JP2016025149A - 固体撮像装置および撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】焦点検出の精度を向上させることができる固体撮像装置および撮像装置を提供する。
【解決手段】第１の基板１０は、２次元に配列された複数の第１の光電変換部１０１を有する。第２の基板２０は、２次元に配列された複数の第２の光電変換部２０１を有し、第１の基板１０に積層されている。複数のマイクロレンズＭＬは、第２の基板２０の面のうち撮像レンズＩＬ側の面に配置され、撮像レンズＩＬを通過した光を結像する。遮光層２１３は、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との間に配置され、マイクロレンズＭＬを通過して第２の光電変換部２０１を透過した光のうち撮像レンズＩＬの射出瞳における瞳領域の一部の領域を通過した光のみを選択的に通過させる開口部２１３ｃが形成された選択部２１３ａを備えると共に、マイクロレンズＭＬを通過して第２の光電変換部２０１を透過した光の全てを遮光する遮光部２１３ｂを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の基板が重なった構造を有する固体撮像装置および撮像装置に関する。
例えば、特許文献１に開示されているように、像面位相差ＡＦ機能を有する従来の固体撮像装置では、撮像信号を得るための光電変換部と、焦点検出用の信号を得るための光電変換部とが同一の基板に形成されている。この構造では、撮像信号を得るための光電変換部の数が制限されるため、撮像された画像の解像度が低下する。
一方、特許文献２において、撮像信号を得るための光電変換部を有する基板と、焦点検出用の信号を得るための光電変換部を有する基板とが積層された構造が開示されている。この構造では、焦点検出用の信号を得るための光電変換部が、撮像信号を得るための光電変換部の数を制限しないため、撮像された画像の解像度の低下を防止することができる。
特開２０１０−１６０３１４号公報 特開２０１３−１８７４７５号公報
しかし、特許文献２に開示された構造では、撮像信号を得るための光電変換部を有する基板の面のうち撮像レンズ側の面に配置されたマイクロレンズから焦点検出用の信号を得るための光電変換部までの距離が長くなる。このため、光が焦点検出用の光電変換部に到達する前に、光が配線またはビア等によって遮られる。
また、撮像信号を得るための光電変換部を有する基板と、焦点検出用の信号を得るための光電変換部を有する基板との積層時にズレが生じた場合、撮像信号を得るための光電変換部を有する基板を透過する光の光路が、焦点検出用の信号を得るための光電変換部を有する基板の対応する光電変換部から外れることがある。
これらによって、適正な信号が得られず、焦点検出の精度が低下する。
本発明は、焦点検出の精度を向上させることができる固体撮像装置および撮像装置を提供する。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、２次元に配列された複数の第１の光電変換部を有する第１の基板と、２次元に配列された複数の第２の光電変換部を有し、前記第１の基板に積層された第２の基板と、前記第２の基板の面のうち撮像レンズ側の面に配置され、前記撮像レンズを通過した光を結像する複数のマイクロレンズと、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との間に配置され、前記マイクロレンズを通過して前記第２の光電変換部を透過した光のうち前記撮像レンズの射出瞳における瞳領域の一部の領域を通過した光のみを選択的に通過させる開口部が形成された選択部を備えると共に、前記マイクロレンズを通過して前記第２の光電変換部を透過した光の全てを遮光する遮光部を備える遮光層と、を有し、前記第２の基板の面のうち前記撮像レンズ側の面を垂直方向に見た場合、前記複数の第１の光電変換部の各々は、前記複数のマイクロレンズのうちの複数個を含むマイクロレンズ群と重なり、前記マイクロレンズ群に対応する前記選択部は、前記瞳領域の一部であって同一の領域を通過した光のみを選択的に通過させ、前記マイクロレンズ群に対応する前記遮光部は、前記マイクロレンズ群のうち、前記選択部に対応する前記マイクロレンズの中心位置に対する前記開口部の重心位置の方向の最も端に配置された前記マイクロレンズの少なくとも一部に対応するように配置されていることを特徴とする固体撮像装置である。
また、本発明の固体撮像装置において、前記マイクロレンズ群に対応する前記遮光部は、前記マイクロレンズ群に含まれる前記マイクロレンズのうち、前記方向の最も端に配置された前記マイクロレンズの全てに対応するように配置されていることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、２次元に配列された複数のカラーフィルタが前記複数のマイクロレンズと前記複数の第２の光電変換部との間に配置され、前記複数のカラーフィルタの各々は、前記マイクロレンズに対応するように配置され、前記複数のカラーフィルタの配列はベイヤー配列であり、前記マイクロレンズ群は、前記複数のカラーフィルタの配列においてＧとＢの前記カラーフィルタのみが配置された第１の列と、前記複数のカラーフィルタの配列においてＲとＧの前記カラーフィルタのみが配置された第２の列とに対応するように配置され、前記マイクロレンズ群に対応する前記遮光部は、前記マイクロレンズ群に含まれる前記マイクロレンズのうち、前記第１の列に対応する前記マイクロレンズに対応するように配置されていることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、前記遮光層は、複数の前記選択部を備え、前記複数の選択部は、前記マイクロレンズの中心位置に対する前記開口部の重心位置の方向が第１の方向である第１の選択部と、前記マイクロレンズの中心位置に対する前記開口部の重心位置の方向が前記第１の方向と反対の第２の方向である第２の選択部とを含み、前記第１の選択部と前記第２の選択部とのうち前記第１の選択部のみが前記複数のカラーフィルタの配列の第１の行に対応し、前記第１の選択部と前記第２の選択部とのうち前記第２の選択部のみが前記複数のカラーフィルタの配列の、前記第１の行と異なる第２の行に対応することを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、２次元に配列された複数のカラーフィルタが前記複数のマイクロレンズと前記複数の第１の光電変換部との間に配置され、前記複数のカラーフィルタの各々は、前記マイクロレンズに対応するように配置され、前記複数のカラーフィルタの配列の前記方向の周期はｎ（ｎ：２以上の偶数）列であり、前記マイクロレンズ群は、前記方向に並ぶｎ×ｍ（ｍ：２以上の自然数）の列に配置された前記マイクロレンズで構成され、前記マイクロレンズ群に対応する前記遮光部は、前記マイクロレンズ群に含まれる前記マイクロレンズのうち前記方向の最も端の列からｎ／２列の領域に配置された前記マイクロレンズと、前記方向の反対方向の最も端の列からｎ／２列の領域に配置された前記マイクロレンズとに対応するように配置されていることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、２次元に配列された複数のカラーフィルタが前記複数のマイクロレンズと前記複数の第１の光電変換部との間に配置され、前記複数のカラーフィルタの各々は、前記マイクロレンズに対応するように配置され、前記カラーフィルタの配列の前記方向の周期はｒ（ｒ：１以上の自然数）列であり、前記マイクロレンズ群は、前記方向に並ぶｒ×ｓ（ｓ：２以上の自然数）の列に配置された前記マイクロレンズで構成され、前記マイクロレンズ群に対応する前記遮光部は、前記マイクロレンズ群に含まれる前記マイクロレンズのうち前記方向の最も端の列からｒ×ｔ（ｔ：１以上の自然数、ｓ＞ｔ）列の領域に配置された前記マイクロレンズのみに対応するように配置されていることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置は、前記第２の基板に裏面照射型イメージセンサを用い、前記第１の基板に表面照射型イメージセンサを用いることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置は、前記第１の基板と前記第２の基板とに裏面照射型イメージセンサを用い、前記第１の光電変換部は前記第２の光電変換部よりも厚いことを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、前記遮光層は、前記第２の基板において、撮像レンズ側の面と前記第１の基板側の面との間に配置されていることを特徴とする。
また、本発明は、上記の固体撮像装置を有することを特徴とする撮像装置である。
本発明によれば、焦点検出の精度を向上させることができる。
本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態による固体撮像装置を構成する第１の基板と第２の基板との平面図である。 本発明の第２の実施形態による固体撮像装置を構成する第１の基板と第２の基板との平面図である。 本発明の第３の実施形態による固体撮像装置の構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態による固体撮像装置を構成する第１の基板と第２の基板との平面図である。 本発明の第５の実施形態による固体撮像装置を構成する第１の基板と第２の基板との平面図である。 本発明の第６の実施形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置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１の基板１０に積層された第２の基板２０と、第２の基板２０の表面に形成されたマイクロレンズＭＬと、カラーフィルタＣＦとを有する。
図１に示す固体撮像装置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。図１に示す固体撮像装置１ａを構成する部分の寸法は任意であってよい。
第２の基板２０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が形成され、カラーフィルタＣＦ上にマイクロレンズＭＬが形成されている。図１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１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。
マイクロレンズＭＬは、第２の基板２０の主面のうち撮像レンズＩＬ側の主面に配置されている。マイクロレンズＭＬは、撮像レンズＩＬを通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する。例えば、赤、緑、青のカラーフィルタＣＦが、２次元のベイヤー配列を構成するように配置される。
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。
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。第１の半導体層１００は、第１の配線層１１０と対面している第１の面と、第１の面とは反対側の第２の面とを有する。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。第１の半導体層１００の第１の面に入射した光が、第１の半導体層１００内を進んで第１の光電変換部１０１に入射する。第１の光電変換部１０１は、例えば第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の光電変換部１０１は、入射した光を信号に変換する。すなわち、第１の光電変換部１０１は、位相差検出方式による焦点検出用の信号を生成する。
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、ＭＯＳトランジスタ１１４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。また、図１では複数のＭＯＳトランジスタ１１４が存在するが、代表として１つのＭＯＳトランジスタ１１４の符号が示されている。
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の配線層１１０は、第２の基板２０と対面している第１の面と、第１の半導体層１００と対面している、第１の面とは反対側の第２の面とを有する。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。
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で生成された焦点検出用の信号と、第２の基板２０が有する第２の光電変換部２０１で生成された撮像信号と、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、２層の第１の配線１１１が形成されている。
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、例えば二酸化珪素（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。
ＭＯＳトランジスタ１１４は、第１の半導体層１００に形成された拡散領域であるソース領域およびドレイン領域と、第１の配線層１１０に形成された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１のビア１１２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１１４は、第１の配線１１１および第１のビア１１２によって伝送された信号を処理する。
上記の構造を有する第１の基板１０は、表面照射（ＦＳＩ：Front Side Illumination）型イメージセンサを構成する。
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。
第２の半導体層２００は、第２の光電変換部２０１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。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。第２の光電変換部２０１は、例えば第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２の半導体層２００は、第２の配線層２１０と対面している第１の面と、カラーフィルタＣＦと対面している、第１の面とは反対側の第２の面とを有する。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。第２の半導体層２００の第２の面に入射した光が、第２の半導体層２００内を進んで第２の光電変換部２０１に入射する。第２の光電変換部２０１は、入射した光を信号に変換する。すなわち、第２の光電変換部２０１は、撮像信号を生成する。
第２の配線層２１０は、第２の配線２１１と、第２のビア２１２と、遮光層２１３と、第２の層間絶縁膜２１４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。
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の配線層２１０は、第１の基板１０と対面している第１の面と、第２の半導体層２００と対面している、第１の面とは反対側の第２の面とを有する。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１の光電変換部１０１で生成された撮像信号用の信号と、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、３層の第２の配線２１１が形成されている。
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のビア２１２は、異なる層の第２の配線２１１を接続する。
遮光層２１３については後述する。第２の配線層２１０において、第２の配線２１１、第２のビア２１２、および遮光層２１３以外の部分は、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ２）等で形成された第２の層間絶縁膜２１４で構成されている。
上記の構造を有する第２の基板２０は、裏面照射（ＢＳＩ：Back Side Illumination）型イメージセンサを構成する。
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の配線層２１０とが向かい合った状態で接続されている。第１の配線層１１０の第１のビア１１２と、第２の配線層２１０の第２のビア２１２とは、第１の基板１０と第２の基板２０との界面で電気的に接続されている。
第２の基板２０は、複数の第２の光電変換部２０１を有する。第２の基板２０の２つの主面のうち撮像レンズＩＬ側の主面すなわち第２の半導体層２００の第２の面を垂直方向に見た場合、すなわち第２の基板２０を平面的に見た場合に、複数の第２の光電変換部２０１は２次元に配置されている。
複数のカラーフィルタＣＦは、複数のマイクロレンズＭＬと複数の第２の光電変換部２０１との間に配置されている。複数のカラーフィルタＣＦの各々は、マイクロレンズＭＬに対応するように配置されている。マイクロレンズＭＬを通過した光は、そのマイクロレンズＭＬに対応する位置に配置されたカラーフィルタＣＦに入射する。
複数の第２の光電変換部２０１の各々は、マイクロレンズＭＬとカラーフィルタＣＦとに対応するように配置されている。マイクロレンズＭＬとカラーフィルタＣＦとを通過した光は、そのマイクロレンズＭＬとカラーフィルタＣＦとに対応する位置に配置された第２の光電変換部２０１に入射する。
第１の基板１０は、複数の第１の光電変換部１０１を有する。第１の基板１０の２つの主面のうち第２の基板２０側の主面すなわち第１の配線層１１０の第１の面を垂直方向に見た場合、すなわち第１の基板１０を平面的に見た場合に、複数の第１の光電変換部１０１は２次元に配置されている。
複数の第１の光電変換部１０１の各々は、複数の第２の光電変換部２０１に対応するように配置されている。複数の第２の光電変換部２０１を透過した光は、その複数の第２の光電変換部２０１に対応する位置に配置された第１の光電変換部１０１に入射する。
また、複数の第１の光電変換部１０１の各々は、複数のマイクロレンズＭＬのうちの複数個を含むマイクロレンズ群Ｇ１に対応するように配置されている。図１では、１つの第１の光電変換部１０１と、その第１の光電変換部１０１に対応する１つのマイクロレンズ群Ｇ１とが示されている。マイクロレンズ群Ｇ１に含まれる複数のマイクロレンズＭＬを透過した光は同一の第１の光電変換部１０１に入射する。
遮光層２１３は、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との間に配置されている。本実施形態では、遮光層２１３は、第２の基板２０において、第２の基板２０の２つの主面のうち撮像レンズＩＬ側の主面と第１の基板１０側の主面との間に配置されている。すなわち、遮光層２１３は、第２の基板２０において、第２の半導体層２００の第２の面と第２の配線層２１０の第１の面との間に配置されている。図１では、遮光層２１３は、第２の配線層２１０において、第２の配線層２１０の第１の面と第２の面との間に配置されている。遮光層２１３は、遮光性を有する材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属）で形成されている。
遮光層２１３は、第２の基板２０の２つの主面のうち撮像レンズＩＬ側の主面すなわち第２の半導体層２００の第２の面に対して垂直な方向において、マイクロレンズＭＬによって光が結像される位置（結像点）に配置されている。遮光層２１３は、選択部２１３ａと、遮光部２１３ｂとを有する。選択部２１３ａの一部は開口され、開口部２１３ｃが形成されている。
選択部２１３ａと開口部２１３ｃとは、マイクロレンズ群Ｇ１に含まれるマイクロレンズＭＬに対応するように配置されている。開口部２１３ｃは、マイクロレンズＭＬを通過して第２の光電変換部２０１を透過した光のうち撮像レンズＩＬの射出瞳における瞳領域の一部の領域に対応する位置に形成されている。第２の基板２０を平面的に見た場合に、開口部２１３ｃの重心位置は、選択部２１３ａに対応するマイクロレンズＭＬの中心位置に対して所定方向にずれている。図１では、開口部２１３ｃの重心位置は、選択部２１３ａに対応するマイクロレンズＭＬの中心位置に対して右方向にずれている。
開口部２１３ｃが形成されていることによって、選択部２１３ａは、マイクロレンズＭＬを通過して第２の光電変換部２０１を透過した光のうち撮像レンズＩＬの射出瞳における瞳領域の一部の領域を通過した光のみを選択的に通過させる。例えば、選択部２１３ａは、撮像レンズＩＬの射出瞳において、撮像レンズＩＬの中心に対して対称な２つの瞳領域のうち一方の領域（図１では左側の領域）を通過した光のみを選択的に通過させる。
１つのマイクロレンズ群Ｇ１に複数の選択部２１３ａと複数の開口部２１３ｃとが対応する。マイクロレンズ群Ｇ１に対応する複数の選択部２１３ａは、撮像レンズＩＬの射出瞳における瞳領域の一部であって同一の領域を通過した光のみを選択的に通過させる。
遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１に含まれるマイクロレンズＭＬのうち、一部のマイクロレンズＭＬに対応するように配置されている。具体的には、第２の基板２０を平面的に見た場合に、遮光部２１３ｂは、選択部２１３ａに対応するマイクロレンズＭＬの中心位置に対する開口部２１３ｃの重心位置の方向の最も端に配置されたマイクロレンズＭＬの少なくとも一部に対応するように配置されている。以下では、選択部２１３ａに対応するマイクロレンズＭＬの中心位置に対する開口部２１３ｃの重心位置の方向は開口部２１３ｃの重心位置の方向と記載される。図１では、遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１に含まれるマイクロレンズＭＬのうち右端に配置されたマイクロレンズＭＬに対応するように配置されている。遮光部２１３ｂは、対応するマイクロレンズＭＬを通過して第２の光電変換部２０１を透過した光の全てを遮光する。
第１の配線層１１０において、開口部２１３ｃを通過した光が到達する領域には第１の配線１１１が形成されていないことが望ましい。図１では、第２の基板２０を平面的に見た場合に、開口部２１３ｃと重ならないように第１の配線１１１が形成されている。このため、開口部２１３ｃを通過した光が第１の配線１１１に遮られずに第１の光電変換部１０１に入射しやすくなる。
撮像レンズＩＬの射出瞳における同一の領域を通過し、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する複数の開口部２１３ｃの各々を通過した光が第１の光電変換部１０１に入射する。これによって、第１の光電変換部１０１の感度が増加する。したがって、焦点検出の精度が向上する。
第１の配線層１１０において、遮光部２１３ｂが配置されている位置に対応して第１の配線１１１が形成されている。遮光部２１３ｂにおいて、選択部２１３ａと同様に開口部が形成された場合、その開口部を通過した光が、遮光部２１３ｂの近くに配置されている第１の配線１１１によって遮られる場合がある。この場合、開口部を通過して第１の光電変換部１０１に入射した光によって生成される信号は適正ではなく、焦点検出の精度を低下させる。第１の配線層１１０に入射する光の角度は、開口部の位置、すなわち撮像レンズＩＬの射出瞳において光が通過する領域の位置による。遮光部２１３ｂに開口部が形成された場合、その開口部を通過して第１の配線１１１によって遮られる光の量は、その光の角度に応じて異なる。つまり、開口部を通過して第１の光電変換部１０１に入射する光の量は、その光の角度に応じて異なる。このため、焦点検出の精度にばらつきが生じる。本実施形態では、遮光部２１３ｂによって遮光されるため、焦点検出の精度の低下を抑制することができる。
また、第１の基板１０と第２の基板２０との積層時に、例えば、図１において、第１の基板１０が第２の基板２０に対して左側にズレた場合にも、遮光部２１３ｂによって、そのズレに伴う第１の光電変換部１０１の受光量の変動を抑えることができる。このため、焦点検出の精度の低下を抑制することができる。第１の基板１０が第２の基板２０に対して右側にズレることも考えられる。しかし、図１に示したように、第１の光電変換部１０１には左側から光が入射するため、右側へのズレによる影響は小さい。
図２は、第１の基板１０と第２の基板２０とを平面的に見た状態を示している。図２（ａ）は、第２の半導体層２００の第２の面側から垂直方向に見た第２の基板２０を示している。図２（ａ）では、第２の光電変換部２０１と、選択部２１３ａおよび開口部２１３ｃと、遮光部２１３ｂとの配列が示されている。図２（ｂ）は、第１の配線層１１０の第１の面側から垂直方向に見た第１の基板１０を示している。図２（ｂ）では、第１の光電変換部１０１が示されている。
第１の光電変換部１０１は、２次元の行列状に配置された複数の第２の光電変換部２０１と重なるように配置されている。図２（ａ）に示されていないが、第２の基板２０を平面的に見た場合に、複数のマイクロレンズＭＬは２次元に配置されている。複数の第２の光電変換部２０１の各々は、マイクロレンズ群Ｇ１に含まれるマイクロレンズＭＬに対応するように配置されている。つまり、複数の第１の光電変換部１０１の各々は、マイクロレンズ群Ｇ１と重なるように配置されている。
遮光層２１３は、複数の選択部２１３ａと複数の遮光部２１３ｂとを有する。複数の選択部２１３ａと複数の遮光部２１３ｂとは、複数の第２の光電変換部２０１の各々に対応するように配置されている。つまり、選択部２１３ａと遮光部２１３ｂとは、複数の第２の光電変換部２０１の各々と重なるように配置されている。選択部２１３ａに形成された開口部２１３ｃの重心位置は、選択部２１３ａに対応するマイクロレンズＭＬの中心位置に対して右方向にずれている。遮光部２１３ｂは、開口部２１３ｃの重心位置の方向、すなわち図２（ａ）の右方向の最も端に配置されたマイクロレンズＭＬの列に対応するように配置されている。
図２（ａ）では、マイクロレンズ群Ｇ１に含まれるマイクロレンズＭＬのうち、図２（ａ）の右方向の最も端に配置されたマイクロレンズＭＬの全てに対応して遮光部２１３ｂが配置されている。しかし、マイクロレンズ群Ｇ１に含まれるマイクロレンズＭＬのうち、図２（ａ）の右方向の最も端に配置されたマイクロレンズＭＬの一部に対応して選択部２１３ａが配置されていてもよい。例えば、第１の配線層１１０において、図２（ａ）の右方向の最も端に配置されたマイクロレンズＭＬに対応する領域に第１の配線１１１が配置されていない場合、遮光部２１３ｂの代わりに選択部２１３ａが配置されていてもよい。
第１の基板１０と第２の基板２０とは、バンプ等によって電気的に接続されていてもよい。第１の基板１０と第２の基板２０とが、樹脂等を介して接続されていてもよい。遮光層２１３は第１の基板１０の第１の配線層１１０に配置されていてもよい。また、図１に示す構成を用いてライトフィールド信号を得るようにしてもよい。
図１に示す固体撮像装置１ａは、光電変換部が形成された２枚の基板を有しているが、固体撮像装置１ａが、光電変換部が形成された３枚以上の基板を有していてもよい。
第１の配線層１１０と、第２の配線層２１０において遮光層２１３以外の構成と、カラーフィルタＣＦとは、固体撮像装置１ａの特徴的な構造ではない。また、これらの構造は、固体撮像装置１ａの特徴的な効果を得るために必須の構造ではない。
本実施形態によれば、２次元に配列された複数の第１の光電変換部１０１を有する第１の基板１０と、２次元に配列された複数の第２の光電変換部２０１を有し、第１の基板１０に積層された第２の基板２０と、第２の基板２０の面のうち撮像レンズＩＬ側の面に配置され、撮像レンズＩＬを通過した光を結像する複数のマイクロレンズＭＬと、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１との間に配置され、マイクロレンズＭＬを通過して第２の光電変換部２０１を透過した光のうち撮像レンズＩＬの射出瞳における瞳領域の一部の領域を通過した光のみを選択的に通過させる開口部２１３ｃが形成された選択部２１３ａを備えると共に、マイクロレンズＭＬを通過して第２の光電変換部２０１を透過した光の全てを遮光する遮光部２１３ｂを備える遮光層２１３と、を有し、第２の基板２０の面のうち撮像レンズＩＬ側の面を垂直方向に見た場合、複数の第１の光電変換部１０１の各々は、複数のマイクロレンズＭＬのうちの複数個を含むマイクロレンズ群Ｇ１と重なり、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する選択部２１３ａは、瞳領域の一部であって同一の領域を通過した光のみを選択的に通過させ、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１のうち、選択部２１３ａに対応するマイクロレンズＭＬの中心位置に対する開口部２１３ｃの重心位置の方向の最も端に配置されたマイクロレンズＭＬの少なくとも一部に対応するように配置されていることを特徴とする固体撮像装置１ａが構成される。
本実施形態では、複数の第１の光電変換部１０１の各々はマイクロレンズ群Ｇ１と重なる。また、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する選択部２１３ａは、撮像レンズＩＬの射出瞳における瞳領域の一部の領域を通過した光のみを選択的に通過させる。また、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１のうち、開口部２１３ｃの重心位置の方向の最も端に配置されたマイクロレンズＭＬの少なくとも一部に対応するように配置されている。このため、焦点検出の精度を向上させることができる。
本実施形態では、第２の基板２０に裏面照射型イメージセンサが用いられているため、第２の基板２０、特に第２の半導体層２００を薄くすることができる。このため、第１の基板１０に光が到達しやすくなる。
カラーフィルタＣＦの色ごとに、第１の基板１０に到達可能な光の量が異なる。波長が短くなるほど光が第１の基板１０に到達しにくくなる。これは、光の波長に応じて、第１の基板１０と第２の基板２０とを構成するシリコンに対する吸収係数が異なるためである。本実施形態では、第１の基板１０が表面照射型イメージセンサとして構成されているため、第１の基板１０の第１の半導体層１００を厚くすることができる。このため、より波長が長い光（例えば、赤の光）がカラーフィルタＣＦを透過する場合、その光を信号に変換されやすくなる。
本実施形態では、遮光層２１３は、第２の基板２０において、撮像レンズＩＬ側の面と第１の基板１０側の面との間に配置されている。マイクロレンズＭＬと開口部２１３ｃとの位置ずれが小さいことが望ましい。遮光層２１３が第１の基板１０に配置されている場合、第１の基板１０と第２の基板２０との間の位置ずれによって、マイクロレンズＭＬと開口部２１３ｃとの位置ずれが発生する可能性がある。遮光層２１３が第２の基板２０に配置されていることによって、マイクロレンズＭＬと開口部２１３ｃとの位置ずれがより小さくなる。したがって、焦点検出の精度を向上させることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態では、図１に示す固体撮像装置１ａを用いる。
図３は、第１の基板１０と第２の基板２０とを平面的に見た状態を示している。図３（ａ）は、第２の半導体層２００の第２の面側から垂直方向に見た第２の基板２０を示している。図３（ａ）では、第２の光電変換部２０１と、選択部２１３ａおよび開口部２１３ｃと、遮光部２１３ｂとの配列が示されている。図３（ｂ）は、第１の配線層１１０の第１の面側から垂直方向に見た第１の基板１０を示している。図３（ｂ）では、第１の光電変換部１０１が示されている。
図３（ａ）では、選択部２１３ａと遮光部２１３ｂとに対応するカラーフィルタＣＦが、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」のいずれかによって示されている。「Ｒ」は、赤（Ｒ）のカラーフィルタＣＦに対応する。「Ｇ」は、緑（Ｇ）のカラーフィルタＣＦに対応する。「Ｂ」は、青（Ｂ）のカラーフィルタＣＦに対応する。
複数のカラーフィルタＣＦは２次元の行列状に配置されている。複数のカラーフィルタＣＦの配列はベイヤー配列である。ベイヤー配列では、１個のＲのカラーフィルタＣＦと、２個のＧのカラーフィルタＣＦと、１個のＢのカラーフィルタＣＦとからなる単位配列が複数個配置されている。また、ベイヤー配列では、ＧとＢのカラーフィルタＣＦのみが配置された第１の列と、ＲとＧのカラーフィルタＣＦのみが設置された第２の列とが交互に繰り返し配置されている。
図３（ａ）に示されていないが、マイクロレンズ群Ｇ１は、複数のカラーフィルタＣＦの配列においてＧとＢのカラーフィルタＣＦのみが配置された第１の列と、複数のカラーフィルタＣＦの配列においてＲとＧのカラーフィルタＣＦのみが配置された第２の列とに対応するように配置されている。具体的には、マイクロレンズ群Ｇ１は、第１の列における２個のカラーフィルタＣＦと、第２の列における２個のカラーフィルタＣＦとに対応するように配置されている。
複数の第１の光電変換部１０１の各々は、マイクロレンズ群Ｇ１と重なるように配置されている。このため、複数の第１の光電変換部１０１の各々は、第１の列における２個のカラーフィルタＣＦと、第２の列における２個のカラーフィルタＣＦとに対応するように配置されている。
マイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１に含まれるマイクロレンズＭＬのうち、第１の列に対応するマイクロレンズＭＬに対応するように配置されている。つまり、遮光部２１３ｂは、ＧのカラーフィルタＣＦとＢのカラーフィルタＣＦとに対応するように配置されている。
前述したように、カラーフィルタＣＦの色ごとに、第１の基板１０に到達可能な光の量が異なる。より波長が長い光を透過するＲのカラーフィルタＣＦを透過した光は第１の基板１０に到達しやすい。しかし、より波長が短い光を透過するＢのカラーフィルタＣＦを透過した光は第１の基板１０に到達しにくい。より多くの光が第１の光電変換部１０１に入射するように、ＲのカラーフィルタＣＦが配置された第２の列に選択部２１３ａが対応し、ＢのカラーフィルタＣＦが配置された第１の列に遮光部２１３ｂが対応する。
遮光層２１３は、複数の選択部２１３ａと複数の遮光部２１３ｂとを有する。複数の選択部２１３ａは、マイクロレンズＭＬの中心位置に対する開口部２１３ｃの重心位置の方向が第１の方向である選択部２１３ａ（第１の選択部）と、マイクロレンズＭＬの中心位置に対する開口部２１３ｃの重心位置の方向が第１の方向と反対の第２の方向である選択部２１３ａ（第２の選択部）とを含む。本実施形態では、第１の方向を図３（ａ）の左方向、第２の方向を図３（ａ）の右方向とする。
第１の選択部と第２の選択部とは、撮像レンズＩＬの射出瞳における瞳領域のうち異なる領域を通過した光のみを選択的に通過させる。第１の選択部は、撮像レンズＩＬの射出瞳において、撮像レンズＩＬの中心に対して対称な２つの瞳領域のうち右側の領域を通過した光のみを選択的に通過させる。第２の選択部は、撮像レンズＩＬの射出瞳において、撮像レンズＩＬの中心に対して対称な２つの瞳領域のうち左側の領域を通過した光のみを選択的に通過させる。
第１の選択部と第２の選択部とのうち第１の選択部のみが複数のカラーフィルタＣＦの配列の第１の行に対応する。図３（ａ）では、第１の選択部は、複数のカラーフィルタＣＦの４行の配列のうち上側の２行のみに対応するように配置されている。また、第１の選択部と第２の選択部とのうち第２の選択部のみが複数のカラーフィルタＣＦの配列の、第１の行と異なる第２の行に対応する。図３（ａ）では、第２の選択部は、複数のカラーフィルタＣＦの４行の配列のうち下側の２行のみに対応するように配置されている。つまり、第１の選択部と第２の選択部との一方のみが、複数のカラーフィルタＣＦの配列の同一の行に対応する。
第１の選択部の左側に、その第１の選択部が対応するマイクロレンズ群Ｇ１と同一のマイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂが配置されている。また、第２の選択部の右側に、その第２の選択部が対応するマイクロレンズ群Ｇ１と同一のマイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂが配置されている。
本実施形態では、複数の第１の光電変換部１０１の各々はマイクロレンズ群Ｇ１と重なる。また、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する選択部２１３ａは、撮像レンズＩＬの射出瞳における瞳領域の一部の領域を通過した光のみを選択的に通過させる。また、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１のうち、開口部２１３ｃの重心位置の方向の最も端に配置されたマイクロレンズＭＬの少なくとも一部に対応するように配置されている。このため、焦点検出の精度を向上させることができる。
本実施形態では、ＲのカラーフィルタＣＦが配置された第２の列に選択部２１３ａが対応し、ＢのカラーフィルタＣＦが配置された第１の列に遮光部２１３ｂが対応する。このため、より多くの光が第１の光電変換部１０１に入射する。したがって、焦点検出の精度が向上する。
本実施形態では、第１の選択部と第２の選択部との一方のみが、複数のカラーフィルタＣＦの配列の同一の行に対応する。このため、第１の選択部に対応する第１の光電変換部１０１と、第２の選択部に対応する第１の光電変換部１０１とが複数のカラーフィルタＣＦの配列の行方向に交互に配置される場合と比較して、第１の選択部に対応する第１の光電変換部１０１の配置のピッチと、第２の選択部に対応する第１の光電変換部１０１の配置のピッチとがより狭くなる。したがって、位相差の空間分解能が向上し、焦点検出の精度が向上する。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図４は、本実施形態による固体撮像装置１ｂの構成を示している。図４では固体撮像装置１ｂの断面が示されている。図４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、第２の基板２０の表面に形成されたマイクロレンズＭＬと、カラーフィルタＣＦと、第３の基板３０（支持基板）と、樹脂層４０とを有する。
第１の基板１０と第２の基板２０とのうち、第１の基板１０の第１の半導体層１００と第２の基板２０の第２の配線層２１０とが向かい合っている。本実施形態では、第１の基板１０は、裏面照射型イメージセンサを構成する。第１の半導体層１００は、第１の配線層１１０と対面している第１の面と、樹脂層４０と対面している、第１の面とは反対側の第２の面とを有する。第１の配線層１１０は、第３の基板３０と対面している第１の面と、第１の半導体層１００と対面している、第１の面とは反対側の第２の面とを有する。第３の基板３０は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体を含む材料で構成されている。
ＭＯＳトランジスタ１１４は、第３の基板３０に形成された拡散領域であるソース領域およびドレイン領域と、第１の配線層１１０に形成されたゲート電極とを有する。第１の基板１０において、上記以外の点については、図１に示す固体撮像装置１ａと同様である。
第１の基板１０と第２の基板２０とを接着する樹脂層４０が第１の基板１０と第２の基板２０との間に配置されている。樹脂層４０は、エポキシ樹脂等の樹脂で構成されている。樹脂層４０によって、第１の基板１０と第２の基板２０との間の接合強度が増加する。
第２の基板２０については、図１に示す固体撮像装置１ａと同様である。第１の基板１０と第２の基板２０とは、図４に示されていない貫通電極によって電気的に接続されている。
第１の基板１０と第２の基板２０との平面的な構造は、図２に示す構造と、図３に示す構造とのいずれであってもよい。
本実施形態では、複数の第１の光電変換部１０１の各々はマイクロレンズ群Ｇ１と重なる。また、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する選択部２１３ａは、撮像レンズＩＬの射出瞳における瞳領域の一部の領域を通過した光のみを選択的に通過させる。また、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１のうち、開口部２１３ｃの重心位置の方向の最も端に配置されたマイクロレンズＭＬの少なくとも一部に対応するように配置されている。このため、焦点検出の精度を向上させることができる。
本実施形態では、第１の基板１０と第２の基板２０とに裏面照射型イメージセンサが用いられている。また、第１の光電変換部１０１は第２の光電変換部２０１よりも厚い。
第２の基板２０に裏面照射型イメージセンサが用いられているため、第２の基板２０、特に第２の半導体層２００を薄くすることができる。このため、第１の基板１０に光が到達しやすくなる。
第１の基板１０に裏面照射型イメージセンサが用いられているため、図１に示す固体撮像装置１ａと比較して、第１の光電変換部１０１をマイクロレンズＭＬに近づけることができる。このため、第１の光電変換部１０１に入射する光の減衰を抑制することができる。樹脂層４０は、第１の配線層１１０よりも薄くすることができる。樹脂層４０が配置されていなくてもよい。
第１の光電変換部１０１が第２の光電変換部２０１よりも厚く形成されているため、第２の基板２０で吸収できない、より波長が長い光が第１の基板１０において信号に変換されやすくなる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。本実施形態では、図１に示す固体撮像装置１ａを用いる。
図５は、第１の基板１０と第２の基板２０とを平面的に見た状態を示している。図５（ａ）は、第２の半導体層２００の第２の面側から垂直方向に見た第２の基板２０を示している。図５（ａ）では、第２の光電変換部２０１と、選択部２１３ａおよび開口部２１３ｃと、遮光部２１３ｂとの配列が示されている。図５（ｂ）は、第１の配線層１１０の第１の面側から垂直方向に見た第１の基板１０を示している。図５（ｂ）では、第１の光電変換部１０１が示されている。
図５（ａ）では、選択部２１３ａと遮光部２１３ｂとに対応するカラーフィルタＣＦが、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」のいずれかによって示されている。「Ｒ」は、赤（Ｒ）のカラーフィルタＣＦに対応する。「Ｇ」は、緑（Ｇ）のカラーフィルタＣＦに対応する。「Ｂ」は、青（Ｂ）のカラーフィルタＣＦに対応する。
複数のカラーフィルタＣＦは２次元の行列状に配置されている。複数のカラーフィルタＣＦの配列はベイヤー配列である。
図５（ａ）では、選択部２１３ａに対応するマイクロレンズＭＬの中心位置に対する開口部２１３ｃの重心位置の方向は右方向である。開口部２１３ｃの重心位置の方向における複数のカラーフィルタＣＦの配列の周期はｎ（ｎ：２以上の偶数）列である。ベイヤー配列の場合、ｎは２である。カラーフィルタＣＦの配列はベイヤー配列でなくてもよい。
マイクロレンズ群Ｇ１は、開口部２１３ｃの重心位置の方向に並ぶｎ×ｍ（ｍ：２以上の自然数）の列に配置されたマイクロレンズＭＬで構成される。図５（ａ）に示されていないが、マイクロレンズ群Ｇ１は、開口部２１３ｃの重心位置の方向に並ぶ２×２＝４列に配置されたマイクロレンズＭＬで構成される。つまり、ｍは２である。
マイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１に含まれるマイクロレンズＭＬのうち開口部２１３ｃの重心位置の方向の最も端の列からｎ／２列の領域に配置されたマイクロレンズＭＬと、開口部２１３ｃの重心位置の方向の反対方向の最も端の列からｎ／２列の領域に配置されたマイクロレンズＭＬとに対応するように配置されている。最も端の列からｎ／２列の領域に配置されたマイクロレンズＭＬは、最も端の列を含む、連続するｎ／２列の領域に配置されたマイクロレンズＭＬを含む。
図５（ａ）では、開口部２１３ｃの重心位置の方向の反対方向は左方向である。また、ｎは２である。マイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１に含まれるマイクロレンズＭＬのうち図５（ａ）の右方向の最も端の１列に配置されたマイクロレンズＭＬと、図５（ａ）の左方向の反対方向の最も端の１列に配置されたマイクロレンズＭＬとに対応するように配置されている。
複数のカラーフィルタＣＦの各々は、マイクロレンズＭＬに対応するように配置されている。このため、遮光部２１３ｂとカラーフィルタＣＦとの対応関係は、遮光部２１３ｂとマイクロレンズＭＬとの対応関係と同様である。
本実施形態では、図４に示す固体撮像装置１ｂを用いてもよい。
本実施形態では、複数の第１の光電変換部１０１の各々はマイクロレンズ群Ｇ１と重なる。また、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する選択部２１３ａは、撮像レンズＩＬの射出瞳における瞳領域の一部の領域を通過した光のみを選択的に通過させる。また、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１のうち、開口部２１３ｃの重心位置の方向の最も端に配置されたマイクロレンズＭＬの少なくとも一部に対応するように配置されている。このため、焦点検出の精度を向上させることができる。
本実施形態では、マイクロレンズ群Ｇ１に対応するカラーフィルタＣＦの配列において、選択部２１３ａに対応する位置に配置されたカラーフィルタＣＦは、ｎ×（ｍ−１）の列で構成される。つまり、選択部２１３ａに対応する位置に配置されたカラーフィルタＣＦは、複数のカラーフィルタＣＦの配列の周期ｎの整数倍の列で構成される。このため、複数のカラーフィルタＣＦの配列を構成する全ての種類のカラーフィルタＣＦを透過した光が第１の光電変換部１０１に入射する。したがって、被写体の色彩に依存しない焦点検出を実現することができる。
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。本実施形態では、図１に示す固体撮像装置１ａを用いる。
図６は、第１の基板１０と第２の基板２０とを平面的に見た状態を示している。図６（ａ）は、第２の半導体層２００の第２の面側から垂直方向に見た第２の基板２０を示している。図６（ａ）では、第２の光電変換部２０１と、選択部２１３ａおよび開口部２１３ｃと、遮光部２１３ｂとの配列が示されている。図６（ｂ）は、第１の配線層１１０の第１の面側から垂直方向に見た第１の基板１０を示している。図６（ｂ）では、第１の光電変換部１０１が示されている。
図６（ａ）では、選択部２１３ａと遮光部２１３ｂとに対応するカラーフィルタＣＦが、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」のいずれかによって示されている。「Ｒ」は、赤（Ｒ）のカラーフィルタＣＦに対応する。「Ｇ」は、緑（Ｇ）のカラーフィルタＣＦに対応する。「Ｂ」は、青（Ｂ）のカラーフィルタＣＦに対応する。
複数のカラーフィルタＣＦは２次元の行列状に配置されている。複数のカラーフィルタＣＦの配列はベイヤー配列である。
図６（ａ）では、選択部２１３ａに対応するマイクロレンズＭＬの中心位置に対する開口部２１３ｃの重心位置の方向は右方向である。開口部２１３ｃの重心位置の方向におけるカラーフィルタＣＦの配列の周期はｒ（ｒ：１以上の自然数）列である。ベイヤー配列の場合、ｒは２である。カラーフィルタＣＦの配列はベイヤー配列でなくてもよい。
マイクロレンズ群Ｇ１は、開口部２１３ｃの重心位置の方向に並ぶｒ×ｓ（ｓ：２以上の自然数）の列に配置されたマイクロレンズＭＬで構成される。図６（ａ）に示されていないが、マイクロレンズ群Ｇ１は、開口部２１３ｃの重心位置の方向に並ぶ２×３＝６列に配置されたマイクロレンズＭＬで構成される。つまり、ｓは３である。
マイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１に含まれるマイクロレンズＭＬのうち開口部２１３ｃの重心位置の方向の最も端の列からｒ×ｔ（ｔ：１以上の自然数、ｓ＞ｔ）列の領域に配置されたマイクロレンズＭＬのみに対応するように配置されている。最も端の列からｒ×ｔ列の領域に配置されたマイクロレンズＭＬは、最も端の列を含む、連続するｒ×ｔ列の領域に配置されたマイクロレンズＭＬを含む。
図６（ａ）では、開口部２１３ｃの重心位置の方向は右方向である。また、ｒは２であり、ｓは３である。マイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１に含まれるマイクロレンズＭＬのうち図６（ａ）の右方向の最も端の列から２×１＝２列の領域に配置されたマイクロレンズＭＬに対応するように配置されている。つまり、ｔは１である。
複数のカラーフィルタＣＦの各々は、マイクロレンズＭＬに対応するように配置されている。このため、遮光部２１３ｂとカラーフィルタＣＦとの対応関係は、遮光部２１３ｂとマイクロレンズＭＬとの対応関係と同様である。
本実施形態では、図４に示す固体撮像装置１ｂを用いてもよい。
本実施形態では、複数の第１の光電変換部１０１の各々はマイクロレンズ群Ｇ１と重なる。また、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する選択部２１３ａは、撮像レンズＩＬの射出瞳における瞳領域の一部の領域を通過した光のみを選択的に通過させる。また、マイクロレンズ群Ｇ１に対応する遮光部２１３ｂは、マイクロレンズ群Ｇ１のうち、開口部２１３ｃの重心位置の方向の最も端に配置されたマイクロレンズＭＬの少なくとも一部に対応するように配置されている。このため、焦点検出の精度を向上させることができる。
本実施形態では、マイクロレンズ群Ｇ１に対応するカラーフィルタＣＦの配列において、選択部２１３ａに対応する位置に配置されたカラーフィルタＣＦは、ｒ×ｔの列で構成される。つまり、選択部２１３ａに対応する位置に配置されたカラーフィルタＣＦは、複数のカラーフィルタＣＦの配列の周期ｒの整数倍の列で構成される。このため、複数のカラーフィルタＣＦの配列を構成する全ての種類のカラーフィルタＣＦを透過した光が第１の光電変換部１０１に入射する。したがって、被写体の色彩に依存しない焦点検出を実現することができる。
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態を説明する。本実施形態では、第１から第５の実施形態のいずれかによる固体撮像装置を搭載した撮像装置について説明する。図７は、本実施形態による撮像装置７の構成を示している。本実施形態による撮像装置７は、撮像機能を有する電子機器であればよく、デジタルカメラのほか、デジタルビデオカメラ、内視鏡等であってもよい。
図７に示すように、撮像装置７は、固体撮像装置１と、レンズユニット部２と、画像信号処理装置３と、記録装置４と、カメラ制御装置５と、表示装置６とを有する。
レンズユニット部２は、カメラ制御装置５によってズーム、フォーカス、絞りなどが駆動制御され、被写体からの光を固体撮像装置１に結像させる。固体撮像装置１は、カメラ制御装置５によって駆動制御され、レンズユニット部２を介して固体撮像装置１に入射した光を電気信号に変換し、入射光量に応じた撮像信号と焦点検出用の信号とを画像信号処理装置３に出力する。
画像信号処理装置３は、固体撮像装置１から入力された撮像信号に対して、信号の増幅、画像データへの変換および各種の補正を行い、その後、画像データの圧縮などの処理を行う。また、画像信号処理装置３は、固体撮像装置１から入力された焦点検出用の信号を用いて、位相差検出方式による演算を行い、合焦点を算出する。固体撮像装置１が合焦点の算出を行ってもよい。画像信号処理装置３は、各処理における画像データ等の一時記憶手段として図示しないメモリを利用する。
記録装置４は、半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体であり、画像データの記録または読み出しを行う。表示装置６は、画像信号処理装置３によって処理された画像データ、または記録装置４から読み出された画像データに基づく画像を表示する液晶などの表示装置である。カメラ制御装置５は、撮像装置７の全体の制御を行う制御装置である。
本実施形態によれば、第１から第５の実施形態のいずれかによる固体撮像装置１を有することを特徴とする撮像装置７が構成される。
本実施形態では、第１から第５の実施形態と同様に、焦点検出の精度を向上させることができる。
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。
１，１ａ，１ｂ 固体撮像装置
２ レンズユニット部
３ 画像信号処理装置
４ 記録装置
５ カメラ制御装置
６ 表示装置
７ 撮像装置
１０ 第１の基板
２０ 第２の基板
３０ 第３の基板
４０ 樹脂層
１００ 第１の半導体層
１０１ 第１の光電変換部
１１０ 第１の配線層
１１１ 第１の配線
１１２ 第１のビア
１１３ 第１の層間絶縁膜
１１４ ＭＯＳトランジスタ
２００ 第２の半導体層
２０１ 第２の光電変換部
２１０ 第２の配線層
２１１ 第２の配線
２１２ 第２のビア
２１３ 遮光層
２１３ａ 選択部
２１３ｂ 遮光部
２１３ｃ 開口部
２１４ 第２の層間絶縁膜
ＭＬ マイクロレンズ
ＣＦ カラーフィルタ

Claims (10)

  1. ２次元に配列された複数の第１の光電変換部を有する第１の基板と、
    ２次元に配列された複数の第２の光電変換部を有し、前記第１の基板に積層された第２の基板と、
    前記第２の基板の面のうち撮像レンズ側の面に配置され、前記撮像レンズを通過した光を結像する複数のマイクロレンズと、
    前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との間に配置され、前記マイクロレンズを通過して前記第２の光電変換部を透過した光のうち前記撮像レンズの射出瞳における瞳領域の一部の領域を通過した光のみを選択的に通過させる開口部が形成された選択部を備えると共に、前記マイクロレンズを通過して前記第２の光電変換部を透過した光の全てを遮光する遮光部を備える遮光層と、
    を有し、
    前記第２の基板の面のうち前記撮像レンズ側の面を垂直方向に見た場合、前記複数の第１の光電変換部の各々は、前記複数のマイクロレンズのうちの複数個を含むマイクロレンズ群と重なり、
    前記マイクロレンズ群に対応する前記選択部は、前記瞳領域の一部であって同一の領域を通過した光のみを選択的に通過させ、
    前記マイクロレンズ群に対応する前記遮光部は、前記マイクロレンズ群に含まれる前記マイクロレンズのうち、前記選択部に対応する前記マイクロレンズの中心位置に対する前記開口部の重心位置の方向の最も端に配置された前記マイクロレンズの少なくとも一部に対応するように配置されている
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記マイクロレンズ群に対応する前記遮光部は、前記マイクロレンズ群に含まれる前記マイクロレンズのうち、前記方向の最も端に配置された前記マイクロレンズの全てに対応するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. ２次元に配列された複数のカラーフィルタが前記複数のマイクロレンズと前記複数の第２の光電変換部との間に配置され、
    前記複数のカラーフィルタの各々は、前記マイクロレンズに対応するように配置され、
    前記複数のカラーフィルタの配列はベイヤー配列であり、
    前記マイクロレンズ群は、前記複数のカラーフィルタの配列においてＧとＢの前記カラーフィルタのみが配置された第１の列と、前記複数のカラーフィルタの配列においてＲとＧの前記カラーフィルタのみが配置された第２の列とに対応するように配置され、
    前記マイクロレンズ群に対応する前記遮光部は、前記マイクロレンズ群に含まれる前記マイクロレンズのうち、前記第１の列に対応する前記マイクロレンズに対応するように配置されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 前記遮光層は、複数の前記選択部を備え、
    前記複数の選択部は、前記マイクロレンズの中心位置に対する前記開口部の重心位置の方向が第１の方向である第１の選択部と、前記マイクロレンズの中心位置に対する前記開口部の重心位置の方向が前記第１の方向と反対の第２の方向である第２の選択部とを含み、
    前記第１の選択部と前記第２の選択部とのうち前記第１の選択部のみが前記複数のカラーフィルタの配列の第１の行に対応し、
    前記第１の選択部と前記第２の選択部とのうち前記第２の選択部のみが前記複数のカラーフィルタの配列の、前記第１の行と異なる第２の行に対応する
    ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. ２次元に配列された複数のカラーフィルタが前記複数のマイクロレンズと前記複数の第１の光電変換部との間に配置され、
    前記複数のカラーフィルタの各々は、前記マイクロレンズに対応するように配置され、
    前記複数のカラーフィルタの配列の前記方向の周期はｎ（ｎ：２以上の偶数）列であり、
    前記マイクロレンズ群は、前記方向に並ぶｎ×ｍ（ｍ：２以上の自然数）の列に配置された前記マイクロレンズで構成され、
    前記マイクロレンズ群に対応する前記遮光部は、前記マイクロレンズ群に含まれる前記マイクロレンズのうち前記方向の最も端の列からｎ／２列の領域に配置された前記マイクロレンズと、前記方向の反対方向の最も端の列からｎ／２列の領域に配置された前記マイクロレンズとに対応するように配置されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. ２次元に配列された複数のカラーフィルタが前記複数のマイクロレンズと前記複数の第１の光電変換部との間に配置され、
    前記複数のカラーフィルタの各々は、前記マイクロレンズに対応するように配置され、
    前記カラーフィルタの配列の前記方向の周期はｒ（ｒ：１以上の自然数）列であり、
    前記マイクロレンズ群は、前記方向に並ぶｒ×ｓ（ｓ：２以上の自然数）の列に配置された前記マイクロレンズで構成され、
    前記マイクロレンズ群に対応する前記遮光部は、前記マイクロレンズ群に含まれる前記マイクロレンズのうち前記方向の最も端の列からｒ×ｔ（ｔ：１以上の自然数、ｓ＞ｔ）列の領域に配置された前記マイクロレンズのみに対応するように配置されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 前記第２の基板に裏面照射型イメージセンサを用い、前記第１の基板に表面照射型イメージセンサを用いることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 前記第１の基板と前記第２の基板とに裏面照射型イメージセンサを用い、
    前記第１の光電変換部は前記第２の光電変換部よりも厚い
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  9. 前記遮光層は、前記第２の基板において、撮像レンズ側の面と前記第１の基板側の面との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 請求項１に記載の固体撮像装置を有することを特徴とする撮像装置。
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