JP2015135936A - 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にする。【解決手段】固体撮像装置は、入射した光を受光する光電変換部を有する撮像画素と、光電変換部と、光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部とを有する位相差検出画素とを備え、撮像画素は、光電変換部より上に形成された高屈折率膜をさらに有し、位相差検出画素は、光電変換部より上に形成された低屈折率膜をさらに有する。本技術は、例えばCMOSイメージセンサに適用することができる。【選択図】図３

Description

本技術は、固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器に関し、特に、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることができるようにする固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器に関する。
従来、固体撮像装置において、感度の向上や混色の防止を実現するために、様々な技術が提案されている。
例えば、各画素において、オンチップレンズからの入射光の集光ポイントを受光面に近づける発散レンズとして、受光面の中央に対応する部分が、受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されたレンズ層を設けるようにした固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、オンチップレンズと受光面との間の距離を短くすることができ、感度の向上や混色の防止を実現することができる。
ところで、従来、DSLR（Digital Single Lens Reflex camera）においては、画像を取り込む固体撮像装置とは別に設けられたセンサによって焦点を合わせるようにしているため、部品点数が多くなったり、実際に焦点を合わせたい位置とは異なる位置で焦点を合わせるため、焦点位置に誤差が生じるおそれがあった。
これに対して、近年、画素アレイ部に、撮像画素とともに位相差検出画素を設け、一対の位相差検出画素によって出力される信号のずれ量に基づいて焦点を検出する、いわゆる像面位相差AF（Auto Focus）方式による焦点検出を行う固体撮像装置が知られている。一対の位相差検出画素において、それぞれの受光面は、互いに異なる半分が遮光膜により遮光されている。
特開２０１１−２１０９８１号公報
上述したような固体撮像装置において、撮像画素は、遮光膜より下層の光電変換部の受光面にマイクロレンズの集光ポイントがある場合に、その感度が最大となる一方、位相差検出画素は、遮光膜にマイクロレンズの集光ポイントがある場合に、そのAF性能が最大となる。
しかしながら、撮像画素の感度を最適にしようとすると、位相差検出画素の感度が低下してしまい、特に被写体が暗い場合に、正確に焦点を合わせることができないおそれがあった。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることができるようにするものである。
本技術の一側面の固体撮像装置は、入射した光を受光する光電変換部を有する撮像画素と、前記光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部とを有する位相差検出画素とを備え、前記撮像画素は、前記光電変換部より上に形成された高屈折率膜をさらに有し、前記位相差検出画素は、前記光電変換部より上に形成された低屈折率膜をさらに有する。
前記撮像画素および前記位相差検出画素には、それぞれ、前記高屈折率膜および前記低屈折率膜の上層に形成されたカラーフィルタ層を設け、前記高屈折率膜または前記低屈折率膜は、平坦化膜を兼ねて形成されるようにすることができる。
前記低屈折率膜は、前記高屈折率膜を覆うように形成され、前記平坦化膜を兼ねるようにすることができる。
前記高屈折率膜は、前記低屈折率膜を覆うように形成され、前記平坦化膜を兼ねるようにすることができる。
前記高屈折率膜の屈折率は、前記低屈折率膜の屈折率と比べて0.1以上高くすることができる。
前記高屈折率膜の屈折率は、1.5乃至2.0の間の値とされるようにすることができる。
前記低屈折率膜の屈折率は、1.1乃至1.5の間の値とされるようにすることができる。
前記高屈折率膜および前記低屈折率膜のいずれか一方または両方は、感光性を有する材料で形成されるようにすることができる。
前記高屈折率膜または前記低屈折率膜は、断面形状が上凸型レンズ形状となるように形成されるようにすることができる。
前記撮像画素および前記位相差検出画素には、前記カラーフィルタ層より上にマイクロレンズを設け、前記マイクロレンズは、前記撮像画素および前記位相差検出画素において一様に形成されるようにすることができる。
本技術の一側面の固体撮像装置の製造方法は、入射した光を受光する光電変換部を有する撮像画素と、前記光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部とを有する位相差検出画素とを備える固体撮像装置の製造方法であって、前記撮像画素において、前記光電変換部より上に高屈折率膜を形成し、前記位相差検出画素において、前記光電変換部より上に低屈折率膜を形成するステップを含む。
本技術の一側面の電子機器は、入射した光を受光する光電変換部を有する撮像画素と、前記光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部とを有する位相差検出画素とを備え、前記撮像画素は、前記光電変換部より上に形成された高屈折率膜をさらに有し、前記位相差検出画素は、前記光電変換部より上に形成された低屈折率膜をさらに有する固体撮像装置を備える。
本技術の一側面においては、撮像画素において、光電変換部より上に高屈折率膜が形成され、位相差検出画素において、光電変換部より上に低屈折率膜が形成される。
本技術の一側面によれば、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
本技術を適用した固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。 画素アレイ部の画素配置について説明する図である。 本技術の第１の実施の形態の画素の構成例を示す断面図である。 画素形成処理について説明するフローチャートである。 画素形成の工程を説明する図である。 画素形成の工程を説明する図である。 画素の他の構成例を示す断面図である。 本技術の第２の実施の形態の画素の構成例を示す断面図である。 画素形成処理について説明するフローチャートである。 画素形成の工程を説明する図である。 画素形成の工程を説明する図である。 本技術の第３の実施の形態の画素の構成例を示す断面図である。 画素形成処理について説明するフローチャートである。 画素形成の工程を説明する図である。 画素形成の工程を説明する図である。 画素形成処理について説明するフローチャートである。 画素形成の工程を説明する図である。 画素形成の工程を説明する図である。 本技術の第４の実施の形態の画素の構成例を示す断面図である。 画素形成処理について説明するフローチャートである。 画素形成の工程を説明する図である。 画素形成の工程を説明する図である。 本技術の第５の実施の形態の画素の構成例を示す断面図である。 カラーフィルタの例を示す図である。 本技術の第６の実施の形態の画素の構成例を示す断面図である。 画素形成処理について説明するフローチャートである。 画素形成の工程を説明する図である。 画素形成の工程を説明する図である。 レチクルの露光パターンについて説明する図である。 レチクルの露光パターンについて説明する図である。 画素形成処理について説明するフローチャートである。 画素形成の工程を説明する図である。 グレースケールマスクの露光パターンについて説明する図である。 本技術の第７の実施の形態の画素の構成例を示す断面図である。 カラーフィルタの他の例を示す図である。 本技術を適用した電子機器の構成例を示すブロック図である。
以下、本技術の実施の形態について図を参照して説明する。
＜固体撮像装置の構成例＞
図１は、本技術が適用される固体撮像装置の一実施の形態を示すブロック図である。以下においては、増幅型固体撮像装置の１つである、表面照射型のCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサの構成について説明する。なお、本技術は、表面照射型のCMOSイメージセンサへの適用に限られるものではなく、裏面照射型のCMOSイメージセンサや他の増幅型固体撮像装置、CCD（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の電荷転送型の固体撮像装置にも適用可能である。
図１に示されるCMOSイメージセンサ１０は、図示せぬ半導体基板上に形成された画素アレイ部１１と、画素アレイ部１１と同じ半導体基板上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。周辺回路部は、例えば、垂直駆動部１２、カラム処理部１３、水平駆動部１４、およびシステム制御部１５から構成されている。
さらに、CMOSイメージセンサ１０は、信号処理部１８およびデータ格納部１９を備えている。
画素アレイ部１１は、受光した光量に応じた光電荷を生成し、蓄積する光電変換部を有する単位画素（以下、単に画素ともいう）が行方向および列方向に、すなわち、行列状に２次元配置された構成を採る。ここで、行方向とは画素行の画素の配列方向（水平方向）を表し、列方向とは画素列の画素の配列方向（垂直方向）を表している。画素アレイ部１１には、複数の画素として、受光した被写体光に基づいて撮像画像を生成するための信号を生成する画素（撮像画素）と、焦点検出を行うための信号を生成する画素（位相差検出画素）とが配置される。
画素アレイ部１１においては、行列状の画素配列に対して、画素行毎に画素駆動線１６が行方向に沿って配線され、画素列毎に垂直信号線１７が列方向に沿って配線されている。画素駆動線１６は、画素から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。図１では、画素駆動線１６は１本の配線として示されているが、１本に限られるものではない。画素駆動線１６の一端は、垂直駆動部１２の各行に対応した出力端に接続されている。
垂直駆動部１２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部１１の各画素を全画素同時または行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動部１２は、垂直駆動部１２を制御するシステム制御部１５とともに、画素アレイ部１１の各画素を駆動する駆動部を構成している。垂直駆動部１２は、その具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系の２つの走査系を有する構成となっている。
読出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部１１の単位画素を行単位で順に選択走査する。単位画素から読み出される信号はアナログ信号である。掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
この掃出し走査系による掃出し走査により、読出し行の単位画素の光電変換部から不要な電荷が掃出されることによって光電変換部がリセットされる。そして、この掃出し走査系による不要電荷の掃出す（リセットする）ことにより、電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換部の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する（光電荷の蓄積を開始する）動作のことをいう。
読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に受光した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の露光期間となる。
垂直駆動部１２によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、画素列毎に垂直信号線１７の各々を通してカラム処理部１３に入力される。カラム処理部１３は、画素アレイ部１１の画素列毎に、選択行の各画素から垂直信号線１７を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
具体的には、カラム処理部１３は、信号処理として、少なくともノイズ除去処理、例えばCDS（Correlated Double Sampling）処理を行う。カラム処理部１３によるCDS処理により、リセットノイズや画素内の増幅トランジスタの閾値ばらつき等の、画素固有の固定パターンノイズが除去される。カラム処理部１３には、ノイズ除去処理以外に、例えば、AD（Analog-Digital）変換機能を持たせ、アナログの画素信号をデジタル信号に変換して出力させることも可能である。
水平駆動部１４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部１３の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。水平駆動部１４による選択走査により、カラム処理部１３において単位回路毎に信号処理された画素信号が順番に出力される。
システム制御部１５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等によって構成され、そのタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動部１２、カラム処理部１３、および水平駆動部１４等の駆動制御を行う。
信号処理部１８は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部１３から出力される画素信号に対して演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部１９は、信号処理部１８での信号処理に必要なデータを一時的に格納する。
なお、信号処理部１８およびデータ格納部１９は、CMOSイメージセンサ１０と同じ基板（半導体基板）上に搭載されても構わないし、CMOSイメージセンサ１０とは別の基板上に配置されるようにしても構わない。また、信号処理部１８およびデータ格納部１９の各処理は、CMOSイメージセンサ１０とは別の基板に設けられる外部信号処理部、例えば、DSP（Digital Signal Processor）回路やソフトウエアによる処理として実行されても構わない。
また、CMOSイメージセンサ１０が裏面照射型のCMOSイメージセンサである場合、画素アレイ部１１を含む半導体基板とロジック回路を含む半導体基板とを貼り合わせた、積層型のCMOSイメージセンサとして構成されるようにしてもよい。
＜画素アレイ部の画素配列＞
次に、図２を参照して、画素アレイ部１１の画素配置について説明する。
図２に示されるように、画素アレイ部１１には、黒色の正方形で示される複数の撮像画素３１が行列状に２次元配置されている。撮像画素３１は、Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素からなり、これらは、ベイヤ配列に従い規則的に配置されている。
また、画素アレイ部１１には、行列状に２次元配置される複数の撮像画素３１の中に、白色の正方形で示される複数の位相差検出画素３２が散在して配置されている。具体的には、位相差検出画素３２は、画素アレイ部１１における画素行のうちの所定の１行において、撮像画素３１の一部を置き換えることで、特定のパターンで規則的に配置されている。なお、画素アレイ部１１における撮像画素３１および位相差検出画素３２の配置は、これに限られるものではなく、他のパターンで配置されるようにしてもよい。
以下、画素アレイ部１１における撮像画素３１および位相差検出画素３２の実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態の画素の構成例＞
図３は、CMOSイメージセンサ１０における第１の実施の形態の画素の構成例を示す断面図である。図３においては、CMOSイメージセンサ１０における撮像画素３１および位相差検出画素３２の断面図が示されている。
図３に示されるように、撮像画素３１においては、半導体基板５１に、入射した光を受光し光電変換を行う光電変換部５２が形成され、半導体基板５１の上層には、SiO等からなる絶縁層５３が形成されている。絶縁層５３の上には、CuやAlからなる複数の配線層５４が形成されている。
配線層５４の上には、感光性を有する高屈折率材料からなる高屈折率膜５５が形成されている。感光性を有する高屈折率材料としては、例えば、TiO2，ZrO2，ZnO等が挙げられる。高屈折率膜５５の屈折率は、1.5乃至2.0の間の値とされる。屈折率膜５５の上には、撮像画素３１それぞれに応じた分光特性を有するカラーフィルタ層５６が形成され、カラーフィルタ層５６の上には、マイクロレンズ５７が形成されている。
一方、位相差検出画素３２においても、撮像画素３１と同様に、半導体基板５１、光電変換部５２、絶縁層５３、配線層５４、カラーフィルタ層５６、およびマイクロレンズ５７が形成されている。
さらに、位相差検出画素３２においては、配線層５４の一部が、光電変換部５２に入射する光の一部を遮光する遮光膜５４ａとして、光電変換部５２の受光領域の略半分の大きさの開口を有するように形成されている。また、配線層５４とカラーフィルタ層５６との間には、感光性を有しない低屈折率材料からなる低屈折率膜５８が形成されている。感光性を有しない低屈折率材料としては、例えば、中空シリカ等が挙げられる。この低屈折率膜５８は、撮像画素３１における高屈折率膜５５を覆うように形成され、カラーフィルタ層５６が形成される際の平坦化膜を兼ねている。低屈折率膜５８の屈折率は、1.1乃至1.5の間の値とされる。
なお、位相差検出画素３２においては、カラーフィルタ層５６に代えて、カラーフィルタ層５６と同程度に入射光量を低減させるための減光フィルタが形成されるようにしてもよい。
また、撮像画素３１および位相差検出画素３２において、マイクロレンズ５７は一様に、すなわち、同一の形状、大きさで形成されており、同一の集光ポイントをもつものとするが、高屈折率膜５５や低屈折率膜５８の屈折率や膜厚が調整されることによって細かく設定されるようにすることができる。
すなわち、撮像画素３１において、マイクロレンズ５７の集光ポイントは、高屈折率膜５５によって、光電変換部５２の受光面に設定され、位相差検出画素３２において、マイクロレンズ５７の集光ポイントは、低屈折率膜５８によって、遮光膜５４ａの上面に設定されるようにすることができる。
本実施の形態の構成によれば、撮像画素３１において、光電変換部５２より上に高屈折率膜５５を設け、位相差検出画素３２において、光電変換部５２より上に低屈折率膜５８を設けるようにしたので、撮像画素３１においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを光電変換部５２の受光面としつつ、位相差検出画素３２においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを遮光膜５４ａの上面とすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
また、撮像画素３１および位相差検出画素３２においては、マイクロレンズ５７が一様に形成されるので、マイクロレンズの形成プロセスを容易にすることができる。
＜画素形成の流れについて＞
次に、図４乃至図６を参照して、本実施の形態の画素形成の流れについて説明する。図４は、画素形成処理について説明するフローチャートであり、図５および図６は、画素形成の工程を示す断面図である。
以下においては、図５Ａに示されるように、配線層５４が形成された後の処理について説明する。
ステップＳ１１において、図５Ｂに示されるように、配線層５４の上に、感光性を有する高屈折率材料５５ａが塗布される。高屈折率材料５５ａの膜厚は、例えば400nmとされるが、マイクロレンズ５７の集光ポイントに応じて調整される。また、高屈折率材料５５ａの屈折率は、例えば1.8とされるが、後述する低屈折率材料の屈折率と比べて0.1以上高ければよい。
高屈折率材料５５ａが塗布された後、高屈折率材料５５ａの溶剤の除去および高屈折率材料５５ａの硬化のために、90℃での加熱が２分間行われる。
ステップＳ１２において、フォトリソグラフィにより、撮像画素３１の領域の高屈折率材料５５ａがパターン形成される。高屈折率材料５５ａは、例えば、画素サイズと略同じサイズ（画素サイズの±15％以内の範囲のサイズ）でパターン形成される。これにより、図５Ｃに示されるように、高屈折率膜５５が形成されるようになる。
高屈折率膜５５が形成された後、高屈折率膜５５の硬化のために、200℃での加熱が５分間行われる。
ステップＳ１３において、図６Ｄに示されるように、感光性を有しない低屈折率材料５８ａが、スピンコートにより、高屈折率膜５５を覆うように塗布される。低屈折率材料５８ａの膜厚は、例えば600nmとされるが、マイクロレンズ５７の集光ポイントに応じて調整される。また、低屈折率材料５８ａの屈折率は、例えば1.2とされるが、上述した高屈折率材料５５ａの屈折率と比べて0.1以上低ければよい。
これにより、位相差検出画素３２の領域に、低屈折率膜５８が形成されるようになる。なお、低屈折率材料５８ａは、高屈折率膜５５を覆うように塗布されるので、低屈折率材料５８ａが、後段の処理で形成されるカラーフィルタ層５６に対する平坦化膜として機能するようになる。
低屈折率材料５８ａが塗布された後、低屈折率材料５８ａの溶剤の除去および低屈折率材料５８ａの硬化のために、230℃での加熱が５分間行われる。
ステップＳ１４において、図６Ｅに示されるように、カラーフィルタ層５６が、画素毎に形成される。
そして、ステップＳ１５において、図６Ｆに示されるように、マイクロレンズ５７が、撮像画素３１か位相差検出画素３２かによらず一様に形成される。マイクロレンズ５７は、マイクロレンズ材料が、スピンコートにより成膜され、フォトリソグラフィ工程を経て、マイクロレンズ材料がエッチバックされることで形成される。
このようにして、撮像画素３１と位相差検出画素３２とが形成される。
以上の処理によれば、撮像画素３１において、光電変換部５２より上に高屈折率膜５５が形成され、位相差検出画素３２において、光電変換部５２より上に低屈折率膜５８が形成されるので、撮像画素３１においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを光電変換部５２の受光面としつつ、位相差検出画素３２においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを遮光膜５４ａの上面とすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
また、上述した処理においては、マイクロレンズは一様に形成されるので、集光特性のばらつきによる画像の劣化を抑えることが可能となる。
＜画素の他の構成例＞
なお、以上においては、撮像画素３１における高屈折率膜５５の断面形状は矩形であるものとしたが、フォトリソグラフィにより、図７に示されるように、高屈折率膜５５の断面形状が、上凸型のレンズ形状に形成されるようにしてもよい。
＜第２の実施の形態の画素の構成例＞
次に、図８を参照して、第２の実施の形態の画素の構成例について説明する。
なお、図８に示される撮像画素３１および位相差検出画素３２と、図３に示される撮像画素３１および位相差検出画素３２とで、同様にして形成される部分については、その説明を省略する。
図８に示されるように、撮像画素３１において、配線層５４とカラーフィルタ層５６との間には、感光性を有しない高屈折率材料からなる高屈折率膜７１が形成されている。感光性を有しない高屈折率材料としては、例えば、TiO2，ZrO2，ZnO等が挙げられる。この高屈折率膜７１は、位相差検出画素３２における低屈折率膜７２を覆うように形成され、カラーフィルタ層５６が形成される際の平坦化膜を兼ねている。
また、位相差検出画素３２において、配線層５４とカラーフィルタ層５６との間には、感光性を有する低屈折率材料からなる低屈折率膜７２が形成されている。感光性を有する低屈折率材料としては、例えば、中空シリカ等が挙げられる。図８においては、低屈折率膜７２は、断面形状が上凸型のレンズ形状となるように形成されているが、矩形形状となるように形成されるようにしてもよい。
本実施の形態においても、撮像画素３１および位相差検出画素３２において、マイクロレンズ５７は一様に、すなわち、同一の形状、大きさで形成されており、同一の集光ポイントをもつものとするが、高屈折率膜７１や低屈折率膜７２の屈折率や膜厚が調整されることによって細かく設定されるようにすることができる。
すなわち、撮像画素３１において、マイクロレンズ５７の集光ポイントは、高屈折率膜７１によって、光電変換部５２の受光面に設定され、位相差検出画素３２において、マイクロレンズ５７の集光ポイントは、低屈折率膜７２によって、遮光膜５４ａの上面に設定されるようにすることができる。
本実施の形態の構成によれば、撮像画素３１において、光電変換部５２より上に高屈折率膜７１を設け、位相差検出画素３２において、光電変換部５２より上に低屈折率膜７２を設けるようにしたので、撮像画素３１においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを光電変換部５２の受光面としつつ、位相差検出画素３２においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを遮光膜５４ａの上面とすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
＜画素形成の流れについて＞
次に、図９乃至図１１を参照して、本実施の形態の画素形成の流れについて説明する。図９は、画素形成処理について説明するフローチャートであり、図１０および図１１は、画素形成の工程を示す断面図である。
なお、以下においても、図１０Ａに示されるように、配線層５４が形成された後の処理について説明する。
ステップＳ３１において、図１０Ｂに示されるように、配線層５４の上に、感光性を有する低屈折率材料７２ａが塗布される。低屈折率材料７２ａの膜厚は、例えば400nmとされるが、マイクロレンズ５７の集光ポイントに応じて調整される。また、低屈折率材料７２ａの屈折率は、例えば1.4とされるが、後述する高屈折率材料の屈折率と比べて0.1以上低ければよい。
低屈折率材料７２ａが塗布された後、低屈折率材料７２ａの溶剤の除去および低屈折率材料７２ａの硬化のために、90℃での加熱が２分間行われる。
ステップＳ３２において、フォトリソグラフィにより、図１０Ｃに示されるように、位相差検出画素３２の領域の低屈折率材料７２ａがパターン形成される。低屈折率材料７２ａは、例えば、画素サイズと略同じサイズ（画素サイズの±15％以内の範囲のサイズ）でパターン形成される。
ステップＳ３３において、加熱が行われ、低屈折率材料７２ａがリフローされることで、低屈折率材料７２ａがレンズ形状に形成される。ここでは、例えば、140℃での加熱が２分間、175℃での加熱が２分間と、段階的に加熱が行われるようにする。これにより、図１０Ｄに示されるように、断面形状が上凸型レンズ形状の低屈折率膜７２が形成されるようになる。
レンズ形状が形成された後、低屈折率材料７２ａに含まれる感光材の分解と低屈折率材料７２ａの硬化のために、UV（Ultra Violet）光を照射させながら、250℃での加熱が行われる。
ステップＳ３４において、図１１Ｅに示されるように、感光性を有しない高屈折率材料７１ａが、スピンコートにより、低屈折率膜７２を覆うように塗布される。高屈折率材料７１ａの膜厚は、例えば600nmとされるが、マイクロレンズ５７の集光ポイントに応じて調整される。また、高屈折率材料７１ａの屈折率は、例えば1.8とされるが、上述した低屈折率材料７２ａの屈折率と比べて0.1以上高ければよい。
これにより、撮像画素３１の領域に、高屈折率膜７１が形成されるようになる。なお、高屈折率材料７１ａは、低屈折率膜７２を覆うように塗布されるので、高屈折率材料７１ａが、後段の処理で形成されるカラーフィルタ層５６に対する平坦化膜として機能するようになる。
高屈折率材料７１ａが塗布された後、高屈折率材料７１ａの溶剤の除去および高屈折率材料７１ａの硬化のために、230℃での加熱が５分間行われる。
ステップＳ３５において、図１１Ｆに示されるように、カラーフィルタ層５６が、画素毎に形成される。
そして、ステップＳ３６において、図１１Ｇに示されるように、マイクロレンズ５７が、第１の実施の形態と同様に、撮像画素３１か位相差検出画素３２かによらず一様に形成される。
このようにして、撮像画素３１と位相差検出画素３２とが形成される。
以上の処理によれば、撮像画素３１において、光電変換部５２より上に高屈折率膜７１が形成され、位相差検出画素３２において、光電変換部５２より上に低屈折率膜７２が形成されるので、撮像画素３１においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを光電変換部５２の受光面としつつ、位相差検出画素３２においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを遮光膜５４ａの上面とすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
また、上述した処理においても、マイクロレンズは一様に形成されるので、集光特性のばらつきによる画像の劣化を抑えることが可能となる。
＜第３の実施の形態の画素の構成例＞
次に、図１２を参照して、第３の実施の形態の画素の構成例について説明する。
なお、図１２に示される撮像画素３１および位相差検出画素３２と、図３に示される撮像画素３１および位相差検出画素３２とで、同様にして形成される部分については、その説明を省略する。
図１２に示されるように、撮像画素３１において、配線層５４とカラーフィルタ層５６との間には、感光性を有する高屈折率材料からなる高屈折率膜８１が形成されている。感光性を有する高屈折率材料としては、例えば、TiO2，ZrO2，ZnO等が挙げられる。
また、位相差検出画素３２において、配線層５４とカラーフィルタ層５６との間には、感光性を有する低屈折率材料からなる低屈折率膜８２が形成されている。感光性を有する低屈折率材料としては、例えば、中空シリカ等が挙げられる。
本実施の形態においても、撮像画素３１および位相差検出画素３２において、マイクロレンズ５７は一様に、すなわち、同一の形状、大きさで形成されており、同一の集光ポイントをもつものとするが、高屈折率膜８１や低屈折率膜８２の屈折率や膜厚が調整されることによって細かく設定されるようにすることができる。
すなわち、撮像画素３１において、マイクロレンズ５７の集光ポイントは、高屈折率膜８１によって、光電変換部５２の受光面に設定され、位相差検出画素３２において、マイクロレンズ５７の集光ポイントは、低屈折率膜８２によって、遮光膜５４ａの上面に設定されるようにすることができる。
本実施の形態の構成によれば、撮像画素３１において、光電変換部５２より上に高屈折率膜８１を設け、位相差検出画素３２において、光電変換部５２より上に低屈折率膜８２を設けるようにしたので、撮像画素３１においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを光電変換部５２の受光面としつつ、位相差検出画素３２においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを遮光膜５４ａの上面とすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
＜画素形成の流れについて＞
次に、図１３乃至図１５を参照して、本実施の形態の画素形成の流れについて説明する。図１３は、画素形成処理について説明するフローチャートであり、図１４および図１５は、画素形成の工程を示す断面図である。
なお、以下においても、図１４Ａに示されるように、配線層５４が形成された後の処理について説明する。
ステップＳ５１において、図１４Ｂに示されるように、配線層５４の上に、感光性を有する低屈折率材料８２ａが、スピンコートにより塗布される。低屈折率材料８２ａの膜厚は、例えば400nmとされるが、マイクロレンズ５７の集光ポイントに応じて調整される。また、低屈折率材料８２ａの屈折率は、例えば1.4とされるが、後述する高屈折率材料の屈折率と比べて0.1以上低ければよい。なお、低屈折率材料８２ａは、ネガ型のレジストであってもよいし、ポジ型のレジストであってもよい。
ステップＳ５２において、フォトリソグラフィにより露光、現像することで、位相差検出画素３２の領域の低屈折率材料８２ａがパターン形成される。これにより、図１４Ｃに示されるように、低屈折率膜８２が形成されるようになる。
ここでは、現像後、低屈折率材料８２ａの溶剤の除去および低屈折率材料８２ａの硬化のために、200℃での加熱が10分間行われる。
ステップＳ５３において、図１４Ｄに示されるように、感光性を有する高屈折率材料８１ａが、スピンコートにより、低屈折率膜８２を覆うように塗布される。高屈折率材料８１ａの膜厚は、例えば400nmとされるが、マイクロレンズ５７の集光ポイントに応じて調整される。また、高屈折率材料８１ａの屈折率は、例えば1.8とされるが、上述した低屈折率材料８２ａの屈折率と比べて0.1以上高ければよい。なお、高屈折率材料８１ａは、ネガ型のレジストであってもよいし、ポジ型のレジストであってもよい。
ステップＳ５４において、フォトリソグラフィにより露光、現像することで、撮像画素３１の領域の高屈折率材料８１ａがパターン形成される。これにより、図１５Ｅに示されるように、高屈折率膜８１が形成されるようになる。
ここでは、現像後、高屈折率材料８１ａの溶剤の除去および高屈折率材料８１ａの硬化のために、200℃での加熱が10分間行われる。
ステップＳ５５において、図１５Ｆに示されるように、カラーフィルタ層５６が、画素毎に形成される。
そして、ステップＳ５６において、図１５Ｇに示されるように、マイクロレンズ５７が、第１の実施の形態と同様に、撮像画素３１か位相差検出画素３２かによらず一様に形成される。
このようにして、撮像画素３１と位相差検出画素３２とが形成される。
以上の処理によれば、撮像画素３１において、光電変換部５２より上に高屈折率膜８１が形成され、位相差検出画素３２において、光電変換部５２より上に低屈折率膜８２が形成されるので、撮像画素３１においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを光電変換部５２の受光面としつつ、位相差検出画素３２においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを遮光膜５４ａの上面とすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
また、上述した処理においても、マイクロレンズは一様に形成されるので、集光特性のばらつきによる画像の劣化を抑えることが可能となる。
なお、上述した処理においては、低屈折率膜８２が形成された後に、高屈折率膜８１が形成されるようにしたが、高屈折率膜８１が形成された後に、低屈折率膜８２が形成されるようにしてもよい。
＜画素形成の流れの他の例＞
ここで、図１６乃至図１８を参照して、本実施の形態の画素形成の流れについて説明する。図１６は、画素形成処理について説明するフローチャートであり、図１７および図１８は、画素形成の工程を示す断面図である。
なお、以下においても、図１７Ａに示されるように、配線層５４が形成された後の処理について説明する。
ステップＳ７１において、図１７Ｂに示されるように、配線層５４の上に、感光性を有する高屈折率材料８１ａが、スピンコートにより塗布される。高屈折率材料８１ａの膜厚は、例えば500nmとされるが、マイクロレンズ５７の集光ポイントに応じて調整される。また、高屈折率材料８１ａの屈折率は、例えば1.8とされるが、後述する低屈折率材料の屈折率と比べて0.1以上高ければよい。なお、高屈折率材料８１ａは、ネガ型のレジストであってもよいし、ポジ型のレジストであってもよい。
ステップＳ７２において、フォトリソグラフィにより露光、現像することで、撮像画素３１の領域の高屈折率材料８１ａがパターン形成される。これにより、図１７Ｃに示されるように、高屈折率膜８１が形成されるようになる。
ここでは、現像後、高屈折率材料８１ａの溶剤の除去および高屈折率材料８１ａの硬化のために、200℃での加熱が10分間行われる。
ステップＳ７３において、図１７Ｄに示されるように、感光性を有する低屈折率材料８２ａが、スピンコートにより、高屈折率膜８１を覆うように塗布される。低屈折率材料８２ａの膜厚は、例えば400nmとされるが、マイクロレンズ５７の集光ポイントに応じて調整される。また、低屈折率材料８２ａの屈折率は、例えば1.2とされるが、上述した高屈折率材料８１ａの屈折率と比べて0.1以上低ければよい。なお、低屈折率材料８２ａは、ネガ型のレジストであってもよいし、ポジ型のレジストであってもよい。
ステップＳ７４において、フォトリソグラフィにより露光、現像することで、位相差検出画素３２の領域の低屈折率材料８２ａがパターン形成される。これにより、図１８Ｅに示されるように、低屈折率膜８２が形成されるようになる。
ここでは、現像後、低屈折率材料８２ａの溶剤の除去および低屈折率材料８２ａの硬化のために、200℃での加熱が10分間行われる。
ステップＳ７５において、図１７Ｆに示されるように、カラーフィルタ層５６が、画素毎に形成される。
そして、ステップＳ７６において、図１７Ｇに示されるように、マイクロレンズ５７が、第１の実施の形態と同様に、撮像画素３１か位相差検出画素３２かによらず一様に形成される。
このようにしても、撮像画素３１と位相差検出画素３２とが形成される。
＜第４の実施の形態の画素の構成例＞
次に、図１９を参照して、第４の実施の形態の画素の構成例について説明する。
なお、図１９に示される撮像画素３１および位相差検出画素３２と、図３に示される撮像画素３１および位相差検出画素３２とで、同様にして形成される部分については、その説明を省略する。
図１９に示されるように、撮像画素３１において、配線層５４とカラーフィルタ層５６との間には、感光性を有しない高屈折率材料からなる高屈折率膜９１が形成されている。感光性を有しない高屈折率材料としては、例えば、TiO2，ZrO2，ZnO等が挙げられる。
また、位相差検出画素３２において、配線層５４とカラーフィルタ層５６との間には、感光性を有する低屈折率材料からなる低屈折率膜９２が形成されている。感光性を有する低屈折率材料としては、例えば、中空シリカ等が挙げられる。
本実施の形態においても、撮像画素３１および位相差検出画素３２において、マイクロレンズ５７は一様に、すなわち、同一の形状、大きさで形成されており、同一の集光ポイントをもつものとするが、高屈折率膜９１や低屈折率膜９２の屈折率や膜厚が調整されることによって細かく設定されるようにすることができる。
すなわち、撮像画素３１において、マイクロレンズ５７の集光ポイントは、高屈折率膜９１によって、光電変換部５２の受光面に設定され、位相差検出画素３２において、マイクロレンズ５７の集光ポイントは、低屈折率膜９２によって、遮光膜５４ａの上面に設定されるようにすることができる。
本実施の形態の構成によれば、撮像画素３１において、光電変換部５２より上に高屈折率膜９１を設け、位相差検出画素３２において、光電変換部５２より上に低屈折率膜９２を設けるようにしたので、撮像画素３１においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを光電変換部５２の受光面としつつ、位相差検出画素３２においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを遮光膜５４ａの上面とすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
＜画素形成の流れについて＞
次に、図２０乃至図２２を参照して、本実施の形態の画素形成の流れについて説明する。図２０は、画素形成処理について説明するフローチャートであり、図２１および図２２は、画素形成の工程を示す断面図である。
なお、以下においても、図２１Ａに示されるように、配線層５４が形成された後の処理について説明する。
ステップＳ９１において、図２１Ｂに示されるように、配線層５４の上に、感光性を有しない高屈折率材料９１ａが、スピンコートにより塗布される。高屈折率材料９１ａの膜厚は、例えば500nmとされるが、マイクロレンズ５７の集光ポイントに応じて調整される。また、高屈折率材料９１ａの屈折率は、例えば1.8とされるが、後述する低屈折率材料の屈折率と比べて0.1以上高ければよい。
高屈折率材料９１ａが塗布された後、高屈折率材料９１ａの溶剤の除去および高屈折率材料９１ａの硬化のために、200℃での加熱が10分間行われる。
ステップＳ９２において、図２１Ｃに示されるように、高屈折率材料８１ａ上の位相差検出画素３２以外の領域（すなわち、撮像画素３１の領域）に、フォトレジスト１０１が形成される。
ステップＳ９３において、位相差検出画素３２の領域の高屈折率材料８１ａが、ドライエッチングされる。これにより、図２１Ｄに示されるように、高屈折率膜９１が形成されるようになる。
ステップＳ９４において、図２２Ｅに示されるように、感光性を有する低屈折率材料９２ａが、スピンコートにより、高屈折率膜９１を覆うように塗布される。低屈折率材料９２ａの膜厚は、例えば400nmとされるが、マイクロレンズ５７の集光ポイントに応じて調整される。また、低屈折率材料９２ａの屈折率は、例えば1.4とされるが、上述した高屈折率材料９１ａの屈折率と比べて0.1以上低ければよい。なお、低屈折率材料９２ａは、ネガ型のレジストであってもよいし、ポジ型のレジストであってもよい。
ステップＳ９５において、フォトリソグラフィにより露光、現像することで、位相差検出画素３２の領域の低屈折率材料９２ａがパターン形成される。これにより、図２２Ｆに示されるように、低屈折率膜９２が形成されるようになる。
ここでは、位相差検出画素３２の領域のみに、露光量5000J/m2、フォーカスオフセット０μmでｉ線露光が行われ、現像後、低屈折率材料８２ａの溶剤の除去および低屈折率材料８２ａの硬化のために、200℃での加熱が10分間行われるようにする。
ステップＳ９６において、図２２Ｇに示されるように、カラーフィルタ層５６が、画素毎に形成される。
そして、ステップＳ９７において、図２２Ｈに示されるように、マイクロレンズ５７が、第１の実施の形態と同様に、撮像画素３１か位相差検出画素３２かによらず一様に形成される。
以上の処理によれば、撮像画素３１において、光電変換部５２より上に高屈折率膜９１が形成され、位相差検出画素３２において、光電変換部５２より上に低屈折率膜９２が形成されるので、撮像画素３１においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを光電変換部５２の受光面としつつ、位相差検出画素３２においては、マイクロレンズ５７の集光ポイントを遮光膜５４ａの上面とすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
以上においては、本技術を表面照射型のCMOSイメージセンサに適用した構成について説明してきたが、以下においては、本技術を裏面照射型のCMOSイメージセンサに適用した構成について説明する。
＜第５の実施の形態の画素の構成例＞
図２３は、裏面照射型のCMOSイメージセンサ１０における第５の実施の形態の画素の構成例を示す断面図である。図２３においては、裏面照射型のCMOSイメージセンサ１０における撮像画素３１および位相差検出画素３２の断面図が示されている。
図２３に示されるように、撮像画素３１においては、半導体基板１５１に光電変換部１５２が形成され、半導体基板１５１の上層には、絶縁層１５３が形成されている。
絶縁層１５３の上には、高屈折率材料からなる高屈折率膜１５４が形成されている。高屈折率膜１５４は、感光性を有する高屈折率材料からなるようにしてもよいし、感光性を有しない高屈折率材料からなるようにしてもよい。高屈折率膜１５４の上には、カラーフィルタ層１５５が形成され、カラーフィルタ層１５５の上には、マイクロレンズ１５６が形成されている。
一方、位相差検出画素３２においても、撮像画素３１と同様に、半導体基板１５１、光電変換部１５２、絶縁層１５３、カラーフィルタ層１５５、およびマイクロレンズ１５６が形成されている。
さらに、位相差検出画素３２においては、絶縁層１５３上に、遮光膜１５７が、光電変換部１５２の受光領域の略半分の大きさの開口を有するように形成されている。そして、カラーフィルタ層１５５の下には、低屈折率材料からなる低屈折率膜１５８が形成されている。低屈折率膜１５８は、感光性を有する低屈折率材料からなるようにしてもよいし、感光性を有しない低屈折率材料からなるようにしてもよい。
なお、位相差検出画素３２においては、カラーフィルタ層１５５に代えて、カラーフィルタ層１５５と同程度に入射光量を低減させるための減光フィルタが形成されるようにしてもよい。
また、裏面照射型のCMOSイメージセンサ１０においては、マイクロレンズ１５６が形成される面とは逆の面に、配線層１５９が形成される。
本実施の形態においても、撮像画素３１および位相差検出画素３２において、マイクロレンズ１５６は一様に、すなわち、同一の形状、大きさで形成されており、同一の集光ポイントをもつものとするが、高屈折率膜１５４や低屈折率膜１５８の屈折率や膜厚が調整されることによって細かく設定されるようにすることができる。
すなわち、撮像画素３１において、マイクロレンズ１５６の集光ポイントは、高屈折率膜１５４によって、光電変換部１５２の受光面に設定され、位相差検出画素３２において、マイクロレンズ１５６の集光ポイントは、低屈折率膜１５８によって、遮光膜１５７の上面に設定されるようにすることができる。
本実施の形態の構成によれば、撮像画素３１において、光電変換部１５２より上に高屈折率膜１５４を設け、位相差検出画素３２において、光電変換部１５２より上に低屈折率膜１５８を設けるようにしたので、撮像画素３１においては、マイクロレンズ１５６の集光ポイントを光電変換部１５２の受光面としつつ、位相差検出画素３２においては、マイクロレンズ１５６の集光ポイントを遮光膜１５７の上面とすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
上述した構成においては、撮像画素において、光電変換部より上に高屈折率膜を設け、位相差検出画素において、光電変換部より上に低屈折率膜を設けることで、撮像画素の感度を最適にしつつ、位相差検出画素の感度を低下させないようにしたが、他の構成によりこれを実現することも可能である。
なお、以下においては、図２４に示されるように、ベイヤ配列に従い規則的に配置されている撮像画素３１としての、Ｒ画素３１Ｒ、Ｇ画素３１Ｇ、およびＢ画素３１Ｂのうちの、Ｇ画素３１Ｇの一部が、位相差検出画素３２に置き換えられた構成について説明する。
＜第６の実施の形態の画素の構成例＞
図２５は、CMOSイメージセンサ１０における第６の実施の形態の画素の構成例を示す断面図である。図２５においては、CMOSイメージセンサ１０における撮像画素３１のうちのＧ画素３１Ｇおよび位相差検出画素３２の断面図が示されている。
図２５に示されるように、撮像画素３１においては、半導体基板２５１に、入射した光を受光し光電変換を行う光電変換部２５２が形成され、半導体基板２５１の上層には、SiO等からなる絶縁層２５３が形成されている。絶縁層２５３の上には、CuやAlからなる複数の配線層２５４が形成されている。
配線層２５４の上には、平坦化膜２５５が形成され、平坦化膜２５５の上には、Ｇ画素３１Ｇに応じた分光特性を有する緑色のカラーフィルタ２５６Ｇが形成されている。カラーフィルタ２５６Ｇの上には、マイクロレンズ２５７が形成されている。なお、図２５の例では、カラーフィルタ２５６Ｇと同じ層に、赤色のカラーフィルタ２５６Ｒが形成されているので、Ｒ画素３１Ｒが、Ｇ画素３１Ｇに隣接して形成されていることになる。
一方、位相差検出画素３２においても、Ｇ画素３１Ｇと同様に、半導体基板２５１、光電変換部２５２、絶縁層２５３、配線層２５４、およびマイクロレンズ２５７が形成されている。
さらに、位相差検出画素３２においては、配線層２５４の一部が、光電変換部２５２に入射する光の一部を遮光する遮光膜２５４ａとして、光電変換部２５２の受光領域の略半分の大きさの開口を有するように形成されている。また、カラーフィルタ２５６Ｇと同じ層には、カラーフィルタ２５６Ｇ'が形成されている。カラーフィルタ２５６Ｇ'は、その膜厚がカラーフィルタ２５６Ｇより薄くなるように形成されている。
従来、例えば、Ｇ画素の一部を位相差検出画素に置き換えた固体撮像装置においては、Ｇ画素（撮像画素）の感度を最適にするように、緑色のカラーフィルタの膜厚が決められていた。しかしながら、位相差検出画素においては、遮光膜により、その感度がＧ画素の感度より低くなってしまっていた。
本実施の形態の構成によれば、位相差検出画素３２が有するカラーフィルタ２５６Ｇ'が、その膜厚が、Ｇ画素３１Ｇが有するカラーフィルタ２５６Ｇの膜厚より薄くなるように形成されるようにしたので、撮像画素の感度を最適にしつつ、位相差検出画素の感度を低下させないようすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
なお、撮像画素３１および位相差検出画素３２において、マイクロレンズ２５７の形状や大きさは、カラーフィルタ２５６Ｇやカラーフィルタ２５６Ｇ'の膜厚に応じて決定されるようにしてもよい。
＜画素形成の流れについて＞
次に、図２６乃至図２８を参照して、本実施の形態の画素形成の流れについて説明する。図２６は、画素形成処理について説明するフローチャートであり、図２７および図２８は、画素形成の工程を示す断面図である。
以下においては、配線層２５４が形成された後の処理について説明する。
ステップＳ１１１において、図２７Ａに示されるように、配線層２５４の上に、平坦化膜２５５が形成される。
ステップＳ１１２において、図２７Ｂに示されるように、平坦化膜２５５の上に、緑色のカラーフィルタ（CF）材料２５６ｇが塗布される。ここでは、CF材料２５６ｇとして、ネガ型のフォトレジストが用いられるものとする。なお、CF材料２５６ｇとして、ポジ型のフォトレジストが用いられるようにすることもできるが、この場合、露光に用いられるレチクルの露光パターンは、後述するレチクルの露光パターンを反転させたものとなり、露光条件も逆にする必要がある。
ステップＳ１１３において、図２７Ｃに示されるように、レチクル２７１を用いることで、Ｇ画素３１Ｇに対応するCF材料２５６ｇが、所定の露光条件（露光量、露光照度等）で露光される。レチクル２７１は、図２９に示されるように、Ｇ画素３１Ｇが形成される画素領域のみを露光する露光パターン（図中白色の部分）を有している。これにより、図２７Ｃに示されるように、CF材料２５６ｇにおける領域Ｈ１のみが露光されるようになる。
続いてステップＳ１１４において、図２７Ｄに示されるように、レチクル２７２を用いることで、位相差検出画素３２に対応するCF材料２５６ｇが、ステップＳ１１３における露光条件とは異なる露光条件、具体的には、より少ない露光量、より低い露光照度等で露光される。レチクル２７２は、図３０に示されるように、位相差検出画素３２が形成される画素領域のみを露光する露光パターン（図中白色の部分）を有している。これにより、図２７Ｄに示されるように、CF材料２５６ｇにおける領域Ｈ２のみが露光されるようになる。
なお、ステップＳ１１３の処理とステップＳ１１４の処理は、中断されることなく連続して行われるものとする。
ステップＳ１１５において、CF材料２５６ｇが現像される。具体的には、CF材料２５６ｇにおいて、ステップＳ１１３またはステップＳ１１４で露光されなかった領域が現像液で除去される。このとき、CF材料２５６ｇにおいて、ステップＳ１１３またはステップＳ１１４で露光された領域のうち、領域Ｈ２の膜厚は、領域Ｈ１の膜厚と比較して薄くなる。
このようにして、図２８Ｅに示されるように、位相差検出画素３２が有するカラーフィルタ２５６Ｇ'が、その膜厚が、Ｇ画素３１Ｇが有するカラーフィルタ２５６Ｇの膜厚より薄くなるように形成される。
ステップＳ１１６において、平坦化膜２５５の上に、赤色のCF材料２５６ｒ（図示せず）が塗布される。
ステップＳ１１７において、図示はしないが、Ｒ画素３１Ｒが形成される画素領域のみを露光する露光パターンを有するレチクルを用いることで、Ｒ画素３１Ｒに対応するCF材料２５６ｒが、所定の露光条件で露光される。
ステップＳ１１８において、CF材料２５６ｒが現像される。これにより、図２８Ｆに示されるように、Ｒ画素３１Ｒが有するカラーフィルタ２５６Ｒが形成される。なお、カラーフィルタ２５６Ｒの膜厚は、Ｇ画素３１Ｇが有するカラーフィルタ２５６Ｇの膜厚と同一とされる。
ステップＳ１１９において、平坦化膜２５５の上に、青色のCF材料２５６ｂ（図示せず）が塗布される。
ステップＳ１２０において、図示はしないが、Ｂ画素３１Ｂが形成される画素領域のみを露光する露光パターンを有するレチクルを用いることで、Ｂ画素３１Ｂに対応するCF材料２５６ｂが、所定の露光条件で露光される。
ステップＳ１２１において、CF材料２５６ｂが現像される。これにより、Ｂ画素３１Ｂが有するカラーフィルタ２５６Ｂ（図示せず）が形成される。なお、カラーフィルタ２５６Ｂの膜厚もまた、Ｇ画素３１Ｇが有するカラーフィルタ２５６Ｇの膜厚と同一とされる。
以上のようにして、カラーフィルタが画素毎に形成された後、ステップＳ１２２において、図２８Ｇに示されるように、マイクロレンズ２５７が、画素毎に形成される。マイクロレンズ２５７は、マイクロレンズ材料が、スピンコートにより成膜され、フォトリソグラフィ工程を経て、マイクロレンズ材料がエッチバックされることで形成される。
このようにして、撮像画素３１と位相差検出画素３２とが形成される。
以上の処理によれば、位相差検出画素３２が有するカラーフィルタ２５６Ｇ'が、その膜厚が、Ｇ画素３１Ｇが有するカラーフィルタ２５６Ｇの膜厚より薄くなるように形成されるので、撮像画素の感度を最適にしつつ、位相差検出画素の感度を低下させないようすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
また、ステップＳ１１３の処理とステップＳ１１４の処理が、中断されることなく連続して行われるようにしたので、CF材料の塗布、露光、現像の流れを１工程としてみた場合、Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素がベイヤ配列で配置される一般的な画素の形成処理と同じ３工程で、撮像画素３１と位相差検出画素３２とを形成することができ、工程数の増加を避けることが可能となる。
なお、上述した処理においては、Ｇ画素３１Ｇが形成される画素領域の露光と、位相差検出画素３２が形成される画素領域の露光とが別個に行われるようにしたが、一括して行われるようにしてもよい。
＜画素形成の流れの他の例＞
そこで、図３１および図３２を参照して、本実施の形態の画素形成の流れの他の例について説明する。図３１は、画素形成処理について説明するフローチャートであり、図３２は、画素形成の工程を示す断面図である。
なお、以下においても、配線層２５４が形成された後の処理について説明する。
ステップＳ１３１において、図３２Ａに示されるように、配線層２５４の上に、平坦化膜２５５が形成される。
ステップＳ１３２において、図３２Ｂに示されるように、平坦化膜２５５の上に、緑色のCF材料２５６ｇが塗布される。
ステップＳ１３３において、図３２Ｃに示されるように、グレースケールマスク２８１を用いることで、Ｇ画素３１Ｇおよび位相差検出画素３２に対応するCF材料２５６ｇが、所定の露光条件（露光量、露光照度等）で露光される。グレースケールマスク２８１は、図３３に示されるように、Ｇ画素３１Ｇが形成される画素領域を露光する第１の露光パターン（図中白色の部分）と、位相差検出画素３２が形成される画素領域を露光する第２の露光パターン（図中薄い灰色の部分）とを有している。グレースケールマスク２８１において、第２の露光パターンの光透過率は、第１の露光パターンの光透過率と異なる（具体的には、第１の露光パターンの光透過率より低くなる）ようになされている。これにより、図３２Ｃに示されるように、CF材料２５６ｇにおける領域Ｈ２は、領域Ｈ１より少ない露光量、少ない露光照度で露光されるようになる。
ステップＳ１３４において、CF材料２５６ｇが現像される。具体的には、CF材料２５６ｇにおいて、ステップＳ１３３で露光されなかった領域が現像液で除去される。このとき、CF材料２５６ｇにおいて、ステップＳ１３３で露光された領域のうち、領域Ｈ２の膜厚は、領域Ｈ１の膜厚と比較して薄くなる。
このようにして、図３２Ｄに示されるように、位相差検出画素３２が有するカラーフィルタ２５６Ｇ'が、その膜厚が、Ｇ画素３１Ｇが有するカラーフィルタ２５６Ｇの膜厚より薄くなるように形成される。
なお、ステップＳ１３５以降の処理については、図２６のフローチャートのステップＳ１１６以降の処理と同様であるので、その説明は省略する。
以上の処理によっても、位相差検出画素３２が有するカラーフィルタ２５６Ｇ'が、その膜厚が、Ｇ画素３１Ｇが有するカラーフィルタ２５６Ｇの膜厚より薄くなるように形成されるので、撮像画素の感度を最適にしつつ、位相差検出画素の感度を低下させないようすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
また、上述した処理においても、Ｒ画素、Ｇ画素、およびＢ画素がベイヤ配列で配置される一般的な画素の形成処理と同じ３工程で、撮像画素３１と位相差検出画素３２とを形成することができ、工程数の増加を避けることが可能となる。
以上においては、本技術を表面照射型のCMOSイメージセンサに適用した構成について説明してきたが、以下においては、本技術を裏面照射型のCMOSイメージセンサに適用した構成について説明する。
＜第７の実施の形態の画素の構成例＞
図３４は、裏面照射型のCMOSイメージセンサ１０における第７の実施の形態の画素の構成例を示す断面図である。図３４においては、裏面照射型のCMOSイメージセンサ１０における撮像画素３１のうちのＧ画素３１Ｇおよび位相差検出画素３２の断面図が示されている。
図３４に示されるように、Ｇ画素３１Ｇにおいては、半導体基板３５１に光電変換部３５２が形成され、半導体基板３５１の上層には、絶縁層３５３が形成されている。
絶縁層３５３の上には、平坦化膜３５４が形成され、平坦化膜３５４の上には、Ｇ画素３１Ｇに応じた分光特性を有する緑色のカラーフィルタ３５５Ｇが形成されている。カラーフィルタ３５５Ｇの上には、マイクロレンズ３５６が形成されている。なお、図３４の例でも、カラーフィルタ３５５Ｇと同じ層に、赤色のカラーフィルタ３５５Ｒが形成されているので、Ｒ画素３１Ｒが、Ｇ画素３１Ｇに隣接して形成されていることになる。
一方、位相差検出画素３２においても、撮像画素３１と同様に、半導体基板３５１、光電変換部３５２、絶縁層３５３、およびマイクロレンズ３５６が形成されている。
さらに、位相差検出画素３２においては、絶縁層３５３上に、遮光膜３５７が、光電変換部３５２の受光領域の略半分の大きさの開口を有するように形成されている。また、カラーフィルタ３５５Ｇと同じ層には、カラーフィルタ３５５Ｇ'が形成されている。カラーフィルタ３５５Ｇ'は、その膜厚がカラーフィルタ３５５Ｇより薄くなるように形成されている。
また、裏面照射型のCMOSイメージセンサ１０においては、マイクロレンズ３５６が形成される面とは逆の面に、配線層３５８が形成される。
本実施の形態においても、位相差検出画素３２が有するカラーフィルタ２５６Ｇ'が、その膜厚が、Ｇ画素３１Ｇが有するカラーフィルタ２５６Ｇの膜厚より薄くなるように形成されるようにしたので、撮像画素の感度を最適にしつつ、位相差検出画素の感度を低下させないようすることができる。すなわち、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることが可能となる。
＜変形例＞
以上においては、ベイヤ配列で配置されている撮像画素３１であるＲ画素３１Ｒ、Ｇ画素３１Ｇ、およびＢ画素３１Ｂのうちの、Ｇ画素３１Ｇの一部が、位相差検出画素３２に置き換えられた構成について説明してきたが、Ｒ画素３１ＲやＢ画素３１Ｂの一部が、位相差検出画素３２に置き換えられるようにしてもよい。
この場合、位相差検出画素３２が有するカラーフィルタは、その膜厚が、Ｒ画素３１Ｒが有するカラーフィルタ２５６Ｒや、Ｂ画素３１Ｂが有するカラーフィルタ２５６Ｂの膜厚より薄くなるように形成されるようになる。
また、図３５に示されるように、撮像画素３１として、Ｒ画素３１Ｒ、Ｇ画素３１Ｇ、およびＢ画素３１Ｂに加えて、白画素（Ｗ画素）３１Ｗがベイヤ配列で配置されている場合、Ｗ画素３１Ｗの一部が、位相差検出画素３２に置き換えられるようにしてもよい。Ｗ画素３１Ｗが有するカラーフィルタは、全可視光領域の光を透過する特性をもつため、位相差検出画素３２の感度を向上させることができる。
なお、Ｗ画素３１Ｗの一部を位相差検出画素３２に置き換えた場合、Ｗ画素３１Ｗが有するカラーフィルタがもつ特性により、位相差検出画素３２が受光する光量が大きくなりすぎて、位相差検出画素３２に隣接する撮像画素３１への光の漏れ込みが発生するおそれがある。
このような光の漏れ込みが許容されない場合には、Ｒ画素３１Ｒ、Ｇ画素３１Ｇ、およびＢ画素３１Ｂのいずれかの一部を位相差検出画素３２に置き換えることで、位相差検出画素３２が有するカラーフィルタがもつ、特定の色の光のみを透過する特性により、位相差検出画素３２に隣接する撮像画素３１への光の漏れ込みを低減することが可能となる。
なお、位相差検出画素３２が有するカラーフィルタは、上述したＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、およびＷ画素と同じ色に限らず、撮像画素３１が有するカラーフィルタの色のうちのいずれか１つと同じ色であればよい。
＜電子機器の構成例＞
次に、図３６を参照して、本技術を適用した電子機器の構成例について説明する。
図３６に示される電子機器５００は、光学レンズ５０１、シャッタ装置５０２、固体撮像装置５０３、駆動回路５０４、および信号処理回路５０５を備えている。図３６においては、固体撮像装置５０３として、上述した実施の形態の画素を有するCMOSイメージセンサ１０を電子機器（例えばデジタルスチルカメラ）に設けた場合の構成を示す。
光学レンズ５０１は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置５０３の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置５０３内に一定期間信号電荷が蓄積される。シャッタ装置５０２は、固体撮像装置５０３に対する光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路５０４は、固体撮像装置５０３の信号転送動作およびシャッタ装置５０２のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路５０４から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置５０３は信号転送を行う。信号処理回路５０５は、固体撮像装置５０３から出力された信号に対して各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶されたり、モニタに出力される。
さらに、電子機器５００は、光学レンズ５０１をその光軸方向に駆動するレンズ駆動部（図示せず）を備えている。レンズ駆動部は、光学レンズ５０１とともに、焦点の調節を行うフォーカス機構を構成している。そして、電子機器５００においては、図示せぬシステムコントローラにより、フォーカス機構の制御や、上述した各構成要素の制御等、種々の制御が行われる。
フォーカス機構の制御に関しては、本技術の固体撮像装置における位相差検出画素から出力される焦点検出信号に基づいて、例えば信号処理回路５０５において、焦点のずれ方向およびずれ量を算出する演算処理が行われる。この演算結果を受けて、システムコントローラは、レンズ駆動部を介して光学レンズ５０１をその光軸方向に移動させることによって焦点（ピント）が合った状態にするフォーカス制御を行う。
本技術の実施の形態の電子機器５００においては、固体撮像装置５０３において、撮像画素の感度と位相差検出画素のAF性能とを最適にすることができるため、結果として画質の向上が図られるようになる。
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術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。
さらに、本技術は以下のような構成をとることができる。
（１）
入射した光を受光する光電変換部を有する撮像画素と、
前記光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部とを有する位相差検出画素と
を備え、
前記撮像画素は、前記光電変換部より上に形成された高屈折率膜をさらに有し、
前記位相差検出画素は、前記光電変換部より上に形成された低屈折率膜をさらに有する
固体撮像装置。
（２）
前記撮像画素および前記位相差検出画素は、それぞれ、前記高屈折率膜および前記低屈折率膜の上層に形成されたカラーフィルタ層を有し、
前記高屈折率膜または前記低屈折率膜は、平坦化膜を兼ねて形成される
（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記低屈折率膜は、前記高屈折率膜を覆うように形成され、前記平坦化膜を兼ねている
（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記高屈折率膜は、前記低屈折率膜を覆うように形成され、前記平坦化膜を兼ねている
（２）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記高屈折率膜の屈折率は、前記低屈折率膜の屈折率と比べて0.1以上高い
（１）乃至（４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６）
前記高屈折率膜の屈折率は、1.5乃至2.0の間の値とされる
（５）に記載の固体撮像装置。
（７）
前記低屈折率膜の屈折率は、1.1乃至1.5の間の値とされる
（５）に記載の固体撮像装置。
（８）
前記高屈折率膜および前記低屈折率膜のいずれか一方または両方は、感光性を有する材料で形成される
（１）乃至（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）
前記高屈折率膜または前記低屈折率膜は、断面形状が上凸型レンズ形状となるように形成される
（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０）
前記撮像画素および前記位相差検出画素は、前記カラーフィルタ層より上にマイクロレンズを有し、
前記マイクロレンズは、前記撮像画素および前記位相差検出画素において一様に形成される
（１）乃至（９）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１１）
入射した光を受光する光電変換部を有する撮像画素と、
前記光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部とを有する位相差検出画素とを備える固体撮像装置の製造方法であって、
前記撮像画素において、前記光電変換部より上に高屈折率膜を形成し、
前記位相差検出画素において、前記光電変換部より上に低屈折率膜を形成する
ステップを含む固体撮像装置の製造方法。
（１２）
入射した光を受光する光電変換部を有する撮像画素と、
前記光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部とを有する位相差検出画素と
を備え、
前記撮像画素は、前記光電変換部より上に形成された高屈折率膜をさらに有し、
前記位相差検出画素は、前記光電変換部より上に形成された低屈折率膜をさらに有する固体撮像装置
を備える電子機器。
また、上述した構成とは別に、本技術は以下のような構成をとることもできる。
（１）
入射した光を受光する光電変換部、および、前記光電変換部より上に形成されたカラーフィルタを有する撮像画素と、
前記光電変換部、前記カラーフィルタ、および、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部を有する位相差検出画素と
を備え、
前記位相差検出画素が有する前記カラーフィルタは、その膜厚が、前記撮像画素が有する前記カラーフィルタの膜厚より薄くなるように形成された
固体撮像装置。
（２）
前記位相差検出画素が有する前記カラーフィルタは、前記撮像画素が有する前記カラーフィルタの色のうちのいずれか１つと同色のカラーフィルタとして形成される
（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記位相差検出画素が有する前記カラーフィルタは、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、青色カラーフィルタのいずれか１つとして形成される
（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記位相差検出画素が有する前記カラーフィルタは、白色カラーフィルタとして形成される
（２）に記載の固体撮像装置。
（５）
入射した光を受光する光電変換部と、前記光電変換部より上に形成されたカラーフィルタを有する撮像画素と、
前記光電変換部、前記カラーフィルタ、および、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部を有する位相差検出画素とを備える固体撮像装置の製造方法であって、
前記位相差検出画素が有する前記カラーフィルタを、その膜厚が、前記撮像画素が有する前記カラーフィルタの膜厚より薄くなるように形成する
ステップを含む固体撮像装置の製造方法。
（６）
前記撮像画素が形成される領域を露光する第１の露光パターンを有する第１のレチクルを用いて、カラーフィルタ材料を露光し、
前記位相差検出画素が形成される領域を露光する第２の露光パターンを有する第２のレチクルを用いて、前記第１のレチクルを用いた場合とは異なる露光条件で、前記カラーフィルタ材料を露光するステップを含む
（５）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（７）
前記撮像画素が形成される領域を露光する第１の露光パターンと、前記位相差検出画素が形成される領域を露光する、前記第１の露光パターンと異なる光透過率の第２の露光パターンを有するグレースケールマスクを用いて、カラーフィルタ材料を露光するステップを含む
（５）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（８）
入射した光を受光する光電変換部と、前記光電変換部より上に形成されたカラーフィルタを有する撮像画素と、
前記光電変換部、前記カラーフィルタ、および、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部を有する位相差検出画素と
を備え、
前記位相差検出画素が有する前記カラーフィルタは、その膜厚が、前記撮像画素が有する前記カラーフィルタの膜厚より薄くなるように形成された固体撮像装置
を備える電子機器。
１０ CMOSイメージセンサ， １１ 画素アレイ部， ３１ 撮像画素， ３２ 位相差検出画素， ５１ 半導体基板， ５２ 光電変換部， ５４ａ 遮光膜， ５５ 高屈折率膜， ５６ カラーフィルタ層， ５７ マイクロレンズ， ５８ 低屈折率膜， ７１ 高屈折率膜， ７２ 低屈折率膜， ８１ 高屈折率膜， ８２ 低屈折率膜， ９１ 高屈折率膜， ９２ 低屈折率膜， ２５１ 半導体基板， ２５２ 光電変換部， ２５４ａ 遮光膜， ２５５ 平坦化膜， ２５６Ｇ，２５６Ｇ' カラーフィルタ， ２５７ マイクロレンズ， ５００ 電子機器， ５０３ 固体撮像装置

Claims (12)

  1. 入射した光を受光する光電変換部を有する撮像画素と、
    前記光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部とを有する位相差検出画素と
    を備え、
    前記撮像画素は、前記光電変換部より上に形成された高屈折率膜をさらに有し、
    前記位相差検出画素は、前記光電変換部より上に形成された低屈折率膜をさらに有する
    固体撮像装置。
  2. 前記撮像画素および前記位相差検出画素は、それぞれ、前記高屈折率膜および前記低屈折率膜の上層に形成されたカラーフィルタ層を有し、
    前記高屈折率膜または前記低屈折率膜は、平坦化膜を兼ねて形成される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記低屈折率膜は、前記高屈折率膜を覆うように形成され、前記平坦化膜を兼ねている
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記高屈折率膜は、前記低屈折率膜を覆うように形成され、前記平坦化膜を兼ねている
    請求項２に記載の固体撮像装置。
  5. 前記高屈折率膜の屈折率は、前記低屈折率膜の屈折率と比べて0.1以上高い
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 前記高屈折率膜の屈折率は、1.5乃至2.0の間の値とされる
    請求項５に記載の固体撮像装置。
  7. 前記低屈折率膜の屈折率は、1.1乃至1.5の間の値とされる
    請求項５に記載の固体撮像装置。
  8. 前記高屈折率膜および前記低屈折率膜のいずれか一方または両方は、感光性を有する材料で形成される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  9. 前記高屈折率膜または前記低屈折率膜は、断面形状が上凸型レンズ形状となるように形成される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 前記撮像画素および前記位相差検出画素は、前記カラーフィルタ層より上にマイクロレンズを有し、
    前記マイクロレンズは、前記撮像画素および前記位相差検出画素において一様に形成される
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  11. 入射した光を受光する光電変換部を有する撮像画素と、
    前記光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部とを有する位相差検出画素とを備える固体撮像装置の製造方法であって、
    前記撮像画素において、前記光電変換部より上に高屈折率膜を形成し、
    前記位相差検出画素において、前記光電変換部より上に低屈折率膜を形成する
    ステップを含む固体撮像装置の製造方法。
  12. 入射した光を受光する光電変換部を有する撮像画素と、
    前記光電変換部と、前記光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部とを有する位相差検出画素と
    を備え、
    前記撮像画素は、前記光電変換部より上に形成された高屈折率膜をさらに有し、
    前記位相差検出画素は、前記光電変換部より上に形成された低屈折率膜をさらに有する固体撮像装置
    を備える電子機器。
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