JP2019097058A - 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能な固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器を提供する。【解決手段】単位画素グループ２００において、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲの厚さは、波長が長い光に対応するマイクロレンズ程、厚く設定されている。たとえば波長が最も長い近赤外（ＮＩＲ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−ＮＩＲの厚さＬＴ−ＮＩＲが最も厚く設定され、波長が２番目に長い赤色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｒの厚さＬＴ−Ｒが２番目に厚く設定され、波長が３番目に長い緑色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｇの厚さＬＴ−Ｇが３番目に厚く設定され、波長が４番目に長い青色（Ｂ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｂの厚さＬＴ−Ｂが４番目に厚く設定されている。【選択図】図８

Description

本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器に関するものである。

光を検出して電荷を発生させる光電変換素子を用いた固体撮像装置（イメージセンサ）として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが実用に供されている。
ＣＭＯＳイメージセンサは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、医療用内視鏡、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯電話等の携帯端末装置(モバイル機器)等の各種電子機器の一部として広く適用されている。

ＣＭＯＳイメージセンサは、画素毎にフォトダイオード（光電変換素子）および浮遊拡散層（ＦＤ：Floating Diffusion、フローティングディフュージョン)を有するＦＤアンプを持ち合わせており、その読み出しは、画素アレイの中のある一行を選択し、それらを同時に列（カラム）方向へと読み出すような列並列出力型が主流である。

ＣＭＯＳイメージセンサの各画素は、たとえば１個のフォトダイオードに対して、転送ゲートとしての転送トランジスタ、リセットゲートとしてのリセットトランジスタ、ソースフォロワゲート（増幅ゲート）としてのソースフォロワトランジスタ、および選択ゲートとしての選択トランジスタの４素子を能動素子として含んで構成される（たとえば特許文献１参照）。

ＣＭＯＳイメージセンサは、一般的に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色フィルタやシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンの４色補色フィルタを用いてカラー画像を撮像する。

一般的に、ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、画素は個別にフィルタを備えている。フィルタは、主として赤色光を透過させる赤（Ｒ）フィルタ、主として緑色光を透過させる緑（Ｇｒ，Ｇｂ）、および主として青色光を透過させる青（Ｂ）フィルタの４つを正方配列した画素群が単位ＲＧＢ画素グループとして２次元状に配列されている。

また、ＣＭＯＳイメージセンサへの入射光はフィルタを介してフォトダイオードで受光される。フォトダイオードは、人間の可視領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ程度）より広いい波長域（３８０ｎｍ〜１１００ｎｍ）の光を受光して信号電荷を発生させることから、赤外光分の誤差が生じて、色再現性が低下する。
このため、あらかじめ赤外線カットフィルタ（ＩＲフィルタ）により赤外光を除去するのが一般的である。
ところが、ＩＲフィルタは可視光を１０％〜２０％程度も減衰させてしまうことから、固体撮像装置の感度を低下させ、画質に劣化を招く。

そこで、ＩＲフィルタを用いないＣＭＯＳイメージセンサ（固体撮像装置）が提案されている（たとえば特許文献２参照）。
このＣＭＯＳイメージセンサは、主として赤色光を透過させる赤（Ｒ）フィルタを含むＲ画素、主として緑色光を透過させる緑（Ｇ）フィルタを含むＧ画素、主として青色光を透過させる青（Ｂ）フィルタを含むＢ画素、および赤外光を受光する専用の近赤外（ＮＩＲ）画素の４つを正方配列した画素群が単位ＲＧＢＩＲ画素グループとして２次元状に配列されている。

このＣＭＯＳイメージセンサでは、赤外光を受光した画素の出力信号を用いて、赤色、緑色、青色の光を受光した画素の出力信号を補正することにより、ＩＲフィルタを用いることなく高い色再現性を実現することができる。

また、単位ＲＧＢ画素グループあるいは単位ＲＧＢＩＲ画素グループを備えたＣＭＯＳイメージセンサにおいては、単位画素グループの４つの画素で、フローティングディフュージョンＦＤ、リセットトランジスタＲＳＴ−Ｔｒ、ソースフォロワトランジスタＳＦ−Ｔｒ、および選択トランジスタＳＥＬ−Ｔｒが共有される場合もある。

また、デジタルカメラ等の撮像装置においては、自動焦点調節（オートフォーカス（ＡＦ））を実現するための方式として、たとえば画素アレイ部の画素の一部にオートフォーカス（ＡＦ）の位相差情報を得るための位相差検出画素を配置してオートフォーカスを行う、像面位相差法等の位相差検出方式が知られている。

像面位相差法においては、たとえば画素の受光領域の半分が遮光膜により遮光さており、右半分で受光する位相差検出画素と左半分で受光する位相差検出画素で像面上の位相差を検出する（たとえば特許文献３参照）。

これに対して、遮光膜を用いずに、画素内の光電変換部（フォトダイオード（ＰＤ））を２分割して（２つ設けて）、一対の光電変換部（フォトダイオード）によって得られる信号の位相のずれ量に基づいて位相差を検出する方法が知られている（たとえば特許文献４，５参照）。
この位相差検出方式は、瞳分割方式とも呼ばれ、撮像レンズの通過光束を瞳分割して一対の分割像を形成し、そのパターンズレ（位相シフト量）を検出することで、撮像レンズのデフォーカス量を検出する。
この場合、位相差検出が欠陥画素とはなりにくく、分割した光電変換部（ＰＤ）の信号を加算することで、良好な画像信号としても利用することができる。

特許文献４に開示された固体撮像装置においては、２つの光電変換部を有する複数の画素が配置されている。２つの光電変換部の一方部分と他方部分との間の画素中央部にはフローティングディフュージョンＦＤが配置され、このフローティングディフュージョンＦＤを挟んで２つの光電変換部が並列に配置されている。
このような光電変換部上に、マイクロレンズが画素に対して１対１に設けられている。マイクロレンズは、光学中心が画素中央部に位置するように配置されている。

特許文献５に開示された固体撮像装置においても、２つの光電変換部を有する複数の画素が配置されている。ただし、フローティングディフュージョンＦＤは、２つの光電変換部の一方部分と他方部分との間の画素中央部ではなく、画素の周縁部に配置されている。
この場合も、マイクロレンズが画素に対して１対１に設けられており、マイクロレンズは、光学中心が画素中央部に位置するように配置されている。

そして、光電変換部としてのフォトダイオードＰＤは、第１基板面側と、第１基板面側と対向する側の第２基板面側とを有する半導体基板に対して埋め込むように形成され、受光した光の光電変換機能および電荷蓄積機能を有するように形成されている。
また、光電変換部としてのフォトダイオードは、第１基板面側（裏面側）にカラーフィルタアレイが配置されている。カラーフィルタアレイの各カラーフィルタの光入射側には、マイクロレンズアレイのマイクロレンズが配置されている。
また、フォトダイオードＰＤは、赤色（Ｒ）光電変換領域、緑色（Ｇ）光電変換領域、青色（Ｂ）光電変換領域、および近赤外（ＮＩＲ）光電変換領域の第２基板面側（前面側）には、光電変換し蓄積した電荷に応じた信号を出力する出力トランジスタ等を含む出力部が形成されている。

図１は、近赤外（ＮＩＲ）画素を含む固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
図２は、位相差検出に遮光膜を用いた固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
図３は、位相差検出に２つのフォトダイオードを用いた固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
なお、図１、図２、および図３においては、理解を容易にするために、便宜的に、各赤色（Ｒ）画素ＰＸＬ１、緑色（Ｇ）画素ＰＸＬ２、青色（Ｂ）画素ＰＸＬ３、および近赤外（ＮＩＲ）画素ＰＸＬ４の構成要素は一列に配列して示してある。

図１、図２、および図３の固体撮像装置１，１ａ，１ｂにおいては、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の第１基板面２側に平坦膜３を介してカラーフィルタアレイ４が配置されている。
そして、カラーフィルタアレイ３の各カラーフィルタＦＬＴ−Ｒ、ＦＬＴ−Ｇ、ＦＬＴ−Ｂ、および近赤外（ＮＩＲ）画素の光入射側には、光学部（レンズ部）としてのマイクロレンズアレイ５のマイクロレンズＭＣＬ１，ＭＣＬ２，ＭＣＬ３，ＭＣＬ４が一様な位置、形状となるように配置されている。

また、図２の固体撮像装置１ａにおいては、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の第１基板面２側の平坦膜３内に、光入射光路をほぼ半分にわたって遮光する遮光膜ＳＬＤ−Ｒ、ＳＬＤ−Ｇ、ＳＬＤ−Ｂ、ＳＬＤ−ＮＩＲが配置されている。

また、図３の固体撮像装置１ｂにおいては、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４がそれぞれ２つに分割するように形成されている。
フォトダイオードＰＤ１は２つのフォトダイオードＰＤ１Ｌ，ＰＤ１Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ２は２つのフォトダイオードＰＤ２Ｌ，ＰＤ２Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ３は２つのフォトダイオードＰＤ３Ｌ，ＰＤ３Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ４は２つのフォトダイオードＰＤ４Ｌ，ＰＤ４Ｒに分割されている。

特開２００５−２２３６８１号公報 特開２０１７−１３９２８６公報 特許第５１５７４３６号 特許第４０２７１１３号 特許第５０７６５２８号

しかしながら、図１や図２、図３に示すような固体撮像装置では、図中に破線で示すように、入射光の波長によって焦点深度が異なるにもかかわらず、マイクロレンズアレイ５のマイクロレンズＭＣＬ１，ＭＣＬ２，ＭＣＬ３，ＭＣＬ４が一様な位置、形状となるように配置されていることから、以下の不利益がある。

すなわち、画素間のクロストークが大きく、特に波長の長い、赤色(Ｒ)画素ＰＸＬ１および近赤外（ＮＩＲ）画素ＰＸＬ４のクロストークが大きく、アングラレスポンス（Angler Response）が劣化するという不利益がある。

そして、図２や図３の位相差検出機能を有する固体撮像装置１ａ，１ｂにおいては、緑色（Ｇ）のような特定の波長の画素ＰＸＬ２のみしか十分な位相差検出機能を得ることが困難である。

本発明は、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能な固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器を提供することにある。

本発明の第１の観点の固体撮像装置は、光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、前記単位画素グループは、一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部と、対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点深度が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部と、前記レンズ部の複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点深度をもつように調整されている光学調整部と、を含む。

本発明の第２の観点は、光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、前記単位画素グループは、複数の光電変換部と、複数のレンズが配置されたレンズ部と、を含んで前記画素が形成されている固体撮像装置の製造方法であって、前記単位画素グループを形成する工程として、一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部を形成する工程と、対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点深度が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部を形成する工程と、前記レンズ部の複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点深度をもつように調整する工程と、を含む。

本発明の第３の観点の電子機器は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置に被写体像を結像する光学系と、を有し、前記固体撮像装置は、光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、前記単位画素グループは、一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部と、対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点深度が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部と、前記レンズ部の複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点深度をもつように調整されている光学調整部と、を含む。

本発明によれば、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能となる。
また、本発明によれば、入射光の波長に依存することなく良好な位相差検出機能を有することが可能となる。

近赤外（ＮＩＲ）画素を含む固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 位相差検出に遮光膜を用いた固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 位相差検出に２つのフォトダイオードを用いた固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素部の４つの画素で１つのフローティングディフュージョンを共有する例を示す回路図である。 本実施形態に係る読み出し回路における列信号処理回路の構成例を示す図である。 本第１の実施形態に係る単位画素グループを有する固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の各構成要素の概略的な配置例を平面的に示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第８の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第９の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第１０の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第１１の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の第１２の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置が適用される電子機器の構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。

（第１の実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
本実施形態において、固体撮像装置１０は、たとえばＣＭＯＳイメージセンサにより構成される。

この固体撮像装置１０は、図４に示すように、撮像部としての画素部２０、垂直走査回路（行走査回路）３０、読み出し回路（カラム読み出し回路）４０、水平走査回路（列走査回路）５０、およびタイミング制御回路６０を主構成要素として有している。
また、これらの構成要素のうち、たとえば垂直走査回路３０、読み出し回路４０、水平走査回路５０、およびタイミング制御回路６０により画素信号の読み出し部７０が構成される。

本実施形態において、固体撮像装置１０は、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能となるように、単位画素グループは、複数のカラーフィルタが配置されたカラーフィルタアレイと、一面側に配置された各カラーフィルタを透過した光を光電変換し、光電変換して得られた電荷を出力する機能を有する出力部が他面側に配置された、複数のカラーフィルタに対応する複数の光電変換部と、各カラーフィルタを通して対応する複数の光電変換部に光を入射する、焦点深度が波長に依存する複数のマイクロレンズが配置されたレンズ部と、レンズ部の複数のマイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点深度をもつように調整されている光学調整部と、を含む。
そして、本第１の実施形態において、光学調整部は、レンズ部の各マイクロレンズの厚さを変えて、マイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点深度をもつように調整されている。
本第１の実施形態において、各マイクロレンズの厚さは、波長が長い光に対応するマイクロレンズ程、厚く設定されており、より曲率が大きい設計となっている。
本第１の実施形態においては、単位画素グループは、単位ＲＧＢＩＲ画素グループとして形成されている。

以下、固体撮像装置１０の各部の構成および機能の概要を説明した後、画素の具体的な構成、配置等について詳述する。

（画素部２０および画素ＰＸＬの構成）
画素部２０は、フォトダイオード（光電変換素子）と画素内アンプとを含む複数の画素がＮ行×Ｍ列の２次元の行列状（マトリクス状）に配列されている。

図５は、本第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素部の４つの画素で１つのフローティングディフュージョンを共有する例を示す回路図である。

図５の画素部２０は、４つの画素ＰＸＬ１１，ＰＸＬ１２，ＰＸＬ２１，ＰＸＬ２２が２×２の正方に配置されている。

画素ＰＸＬ１１は、フォトダイオードＰＤ１１、および転送トランジスタＴＧ１１−Ｔｒを含んで構成されている。

画素ＰＸＬ１２は、フォトダイオードＰＤ１２、および転送トランジスタＴＧ１２−Ｔｒを含んで構成されている。

画素ＰＸＬ２１は、フォトダイオードＰＤ２１、および転送トランジスタＴＧ２１−Ｔｒを含んで構成されている。

画素ＰＸＬ２２は、フォトダイオードＰＤ２２、および転送トランジスタＴＧ２２−Ｔｒを含んで構成されている。

そして、画素部２０は、４つの画素ＰＸＬ１１，ＰＸＬ１２，ＰＸＬ２１，ＰＸＬ２２で、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion；浮遊拡散層）１１、リセットトランジスタＲＳＴ１１−Ｔｒ、ソースフォロワトランジスタＳＦ１１−Ｔｒ、および選択トランジスタＳＥＬ１１−Ｔｒが共有されている。

このような４画素共有構成において、ベイヤ配列とした場合、画素ＰＸＬ１１がＲ画素として形成され、画素ＰＸＬ１２がＧ画素として形成され、画素ＰＸＬ２１がＢ画素、画素ＰＸＬ２２がＮＩＲ画素として形成される。
たとえば、画素ＰＸＬ１１のフォトダイオードＰＤ１１が赤色（Ｒ）光電変換部として機能し、画素ＰＸＬ１２のフォトダイオードＰＤ１２が緑色（Ｇ）光電変換部として機能し、画素ＰＸＬ２１のフォトダイオードＰＤ２１が青色（Ｂ）光電変換部として機能し、画素ＰＸＬ２２のフォトダイオードＰＤ２２が近赤外（ＮＩＲ）光電変換部として機能する。

一般に、色ごとに、各画素のフォトダイオードＰＤの飽和にいたる感度が異なる。
たとえば、Ｇ画素のフォトダイオードＰＤ１２の感度は、Ｒ画素のフォトダイオードＰＤ１１、Ｂ画素のフォトダイオードＰＤ２１、ＮＩＲ画素のフォトダイオードＰＤ２２の感度より高い。

フォトダイオードＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ２１、ＰＤ２２としては、たとえば埋め込みフォトダイオード（ＰＰＤ）が用いられる。
フォトダイオードＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ２１，Ｐ２２を形成する基板表面にはダングリングボンドなどの欠陥による表面準位が存在するため、熱エネルギーによって多くの電荷（暗電流）が発生し、正しい信号が読み出せなくなってしまう。
埋め込みフォトダイオード（ＰＰＤ）では、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積部を基板内に埋め込むことで、暗電流の信号への混入を低減することが可能となる。

フォトダイオードＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ２１，ＰＤ２２は、入射光量に応じた量の信号電荷（ここでは電子）を発生し、蓄積する。
以下、信号電荷は電子であり、各トランジスタがｎ型トランジスタである場合について説明するが、信号電荷がホールであったり、各トランジスタがｐ型トランジスタであっても構わない。

転送トランジスタＴＧ１１−Ｔｒは、フォトダイオードＰＤ１１とフローティングディフュージョンＦＤ１１の間に接続され、制御線（または制御信号）ＴＧ１１を通じて制御される。
転送トランジスタＴＧ１１−Ｔｒは、読み出し部７０の制御の下、制御線ＴＧ１１が所定レベルのハイレベル（Ｈ）の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードＰＤ１１で光電変換され蓄積された電荷（電子）をフローティングディフュージョンＦＤ１１に転送する。

転送トランジスタＴＧ１２−Ｔｒは、フォトダイオードＰＤ１２とフローティングディフュージョンＦＤ１１の間に接続され、制御線（または制御信号）ＴＧ１２を通じて制御される。
転送トランジスタＴＧ１２−Ｔｒは、読み出し部７０の制御の下、制御線ＴＧ１２が所定レベルのハイレベル（Ｈ）の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードＰＤ１２で光電変換され蓄積された電荷（電子）をフローティングディフュージョンＦＤ１１に転送する。

転送トランジスタＴＧ２１−Ｔｒは、フォトダイオードＰＤ２１とフローティングディフュージョンＦＤ１１の間に接続され、制御線（または制御信号）ＴＧ２１を通じて制御される。
転送トランジスタＴＧ２１−Ｔｒは、読み出し部７０の制御の下、制御線ＴＧ２１が所定レベルのハイレベル（Ｈ）の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードＰＤ２１で光電変換され蓄積された電荷（電子）をフローティングディフュージョンＦＤ１１に転送する。

転送トランジスタＴＧ２２−Ｔｒは、フォトダイオードＰＤ２２とフローティングディフュージョンＦＤ１１の間に接続され、制御線（または制御信号）ＴＧ２２を通じて制御される。
転送トランジスタＴＧ２２−Ｔｒは、読み出し部７０の制御の下、制御線ＴＧ２２が所定レベルのハイレベル（Ｈ）の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードＰＤ２２で光電変換され蓄積された電荷（電子）をフローティングディフュージョンＦＤ１１に転送する。

リセットトランジスタＲＳＴ１１−Ｔｒは、図５に示すように、電源線ＶＤＤとフローティングディフュージョンＦＤの間に接続され、制御線（または制御信号）ＲＳＴ１１を通じて制御される。
なお、リセットトランジスタＲＳＴ１１−Ｔｒは、電源線ＶＤＤとは別の電源線ＶＲｓｔとフローティングディフュージョンＦＤの間に接続され、制御線（または制御信号）ＲＳＴ１１を通じて制御されるように構成してもよい。
リセットトランジスタＲＳＴ１１−Ｔｒは、読み出し部７０の制御の下、たとえば読み出しスキャン時に、制御線ＲＳＴ１１がＨレベルの期間に選択されて導通状態となり、フローティングディフュージョンＦＤ１１を電源線ＶＤＤ（またはＶＲｓｔ）の電位にリセットする。

ソースフォロワトランジスタＳＦ１１−Ｔｒと選択トランジスタＳＥＬ１１−Ｔｒは、電源線ＶＤＤと垂直信号線ＬＳＧＮの間に直列に接続されている。
ソースフォロワトランジスタＳＦ１１−ＴｒのゲートにはフローティングディフュージョンＦＤ１１が接続され、選択トランジスタＳＥＬ１１−Ｔｒは制御線（または制御信号）ＳＥＬ１１を通じて制御される。
選択トランジスタＳＥＬ１１−Ｔｒは、制御線ＳＥＬ１１がＨレベルの期間に選択されて導通状態となる。これにより、ソースフォロワトランジスタＳＦ１１−ＴｒはフローティングディフュージョンＦＤ１１の電荷を電荷量（電位）に応じた利得をもって電圧信号に変換した列出力の読み出し電圧（信号）ＶＳＬ（ＰＩＸＯＵＴ）を垂直信号線ＬＳＧＮに出力する。

画素部２０には、画素ＰＸＬがＮ行×Ｍ列配置されているので、各制御線ＳＥＬ、ＲＳＴ、ＴＧはそれぞれＮ本、垂直信号線ＬＳＧＮはＭ本ある。
図４においては、各制御線（または制御信号）ＳＥＬ、ＲＳＴ、ＴＧを１本の行走査制御線として表している。

垂直走査回路３０は、タイミング制御回路６０の制御に応じてシャッター行および読み出し行において行走査制御線を通して画素の駆動を行う。
また、垂直走査回路３０は、アドレス信号に従い、信号の読み出しを行うリード行と、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷をリセットするシャッター行の行アドレスの行選択信号を出力する。

通常の画素読み出し動作においては、読み出し部７０の垂直走査回路３０による駆動により、シャッタースキャンが行われ、その後、読み出しスキャンが行われる。

読み出し回路４０は、画素部２０の各列出力に対応して配置された複数の列信号処理回路（図示せず）を含み、複数の列信号処理回路で列並列処理が可能に構成されてもよい。

読み出し回路４０は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling）回路やＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ；ＡＤ変換器）、アンプ（ＡＭＰ，増幅器）、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路等を含んで構成可能である。

このように、読み出し回路４０は、たとえば図６（Ａ）に示すように、画素部２０の各列出力の読み出し信号ＶＳＬをデジタル信号に変換するＡＤＣ４１を含んで構成されてもよい。
あるいは、読み出し回路４０は、たとえば図６（Ｂ）に示すように、画素部２０の各列出力の読み出し信号ＶＳＬを増幅するアンプ（ＡＭＰ）４２が配置されてもよい。
また、読み出し回路４０は、たとえば図６（Ｃ）に示すように、画素部２０の各列出力の読み出し信号ＶＳＬをサンプル、ホールドするサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路４３が配置されてもよい。

水平走査回路５０は、読み出し回路４０のＡＤＣ等の複数の列信号処理回路で処理された信号を走査して水平方向に転送し、図示しない信号処理回路に出力する。

タイミング制御回路６０は、画素部２０、垂直走査回路３０、読み出し回路４０、水平走査回路５０等の信号処理に必要なタイミング信号を生成する。

以上、固体撮像装置１０の各部の構成および機能の概要について説明した。
次に、本第１の実施形態に係る画素配置の具体的な構成について説明する。

図７は、本第１の実施形態に係る単位画素グループを有する固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の各構成要素の概略的な配置例を平面的に示す図である。

図７の画素部２０は、図５の回路を平面化して示されており、４つの画素ＰＸＬ１１，ＰＸＬ１２，ＰＸＬ２１，ＰＸＬ２２が２×２の正方に配置されている。
より具体的には、矩形の配置領域ＡＲ１０に、４つの画素ＰＸＬ１１，ＰＸＬ１２，ＰＸＬ２１，ＰＸＬ２２がそれぞれ配置される配置領域ＡＲ１１，ＡＲ１２，ＡＲ２１，ＡＲ２２が２×２の正方に割り当てられている。

図７の画素部２０は、４画素共有構成において、ベイヤ配列とした場合の構成を示し、画素ＰＸＬ１１がＲ画素として形成され、画素ＰＸＬ１２がＧ画素として形成され、画素ＰＸＬ２１がＢ画素、画素ＰＸＬ２２がＮＩＲ画素として形成される。

そして、画素部２０は、４つの画素ＰＸＬ１１，ＰＸＬ１２，ＰＸＬ２１，ＰＸＬ２２で、フローティングディフュージョンＦＤ１１、リセットトランジスタＲＳＴ１１−Ｔｒ、ソースフォロワトランジスタＳＦ１１−Ｔｒ、および選択トランジスタＳＥＬ１１−Ｔｒが共有されている。

図８は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。
なお、図８においては、理解を容易にするために、便宜的に、各赤色（Ｒ）画素ＰＸＬ１１、緑色（Ｇ）画素ＰＸＬ１２、青色（Ｂ）画素ＰＸＬ２１、近赤外（ＮＩＲ）ＰＸＬ２２の構成要素は一列に配列して示してある。

単位ＲＧＢＮＩＲ画素グループ２００は、レンズ部としてのマイクロレンズアレイ２１０、カラーフィルタアレイ２２０、光電変換部としてのフォトダイオードアレイ２３０、および平坦層２４０を主構成要素として構成されている。

この単位ＲＧＢＮＩＲ画素グループ２００における各カラー画素は、可視範囲（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）において固有の特定の応答性を有するだけでなく、近赤外（NIR）領域（８００ｎｍ〜１０００ｎｍ）においても高い応答性を有する。

カラーフィルタアレイ２２０は、各カラー画素を形成するように、赤色（Ｒ）フィルタ領域２２１、緑色（Ｇ）フィルタ領域２２２、青色（Ｂ）フィルタ領域２２３、および近赤外（ＮＩＲ）領域２２４に区分けされている。

光電変換部としてのフォトダイオードＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ２１、ＰＤ２２は、第１基板面２５１側と、第１基板面２５１側と対向する側の第２基板面２５２側とを有する半導体基板２５０に対して埋め込むように形成され、受光した光の光電変換機能および電荷蓄積機能を有するように形成されている。

フォトダイオードアレイ２３０のフォトダイオードＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ２１、ＰＤ２２は、第１基板面２５１側（裏面側）に，平坦層２４０を介してカラーフィルタアレイ２２０が配置されている。
フォトダイオードＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ２１、ＰＤ２２の第２基板面２５２側（前面側）には、光電変換し蓄積した電荷に応じた信号を出力する出力トランジスタ等を含む出力部２３１，２３２，２３３，２３４が形成されている。

そして、各赤色（Ｒ）フィルタ領域２２１、緑色（Ｇ）フィルタ領域２２２、青色（Ｂ）フィルタ領域２２３、および近赤外（ＮＩＲ）領域２２４の光入射側には、マイクロレンズアレイ２１０のマイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲが配置されている。

マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲは同じ透過特性を有し、焦点深度が波長依存性を持ち、入射光の波長によって焦点深度が異なる。
そこで、本第１の実施形態においては、複数のマイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲを透過した光が複数の光電変換部であるフォトダイオードＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ２１、ＰＤ２２の第１基板面２５１側（一面側、裏面側）に、一様に焦点深度を持つように調整されている光学調整部を有している。

本第１の実施形態において、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲの厚さは、波長が長い光に対応するマイクロレンズ程、厚く設定されている。
波長が最も長い近赤外（ＮＩＲ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−ＮＩＲの厚さＬＴ−ＮＩＲが最も厚く最も厚く最も大きい曲率で設定され、波長が２番目に長い赤色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｒの厚さＬＴ−Ｒが２番目に厚く２番目に大きい曲率で設定され、波長が３番目に長い緑色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｇの厚さＬＴ−Ｇが３番目に厚く３番目に大きい曲率で設定され、波長が４番目に長い青色（Ｂ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｂの厚さＬＴ−Ｂが４番目に厚く２番目に大きい曲率で設定されている。
すなわち、ＬＴ−ＮＩＲ＞ＬＴ−Ｒ＞ＬＴ−Ｇ＞ＬＴ−Ｂの関係を持つように、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲの厚さが調整されている。

単位ＲＧＢＮＩＲ画素グループ２００において、波長が最も長い近赤外（ＮＩＲ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−ＮＩＲの厚さＬＴ−ＮＩＲが最も厚く設定され、波長が２番目に長い赤色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｒの厚さＬＴ−Ｒが２番目に厚く設定され、波長が３番目に長い緑色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｇの厚さＬＴ−Ｇが３番目に厚く設定され、波長が４番目に長い青色（Ｂ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｂの厚さＬＴ−Ｂが４番目に厚く設定されている。
これにより、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲを透過した入射光は、対応する赤色（Ｒ）画素ＰＸＬ１１、緑色（Ｇ）画素ＰＸＬ１２、青色（Ｂ）画素ＰＸＬ２１、近赤外（ＮＩＲ）画素ＰＸＬ２２ごとに、基板２５０の第１面２５１側に個別にかつ一様に照射され、担当外のフォトダイオードＰＤへの不要な入射が大幅に減少する。
したがって、画素間のクロストークが大幅に減少し、しかもアングラレスポンスが劣化することが防止される。

以上のように、本第１の実施形態によれば、固体撮像装置１０において、単位画素グループ２００は、複数のカラーフィルタが配置されたカラーフィルタアレイ２２０と、一面側に配置された各カラーフィルタを透過した光を光電変換し、光電変換して得られた電荷を出力する機能を有する出力部が他面側に配置された、複数のカラーフィルタに対応する複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイ２３０と、各カラーフィルタを通して対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点深度が波長に依存する複数のマイクロレンズが配置されたレンズ部としてのマイクロレンズアレイ２１０と、複数のマイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲを透過した光が複数のフォトダイオードの一面側に一様に焦点深度をもつように調整されている光学調整部と、を含む。

そして、本第１の実施形態において、光学調整部は、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲの厚さを変えることでレンズの曲率を変化させ、マイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点深度をもつように調整されている。
本第１の実施形態において、各マイクロレンズの厚さは、波長が長い光に対応するマイクロレンズ程、厚く設定されており、より曲率が大きい設計となっている。
本第１の実施形態においては、波長が最も長い近赤外（ＮＩＲ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−ＮＩＲの厚さＬＴ−ＮＩＲが最も厚く最も大きい曲率で設定され、波長が２番目に長い赤色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｒの厚さＬＴ−Ｒが２番目に厚く２番目に大きい曲率で設定され、波長が３番目に長い緑色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｇの厚さＬＴ−Ｇが３番目に厚く３番目に大きい曲率で設定され、波長が４番目に長い青色（Ｂ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｂの厚さＬＴ−Ｂが４番目に厚く４番目に大きい曲率で設定されている。

このような構成を有する本第１の実施形態によれば、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能となる。

（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。

本第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第２の実施形態の単位画素グループ２００Ａは、フォトダイオードＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ２１，ＰＤ２２の第１基板面２５１側の平坦膜２４０内に、光入射光路をほぼ半分にわたって遮光する遮光膜ＳＬＤ１１−Ｒ、ＳＬＤ１２−Ｇ、ＳＬＤ２１−Ｂ、ＳＬＤ２２−ＮＩＲが配置されており、位相検出機能を持つように構成されている。

本第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。

本第３の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第３の実施形態の単位画素グループ２００Ｂは、フォトダイオードＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ２１，ＰＤ２２がそれぞれ２つに分割するように形成されており、位相検出機能を持つように構成されている。
フォトダイオードＰＤ１１は２つのフォトダイオードＰＤ１１Ｌ，ＰＤ１１Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ１２は２つのフォトダイオードＰＤ１２Ｌ，ＰＤ１２Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ２１は２つのフォトダイオードＰＤ２１Ｌ，ＰＤ２１Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ２２は２つのフォトダイオードＰＤ２２Ｌ，ＰＤ２２Ｒに分割されている。

本第３の実施形態によれば、上述した第１の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。

（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。

本第４の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第４の実施形態の単位画素グループ２００Ｃでは、マイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点深度をもつように、各マイクロレンズの厚さを調整する代わりに、合焦点位置に相当する基板２５０の第１面２５１側(一面側)からの高さが調整されている。

本第４の実施形態において、各マイクロレンズの高さは、波長が長い光に対応するマイクロレンズ程、高く設定されている。
本第４の実施形態においては、波長が最も長い近赤外（ＮＩＲ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−ＮＩＲの高さＬＨ−ＮＩＲが最も高く設定され、波長が２番目に長い赤色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｒの高さＬＨ−Ｒが２番目に厚く設定され、波長が３番目に長い緑色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｇの高さＬＨ−Ｇが３番目に高く設定され、波長が４番目に長い青色（Ｂ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｂの高さＬＨ−Ｂが４番目に高く設定されている。
すなわち、ＬＨ−ＮＩＲ＞ＬＨ−Ｒ＞ＬＨ−Ｇ＞ＬＨ−Ｂの関係を持つように、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲの高さが調整されている。

本第４の実施形態においては、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲを透過した入射光は、対応する赤色（Ｒ）画素ＰＸＬ１１、緑色（Ｇｒ）画素ＰＸＬ１２、青色（Ｂ）画素ＰＸＬ２１、近赤外（ＮＩＲ）画素ＰＸＬ２２ごとに、基板２５０の第１面２５１側に個別にかつ一様に照射され、担当外のフォトダイオードＰＤへの不要な入射が大幅に減少する。
したがって、画素間のクロストークが大幅に減少し、しかもアングラレスポンスが劣化することが防止される。

以上のように、本第４の実施形態によれば、上述した第１の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。

本第５の実施形態が、第４の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第５の実施形態の単位画素グループ２００Ｄは、フォトダイオードＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ２１，ＰＤ２２の第１基板面２５１側の平坦膜２４０内に、光入射光路をほぼ半分にわたって遮光する遮光膜ＳＬＤ１１−Ｒ、ＳＬＤ１２−Ｇ、ＳＬＤ２１−Ｂ、ＳＬＤ２２−ＮＩＲが配置されており、位相検出機能を持つように構成されている。

本第５の実施形態によれば、上述した第４の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、入射光の波長に依存せず、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。

（第６の実施形態）
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。

本第６の実施形態が、第４の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第６の実施形態の単位画素グループ２００Ｅは、フォトダイオードＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ２１，ＰＤ２２がそれぞれ２つに分割するように形成されており、位相検出機能を持つように構成されている。
フォトダイオードＰＤ１１は２つのフォトダイオードＰＤ１１Ｌ，ＰＤ１１Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ１２は２つのフォトダイオードＰＤ１２Ｌ，ＰＤ１２Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ２１は２つのフォトダイオードＰＤ２１Ｌ，ＰＤ２１Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ２２は２つのフォトダイオードＰＤ２２Ｌ，ＰＤ２２Ｒに分割されている。

本第６の実施形態によれば、上述した第４の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。

（第７の実施形態）
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。

本第７の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第７の実施形態の単位画素グループ２００Ｆでは、マイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点深度をもつように、各マイクロレンズの厚さを調整する代わりに、各マイクロレンズの光出射側と各フォトダイオードＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ２１、ＰＤ２２の第１の基板面２５１側（一面側）との間、この例では平坦膜２４０の配置位置に配置され、マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲを透過した光を各フォトダイオードＰＤ１１、ＰＤ１２、ＰＤ２１、ＰＤ２２の第１の基板面２５１側（一面側）に導く光学部材ＯＰＴ―Ｒ，ＯＰＴ―Ｇ，ＯＰＴ―Ｂ，ＯＰＴ−ＮＩＲが設けられている。

本第７の実施形態において、各光学部材ＯＰＴ−Ｒ，ＯＰＴ−Ｇ，ＯＰＴ−Ｂ，ＯＰＴ−ＮＩＲは、波長が長い光に対応する光学部材程、屈折率が大きく設定されている。
本第７の実施形態においては、波長が最も長い近赤外（ＮＩＲ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−ＮＩＲに対応する光学部材ＯＰＴ−ＮＩＲの屈折率ＯＲＦ−ＮＩＲが最も大きく設定され、波長が２番目に長い赤色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｒに対応する光学部材ＯＰＴ−Ｒの屈折率ＯＲＦ−Ｒが２番目に大きく設定され、波長が３番目に長い緑色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｇに対応する光学部材ＯＰＴ−Ｇの屈折率ＯＲＦ−Ｇが３番目に高く設定され、波長が４番目に長い青色（Ｂ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｂに対応する光学部材ＯＰＴ−Ｂの屈折率ＯＲＦ−Ｂが４番目に大きく設定されている。
すなわち、ＯＲＦ−ＮＩＲ＞ＯＲＦ−Ｒ＞ＯＲＦ−Ｇ＞ＯＲＦ−Ｂの関係を持つように、各光学部材ＯＰＴ―Ｒ，ＯＰＴ―Ｇ，ＯＰＴ―Ｂ，ＯＰＴ−ＮＩＲの屈折率が調整されている。

本第７の実施形態においては、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲ、カラーフィルタ、光学部材ＯＰＴ―Ｒ，ＯＰＴ―Ｇ，ＯＰＴ―Ｂ，ＯＰＴ−ＮＩＲを透過した入射光は、対応する赤色（Ｒ）画素ＰＸＬ１１、緑色（Ｇｒ）画素ＰＸＬ１２、青色（Ｂ）画素ＰＸＬ２１、近赤外（ＮＩＲ）画素ＰＸＬ２２ごとに、基板２５０の第１面２５１側に個別にかつ一様に照射され、担当外のフォトダイオードＰＤへの不要な入射が大幅に減少する。
したがって、画素間のクロストークが大幅に減少し、しかもアングラレスポンスが劣化することが防止される。

以上のように、本第７の実施形態によれば、上述した第１の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

（第８の実施形態）
図１５は、本発明の第８の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。

本第８の実施形態が、第７の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第８の実施形態の単位画素グループ２００Ｇは、フォトダイオードＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ２１，ＰＤ２２の第１基板面２５１側の平坦膜２４０内に、光入射光路をほぼ半分にわたって遮光する遮光膜ＳＬＤ１１−Ｒ、ＳＬＤ１２−Ｇ、ＳＬＤ２１−Ｂ、ＳＬＤ２２−ＮＩＲが配置されており、位相検出機能を持つように構成されている。

本第８の実施形態によれば、上述した第７の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。

（第９の実施形態）
図１６は、本発明の第９の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。

本第９の実施形態が、第７の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第９の実施形態の単位画素グループ２００Ｈは、フォトダイオードＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ２１，ＰＤ２２がそれぞれ２つに分割するように形成されており、位相検出機能を持つように構成されている。
フォトダイオードＰＤ１１は２つのフォトダイオードＰＤ１１Ｌ，ＰＤ１１Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ１２は２つのフォトダイオードＰＤ１２Ｌ，ＰＤ１２Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ２１は２つのフォトダイオードＰＤ２１Ｌ，ＰＤ２１Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ２２は２つのフォトダイオードＰＤ２２Ｌ，ＰＤ２２Ｒに分割されている。

本第９の実施形態によれば、上述した第７の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。

（第１０の実施形態）
図１７は、本発明の第１０の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。

本第１０の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第１０の実施形態の単位画素グループ２００Ｉでは、マイクロレンズを透過した光が複数の光電変換部の一面側に一様に焦点深度をもつように、各マイクロレンズの厚さを調整する代わりに、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲの屈折率が調整されている。

本第１０の実施形態において、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲは、波長が長い光に対応するマイクロレンズ程、屈折率が大きく設定されている。
本第１０の実施形態においては、波長が最も長い近赤外（ＮＩＲ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−ＮＩＲの屈折率ＭＲＦ−ＮＩＲが最も大きく設定され、波長が２番目に長い赤色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｒの屈折率ＭＲＦ−Ｒが２番目に大きく設定され、波長が３番目に長い緑色（Ｒ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｇの屈折率ＭＲＦ−Ｇが３番目に高く設定され、波長が４番目に長い青色（Ｂ）光用のマイクロレンズＭＣＬ−Ｂの屈折率ＭＲＦ−Ｂが４番目に大きく設定されている。
すなわち、ＭＲＦ−ＮＩＲ＞ＭＲＦ−Ｒ＞ＭＲＦ−Ｇ＞ＭＲＦ−Ｂの関係を持つように、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲの屈折率が調整されている。

本第１０の実施形態においては、各マイクロレンズＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲを透過した入射光は、対応する赤色（Ｒ）画素ＰＸＬ１１、緑色（Ｇｒ）画素ＰＸＬ１２、青色（Ｂ）画素ＰＸＬ２１、近赤外（ＮＩＲ）画素ＰＸＬ２２ごとに、基板２５０の第１面２５１側に個別にかつ一様に照射され、担当外のフォトダイオードＰＤへの不要な入射が大幅に減少する。
したがって、画素間のクロストークが大幅に減少し、しかもアングラレスポンスが劣化することが防止される。

以上のように、本第１０の実施形態によれば、上述した第１の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

（第１１の実施形態）
図１８は、本発明の第１１の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。

本第１１の実施形態が、第１０の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第１１の実施形態の単位画素グループ２００Ｊは、フォトダイオードＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ２１，ＰＤ２２の第１基板面２５１側の平坦膜２４０内に、光入射光路をほぼ半分にわたって遮光する遮光膜ＳＬＤ１１−Ｒ、ＳＬＤ１２−Ｇ、ＳＬＤ２１−Ｂ、ＳＬＤ２２−ＮＩＲが配置されており、位相検出機能を持つように構成されている。

本第１１の実施形態によれば、上述した第１０の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。

（第１２の実施形態）
図１９は、本発明の第１２の実施形態に係る固体撮像装置における単位画素グループの構成例を模式的に示す簡略断面図である。

本第１２の実施形態が、第１０の実施形態と異なる点は、次の通りである。
本第１２の実施形態の単位画素グループ２００Ｋは、フォトダイオードＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ２１，ＰＤ２２がそれぞれ２つに分割するように形成されており、位相検出機能を持つように構成されている。
フォトダイオードＰＤ１１は２つのフォトダイオードＰＤ１１Ｌ，ＰＤ１１Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ１２は２つのフォトダイオードＰＤ１２Ｌ，ＰＤ１２Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ２１は２つのフォトダイオードＰＤ２１Ｌ，ＰＤ２１Ｒに分割され、フォトダイオードＰＤ２２は２つのフォトダイオードＰＤ２２Ｌ，ＰＤ２２Ｒに分割されている。

本第１２の実施形態によれば、上述した第１０の実施形態の効果と同様に、画素間のクロストークを小さくすることができ、しかもアングラレスポンスが劣化することを防止することが可能であり、しかも、入射光の波長に依存することなく、いずれの画素であっても、十分な位相差検出機能を得ることが可能となる。

以上説明した固体撮像装置１０は、デジタルカメラやビデオカメラ、携帯端末、あるいは監視用カメラ、医療用内視鏡用カメラなどの電子機器に、撮像デバイスとして適用することができる。

図２０は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置が適用されるカメラシステムを搭載した電子機器の構成の一例を示す図である。

本電子機器１００は、図２０に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０が適用可能なＣＭＯＳイメージセンサ１１０を有する。
さらに、電子機器１００は、このＣＭＯＳイメージセンサ１１０の画素領域に入射光を導く（被写体像を結像する）光学系（レンズ等）１２０を有する。
電子機器１００は、ＣＭＯＳイメージセンサ１１０の出力信号を処理する信号処理回路(ＰＲＣ)１３０を有する。

信号処理回路１３０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１１０の出力信号に対して所定の信号処理を施す。
信号処理回路１３０で処理された画像信号は、液晶ディスプレイ等からなるモニタに動画として映し出し、あるいはプリンタに出力することも可能であり、またメモリカード等の記録媒体に直接記録する等、種々の態様が可能である。

上述したように、ＣＭＯＳイメージセンサ１１０として、前述した固体撮像装置１０を搭載することで、高性能、小型、低コストのカメラシステムを提供することが可能となる。
そして、カメラの設置の要件に実装サイズ、接続可能ケーブル本数、ケーブル長さ、設置高さなどの制約がある用途に使われる、たとえば、監視用カメラ、医療用内視鏡用カメラなどの電子機器を実現することができる。

１０・・・固体撮像装置、２０・・・画素部、ＰＸＬ１１，ＰＸＬ１２，ＰＸＬ２１，ＰＸＬ２２・・・画素、ＰＤ１１，ＰＤ１２，ＰＤ２１，ＰＤ２２・・・フォトダイオード、２００、２００Ａ〜２００Ｋ・・・単位画素グループ、２１０・・・マイクロレンズアレイ、ＭＣＬ−Ｒ，ＭＣＬ−Ｇ，ＭＣＬ−Ｂ，ＭＣＬ−ＮＩＲ・・・マイクロレンズ、２２０・・・カラーフィルタアレイ、２３０・・・フォトダイオードアレイ、２４０・・・平坦層、２５０・・・半導体基板、ＯＰＴ−Ｒ，ＯＰＴ−Ｇ，ＯＰＴ−Ｂ，ＯＰＴ−ＮＩＲ・・・光学部材、３０・・・垂直走査回路、４０・・・水平走査回路、５０・・・読み出し回路、６０・・・タイミング制御回路、７０・・・読み出し部１００・・・電子機器、１１０・・・ＣＭＯＳイメージセンサ、１２０・・・光学系、１３０・・・信号処理回路（ＰＲＣ）。

Claims (14)

1. 光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、
   前記単位画素グループは、
   一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部と、
   対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点深度が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部と、
   前記レンズ部の複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点深度をもつように調整されている光学調整部と、を含む
   固体撮像装置。
2. 前記光学調整部は、
   前記レンズ部の各レンズの厚さを変えて、レンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点深度をもつように調整されている
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記各レンズの厚さは、波長が長い光に対応するレンズ程、厚く設定されている
   請求項２記載の固体撮像装置。
4. 前記光学調整部は、
   前記レンズ部の各レンズの前記光電変換部の一面側からの高さを変えて、レンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点深度をもつように調整されている
   請求項１記載の固体撮像装置。
5. 前記各レンズの前記光電変換部の一面側からの高さは、波長が長い光に対応するレンズ程、高く設定されている
   請求項３記載の固体撮像装置。
6. 前記光学調整部は、
   前記レンズ部の各レンズの光出射側と前記光電変換部の一面側との間に配置され、前記レンズを透過した光を前記複数の光電変換部の前記一面側に導く光学部材を含む
   請求項１記載の固体撮像装置。
7. 前記各光学部材は、波長が長い光に対応する光学部材程、屈折率が大きく設定されている
   請求項５記載の固体撮像装置。
8. 前記光学調整部は、
   前記レンズ部の各レンズの屈折率を変えて、レンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点深度をもつように調整されている
   請求項１記載の固体撮像装置。
9. 前記各レンズは、波長が長い光に対応するレンズ程、屈折率が大きく設定されている
   請求項７記載の固体撮像装置。
10. 前記レンズ部の各レンズの光出射側と前記光電変換部の一面側との間に配置された複数のカラーフィルタを含むフィルタアレイを有し、
    前記フィルタアレイは、
    赤色フィルタ領域、緑色フィルタ領域、青色フィルタ領域、および赤外領域に区分けされ、
    前記複数の光電変換部は、
    前記赤色フィルタ領域に対応する赤色光電変換部、前記緑色フィルタ領域に対応する緑色光電変換部、前記青緑色フィルタ領域に対応する青色光電変換部、および前記赤外領域に対応する赤外光電変換部を含む
    請求項１から７のいずれか一に記載の固体撮像装置。
11. 前記複数の光電変換部は、前記一面側の一部に遮光膜が形成されており、
    位相差検出機能を有する
    請求項１から８のいずれか一に記載の固体撮像装置。
12. 前記複数の光電変換部は、それぞれ前記一面に平行な方向に分割されており、
    位相差検出機能を有する
    請求項１から８のいずれか一に記載の固体撮像装置。
13. 光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、
    前記単位画素グループは、
    複数の光電変換部と、
    複数のレンズが配置されたレンズ部と、を含んで前記画素が形成されている
    固体撮像装置の製造方法であって、
    前記単位画素グループを形成する工程として、
    一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部を形成する工程と、
    対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点深度が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部を形成する工程と、
    前記レンズ部の複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点深度をもつように調整する工程と、を含む
    固体撮像装置の製造方法。
14. 固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置に被写体像を結像する光学系と、を有し、
    前記固体撮像装置は、
    光電変換を行う複数の色画素を含む単位画素グループが配置された画素部を有し、
    前記単位画素グループは、
    一面側から入射した光を光電変換する機能を有し、前記複数の色に対応する複数の光電変換部と、
    対応する前記複数の光電変換部に光を入射する、焦点深度が波長に依存する複数のレンズが配置されたレンズ部と、
    前記レンズ部の複数のレンズを透過した光が前記複数の光電変換部の前記一面側に一様に焦点深度をもつように調整されている光学調整部と、を含む
    電子機器。

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