JP2015005620A - 撮像デバイス、撮像装置及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】互いに隣接する撮像画素と焦点検出画素との間で生じうる漏れ光の量の特異的な変化を低減する技術を提供する。【解決手段】半導体基板に形成された光電変換部を含み、隣接する撮像画素及び焦点検出画素を有する撮像デバイスであって、撮像画素及び焦点検出画素は、レンズの形状及び屈折率が等しいマイクロレンズと、マイクロレンズと半導体基板との間に形成された絶縁部材及び絶縁部材の中に設けられた配線層を含む構造と、を含み、撮像画素は配線層に設けられた第１の開口を有し、焦点検出画素は位相差検出を行うために配線層に設けられた第１の開口よりも小さい第２の開口を有し、撮像画素及び焦点検出画素の一方の絶縁部材は、マイクロレンズの結像位置が、焦点検出画素では光電変換部よりも第２の開口に近い第１位置となり、且つ、撮像画素では第１位置よりも光電変換部の側である第２位置となるように、互いに屈折率が異なる２つの部材を有する。【選択図】図９

Description

本発明は、撮像デバイス、撮像装置及びカメラに関する。

デジタルカメラ等の撮像システムには、当該撮像システムの小型化のため、各々が光電変換部を有する撮像画素と焦点検出画素とが配列された画素アレイを備える固体撮像装置が用いられうる。撮像画素では、マイクロレンズを通過した入射光を光電変換部の近傍に集光させることによって撮像性能が向上する。焦点検出画素は、例えば、位相差検出法に基づく焦点検出を行うように、瞳分割を行うための遮光部を有する構造を採り、マイクロレンズを通過した入射光を遮光部の位置に結像させることによって焦点検出精度が向上する。

特許文献１には、撮像画素と焦点検出画素とでマイクロレンズの曲率（高さ）が異なる固体撮像装置が開示されている。特許文献１によると、曲率の異なる２つのマイクロレンズを用いることにより、撮像画素および焦点検出画素における入射光の集光位置をそれぞれ調節することができる。

特許文献２には、２つの受光部を有する焦点検出画素にインナーレンズを設けパワーを高めた構成が開示されている。

特開２００９−１０９９６５号公報 特開２００７−２８１２９６号公報

ところで、画素アレイの周辺領域には、外部からの給電または外部との信号の授受のためにパッドやワイヤーボンディング等が配されうる。これらパッド等によって反射された光は、迷光となった後に画素アレイに入射しうる。特に、パッド等によって反射された光は、入射角が比較的大きいため、隣接画素への漏れ光となりうる。発明者らは、特許文献１のような構成においては、パッド等で反射された光が、隣接するマイクロレンズとは形状が異なるマイクロレンズに入射した場合に、入射光の隣接画素への漏れこみ量が変わってしまうことを見出した。つまり、撮像画素のマイクロレンズとは形状が異なるマイクロレンズを有する焦点検出画素において、隣接画素への漏れ光の量が特異的に変化するため、焦点検出画素に隣接する撮像画素の信号値が大きく変わってしまうといった問題をもたらしうる。

本発明は、発明者による上記課題の認識を契機として為されたものであり、互いに隣接する撮像画素と焦点検出画素との間で生じうる漏れ光の量の特異的な変化を低減するのに有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の一つの側面は撮像デバイスにかかり、前記撮像デバイスは、半導体基板に形成された光電変換部を含み、互いに隣接するように配された撮像画素および焦点検出画素を有する撮像デバイスであって、前記撮像画素および前記焦点検出画素は、レンズの形状及び屈折率が等しいマイクロレンズと、前記マイクロレンズと前記半導体基板との間に形成された絶縁部材および当該絶縁部材の中に設けられた配線層を含む構造と、を含み、前記撮像画素は前記配線層に設けられた第１の開口を有し、前記焦点検出画素は、位相差検出を行うために前記配線層に設けられた、前記第１の開口よりも小さい第２の開口を有し、前記撮像画素および前記焦点検出画素の一方の前記絶縁部材は、前記マイクロレンズの結像位置が、前記焦点検出画素においては前記光電変換部よりも前記第２の開口に近い第１位置となり、且つ、前記撮像画素においては前記第１位置よりも前記光電変換部の側である第２位置となるように、互いに屈折率が異なる２つの部材を有する。

本発明によれば、互いに隣接する撮像画素と焦点検出画素との間で生じうる漏れ光の量の特異的な変化を低減することができる。

固体撮像装置の構成例を説明する図。 画素の回路構成例を説明する図。 撮像画素および焦点検出画素の構造の参考例を説明する図。 固体撮像装置の断面構造の例を説明する図。 固体撮像装置の断面構造の例を説明する図。 隣接画素への漏れ光の量の入射角依存性を説明する図。 隣接画素への漏れ光の量のレンズ構造による変化量を説明する図。 レンズ形状が異なることによる隣接画素への漏れ光の量を説明する図。 第１実施形態の画素の構造の例を説明する図。 第１実施形態にかかる固体撮像装置の断面構造の例を説明する図。 第２実施形態の画素の構造の例を説明する図。 第２実施形態の他の例を説明する図。 第３実施形態の画素の構造の例を説明する図。

（固体撮像装置の構成）
図１および図２を参照しながら、固体撮像装置Ｉの構成の例を述べる。固体撮像装置Ｉは、画素アレイ１７０１、複数の列信号処理回路１７０５乃至１７１２、行選択制御回路１７１９、水平走査回路１７２０および１７２１、並びに、タイミング制御回路１７１８を備える。画素アレイ１７０１は、同一基板上に配列された複数の画素Ｐ（撮像画素Ｐ_ＩＭおよび焦点検出画素Ｐ_ＡＦ）を有する。図１では、説明の容易化のため、画素アレイ１７０１を４行×４列で示している。撮像画素Ｐ_ＩＭは、例えばベイヤ配列にしたがって配置され、図１では、赤画素Ｒ、青画素Ｂ、緑画素Ｇ１またはＧ２を例示している。

複数の列信号処理回路１７０５乃至１７１２は、画素アレイ１７０１の各列に対応して配される。ここでは、列信号処理回路１７０５乃至１７０８は、画素アレイ１７０１の各列における偶数行目の画素Ｐに対応するように配され、列信号処理回路１７０９乃至１７１２は、各列における奇数行目の画素Ｐに対応するように配されている。

タイミング制御回路１７１８は、クロック信号ＣＬＫに応答して、制御信号を行選択制御回路１７１９や、水平走査回路１７２０および１７２１に出力する。行選択制御回路１７１９は、タイミング制御回路１７１８からの信号に基づいて画素アレイ１７０１に制御信号を出力し、少なくとも１行単位で画素Ｐを駆動して、画素アレイ１７０１から画素信号を読み出す。画素アレイ１７０１からの画素信号のそれぞれは、各列信号処理回路１７０５乃至１７１２における所定の信号処理を経て、水平走査回路１７２０または１７２１からの信号に応答して、水平転送されて外部に出力される。

画素アレイ１７０１からの画素信号のうち、撮像画素Ｐ_ＩＭの各々からの信号は、例えば外部の信号処理部によって信号処理が為され、画像データが得られる。また、画素アレイ１７０１からの画素信号のうち、焦点検出画素Ｐ_ＡＦの各々からの信号は、位相差検出法に基づく焦点検出処理に用いられる。当該焦点検出処理によって得られたデフォーカス量に基づいて、例えば撮像レンズ用モータを駆動し、撮影レンズの位置を調整する。その結果、所望の被写体にピントを合わせることができる。

図２は、固体撮像装置Ｉの各画素Ｐ（撮像画素Ｐ_ＩＭないし焦点検出画素Ｐ_ＡＦ）の回路構成の例を示している。画素Ｐは、光電変換部１８０１（例えば、フォトダイオード）、転送トランジスタ１８０２、フローティングディフュージョン領域１８０３、リセットトランジスタ１８０４、ソースフォロワトランジスタ１８０５、選択トランジスタ１８０６を含む。光電変換部１８０１においては、受光光量に応じた量の電荷（電子または正孔）が発生し蓄積される。蓄積された電荷は、転送トランジスタ１８０２のゲート端子に与えられる制御信号が活性化されたことに応答して、転送トランジスタ１８０２によってフローティングディフュージョン領域１８０３に転送される。ソースフォロワトランジスタ１８０５に流れる電流量は、フローティングディフュージョン領域１８０３に転送された電荷量の変動に応じて変化する。選択トランジスタ１８０６は、選択トランジスタ１８０６のゲート端子に与えられる制御信号が活性化されたことに応答して、ソースフォロワトランジスタ１８０５の電流量に応じた画素信号を列信号線１８０８に出力する。画素信号は、前述の行選択回路８１９によって行ごとに選択的に読み出され、各列に対応して設けられた列信号処理回路８０５乃至８１２を経て、水平走査回路８２０又は８２１による水平転送によって、順に外部のユニット（例えば信号処理部）に出力される。なお、リセットトランジスタ９０４は、リセットトランジスタ９０４のゲート端子に与えられる制御信号が活性化されたことに応答して、フローティングディフュージョン領域９０３の電位をリセットする。

（参考例）
本発明の各実施形態を説明するに先立って、参考例として、撮像画素および焦点検出画素の構造について述べる。図３（ａ）および（ｂ）は、本実施形態にかかる撮像画素Ｐ_ＩＭ’の断面構造と焦点検出画素Ｐ_ＡＦ’の断面構造とをそれぞれ模式的に示している。撮像画素Ｐ_ＩＭ’は、半導体基板１０（以下、「基板１０」）に設けられた光電変換部１０５_ＩＭと、光電変換部１０５_ＩＭの上に設けられたマイクロレンズ１０３_ＩＭ’とを含む（図３（ａ））。また、焦点検出画素Ｐ_ＡＦ’は、基板１０に設けられた光電変換部１０５_ＡＦと、光電変換部１０５_ＡＦマイクロレンズ１０３_ＡＦ’とを含みうる（図３（ｂ））。各マイクロレンズ１０３’（１０３_ＩＭ’および１０３_ＡＦ’）は、互いに異なるレンズパワーを有し、更に、互いに異なる形状、あるいは異なる屈折率を有する。具体的には、例えば、その曲率（高さ）が異なるように形成されている。ここで、異なる形状とは、高さおよび底面の少なくとも１つが異なる場合を含む。

光電変換部１０５（１０５_ＩＭおよび１０５_ＡＦ）とマイクロレンズ１０３’との間には、絶縁部材２０が配される。また、光電変換部１０５とマイクロレンズ１０３’との間の一部の領域には配線層Ｍが配される。撮像画素Ｐ_ＩＭ’の配線層Ｍには、例えば配線部２０１が配される。配線部２０１は、例えば、隣接画素間との混色を防ぐように信号用ないし電源供給用の配線部が用いられ、第１の開口を有する。焦点検出画素Ｐ_ＡＦ’の配線層Ｍには、例えば遮光部１０４が配される。遮光部１０４は、位相差検出を行うための第２の開口（第１の開口より小さい）を有する。

光束１０１は、例えば、被写体の像を画素アレイ１７０１に形成する外部の撮影レンズの瞳を半分ずつに分割した領域のうちの一方（例えば左半分）からの光束を示している（以下、「左側光束１０１」）。同様にして、光束１０２は、外部の撮影レンズの瞳を半分ずつに分割した領域のうちの他方（例えば右半分）からの光束を示している（以下、「右側光束１０２」）。なお、ここでは、左側光束１０１ないし右側光束１０２を示したが、上側光束ないし下側光束としても同様である。

ここで、焦点検出画素Ｐ_ＡＦ’は、外部の撮像レンズの瞳像が結像する位置Ｃ_ＡＦ（以下、「結像位置Ｃ_ＡＦ」）が、遮光部１０４またはその近傍となるように構成される（第１位置）。また、撮像画素Ｐ_ＩＭ’は、外部の撮像レンズの瞳像が結像する位置Ｃ_ＩＭ（以下、「結像位置Ｃ_ＩＭ」）が、結像位置Ｃ_ＡＦよりも光電変換部１０５_ＩＭの側（基板１０の側）になるように構成される（第２位置）。本参考例では、前述のとおり、マイクロレンズ１０３_ＩＭ’とマイクロレンズ１０３_ＡＦ’とは、その曲率（高さ）が異なるように形成され、各画素間での結像位置Ｃ（Ｃ_ＩＭおよびＣ_ＡＦ）が所望の位置になるように調整される。

これにより、焦点検出画素Ｐ_ＡＦ’では、左側光束１０１および右側光束１０２はマイクロレンズ１０３_ＡＦ’によって遮光部１０４（の近傍）に集光される。ここで、遮光部１０４は、焦点検出画素Ｐ_ＡＦ’の中心に対して一方（左側）に偏心した開口を有しており、左側光束１０１および右側光束１０２のうちの左側光束１０１が遮光部１０４で遮蔽され、右側光束１０２が光電変換部１０５_ＡＦに入射する。なお、焦点検出画素Ｐ_ＡＦ’とは異なる他の焦点検出画素においては、遮光部１０４は、当該他の焦点検出画素の中心に対して他方（右側）に偏心した開口を有しており、左側光束１０１が光電変換部１０５_ＡＦに入射する。このようにして、右側光束１０２に基づく信号と、左側光束１０１に基づく信号とが、異なる２つの焦点検出画素から得られ、これらを用いて位相差検出法に基づく焦点検出が適切に為される。

一方、撮像画素Ｐ_ＩＭ’では、左側光束１０１および右側光束１０２はマイクロレンズ１０３によって光電変換部１０５_ＩＭ（の近傍）に集光される。これにより、固体撮像装置の撮像性能が向上する。

ところで、背景技術で述べたように、画素アレイ１７０１の周辺領域には、外部からの給電または外部との信号の授受のためにパッドやワイヤーボンディング等が配される。これらパッド等によって反射された光は、迷光となった後に画素アレイ１７０１に入射する可能性がある。

図４は、固体撮像装置Ｉの断面構造のうち、画素アレイ１７０１の端部を含む領域について模式的に示している。図４に例示されるように、固体撮像装置Ｉは、例えばパッド３０４と電極３０３とがワイヤーボンディング３０５によって接続されることにより、外部から電源が供給され、又は外部との信号の授受を行いうる。マイクロレンズアレイ１０３Ａ’の上（光が入射側）には、光透過性の保護板材３０６（例えばガラス等）が配されうる。領域Ｒ_Ｐは、画素アレイ１７０１の外側の領域であり、電極３０３、パッド３０４、ワイヤーボンディング３０５等は領域Ｒ_Ｐに配されうる。

保護板材３０６を通過して領域Ｒ_Ｐに入射した光４０１のうち、電極３０３、パッド３０４又はワイヤーボンディング３０５により反射された光は、図中の矢印で図示されるように、保護板材３０６において反射される。保護板材３０６で反射された光は、斜入射光として画素アレイ１７０１の有効画素領域に入射し、例えば隣接画素への漏れ光となる。図４に示すように、光４０２〜４０４は、隣接画素との間で混色をもたらす。このことは、比較的大きな入射角で入射した斜入射光によると、特に顕著になりうる。

仮に、画素アレイに撮像画素のみが配列されている場合（焦点検出用画素が設けられていない場合）は、隣接画素への漏れ光が生じたとしても、漏れ光の量の特異な変化は生じにくい。よって、当該画素アレイから得られた画像データのうちの一部の信号が特異な値になりにくい。つまり、光４０２〜４０４による光電変換部４０５〜４０７の出力（信号値）への影響は連続的であり、斜入射光は画像データにおいては例えば単なるフレア光として現れうる。

図５（ａ）は、画素アレイ１７０１のうち撮像画素Ｐ１〜Ｐ３が配列された部分の断面構造と、当該断面構造における斜入射光が隣接画素への漏れ光となる様子を模式的に示している。各撮像画素Ｐ１〜Ｐ３のマイクロレンズ５０１〜５０３の下にはカラーフィルタ層５０が設けられうる。図５（ａ）では、マイクロレンズ５０１に入射した光５０４、マイクロレンズ５０２に入射した光５０５、およびマイクロレンズ５０３に入射した光５０６を示している。上述したように、光による出力への影響は連続的であり、特異な出力変化は生じにくい
図５（ｂ）は、２つの撮像画素Ｐ４およびＰ６の間に焦点検出画素Ｐ５が配列された部分の断面構造と、当該断面構造における斜入射光の隣接画素への漏れ光とを模式的に示している。前述のとおり、結像位置Ｃが所望の位置になるように、焦点検出画素Ｐ５のマイクロレンズ６０２は、その高さが、２つの撮像画素Ｐ４およびＰ６のマイクロレンズ６０１および６０３よりも高く形成されている。その結果、マイクロレンズ６０１に入射した光６０４、マイクロレンズ６０２に入射した光６０５、およびマイクロレンズ６０３に入射した光６０６のうち、光６０５の光量が特異的に大きくなっている。よって、右側に図示された撮像画素Ｐ６の画素信号が、特異的に大きい値になってしまう。

なお、このことは、２つの撮像画素Ｐ４およびＰ６のマイクロレンズと、焦点検出画素Ｐ５のマイクロレンズとの間でレンズの形状あるいは屈折率が異なる構成であれば、同様のことが生じうる。例えば、図５（ｃ）に示されるように、マイクロレンズ９０１および９０３と、マイクロレンズ９０２とが、高さは等しいが、径が異なる構成においても同様のことが生じうる。また、例えば、図５（ｄ）に示されるように、マイクロレンズ１００１および１００３と、マイクロレンズ１００２とが、高さも径も等しいが、屈折率が異なる構成においても同様のことが生じうる。

図６は、焦点検出画素に隣接している撮像画素と、焦点検出画素に隣接していない撮像画素と、の信号値の比の入射角依存性を示している。なお、図６は、有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ法）に基づく光学シミュレーション結果である。シミュレーション条件として、画素ピッチを４μｍとし、焦点検出画素のマイクロレンズの高さを１．５μｍとし、撮像画素のマイクロレンズの高さを１．２μｍとし、各マイクロレンズの屈折率ｎ＝１．６とした。シミュレーション結果から分かるように、当該シミュレーション条件においては、入射角６０°以上では、上述の信号値の比が１よりも大きくなる。すなわち、入射角６０°以上では、焦点検出画素からの漏れ光による撮像画素への影響が大きくなる。

図７は、入射角７０°時における隣接画素への漏れ光量のレンズ構造による変化量を示しており、撮像画素のレンズをレンズ型Ａとする。以下、撮像画素のレンズ型Ａに対して、焦点検出画素のレンズを、レンズ型Ａにした場合と、レンズ型Ａと形状及び屈折率を変えたレンズ型Ｂ〜Ｄとした場合について説明する。焦点検出画素のレンズをレンズ型Ａにした場合の漏れ光の量を基準として、その他の各レンズ型Ｂ〜Ｄにした場合の漏れ光の量の変化量（％）をプロットしている。レンズ型Ａは、その高さが１．２μｍであり、その半径が２．３μｍであり、その構成部材の屈折率ｎ＝１．６のマイクロレンズである。レンズ型Ｂは、その高さが１．３μｍであり、レンズ型Ａとは高さが異なる（図５（ｂ）参照）。レンズ型Ｃは、その半径が２．２μｍであり、レンズ型Ａとは半径が異なる（図５（ｃ）参照）。レンズ型Ｄは、その構成部材の屈折率ｎ＝２．０であり、レンズ型Ａとは構成部材の屈折率が異なる（図５（ｄ）参照）。このプロット結果から分かるように、各レンズ型Ｂ〜Ｄでは、レンズ型Ａに対して、隣接画素への漏れ光の量が大きくなる。

図８は、斜入射光８０１が矢印で示される方向に入射する場合において、各画素８０２〜８０７についての隣接画素への漏れ光量と、各画素８０２〜８０７の信号値とを示している。画素８０２〜８０７のうち、画素８０４は焦点検出画素であり、その他は撮像画素である。焦点検出画素８０４からの隣接画素への漏れ光量は、その他の撮像画素からの隣接画素への漏れ光量よりも大きい。その結果、各画素８０２〜８０７のうち撮像画素８０５は、焦点検出画素８０４からの漏れ光により、信号値が特異的に大きくなり、偽信号を生じる。

以上、説明したように、焦点検出画素に隣接する撮像画素の信号が特異的に大きい値をとりうるため、固体撮像装置から得られる画像データにおいて、例えば、焦点検出画素の配置に対応した斑状のパターンが形成されてしまう。

また、画像データについて補正処理や補間処理を行う方法も考えられるが、隣接画素への漏れ光は常に生じるわけではないため、画一的な処理を行うことは難しい。

（第１実施形態）
図９〜１０を参照しながら、本発明の第１実施形態を説明する。図９（ａ）および（ｂ）は、本実施形態にかかる撮像画素Ｐ_ＩＭの断面構造と焦点検出画素Ｐ_ＡＦの断面構造とをそれぞれ模式的に示している。撮像画素Ｐ_ＩＭは、基板１０に設けられた光電変換部１０５_ＩＭと、基板１０の上に設けられた構造ＳＴ_ＩＭと、構造ＳＴ_ＩＭの上に設けられたマイクロレンズ１０３_ＩＭとを含む。焦点検出画素Ｐ_ＡＦは、基板１０に設けられた光電変換部１０５_ＡＦと、基板１０の上に設けられた構造ＳＴ_ＡＦと、構造ＳＴ_ＡＦの上に設けられたマイクロレンズ１０３_ＡＦとを含む。

構造ＳＴ（構造ＳＴ_ＩＭないし構造ＳＴ_ＡＦ）は、絶縁部材２０と、当該絶縁部材２０の中に設けられた少なくとも１つの配線層Ｍｘとを含む。例えば、構造ＳＴは、絶縁性の部材（酸化シリコン等）で各々が構成された複数の層間絶縁膜と、層間絶縁膜間に配され、金属（銅やアルミニウム等）で構成される少なくとも１以上の配線層と、を含む。例えば、絶縁部材２０は、配線層Ｍｘの下に形成された第１絶縁層と、配線層Ｍｘの上に形成された第２絶縁層とを含む。

配線層Ｍｘにおいて、撮像画素Ｐ_ＩＭにおける構造ＳＴ_ＩＭは、例えば配線部２０１を含み、焦点検出画素Ｐ_ＡＦにおける構造ＳＴ_ＡＦは、例えば遮光部１０４を含む。遮光部１０４および配線部２０１が配される配線層Ｍｘは、基板１０の側に最も近い第１配線層でもよいし、当該第１配線層よりも上に配される第２配線層でもよい。

ここで、撮像画素Ｐ_ＩＭのマイクロレンズ１０３_ＩＭと、焦点検出画素Ｐ_ＡＦのマイクロレンズ１０３_ＡＦとは、互いに等しいレンズの形状及び屈折率を有する。具体的には、例えば、各マイクロレンズ１０３（１０３_ＩＭおよび１０３_ＡＦ）は、共に同一の材料で構成され、かつ、互いに等しい曲率（高さ、径）を有する。また、焦点検出画素Ｐ_ＡＦでは、構造ＳＴ_ＡＦの絶縁部材２０はインナーレンズ１５０１を含む。インナーレンズ１５０１は、その周囲の部材よりも屈折率が大きい材料（例えば窒化シリコン等）で構成される。これにより、結像位置Ｃ_ＡＦは遮光部１０４（の近傍）に位置している。なお、ここでは、インナーレンズ１５０１が屈折率の大きい部材を用いて凸形状に形成された構成を例示したが、インナーレンズ１５０１は、屈折率の小さい部材を用いて凹形状で形成されてもよい。また、結像位置Ｃ_ＩＭは光電変換部１０５_ＩＭ（の近傍）に位置している。例えば、結像位置Ｃ_ＡＦは光電変換部よりも遮光部１０４に近く、結像位置Ｃ_ＩＭは遮光部１０４よりも光電変換部１０５_ＩＭに近い。

この構成により、撮像画素Ｐ_ＩＭでは、左側光束１０１および右側光束１０２は光電変換部１０５_ＩＭ（の近傍）に集光されうる。また、焦点検出画素Ｐ_ＡＦでは、左側光束１０１および右側光束１０２は光電変換部１０５_ＩＭ（の近傍）に集光され、そのうちの左側光束１０１が遮光部１０４で遮光され、右側光束１０２が光電変換部１０５_ＡＦに入射する。

図１０は、図４と同様にして、固体撮像装置Ｉの断面構造について、本実施形態にかかる撮像画素Ｐ_ＩＭおよび焦点検出画素Ｐ_ＡＦを有する画素アレイ１７０１の端部を含む領域を模式的に示している。光電変換部１４０５〜１４０７のうち光電変換部１４０６が配された画素は、焦点検出画素を示している。前述のとおり、撮像画素および焦点検出画素の各マイクロレンズは互いに等しいレンズパワーを有し、図中のマイクロレンズアレイ１０３Ａに入射する斜入射光による漏れ光量の特異的な変化が抑制されうる。つまり、漏れ光１４０２〜１４０４による光電変換部１４０５〜１４０７の出力（信号値）への影響が特異的に大きくなることが抑制されうる。

上述の構成では、互いに隣接する撮像画素Ｐ_ＩＭおよび焦点検出画素Ｐ_ＡＦにおいて、互いに等しい形状及び屈折率を有するように各マイクロレンズ１０３が設けられており、斜入射光によって生じうる撮像画素Ｐ_ＩＭの信号値の特異的な変化が抑制されうる。よって、本実施形態によると、互いに隣接する撮像画素と焦点検出画素との間での漏れ光の量の均一化に有利である。

以上では、互いに隣接する撮像画素Ｐ_ＩＭおよび焦点検出画素Ｐ_ＡＦにおいて、各マイクロレンズ１０３が互いに等しい形状及び屈折率を有する構成が示された。しかしながら、上述の漏れ光によって隣接画素間で信号値が特異的に変化することが抑制されればよく、本実施形態の構成は本発明の趣旨を限定するものではない。例えば、本発明は、画素アレイ１７０１のうちの周辺領域における各マイクロレンズが互いに等しいレンズ形状及び屈折率を有し、中央領域のマイクロレンズとは異なるレンズ形状及び屈折率を有する構成を含みうる。即ち、例えば、画像データに生じうるシェーディングに応じたレンズ曲率分布を有するようにマイクロレンズアレイが形成されてもよい。

（第２実施形態）
第１実施形態では、焦点検出画素Ｐ_ＡＦにおいてインナーレンズ１５０１が設けられた構成を例示したが、本発明はこの構成に限られるものではない。例えば、屈折率の異なる２つの部材の界面が平面形状であってもよく、単に屈折率の異なる平行平板部材が設けられてもよい。図１１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態にかかる焦点検出画素Ｐ_ＡＦの断面構造と撮像画素Ｐ_ＩＭの断面構造とをそれぞれ模式的に示している。

本実施形態では、撮像画素Ｐ_ＩＭの構造ＳＴ_ＩＭにおける絶縁部材２０は、配線層Ｍｘよりも上に平行平板部材２００１を含む。平行平板部材２００１は、その周囲の部材よりも屈折率が大きい部材（窒化シリコン等）で構成されうる。この構成により各画素間での結像位置Ｃ（結像位置Ｃ_ＩＭおよび結像位置Ｃ_ＡＦ）が所望の位置になるように調整されうる。

平行平板部材２００１は、結像位置Ｃが所望の位置になるように調整することができればよく、平行平板部材７０２が配される位置や厚さは本実施形態の構成に限定されない。また、例えば平行平板部材２００１を層間絶縁膜の間に形成する場合には、その界面において生じうる光の反射や干渉を抑制するように、当該界面に反射防止構造が設けられてもよい。

また、焦点検出画素Ｐ_ＡＦについては、結像位置Ｃ_ＡＦが、配線層Ｍｘまたはその近傍となるように調整され、撮像画素Ｐ_ＩＭにおいては、結像位置Ｃ_ＩＭが、結像位置Ｃ_ＡＦよりも光電変換部１０５_ＩＭの側になるように調整されうる。よって、絶縁部材２０は、撮像画素Ｐ_ＩＭの絶縁部材２０における光路長が、焦点検出画素Ｐ_ＡＦの絶縁部材２０における光路長よりも長くなるように設けられうる。また、撮像画素Ｐ_ＩＭの絶縁部材２０における屈折率の平均値が、焦点検出画素Ｐ_ＡＦの絶縁部材２０における屈折率の平均値よりも大きくなってもよい。

ここでは、配線層Ｍｘより上の絶縁層の１つに平行平板部材２００１が設けられる構成を例示した。図１２（ａ）は、当該構成において、基板１０の表面に対して垂直な方向における絶縁部材２０の屈折率の分布を示している。当該構成では、平行平板部材２００１を含む絶縁部材２０の屈折率の分布は、１つの矩形分布を含む。しかし、本発明は、この構成に限られるものではない。例えば、図１２に示すように、板状の高屈折率材料１９０１の深さ方向の屈折率の分布は、図１２（ａ）に示すような界面が明瞭な構造でもよいし、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に示すような徐々に屈折率が変化する構造でもよい。また、高屈折率材料は１層だけでなく図１２（ｄ）に示すように複数積層してもよく、マイクロレンズから光電変換部までの光路長が短くなるような分布でありさえすればよい。

本実施形態によると、第１実施形態で述べた効果と同様の効果が得られる。また、本実施形態によると、１つの画素に複数のレンズ（マイクロレンズおよびインナーレンズ）を個別に形成する場合に比べて、製造ばらつきによる誤差（例えばアライメント誤差）が低減され、製造面においても有利である。

（第３実施形態）
前述の第２実施形態では、撮像画素Ｐ_ＩＭ又は焦点検出画素Ｐ_ＡＦの絶縁部材２０において、平行平板部材２００１が配線層Ｍｘより上に設けられた構成を例示した。しかしながら、平行平板部材は、少なくとも配線層Ｍｘより上に設けられていればよく、本実施形態に示すように、配線層Ｍｘの下にも設けられてもよい。図１３（ａ）および（ｂ）は、本実施形態にかかる撮像画素Ｐ_ＩＭの断面構造と焦点検出画素Ｐ_ＡＦの断面構造とをそれぞれ模式的に示している。

本実施形態では、撮像画素Ｐ_ＩＭの構造Ｓ_ＩＭにおいて、高屈折部材で構成された平行平板部材２３０１が、基板１０の上面から配線層Ｍｘの上にわたって設けられている。平行平板部材２３０１は、その幅が、配線部２０１により形成される開口よりも小さくなるように設けられうる。ここで、平行平板部材２３０１は、光導波路の導光部としての機能をも有しうるため、マイクロレンズ１０３_ＩＭを通過した光束が平行平板部材２３０１に適切に入射しさえすればよい。

本実施形態によると、平行平板部材２３０１は導光部としての機能をも有しうるため、隣接画素間との混色を防ぎつつ、第１ないし第２実施形態と同様の効果を得ることもできる。また、本実施形態によると、マイクロレンズ１０３_ＩＭを通過した光束が平行平板部材２３０１に適切に入射しさえすればよい。よって、マイクロレンズ１０３_ＩＭおよび１０３_ＡＦの設計の自由度が高く、設計面においても有利である。

以上、本発明によると、互いに隣接する撮像画素Ｐ_ＩＭおよび焦点検出画素Ｐ_ＡＦの各マイクロレンズ１０３をレンズパワーが互いに等しくなるように（特に、レンズ形状及び屈折率が等しくなるように）形成することが可能となる。よって、固体撮像装置Ｉの特性面において有利である。なお、以上では３つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途及び機能その他の仕様に応じて、適宜、変更が可能であり、他の実施形態によっても為されうる。例えば、焦点検出画素Ｐ_ＡＦではカラーフィルタ層として、無色の部材が配されうる。

（撮像システム）
以上では、カメラ等に代表される撮像システムに含まれる固体撮像装置について述べた。撮像システムの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。撮像システムは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部（信号処理部）とを含みうる。この処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、このＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。焦点検出処理はこの処理部によってなされてもよいし、焦点検出処理を実行する焦点検出処理部が個別に設けられていてもよく、適宜変更が可能である。

Claims (10)

1. 半導体基板に形成された光電変換部を含み、互いに隣接するように配された撮像画素および焦点検出画素を有する撮像デバイスであって、
   前記撮像画素および前記焦点検出画素は、レンズの形状及び屈折率が等しいマイクロレンズと、前記マイクロレンズと前記半導体基板との間に形成された絶縁部材および当該絶縁部材の中に設けられた配線層を含む構造と、を含み、
   前記撮像画素は前記配線層に設けられた第１の開口を有し、前記焦点検出画素は、位相差検出を行うために前記配線層に設けられた、前記第１の開口よりも小さい第２の開口を有し、
   前記撮像画素および前記焦点検出画素の一方の前記絶縁部材は、前記マイクロレンズの結像位置が、前記焦点検出画素においては前記光電変換部よりも前記第２の開口に近い第１位置となり、且つ、前記撮像画素においては前記第１位置よりも前記光電変換部の側である第２位置となるように、互いに屈折率が異なる２つの部材を有する
   ことを特徴とする撮像デバイス。
2. 前記２つの部材の界面は凹形状または凸形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像デバイス。
3. 前記２つの部材の界面は平面形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像デバイス。
4. 前記２つの部材の一方は、前記配線層より下の側から前記配線層より上の側にわたって前記配線層をまたぐように設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮像デバイス。
5. 前記撮像画素は、前記マイクロレンズの下に設けられたカラーフィルタ層をさらに含んでおり、
   前記屈折率が異なる部分は、前記カラーフィルタ層より下に設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像デバイス。
6. 前記絶縁部材は、前記光電変換部の受光面に対して平行な第１辺と、前記受光面に対して垂直な第２辺とを含み、
   前記第１辺は前記第２辺よりも長い
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像デバイス。
7. 前記絶縁部材は、前記光電変換部の受光面に対して平行な第１辺と、前記受光面に対して垂直な第２辺とを含み、
   前記第２辺は前記第１辺よりも長い
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像デバイス。
8. 前記撮像画素と前記焦点検出画素の周囲に設けられたパッドを有する
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像デバイス。
9. 請求項８に記載の撮像デバイスと、
   前記撮像デバイスの上に設けられた透光性部材と、を備える
   ことを特徴とする撮像装置。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像デバイスと、
    前記撮像デバイスから出力される信号を処理する処理部と、
    を備えることを特徴とするカメラ。

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