の受光開口）にする必要がある焦点検出用画素の場合には、画素の小型化にともない、焦点検出用画素の搭載が困難になるという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

第１の態様によると、撮像素子は、光学系からの光が入射される第１マイクロレンズと、前記光学系からの光が入射される第２マイクロレンズと、前記第１マイクロレンズからの光を電荷に変換する第１光電変換部を有し、前記第１光電変換部で変換された電荷により第１信号を出力する第１画素と、前記第１画素から列方向側において配置される画素であって、前記第２マイクロレンズからの光を電荷に変換する第２光電変換部を有し、前記第２光電変換部で変換された電荷により生成された、前記光学系に含まれるレンズを駆動させるための第２信号を出力する第２画素と、前記第１画素に接続され、前記第１信号が出力される第１信号出力線と、前記第２画素に接続され、前記第２信号が出力される第２信号出力線と、を備え、前記第１光電変換部は、前記第１マイクロレンズの光軸方向において前記第１マイクロレンズと前記第２信号出力線との間に配置され、前記第２光電変換部は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２マイクロレンズと前記第１信号出力線との間に配置されている。
第２の態様によると、撮像素子は、光学系からの光が入射される第１マイクロレンズと、前記光学系からの光が入射される第２マイクロレンズと、前記第１マイクロレンズからの光を電荷に変換する第１光電変換部と、前記第１光電変換部で変換された電荷により生成された第１信号を読み出すための第１読出回路と、を有する第１画素と、前記第１画素から行方向側において配置される画素であって、前記第２マイクロレンズからの光を電荷に変換する第２光電変換部と、前記第２光電変換部で変換された電荷により生成された、前記光学系に含まれるレンズを駆動させる第２信号を読み出すための第２読出回路と、を有する第２画素と、前記第１読出回路を制御するための制御信号が出力される第１制御線と、前記第２読出回路を制御するための制御信号が出力される第２制御線と、を備え、前記第１光電変換部は、前記第１マイクロレンズの光軸方向において前記第１マイクロレンズと前記第２制御線との間に配置され、前記第２光電変換部は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２マイクロレンズと前記第１制御線との間に配置されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】一実施の形態の電子カメラの構成を示す図である。

【図2】交換レンズの予定結像面に設定した撮像画面上の焦点検出領域を示す図である。

【図3】色フィルタのベイヤー配列を示す図である。

【図4】撮像素子の詳細な構成を示す図である。

【図5】撮像画素の構造を示す図である。

【図6】焦点検出画素の構造を示す図である。

【図7】瞳分割方式による焦点検出方法を説明するための図である。

【図8】撮像素子の基本画素構成を示す図である。

【図9】１つの画素に含まれる配線を説明するための図である。

【図10】配線層の配線を示す図である。

【図11】撮像素子の製造方法を説明するための図である。

【図12】撮像素子の製造方法を説明するための図である。

【図13】撮像素子の製造方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本願発明を撮像装置としての電子カメラに適用した一実施の形態を説明する。図１は一実施の形態の電子カメラの構成を示す図である。一実施の形態の電子カメラ１０１は交換レンズ１０２とカメラボディ１０３とから構成され、交換レンズ１０２はカメラボディ１０３のマウント部１０４に装着される。

【0008】

交換レンズ１０２は、レンズ１０５〜１０７、絞り１０８、レンズ駆動制御装置１０９などを備えている。なお、レンズ１０６はズーミング用、レンズ１０７はフォーカシング用である。レンズ駆動制御装置１０９は、ＣＰＵとその周辺部品を備え、フォーカシング用レンズ１０７および絞り１０８の駆動制御を行う。さらに、レンズ駆動制御装置１０９は、ズーミング用レンズ１０６、フォーカシング用レンズ１０７および絞り１０８の位置検出と、カメラボディ１０３の制御装置との間の通信による、レンズ情報の送信およびカメラ情報の受信とを行う。

【0009】

一方、カメラボディ１０３は、撮像素子１１１、カメラ駆動制御装置１１２、メモリカード１１３、ＬＣＤドライバー１１４、ＬＣＤ１１５、接眼レンズ１１６などを備えている。撮像素子１１１は交換レンズ１０２の予定結像面（予定焦点面）に配置され、交換レンズ１０２により結像された被写体像を撮像して画像信号を出力する。撮像素子１１１には撮像用画素（以下、単に撮像画素という）が二次元状に配置されており、その内の焦点検出位置に対応した部分には撮像画素に代えて焦点検出用画素（以下、単に焦点検出画素という）列が組み込まれている。

【0010】

カメラ駆動制御装置１１２は、ＣＰＵとその周辺部品を備え、撮像素子１１１の駆動制御、撮像画像の処理、交換レンズ１０２の焦点検出および焦点調節、絞り１０８の制御、ＬＣＤ１１５の表示制御、レンズ駆動制御装置１０９との通信、カメラ全体のシーケンス制御などを行う。なお、カメラ駆動制御装置１１２は、マウント部１０４に設けられた電気接点１１７を介してレンズ駆動制御装置１０９と通信を行う。

【0011】

メモリカード１１３は撮像画像を記憶する画像ストレージである。ＬＣＤ１１５は液晶ビューファインダー（ＥＶＦ：電子ビューファインダー）の表示器として用いられ、撮影者は接眼レンズ１１６を介してＬＣＤ１１５に表示された撮像画像を視認することができる。

【0012】

交換レンズ１０２を通過して撮像素子１１１上に結像された被写体像は撮像素子１１１により光電変換され、画像出力がカメラ駆動制御装置１１２へ送られる。カメラ駆動制御装置１１２は、焦点検出画素の出力に基づいて焦点検出位置におけるデフォーカス量を演算し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置１０９へ送る。また、カメラ駆動制御装置１１２は、撮像画素の出力に基づいて生成した画像信号をＬＣＤドライバー１１４へ送ってＬＣＤ１１５に表示するとともに、メモリカード１１３に記憶する。

【0013】

レンズ駆動制御装置１０９は、ズーミングレンズ１０６、フォーカシングレンズ１０７および絞り１０８の位置を検出し、検出位置に基づいてレンズ情報を演算するか、あるいは予め用意されたルックアップテーブルから検出位置に応じたレンズ情報を選択し、カメラ駆動制御装置１１２へ送る。また、レンズ駆動制御装置１０９は、カメラ駆動制御装置１１２から受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を演算し、レンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ１０７を駆動制御する。

【0014】

撮像素子１１１は裏面照射型の４ＴＲ−ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサである。４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサは、光電変換部と、転送ゲートトランジスタ、ソースホロアトランジスタ、行選択トランジスタおよびリセットトランジスタの４トランジスタとから構成される。詳細は後述する。

【0015】

図２は、交換レンズ１０２の予定結像面に設定した撮像画面Ｇ上の焦点検出領域を示す。撮像画面Ｇ上にＧ１〜Ｇ５の焦点検出領域を設定し、撮像素子１１１の焦点検出画素を撮像画面Ｇ上の各焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の長手方向に直線状に配列する。つまり、撮像素子１１１上の焦点検出画素列は、撮影画面Ｇ上に結像された被写体像の内の焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の像をサンプリングする。撮影者は撮影構図に応じて焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の中から任意の焦点検出領域を手動で選択する。

【0016】

図３は撮像素子２１１に設置する色フィルタの配列を示す。撮像素子１１１の基板上に二次元状に並べて配置する撮像画素には、図３に示すベイヤー配列の色フィルタを設置する。なお、図３には４画素分（２×２）の撮像画素に対する色フィルタの配列を示すが、この４画素分の色フィルタ配列を有する撮像画素ユニットを撮像素子１１１上に二次元状に展開する。ベイヤー配列ではＧ（緑）フィルタを有する２個の画素が対角位置に配置され、Ｂ（青）フィルタとＲ（赤）フィルタを有する一対の画素が上記Ｇフィルタ画素と直交する対角位置に配置される。したがって、ベイヤー配列においては緑画素の密度が赤画素と青画素の密度より高くなる。

【0017】

図４は撮像素子１１１の詳細な構成を示す正面図である。なお、図４は撮像素子１１１上のひとつの焦点検出領域の周囲を拡大した図である。撮像素子１１１は撮像画素２１０と焦点検出用の焦点検出画素２１１から構成される。

【0018】

図５（ａ）は撮像画素２１０の正面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。撮像画素２１０は、マイクロレンズ１０、マイクロレンズ固定層１１、色フィルタ１２、平坦化層１３、遮光膜１４Ａ、半導体層１６および配線層１７から構成される。半導体層１６の一方の面には、光電変換部１５ａとチャンネルストップ部１５ｂとが形成される。

【0019】

マイクロレンズ１０は、撮像画素２１０の表面に到達した光を集光して光電変換部１５ａに当てるようにするものである。マイクロレンズ固定層１１はマイクロレンズ１０を色フィルタ１２に固定するものである。色フィルタ１２は、特定の波長域の光を通す樹脂層であり、各色（たとえば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応した顔料を樹脂に分散させたもの、または各色（たとえば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応した染料で樹脂を着色したものである。平坦化層１３は、後述の製造工程で遮光膜１４Ａを形成した後（図１２（ｂ）参照）、色フィルタ１２を形成する前に表面を平坦化するための層である。

【0020】

遮光膜１４Ａは、チャンネルストップ１５ｂ近傍を遮光するための膜であり、ノイズの発生や混色を防止する。光電変換部１５ａは、到達した光を光電変換し、信号電荷を蓄積する。チャンネルストップ部１５ｂは、２つの撮像画素２１０の間の境界部分に形成され、光電変換部１５ａにおいて発生した信号電荷が周囲の画素に入り込むのを防止する。配線層１７は、後述の信号出力線、電源線、リセット制御線、転送ゲート制御線、行選択制御線などの配線を有する。配線の詳細については後述する。

【0021】

図６（ａ）は焦点検出画素２１１の正面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。焦点検出画素２１１は、マイクロレンズ１０、マイクロレンズ固定層１１、透明膜１８、平坦化層１３、遮光膜１４Ｂ、半導体層１６および配線層１７から構成される。半導体層１６の一方の面には、光電変換部１５ａとチャンネルストップ部１５ｂとが形成される。マイクロレンズ１０、マイクロレンズ固定層１１、平坦化層１３、光電変換部１５ａ、チャンネルストップ部１５ｂおよび配線層１７は、撮像画素２１０と同様の機能を有するので説明を省略する。

【0022】

遮光膜１４Ｂは、図６（ｂ）に示す光電変換部１５ａの右半分または左半分に、入射する光が当たるように開口して形成される。光電変換部１５ａの右半分に光が入射する焦点検出画素２１１ａと、光電変換部１５ａの左半分に光が入射する焦点検出画素２１１ｂとは交互に配列される。焦点検出画素２１１ａの出力分布と、焦点検出画素２１１ｂの出力分布とを比較してデフォーカス量を算出する。透明膜１８は、可視光域における全ての波長の光を通す樹脂層である。

【0023】

次に、図７を参照して焦点検出方法を説明する。本発明の実施形態では、いわゆる瞳分割方式によって焦点を検出する。図７は、交換レンズ１０２の焦点が合っていないときの焦点検出画素２１１の出力分布を示す図である。曲線２１は、焦点検出画素２１１ａの出力分布を示す曲線である。曲線２２は、焦点検出画素２１１ｂの出力分布を示す曲線である。焦点検出画素２１１ａと焦点検出画素２１１ｂとは交互に配列されている。曲線２１は、曲線２２の右側にずれているので、焦点検出画素２１１の位置が後ピンであることがわかる。

【0024】

この２つの出力分布２１，２２の像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズ１０の位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）を算出することができる。交換レンズ１０２が合焦すると、曲線２１と曲線２２とが一致するようになる。

【0025】

図８を参照して、撮像素子１１１の基本画素構成を説明する。上述したように、撮像素子１１１は裏面照射型の４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサであり、基本画素３００は、光電変換部３３と、電荷電圧変換部３４と、転送ゲートトランジスタ３２、ソースホロアトランジスタ３５、行選択トランジスタ３６、リセットトランジスタ３１の４トランジスタとから構成される。また、基本画素３００は、信号出力線Ｖ_ＯＵＴ、電源線Ｖｄｄ、リセット制御線φＲ、転送ゲート制御線φＴＧおよび行選択制御線φＲＳと接続している。

【0026】

リセットトランジスタ３１は電荷電圧変換部３４を初期電位にリセットする。転送ゲートトランジスタ３２は光電変換された信号電荷を電荷電圧変換部３４に転送する。光電変換部３３は、上述したように到達した光を光電変換し、信号電荷を蓄積する。電荷電圧変換部３４は信号電荷を電位に変換する浮遊容量であり、この浮遊容量はコンデンサとして機能するダイオードで生じる。ソースホロアトランジスタ３５は、蓄積電荷による電荷電圧変換部３４の電位変化を増幅する。行選択トランジスタ３６は、信号を転送する基本画素３００を選択するためのスイッチングを行う。

【0027】

信号出力線Ｖ_ＯＵＴは、基本画素３００から出力される信号を転送するための配線であり、行選択トランジスタ３６のドレインと接続する。電源線Ｖｄｄは、電荷電圧変換部３４の電位変化を増幅する電力を供給する配線であり、リセットトランジスタ３１のソースと接続する。リセット制御線φＲは、リセットトランジスタ３１のオン／オフを制御するための配線であり、リセットトランジスタ３１のゲートと接続する。転送ゲート制御線φＴＧは、信号電荷の電荷電圧変換部３４への転送を制御するための配線であり、転送ゲートトランジスタ３２のゲートと接続する。行選択制御線φＲＳは、行選択トランジスタ３６のオン／オフを制御するための配線であり、行選択トランジスタ３６のゲートと接続する。

【0028】

図９を参照して、１つの画素に含まれる配線について説明する。図９に示すように、撮像素子１１１は、並列配置された画素の１つの行において、信号出力線Ｖ_ＯＵＴ、電源線Ｖｄｄ、リセット制御線φＲ、転送ゲート制御線φＴＧおよび行選択制御線φＲＳをそれぞれ２本ずつ有し、１つの列において４本の信号出力線Ｖ_ＯＵＴを有する。これにより、複数の基本画素３００の信号を一度に読み出すことができ、撮像素子１１１の検出速度を速くすることができる。これに伴い、図９中において点線で示した１つの画素５１に含まれる配線には、基本画素３００と接続する配線の他に、この基本画素３００と接続せず他の画素の基本画素３００と接続する配線も含まれる。このため、１つの画素に含まれる配線の数は多くなる。

【0029】

図１０を参照して、撮像素子１１１の配線層１７における配線について説明する。図１０（ａ）は、配線層１７の配線をマイクロレンズ１０側から見たときの平面図である。図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図１０（ａ），（ｂ）に示すように、配線層の配線は３層にわたって格子状に形成される。光電変換部１５ａから見て、第１層目には、４本の信号出力線Ｖ_ＯＵＴと２本のバイアス線Ｖｂとが形成され、第２層目には、２本の電源線Ｖｄｄと２本のリセット制御線φＲとが形成される。第３層目には、２本の転送ゲート制御線φＴＧと２本の行選択制御線φＲＳとが形成される。バイアス線Ｖｂは、混信防止のために形成される。

【0030】

図１０（ｂ）に示すように、配線層１７は、光電変換部１５ａに対して光の入射側の反対側に形成されるため、光電変換部１５ａの位置の制限（制約）を受けずに自由に配線を形成することができる。つまり、本実施形態では、撮像素子１１１の受光面側から光電変換部１５ａの受光領域を投影したときの投影と重なる領域にも配線を形成することができる。一方、撮像素子が表面照射型の場合、配線層は、光電変換部１５ａに対して光の入射側に形成されるため、光電変換部の受光領域と重ならないように配線を形成する必要がある。

【0031】

また、本実施形態では、撮像素子１１１の配線層１７は、光電変換部１５ａの位置の制限を受けないため、配線の線幅を広げて、信号の伝送効率を上げることもできる。

【0032】

次に、図１１〜図１３を参照して、本発明の実施形態における撮像素子１１１の製造方法について説明する。図１１〜図１３は、撮像素子１１１のうちの特に焦点検出画素２１１の部分を示す。

【0033】

図１１（ａ）に示すように、半導体基板６０上にＰ型エピタキシャル層６１を形成し、そのＰ型エピタキシャル層６１の表面に拡散層を形成して、光電変換部１５ａ、チャンネルストップ部１５ｂ、トランジスタなどを構成する他の素子（不図示）を形成する。このＰ型エピタキシャル層６１は半導体層１６に相当する。次に、図１１（ｂ）に示すように、ＣＶＤによるシリコンの酸化膜の形成およびスパッタリングによるアルミニウム（Ａｌ）配線の形成を繰り返して、Ｐ型エピタキシャル層６１の上に配線層１７を形成する。そして、図１１（ｃ）に示すように、配線層１７の上に支持基板６２を張り合わせる。

【0034】

図１２（ａ）に示すように、エッチングによって半導体基板６０を除去する。次に、図１２（ｂ）に示すように、半導体基板６０を除去した表面にスパッタ法によりアルミニウム（Ａｌ）の遮光膜１４Ｂを形成する。そして、図１２（ｃ）に示すように、表面を平坦化するために、平坦化層１３を形成する樹脂を遮光膜１４Ｂ上に均一塗布した後、透明膜１８を形成する。たとえば、透明膜１８は、樹脂の塗布、塗布した樹脂の乾燥、パターン露光、現像処理の工程を経て形成される。

【0035】

図１３（ａ）に示すように、透明膜１８上にマイクロレンズ固定層１１を形成する樹脂を塗布した後、マイクロレンズ１０を形成する樹脂を塗布し、周知のリソグラフィーにて、所望の形状にパターニングし、マイクロレンズ基体６３を形成する。次に、図１３（ｂ）に示すように、ホットプレートなどを用いてマイクロレンズ基体６３を半球状に加熱成形してマイクロレンズ１０を形成する。そして、支持基板６２を取り除いて撮像素子１１１が完成する。

【0036】

撮像画素２１０の部分では、色フィルタ１２は透明膜１８に対応し、遮光膜１４Ａは遮光膜１４Ｂに対応して形成される。色フィルタ１２と透明膜１８とは同じ工程で形成され、遮光膜１４Ａと遮光膜１４Ｂとは同じ工程で形成される。

【0037】

なお、撮像素子において、マイクロレンズ１０と、色フィルタ１２と、透明膜１８とを形成できれば、マイクロレンズ固定層１１や平坦化層１３を省略してもよい。

【0038】

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮像素子１１１を裏面照射型とし、二次元状に並べて配置された複数の画素に、撮像画素２１０とともに焦点検出画素２１１が含まれるようにした。これにより、焦点検出画素２１１の遮光膜１４Ｂの実質的な開口面積を大きくとることができるので、画素が小型化されても焦点検出画素の搭載が可能になる。

【0039】

また、配線層を光電変換部１５ａの光入射側とは反対側に配設するようにしたので、配線層が光電変換部１５ａの光入射側に配設される表面照射型に比して、マイクロレンズ１０から光電変換部１５ａまでの距離を少なくとも配線層の分だけ短くすることができるので、焦点の検出精度を上げることができる。

【0040】

（２）焦点検出画素２１１は、一方の面に光電変換部１５ａを形成するとともに他方の面を受光面とする半導体層１６と、光電変換部１５ａに入射する光の一部を遮蔽する遮光膜１４Ｂと、光電変換部１５ａからの信号を読み出す配線Ｖ_ＯＵＴとを備え、配線Ｖ_ＯＵＴは半導体層１６の一方の面側に形成され、遮光膜１４Ｂは半導体層１６の他方の面側に形成されるようにした。これにより、マイクロレンズと光電変換部との間に光電変換部からの信号を読み出す配線を形成しなくてはならない表面照射型の撮像素子の場合に比して、マイクロレンズ１０と光電変換部１５ａとの間の距離を短く（浅く）することができるので、焦点の検出精度を上げることができる。

【0041】

（３）焦点検出画素２１１は、光電変換部１５ａからの信号を読み出さず、他の画素における光電変換部からの信号を読み出す配線を半導体層１６の一方の面側に備えるようにした。これにより、複数の基本画素３００の信号を一度に読み出すように配線を形成することができ、撮像素子１１１の検出速度を速くすることができる。

【0042】

（４）配線は、撮像素子１１１の受光面側から光電変換部１５ａの受光領域を投影したときの投影と重なるようにした。これにより、配線の層数をあまり増やすことなく、焦点検出画素２１１に多くの配線を形成したり、配線の幅を広くしたりすることができる。一方、撮像素子が表面照射型の場合、光電変換部の受光領域と重ならないように配線を形成する必要があるため、多くの配線を形成しようとすると配線の層数が多くなったり、配線の幅を広げられなかったりする場合がある。

【0043】

（５）遮光膜１４Ａ，１４Ｂの形状の自由度が高いので、遮光膜１４Ａ，１４Ｂの形状を検討することにより、撮像画素の画素間分離性能を上げたり、画素間でのクロストーク、光漏れ出しによるラインクロール現象などを抑制したりすることができる。

【0044】

（６）半導体基板６０の表面にＰ型エピタキシャル層６１を形成し、Ｐ型エピタキシャル層６１の表面に光電変換部１５ａを形成し、光電変換部１５ａ上に配線層１７を形成し、Ｐ型エピタキシャル層６１から半導体基板６０を除去し、Ｐ型エピタキシャル層６１の半導体基板６０を除去した面上に遮光膜１４Ａ，１４Ｂを形成し、遮光膜１４Ａ，１４Ｂ上に透明膜１８と色フィルタ１２とを形成し、透明膜１８上および色フィルタ１２上にマイクロレンズ１０を形成して撮像素子１１１を製造するようにした。これにより、裏面照射型撮像素子を効率的に製造することができる。

【0045】

以上の実施の形態を次のように変形することができる。
（１）電極や配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにしてもよい。これにより、撮像素子としての機能向上させることができる。たとえば、画素の高速読み出しを可能としたり、画素独立制御を可能としたりすることができる。遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせる機能としては、たとえば、信号線（信号出力線Ｖ_ＯＵＴ）、電源線Ｖｄｄ、制御線（リセット制御線φＲ、転送ゲート制御線φＴＧ、行選択制御線φＲＳ）、バイアス線Ｖｂのいずれかの機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにしてもよい。これにより、複数の画素を同時に読み取ったり、複数の画素を同時に制御したりするために配線を増やすとき、配線層１７の層数の増加を抑制することができる。

【0046】

また、電極や配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにすることにより、信号線、制御線、電源線、バイアス線の分離自由度を上げることができる。信号線、制御線、電源線、バイアス線の中で、他の電極や配線から離して形成した方がよいものがある。そのような配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにし、他の配線を配線層１７に形成することにより、配線同士を離して形成することができる。たとえば、信号線が制御線の近くに形成されると混信が発生する場合がある。そこで、信号線および制御線のうちの一方の配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせ、他方の配線を配線層１７に形成することにより、信号線を制御線から離して形成することができる。

【0047】

この場合、Ｐ型エピタキシャル層６１を貫通する貫通孔をエッチングなどで形成し、この貫通孔を利用して、Ｐ型エピタキシャル層６１の表面に形成された光電変換部１５ａや他の素子と遮光膜１４Ａ，１４Ｂとを電気的に接続するための配線を形成してもよい。

【0048】

（２）以上の実施形態では配線層１７の配線の層数は３層であったが、配線の層数は３層に限定されない。たとえば、配線層１７の配線の層数を１０層まで増やして、同時に読み取ったり、同時に制御したりすることができる画素の数を増やすようにしてもよい。表面照射型撮像素子と異なり、配線の層数を増やしても、マイクロレンズ１０と光電変換部１５ａとの間の距離が大きくなることはない。また、配線層１７の配線の層数を２層まで減らして、機能制限を行い、製造コストを下げるようにしてもよい。

【0049】

（３）遮光膜１４Ａ，１４Ｂをフローティングにしてもよいし、遮光膜１４Ａ，１４Ｂにバイアスをかけたり遮光膜１４Ａ，１４Ｂを電源に固定したりして遮光膜１４Ａ，１４Ｂに電圧を印加するようにしてもよい。これにより、負荷容量を増減させたり、混信を防止したりすることができる。

【0050】

（４）遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）を使用したが、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の金属を使用するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として使用するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射して電子カメラ１０１が撮影した画像の画質が劣化するのを抑制することができる。また、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有する金属を使用するようにしてもよい。

【0051】

また、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の光を透過しない酸化物または窒化物を遮光膜１４Ａ，１４Ｂとして使用するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない酸化物、窒化物を使用するようにしてもよい。酸化物としては、たとえば、タングステン酸化物、チタン酸化物、スズ酸化物などがある。窒化物としては、たとえば、タングステン窒化物、チタン窒化物、スズ窒化物などがある。遮光膜１４Ａ，１４Ｂは、半導体基板６０を除去した後（図１２（ａ）参照）、ＣＶＤやスパッタリングなどにより形成される。

【0052】

（５）遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）を使用したが、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下で光を透過しない樹脂を使用するようにしてもよい。たとえば、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として使用するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのを抑制することができる。また、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない樹脂を使用するようにしてもよい。遮光膜１４Ａ，１４Ｂは、たとえば、半導体基板６０を除去した後（図１２（ａ）参照）、樹脂の塗布、塗布した樹脂の乾燥、パターン露光、現像処理の工程を経て形成される。

【0053】

（６）アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の金属の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのを抑制することができる。また、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有する金属の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。

【0054】

また、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の光を透過しない酸化物または窒化物の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない酸化物または窒化物の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。酸化物としては、たとえば、タングステン酸化物、チタン酸化物、スズ酸化物などがある。窒化物としては、たとえば、タングステン窒化物、チタン窒化物、スズ窒化物などがある。これらの膜は、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを形成した後（図１２（ｂ）参照）、ＣＶＤやスパッタリングなどにより形成される。

【0055】

（７）アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下で光を透過しない樹脂の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。たとえば、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのを抑制することができる。また、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない樹脂膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。これらの膜は、たとえば、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを形成した後（図１２（ｂ）参照）、樹脂の塗布、塗布した樹脂の乾燥、パターン露光、現像処理の工程を経て形成される。

【0056】

（８）上述の所定の反射率以下の遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に上述の所定の反射率以下の材料の膜を形成するようにしてもよい。これにより、これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのをさらに抑制することができる。

【0057】

（９）撮像素子１１１は４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサであったが、裏面照射型の撮像素子であれば、４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサに限定されない。たとえば、他のＣＭＯＳセンサでもよいし、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）でもよい。

【0058】

実施形態と変形例の一つ、もしくは複数を組み合わせることも可能である。変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。

【0059】

以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

【符号の説明】

【0060】

１０ マイクロレンズ
１１ マイクロレンズ固定層
１２ 色フィルタ
１３ 平坦化層
１４Ａ，１４Ｂ 遮光膜
１５ａ，３３ 光電変換部
１５ｂ チャンネルストップ部
１６ 半導体層
１７ 配線層
１８ 透明膜
３１ リセットトランジスタ
３２ 転送ゲートトランジスタ
３４ 電荷電圧変換部
３５ ソースホロアトランジスタ
３６ 行選択トランジスタ
６０ 半導体基板
６１ Ｐ型エピタキシャル層
６２ 支持基板
１０１ 電子カメラ
１０２ 交換レンズ
１１１ 撮像素子
２１０ 撮像用画素
２１１，２１１ａ，２１１ｂ 焦点検出用画素
３００ 基本画素

【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】