JP6108172B2 - 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

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本開示は、固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器に関し、特に、半導体層の上方に光電変換部を形成した固体撮像素子に焦点検出用画素を形成することができるようにする固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器に関する。
近年のCMOSイメージセンサでは、カメラのオートフォーカス機能として、光の入射角に対して感度が非対称性をもつ焦点検出用画素を用いる手法が採用されている。焦点検出用画素の実現方法としては、遮光膜で画素の右側半分を開口させたタイプと、左側半分を開口させたタイプを対で配置する方法が一般的である（例えば、特許文献１，２参照）。この方法は、表面照射型のイメージセンサであっても、裏面照射型のイメージセンサでも同様である。また、焦点検出用画素の感度の入射角に対する非対称性を増すには、フォトダイオードが形成されているシリコン層の出来るだけ近くに遮光膜を形成することが好ましい。
特開２００９−９９８１７号公報 特開２０１１−１７１７４９号公報
上記の焦点検出用画素の実現方法は、シリコン層に形成されたフォトダイオードに対して用いられてきた手法である。
近年、光電変換膜をシリコン層の上方に積層したイメージセンサや、シリコン層の上方に形成した光電変換層と、シリコン層に形成されたフォトダイオードの両方を利用した縦方向分光イメージセンサが開発されており、これらに対して、焦点検出用画素の好ましい形成方法が要望されている。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、半導体層の上方に光電変換部を形成した固体撮像素子に焦点検出用画素を形成することができるようにするものである。
本開示の第１の側面の固体撮像素子は、光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を備え、前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極の形状が、対となる前記位相差画素どうしで異なる。
本開示の第２の側面の固体撮像素子の製造方法は、光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を形成する際に、前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極の形状が、対となる前記位相差画素どうしで異なるように形成する。
本開示の第３の側面の電子機器は、光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を備え、前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極の形状が、対となる前記位相差画素どうしで異なる固体撮像素子を備える。
本開示の第１乃至第３の側面においては、光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素が設けられ、前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極の形状が、対となる位相差画素どうしで異なるように形成される。
本開示の第４の側面の固体撮像素子は、光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を備え、前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極と前記光電変換膜との接触位置が、対となる前記位相差画素どうしで異なる。
本開示の第５の側面の固体撮像素子の製造方法は、光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を形成する際に、前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極と前記光電変換膜との接触位置が、対となる前記位相差画素どうしで異なるように形成する。
本開示の第６の側面の電子機器は、光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を備え、前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極と前記光電変換膜との接触位置が、対となる前記位相差画素どうしで異なる固体撮像素子を備える。
本開示の第４乃至第６の側面においては、光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素が設けられ、前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極と前記光電変換膜との接触位置が、対となる位相差画素どうしで異なるように形成される。
固体撮像素子及び電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
本開示の第１乃至第６の側面によれば、半導体層の上方に光電変換部を形成した固体撮像素子に焦点検出用画素を形成することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本開示に係る固体撮像素子の概略構成を示す図である。 位相差画素の第１の実施の形態を示す断面構成図である。 位相差画素の第２の実施の形態を示す断面構成図である。 位相差画素の第３の実施の形態を示す断面構成図である。 位相差画素の第４の実施の形態を示す断面構成図である。 位相差画素の第５の実施の形態を示す断面構成図である。 位相差画素の第６の実施の形態を示す断面構成図である。 位相差画素の第７の実施の形態を示す断面構成図である。 位相差画素の第８の実施の形態を示す断面構成図である。 位相差画素の第９の実施の形態を示す断面構成図である。 位相差画素の第１０の実施の形態を示す断面構成図である。 位相差画素の第１１の実施の形態を示す断面構成図である。 位相差画素の第１２の実施の形態を示す断面構成図である。 第１の実施の形態の製造方法について説明する図である。 第１の実施の形態の製造方法について説明する図である。 第１の実施の形態の製造方法について説明する図である。 第１の実施の形態の製造方法について説明する図である。 第１の実施の形態の製造方法について説明する図である。 第１の実施の形態の製造方法について説明する図である。 第１の実施の形態の製造方法について説明する図である。 第１の実施の形態の製造方法について説明する図である。 第２の実施の形態の製造方法について説明する図である。 第９の実施の形態の製造方法について説明する図である。 本開示に係る電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
以下、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像素子の概略構成例
２．位相差画素の第１の実施の形態（下部電極の形状を変更する構成）
３．位相差画素の第２の実施の形態（排出用の下部電極を有する構成）
４．位相差画素の第３の実施の形態（光電変換膜と下部電極の間に層間膜を形成する構成）
５．位相差画素の第４の実施の形態（第１の実施の形態の変形例）
６．位相差画素の第５の実施の形態（第２の実施の形態の変形例）
７．位相差画素の第６の実施の形態（第３の実施の形態の変形例）
８．位相差画素の第７の実施の形態（フォトダイオード上に遮光膜を有する構成）
９．位相差画素の第８の実施の形態（フォトダイオード領域を変更する構成）
１０．位相差画素の第９の実施の形態（光電変換膜上に遮光膜を形成する第１の構成）
１１．位相差画素の第１０の実施の形態（光電変換膜上に遮光膜を形成する第２の構成）
１２．位相差画素の第１１の実施の形態（赤外光で位相差信号を生成する第１の構成）
１３．位相差画素の第１２の実施の形態（赤外光で位相差信号を生成する第２の構成）
１４．第１の実施の形態の製造方法
１５．第２の実施の形態の製造方法
１６．第９の実施の形態の製造方法
１７．遮光膜の配置例
１８．電子機器への適用例
＜１．固体撮像素子の概略構成例＞
図１は、本開示に係る固体撮像素子の概略構成を示している。
図１の固体撮像素子１は、半導体として例えばシリコン（Si）を用いた半導体基板１２に、画素２が行列状に２次元配置されている画素アレイ部３と、その周辺の周辺回路部とを有して構成される。周辺回路部には、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７、制御回路８などが含まれる。
画素アレイ部３において、行列状に２次元配置された画素２には、画像生成用の信号を生成する通常画素２Xと、焦点検出用の信号を生成する位相差画素２Pとがある。位相差画素２Pは、さらに、タイプAの位相差画素２PAとタイプBの位相差画素２PBとに分けられる。
タイプAの位相差画素２PAとタイプBの位相差画素２PBは、光の入射角に対して感度が非対称性をもつように構成されており、画素アレイ部３に対で配置される。例えば、遮光方向を左右方向（水平方向）とした場合、タイプAの位相差画素２PAは、通常画素２Xと比べて光電変換部（例えばフォトダイオード）の受光面の右側半分が遮光された画素であり、タイプBの位相差画素２PBは、左側半分が遮光された画素とすることができる。
画素アレイ部３では、２次元配置された多数の通常画素２Xの一部が、位相差画素２PAまたは位相差画素２PBに置き換わる形で配置されている。図１の例では、位相差画素２PAと位相差画素２PBが水平方向に配置されているが、対となる位相差画素２PAと位相差画素２PBの配置方法は任意であり、例えば垂直方向に配置してもよい。
タイプAからの画素信号とタイプBの画素信号とでは、開口部の形成位置の違いにより、像のずれが発生する。この像のずれから、位相ずれ量を算出してデフォーカス量を算出し、撮影レンズを調整（移動）することで、オートフォーカスを達成することができる。
画素２は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（いわゆるMOSトランジスタ）を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタの４つのMOSトランジスタで構成される。
また、画素２は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有される１つのフローティングディフージョン（浮遊拡散領域）と、共有される１つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素では、複数の単位画素を構成するフォトダイオード及び転送トランジスタが、他の１つずつの画素トランジスタを共有して構成される。
制御回路８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像素子１の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路８は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に出力する。
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線１０を選択し、選択された画素駆動配線１０に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素アレイ部３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素２の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線９を通してカラム信号処理回路５に供給する。
カラム信号処理回路５は、画素２の列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路５は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)およびAD変換等の信号処理を行う。
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１１に出力させる。
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１１を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路７は、例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１３は、外部と信号のやりとりをする。
以上のように構成される固体撮像素子１は、CDS処理とAD変換処理を行うカラム信号処理回路５が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。
＜２．位相差画素の第１の実施の形態＞
以下において、固体撮像素子１の通常画素２X、位相差画素２PA、及び位相差画素２PBの断面構成について詳しく説明する。
図２は、図１の固体撮像素子１の通常画素２X、位相差画素２PA、及び位相差画素２PBの断面構成を示し、位相差画素２Pの第１の実施の形態を示している。
なお、図２では、便宜上、左側から順に、通常画素２X、位相差画素２PB、及び位相差画素２PAを水平方向（左右方向）に並べて配置している。
図２の説明では、初めに、通常画素２Xの画素構造について説明し、その後、位相差画素２PAと位相差画素２PBについて、通常画素２Xと異なる部分についてのみ説明する。
通常画素２Xの画素構造について説明する。
半導体基板１２の第１導電型（例えば、P型）の半導体領域４１内に、第２導電型（例えば、N型）の半導体領域４２及び４３を深さ方向に積層して形成することにより、PN接合によるフォトダイオードPD１およびPD２が、深さ方向に形成されている。半導体領域４２を電荷蓄積領域とするフォトダイオードPD１は、青色の光を受光して光電変換する無機光電変換部であり、半導体領域４３を電荷蓄積領域とするフォトダイオードPD２は、赤色の光を受光して光電変換する無機光電変換部である。
半導体基板１２の表面側（図中下側）には、フォトダイオードPD１及びPD２に蓄積された電荷の読み出し等を行う複数の画素トランジスタと、複数の配線層と層間絶縁膜とからなる多層配線層４４が形成されている。なお、図２では、多層配線層４４の詳細な図示は省略されている。
半導体基板１２には、後述する有機光電変換膜５２で光電変換された電荷を多層配線層４４側に取り出すための導電性プラグ４６が、半導体基板１２（の半導体領域４１）を貫通して形成されている。導電性プラグ４６の外周には、半導体領域４１との短絡を抑制するために、SiO2若しくはSiN等の絶縁膜４７が形成されている。
導電性プラグ４６は、多層配線層４４内に形成された金属配線４８により、半導体基板１２内に第２導電型（例えば、N型）の半導体領域で形成されたFD部（フローティングディフージョン部）４９と接続されている。FD部４９は、有機光電変換膜５２で光電変換された電荷を、読み出されるまでの間、一時的に保持する領域である。
半導体基板１２の裏面側（図中上側）の界面には、例えば、ハフニウム酸化（HfO2）膜とシリコン酸化膜の２層または３層の膜からなる透明絶縁膜５１が形成されている。
透明絶縁膜５１の上側には、有機光電変換膜５２が、その下側の下部電極５３ａと上側の上部電極５３ｂで挟まれた形で配置されている。有機光電変換膜５２、下部電極５３ａ、及び上部電極５３ｂは、有機光電変換部を構成する。有機光電変換膜５２は、緑色の波長光を光電変換する膜として、例えば、ローダーミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等を含む有機光電変換材料で形成される。下部電極５３ａと上部電極５３ｂは、例えば、酸化インジウム錫（ITO）膜、酸化インジウム亜鉛膜等で形成される。
なお、有機光電変換膜５２を、赤色の波長光を光電変換する膜とする場合には、例えば、フタロシアニン系色素を含む有機光電変換材料を用いることができる。また、青色の波長光を光電変換する膜とする場合には、クマリン系色素、トリス−８−ヒドリキシキノリンＡｌ（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を含む有機光電変換材料を用いることができる。
上部電極５３ｂは全画素共通に全面に形成されているのに対して、下部電極５３ａは、画素単位に形成されており、透明絶縁膜５１を貫通する金属配線５４により半導体基板１２の導電性プラグ４６と接続されている。タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Al）、銅（Cu）などの材料で形成される金属配線５４は、透明絶縁膜５１の所定の深さで平面方向にも形成され、隣接画素への光の入射を抑制する画素間遮光膜５５を兼用する。
上部電極５３ｂの上面には、シリコン窒化膜（SiN）、シリコン酸窒化膜（SiON）、炭化珪素（SiC）等の無機膜により、高屈折率層５６が形成されている。また、高屈折率層５６の上には、オンチップレンズ５７が形成されている。オンチップレンズ５７の材料には、例えば、シリコン窒化膜（SiN）、または、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル共重合系樹脂、若しくはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料が用いられる。本画素構造では、有機光電変換膜５２と、オンチップレンズ５７までの距離が近くなるために、位相差画素２PA及び２PBにおいて光入射角依存性がとりにくくなるため、高屈折率層５６は、屈折角を大きくし、集光効率を高める効果がある。
通常画素２Xは、以上のように構成されている。
したがって、上述した通常画素２Xが２次元配置されている固体撮像素子１は、画素トランジスタが形成される半導体基板１２の表面側と反対側の裏面側から光が入射される裏面照射型のCMOS固体撮像素子である。
また、固体撮像素子１は、緑色の光については半導体基板（シリコン層）１２の上方に形成された有機光電変換膜５２で光電変換し、青色と赤色の光については半導体基板１２内のフォトダイオードPD１及びPD２で光電変換する縦方向分光型の固体撮像素子である。
次に、位相差画素２PA及び位相差画素２PBの画素構造について説明する。なお、位相差画素２PA及び位相差画素２PBの画素構造の説明では、通常画素２Xと異なる部分についてのみ説明する。
位相差画素２PA及び位相差画素２PBでは、有機光電変換膜５２により光電変換される領域（光電変換領域）が通常画素２Xと変更されており、これにより、遮光膜を用いずに位相差画素を実現している。
すなわち、有機光電変換膜５２で光電変換される領域は、その下側の下部電極５３ｃと上側の上部電極５３ｂで挟まれた領域となるが、位相差画素２PA及び位相差画素２PBでは、下部電極５３ｃの形成領域（形状）が、通常画素２Xの下部電極５３ａとは異なっている。
図２の位相差画素２PA及び位相差画素２PBそれぞれの断面構造図の下段には、光電変換領域を示す平面図が示されている。
位相差画素２PAの下部電極５３ｃには、略右側半分の領域に開口部６１が設けられている。位相差画素２PBの下部電極５３ｃには、略左側半分の領域に開口部６１が設けられている。
上述したように、位相差画素２PA及び位相差画素２PBにおいて有機光電変換膜５２で光電変換される領域は、下部電極５３ｃと上部電極５３ｂで挟まれた領域となるため、実効的には、下部電極５３ｃの開口部６１に遮光膜を形成したのと同様の効果が得られる。すなわち、図２に示される位相差画素２PAと位相差画素２PBの画素構造により、光の入射角に対して感度が非対称性を有する焦点検出用のG信号を生成することができる。
以上のように、位相差画素２Pの第１の実施の形態では、有機光電変換膜５２による光電変換領域を通常画素２Xと変更させることで、遮光膜を用いずに位相差画素が実現されている。
従って、位相差画素２Pの第１の実施の形態によれば、有機光電変換膜５２の上面に遮光膜を形成する必要がないため、縦方向分光型の固体撮像素子１において、工程数の増加を避けながら、位相差画素を実現することができる。
なお、図２に示した画素構造では、有機光電変換膜５２では緑色の光を光電変換するため、位相差画素２Pから出力されるG信号を焦点検出用の信号として用いることになるが、有機光電変換膜５２で、何色の光を光電変換するかは任意に選択可能である。すなわち、縦方向分光型の固体撮像素子において、半導体基板１２の上方に形成された有機光電変換膜５２で何色の光を光電変換し、半導体基板１２内のフォトダイオードPD１及びPD２で何色の光を光電変換するかは、適宜決定することができる。
＜３．位相差画素の第２の実施の形態＞
次に、図３を参照して、位相差画素２Pの第２の実施の形態について説明する。
図３には、図２と同様に、通常画素２X、位相差画素２PA、及び位相差画素２PBの断面構成と、下部電極５３ｃが形成されている層を平面方向から見た平面図が示されている。
図３乃至図１３では、それまでに説明した他の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付すこととし、その部分の説明については適宜省略し、異なる部分について重点的に説明する。
第２の実施の形態は、有機光電変換膜５２による光電変換領域を通常画素２Xと変更させることで位相差画素を実現する点については、第１の実施の形態と同様である。
しかしながら、第２の実施の形態では、図３の平面図に示すように、第１の実施の形態において開口部６１とされた部分に下部電極７１が形成されている点が異なる。
また、図３の断面構成図に示すように、半導体基板１２の第１導電型の半導体領域４１内の透明絶縁膜５１側界面に、第１導電型でなる半導体領域７２が形成されており、半導体領域７２と下部電極７１が、金属配線７３で接続されている。金属配線７３は、金属配線５４と同一の材料で形成され、半導体領域７２はGND電位に設定されている。
換言すれば、図３の第２の実施の形態では、位相差画素２P内の下部電極が、下部電極５３ｃと下部電極７１に分割されて形成されている。そして、下部電極５３ｃからの信号は、焦点検出用の信号として、金属配線５４および導電性プラグ４６を介してFD部４９に出力され、下部電極７１からの信号は、不要な信号として、金属配線７３を介してGND電位の半導体領域７２に排出される。
焦点検出用の信号として使用しない領域に、下部電極７１を形成し、信号として取り出して確実に排出することで、本来不要な電荷が下部電極５３ｃに混入し、焦点検出用の信号として出力されることを防止し、位相差検出信号の精度を向上させることができる。
図３に示した位相差画素２Pの第２の実施の形態においても、有機光電変換膜５２の上面に遮光膜を形成する必要がないため、縦方向分光型の固体撮像素子１において、工程数の増加を避けながら、位相差画素を実現することができる。
＜４．位相差画素の第３の実施の形態＞
次に、図４を参照して、位相差画素２Pの第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は、有機光電変換膜５２による光電変換領域を通常画素２Xと変更させることで位相差画素を実現する点については第１の実施の形態と同様であるが、光電変換領域の形成の仕方が第１の実施の形態と異なる。
第３の実施の形態では、有機光電変換膜５２の下側には、下部電極５３ｃに代えて、通常画素２Xと同じ下部電極５３ａが形成されている。そして、有機光電変換膜５２と下部電極５３ａとの間に、透明絶縁膜５１と同一材料で層間膜８１を設けることにより、位相差画素２Pの光電変換領域が、通常画素２Xとは変更されている。
光電変換領域は、有機光電変換膜５２が下部電極５３ａと上部電極５３ｂのいずれとも直接接触している領域となる。位相差画素２PAでは、左側半分の領域で下部電極５３ａと有機光電変換膜５２が接触し、右側半分の領域では下部電極５３ａと有機光電変換膜５２が層間膜８１により非接触とされている。
一方、位相差画素２PBでは、右側半分の領域で下部電極５３ａと有機光電変換膜５２が接触し、左側半分の領域では下部電極５３ａと有機光電変換膜５２が層間膜８１により非接触とされている。
したがって、位相差画素２PAと位相差画素２PBとでは、下部電極５３ａと有機光電変換膜５２の画素内の接触領域が異なる。
断面構造図の下段に示される位相差画素２PA及び位相差画素２PBそれぞれの光電変換領域を示す平面図では、層間膜８１が形成されている領域が開口部８２として示されている。
このような画素構造では、開口部８２に遮光膜を形成したのと同様の効果が得られるため、位相差画素２PAと位相差画素２PBから、光の入射角に対して感度が非対称性を有する焦点検出用のG信号を生成することができる。
図４に示した位相差画素２Pの第３の実施の形態においても、有機光電変換膜５２の上面に遮光膜を形成する必要がないため、縦方向分光型の固体撮像素子１において、工程数の増加を避けながら、位相差画素を実現することができる。
＜５．位相差画素の第４の実施の形態＞
次に、図５を参照して、位相差画素２Pの第４の実施の形態について説明する。
図５に示される位相差画素２Pの第４の実施の形態は、図２に示した第１の実施の形態の変形例である。
すなわち、下部電極５３ｃの形成領域を、位相差画素２PAと位相差画素２PBとで変えることにより、光の入射角に対して感度が非対称性を有する焦点検出用の信号を生成する点は、第１の実施の形態と同様である。
一方、第１の実施の形態では、各画素２が、赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）の全ての波長光を受光するのに対して、第４の実施の形態では、各画素２が、赤色（R）、緑色（G）、または、青色（B）のいずれかの波長光のみを受光する点が異なる。
具体的には、図２の第１の実施の形態で、緑色の波長光を光電変換する有機光電変換膜５２が、図５の第４の実施の形態では、赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）の全ての波長光を光電変換する有機光電変換膜９１に置き換えられている。また、半導体基板１２内には、青色の光を受光するフォトダイオードPD１と、赤色の光を受光するフォトダイオードPD２が設けられていない。
一方、図５の第４の実施の形態では、高屈折率層５６とオンチップレンズ５７との間に、赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）の波長光を通過させるカラーフィルタ９２が画素ごとに配置されている。
したがって、有機光電変換膜９１には、カラーフィルタ９２を通過した赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）のいずれかの波長光のみが到達するので、各画素２は、赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）の波長光のみを受光する。
図５の例では、左側の通常画素２Xが緑色の波長光を受光する画素であり、中央の位相差画素２PBが赤色の波長光を受光する画素であり、右側の位相差画素２PAが青色の波長光を受光する画素となっているが、この例に限られない。一般的には、位相差画素２PA及び位相差画素２PBが受光する光の波長（色）は合わせる方が望ましい。
図５に示した位相差画素２Pの第４の実施の形態においても、有機光電変換膜９１の上面に遮光膜を形成する必要がないため、縦方向分光型の固体撮像素子１において、工程数の増加を避けながら、位相差画素を実現することができる。
なお、図５の例は、裏面照射型の固体撮像素子の例であるが、第４の実施の形態の画素構造は、表面型の固体撮像素子にも適用することができる。
＜６．位相差画素の第５の実施の形態＞
次に、図６を参照して、位相差画素２Pの第５の実施の形態について説明する。
図６に示される位相差画素２Pの第５の実施の形態は、図３に示した第２の実施の形態の変形例である。
すなわち、下部電極５３ｃの形成領域を、位相差画素２PA及び位相差画素２PBとで変えるとともに、下部電極７１を設け、不要な信号を金属配線７３を介してGND電位の半導体領域７２に排出する点は、第２の実施の形態と同様である。
一方、第５の実施の形態では、図５に示した第４の実施の形態と同様に、各画素２が、赤色（R）、緑色（G）、または、青色（B）のいずれかの波長光を受光する構成とされている。
すなわち、第２の実施の形態の、緑色の波長光を光電変換する有機光電変換膜５２が、第５の実施の形態では、赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）の全ての波長光を光電変換する有機光電変換膜９１に置き換えられている。また、半導体基板１２内には、青色の光を受光するフォトダイオードPD１と、赤色の光を受光するフォトダイオードPD２が設けられていない。
また、第５の実施の形態では、高屈折率層５６とオンチップレンズ５７との間に、赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）の波長光を通過させるカラーフィルタ９２が画素ごとに配置されている。
したがって、有機光電変換膜９１には、カラーフィルタ９２を通過した赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）のいずれかの波長光のみが到達するので、各画素２は、赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）の波長光のみを受光する。
図６の例では、左側の通常画素２Xが緑色の波長光を受光する画素であり、中央の位相差画素２PBが赤色の波長光を受光する画素であり、右側の位相差画素２PAが青色の波長光を受光する画素となっているが、この例に限られない。一般的には、位相差画素２PA及び位相差画素２PBが受光する光の波長（色）は合わせる方が望ましい。
図６に示した位相差画素２Pの第５の実施の形態においても、有機光電変換膜９１の上面に遮光膜を形成する必要がないため、縦方向分光型の固体撮像素子１において、工程数の増加を避けながら、位相差画素を実現することができる。
なお、図６の例は、裏面照射型の固体撮像素子の例であるが、第５の実施の形態の画素構造は、表面型の固体撮像素子にも適用することができる。
＜７．位相差画素の第６の実施の形態＞
次に、図７を参照して、位相差画素２Pの第６の実施の形態について説明する。
図７に示される位相差画素２Pの第６の実施の形態は、図４に示した第３の実施の形態の変形例である。
すなわち、位相差画素２PA及び位相差画素２PBにおいて、有機光電変換膜５２と下部電極５３ａとの間に層間膜８１を設けることにより、光の入射角に対して感度が非対称性を有する焦点検出用の信号を生成する点は、第３の実施の形態と同様である。
一方、第６の実施の形態では、図５に示した第４の実施の形態と同様に、各画素２が、赤色（R）、緑色（G）、または、青色（B）のいずれかの波長光を受光する構成とされている。
すなわち、第３の実施の形態の、緑色の波長光を光電変換する有機光電変換膜５２が、第６の実施の形態では、赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）の全ての波長光を光電変換する有機光電変換膜９１に置き換えられている。また、半導体基板１２内には、青色の光を受光するフォトダイオードPD１と、赤色の光を受光するフォトダイオードPD２が設けられていない。
また、第６の実施の形態では、高屈折率層５６とオンチップレンズ５７との間に、赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）の波長光を通過させるカラーフィルタ９２が画素ごとに配置されている。
したがって、有機光電変換膜９１には、カラーフィルタ９２を通過した赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）のいずれかの波長光のみが到達するので、各画素２は、赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）の波長光のみを受光する。
図７の例では、左側の通常画素２Xが緑色の波長光を受光する画素であり、中央の位相差画素２PBが赤色の波長光を受光する画素であり、右側の位相差画素２PAが青色の波長光を受光する画素となっているが、この例に限られない。一般的には、位相差画素２PA及び位相差画素２PBが受光する光の波長（色）は合わせる方が望ましい。
図７に示した位相差画素２Pの第６の実施の形態においても、有機光電変換膜９１の上面に遮光膜を形成する必要がないため、縦方向分光型の固体撮像素子１において、工程数の増加を避けながら、位相差画素を実現することができる。
なお、図７の例は、裏面照射型の固体撮像素子の例であるが、第６の実施の形態の画素構造は、表面型の固体撮像素子にも適用することができる。
＜第１乃至第６の実施の形態のまとめ＞
上述した第１乃至第６の実施の形態では、位相差画素２Pの有機光電変換膜５２による光電変換領域を通常画素２Xと変更させることで、光の入射角に対して感度が非対称性を有する焦点検出用の信号を生成することができる。
緑色の光については半導体基板１２の上方の有機光電変換膜５２で光電変換し、青色と赤色の光については半導体基板１２内のフォトダイオードPD１及びPD２で光電変換する縦方向分光型の固体撮像素子に対して、有機光電変換膜５２の上部に遮光膜を形成すると、その遮光膜を形成する工程が新たに追加されることになる。また、カラーフィルタやオンチップレンズ形成工程のために、遮光膜段差をなくす必要がある。
これに対して、上述した第１乃至第６の実施の形態では、位相差画素２Pの有機光電変換膜５２による光電変換領域を通常画素２Xと変更させることで、有機光電変換膜５２の上部に遮光膜を設けずに位相差画素を実現している。
したがって、縦方向分光型の固体撮像素子１において、工程数の増加を避けながら、位相差画素を実現することができる。
＜８．位相差画素の第７の実施の形態＞
次に、図８を参照して、位相差画素２Pの第７の実施の形態について説明する。
図８に示す第７の実施の形態の説明においても、上述した第１の実施の形態と異なる部分について説明する。
図８に示される第７の実施の形態では、有機光電変換膜５２については焦点検出用の信号を生成する光電変換層として利用せず、半導体基板１２内のフォトダイオードPD１及びPD２を焦点検出用の信号を生成する光電変換層として利用する構造が採用されている。
具体的には、第７の実施の形態の位相差画素２Pでは、有機光電変換膜５２の下面には、通常画素２Xと同様に、開口部のない下部電極５３ａが形成されている。したがって、通常画素２Xと位相差画素２Pで生成されるG信号に差異はない。
一方、位相差画素２PA及び位相差画素２PBには、透明絶縁膜５１内の画素間遮光膜５５と同一層に、フォトダイオードPD１及びPD２の受光領域の一部を遮光する遮光膜１０１が新たに設けられている。
図８において、位相差画素２PA及び位相差画素２PBそれぞれの断面構造図の下段には、フォトダイオードPD１上面の平面図が示されている。
位相差画素２PAでは、フォトダイオードPD１の右側半分を遮光するように、遮光膜１０１が配置されており、位相差画素２PBでは、フォトダイオードPD１の左側半分を遮光するように、遮光膜１０１が配置されている。これにより、位相差画素２PAと位相差画素２PBから、光の入射角に対して感度が非対称性を有する焦点検出用のB信号及びR信号を生成することができる。なお、B信号及びR信号のいずれか一方を、焦点検出用の信号として利用してもよいし、両方を利用してもよい。
以上のような位相差画素２Pの第７の実施の形態によれば、有機光電変換膜５２の上面に遮光膜を形成する必要がなく、画素間遮光膜５５を形成するのと同一工程で遮光膜１０１を形成することができる。これにより、縦方向分光型の固体撮像素子１において、工程数の増加を避けながら、位相差画素を実現することができる。
＜９．位相差画素の第８の実施の形態＞
次に、図９を参照して、位相差画素２Pの第８の実施の形態について説明する。
図９に示す第８の実施の形態の説明においては、図８に示した第７の実施の形態と異なる部分について説明する。
図９に示される第８の実施の形態では、有機光電変換膜５２を、焦点検出用の信号を生成する光電変換層としては利用せず、半導体基板１２内のフォトダイオードPD１及びPD２を焦点検出用の信号を生成する光電変換層として利用する点は、図８に示した第７の実施の形態と同様である。
一方、第７の実施の形態では、フォトダイオードPD１上面に遮光膜１０１が設けられていたのに対して、第８の実施の形態では、遮光膜１０１は設けられていない。その代わりに、フォトダイオードPD１及びPD２の電荷蓄積領域となる第２導電型の半導体領域１１１及び１１２が、通常画素２Xの半導体領域４２及び４３の半分の領域で形成されている。
具体的には、位相差画素２PAでは、通常画素２Xと比較して、左側半分の領域のみに第２導電型の半導体領域１１１及び１１２が形成されている。位相差画素２PBでは、通常画素２Xと比較して、右側半分の領域のみに第２導電型の半導体領域１１１及び１１２が形成されている。
半導体基板１２内の半導体領域１１１と１１２は、As（ヒ素）などの第２導電型（N型）のイオンを注入することで形成するので、イオン注入領域を、通常画素２Xの半導体領域４２と４３と変更するだけで、半導体領域４２及び４３と半導体領域１１１及び１１２は、同時に形成することができる。
これにより、位相差画素２PAと位相差画素２PBから、光の入射角に対して感度が非対称性を有する焦点検出用のB信号及びR信号を生成することができる。なお、B信号及びR信号のいずれか一方を、焦点検出用の信号として利用してもよいし、両方を利用してもよい。
＜第７及び第８の実施の形態のまとめ＞
上述した第７及び第８の実施の形態では、有機光電変換膜５２については焦点検出用の信号を生成する光電変換層としては利用せず、半導体基板１２内のフォトダイオードPD１及びPD２を、焦点検出用の信号を生成する光電変換層として利用する構造が採用された。
縦方向分光型の固体撮像素子に対して、有機光電変換膜５２の上部に遮光膜を形成すると、その遮光膜を形成する工程が新たに追加されることになる。また、カラーフィルタやオンチップレンズ形成工程のために、遮光膜段差をなくす必要がある。
これに対して、第７の実施の形態では、有機光電変換膜５２の上方に遮光膜を形成する必要がなく、画素間遮光膜５５を形成するのと同一工程で遮光膜１０１を形成することができる。第８の実施の形態では、イオン注入領域を変更するだけで、同一のイオン注入工程で、半導体領域４２及び４３と半導体領域１１１及び１１２を形成することができる。
したがって、縦方向分光型の固体撮像素子１において、工程数の増加を避けながら、位相差画素を実現することができる。
＜１０．位相差画素の第９の実施の形態＞
次に、図１０を参照して、位相差画素２Pの第９の実施の形態について説明する。
図１０に示す第９の実施の形態の説明においては、図８に示した第７の実施の形態と異なる部分について説明する。
図８に示した第７の実施の形態では、位相差画素２PA及び位相差画素２PBの透明絶縁膜５１内に遮光膜１０１が設けられていたが、第９の実施の形態では、その代わりに、オンチップレンズ５７下の高屈折率層５６内に、光の入射角に対する感度を変えるための遮光膜１２１が形成されている。より具体的には、位相差画素２PAでは、有機光電変換膜５２とフォトダイオードPD１及びPD２の右側を遮光するように遮光膜１２１が形成され、位相差画素２PBでは、有機光電変換膜５２とフォトダイオードPD１及びPD２の左側を遮光するように遮光膜１２１が形成されている。
これにより、位相差画素２PAと位相差画素２PBから、光の入射角に対して感度が異なる焦点検出用のG信号、B信号、及びR信号を生成することができる。なお勿論、G信号、B信号、及びR信号の一つまたは二つを、焦点検出用の信号として利用してもよいし、全てを利用してもよい。
また、図１０には、位相差画素２PAの右側に、上部電極５３ｂに所定の電圧を供給する電源供給部が図示されている。
より具体的には、上部電極５３ｂに供給する電源を、基板表面側（図中下側）の多層配線層４４から裏面側に取り出すための導電性プラグ１２２が、半導体基板１２を貫通して形成されている。また、導電性プラグ１２２の外周には、半導体領域４１との短絡を抑制するための絶縁膜１２３が形成されている。
そして、半導体基板１２の裏面側において、導電性プラグ１２２と上部電極５３ｂが、接続配線１２４により接続されている。接続配線１２４は、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Al）、銅（Cu）などの材料で形成される。
位相差画素２Pに形成された遮光膜１２１は、上部電極５３ｂに所定の電圧を供給する接続配線１２４を形成する工程と同一工程で形成することができる。
なお、図１０の例では、遮光膜１２１は上部電極５３ｂと接続されていないが、電気的に安定させるため、遮光膜１２１と上部電極５３ｂを接続させるのが望ましい。
＜１１．位相差画素の第１０の実施の形態＞
次に、図１１を参照して、位相差画素２Pの第１０の実施の形態について説明する。
図１１に示す第１０の実施の形態の説明においては、図１０に示した第９の実施の形態と異なる部分について説明する。
図１０に示した第９の実施の形態では、各画素２が、赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）の全ての波長光を受光するのに対して、第１０の実施の形態では、高屈折率層５６とオンチップレンズ５７との間にカラーフィルタ９２が配置されることにより、各画素２が、赤色（R）、緑色（G）、または、青色（B）のいずれかの波長光を受光する構成とされている。
したがって、各画素２の有機光電変換膜９１が光電変換する光の色は、配置されるカラーフィルタ９２の色によって異なる。
また、第１０の実施の形態では、半導体基板１２内に、青色の光を受光するフォトダイオードPD１と、赤色の光を受光するフォトダイオードPD２が設けられていない。
遮光膜１２１は、図１０の第９の実施の形態と同様に、高屈折率層５６内に、位相差画素２PAと位相差画素２PBとで、光の入射角に対する感度を変えるように配置されている。
これにより、位相差画素２PAと位相差画素２PBでは、光の入射角に対して感度が異なる焦点検出用のG信号、B信号、またはR信号のいずれかを生成することができる。
図１１においても、遮光膜１２１は上部電極５３ｂと接続されていないが、電気的に安定させるため、遮光膜１２１と上部電極５３ｂを接続させるのが望ましい。
また、図１１の例では、位相差画素２PBが赤色の波長光を受光する画素であり、位相差画素２PAが青色の波長光を受光する画素となっているが、位相差画素２PA及び位相差画素２PBが受光する光の波長（色）は合わせる方が望ましい。
図１１の例は、裏面照射型の固体撮像素子の例であるが、第１０の実施の形態の画素構造は、表面型の固体撮像素子にも適用することができる。
＜第９及び第１０の実施の形態のまとめ＞
上述した第９及び第１０の実施の形態では、上部電極５３ｂに所定の電圧を供給する接続配線１２４を形成する工程と同一工程で、有機光電変換膜５２の上方に遮光膜１２１を形成することができる。これにより、縦方向分光型の固体撮像素子１において、工程数の増加を避けながら、位相差画素を実現することができる。
＜１２．位相差画素の第１１の実施の形態＞
次に、図１２を参照して、位相差画素２Pの第１１の実施の形態について説明する。
図１２に示す第１１の実施の形態の説明においては、図８に示した第７の実施の形態と異なる部分について説明する。
図８に示した第７の実施の形態では、各画素２が、赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）の全ての波長光を受光するのに対して、図１２の第１１の実施の形態では、各画素２が、赤色（R）、緑色（G）、または、青色（B）のいずれかの波長光のみを受光する構成とされている。
すなわち、第１１の実施の形態では、通常画素２X、位相差画素２PA、及び位相差画素２PBのいずれにおいても、赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）の全ての波長光を光電変換する有機光電変換膜９１が、下部電極５３ａと上部電極５３ｂに挟まれて形成されている。
また、高屈折率層５６とオンチップレンズ５７との間に、赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）の波長光を通過させるカラーフィルタ９２が画素ごとに配置されている。
したがって、各画素２の有機光電変換膜９１が光電変換する光の色は、配置されるカラーフィルタ９２の色によって異なる。
また、第１１の実施の形態では、半導体基板１２の第１導電型の半導体領域４１内には、青色の光を受光するフォトダイオードPD１と、赤色の光を受光するフォトダイオードPD２が設けられていない。その代わりに、第２導電型の半導体領域１３１を形成することにより、フォトダイオードPD３が画素ごとに形成されている。このフォトダイオードPD３は、赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）の可視光については有機光電変換膜９１で吸収されるので、赤外光を光電変換する無機光電変換部として機能する。
以上の構成により、第１１の実施の形態では、通常画素２X、位相差画素２PA、及び位相差画素２PBのいずれにおいても、有機光電変換膜９１は、赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）のいずれかの画像生成用の信号を出力する。これにより、位相差画素は一般的には欠陥画素として扱われ、補正処理が必要となるが、第１１の実施の形態では、位相差画素２PAと位相差画素２PBにおいても、通常画素２Xと同様の画素信号を出力することができる。即ち、位相差画素２PAと位相差画素２PBが欠陥画素として扱われないで済む。
そして、位相差を検出する信号としては、赤外光を受光し光電変換するフォトダイオードPD３の出力信号を利用することができる。
なお、上述したように、画像生成用の信号は、有機光電変換膜９１により得られるので、通常画素２XのフォトダイオードPD３の上にも、位相差が生じるように遮光膜１０１を形成することができる。この場合、画素アレイ部３の全画素で位相差情報を取得することができるので、フォトダイオードPD３で検出した位相差信号は、オートフォーカス制御のみに限らず、３D画像撮影等の奥行き情報の取得などにも利用することができる。
＜１３．位相差画素の第１２の実施の形態＞
次に、図１３を参照して、位相差画素２Pの第１２の実施の形態について説明する。
図１３に示す第１２の実施の形態の説明においては、図１２に示した第１１の実施の形態と異なる部分について説明する。
第１２の実施の形態では、図１２に示した第１１の実施の形態と同様に、各画素２が、赤色（R）、緑色（G）、または、青色（B）のいずれかの波長光のみを受光する構成とされている。すなわち、カラーフィルタ９２と有機光電変換膜９１により、通常画素２X、位相差画素２PA、及び位相差画素２PBは、赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）のいずれかの波長光を受光し、画像生成用の信号を出力する。
一方、図１２に示した第１１の実施の形態では、位相差画素２PのフォトダイオードPD３上方に遮光膜１０１が設けられていたのに対して、第１２の実施の形態では、遮光膜１０１は設けられていない。その代わりに、フォトダイオードPD３の電荷蓄積領域となる第２導電型の半導体領域１４１が、通常画素２Xの半導体領域１３１の半分の領域で形成されている。
具体的には、位相差画素２PAでは、通常画素２Xと比較して、左側半分の領域のみに第２導電型の半導体領域１４１が形成されている。位相差画素２PBでは、通常画素２Xと比較して、右側半分の領域のみに第２導電型の半導体領域１４１が形成されている。
半導体基板１２内の半導体領域１４１は、As（ヒ素）などの第２導電型（N型）のイオンを注入することで形成するので、イオン注入領域を、通常画素２Xの半導体領域１３１と変更するだけで、半導体領域１３１と１４１は同時に形成することができる。
以上の構成により、第１２の実施の形態では、通常画素２X、位相差画素２PA、及び位相差画素２PBのいずれにおいても、有機光電変換膜９１が、赤色（R）、緑色（G）、または青色（B）のいずれかの画像生成用の信号を出力する。これにより、位相差画素は一般的には欠陥画素として扱われ、補正処理が必要となるが、第１２の実施の形態では、位相差画素２PAと位相差画素２PBにおいても、通常画素２Xと同様の画素信号を出力することができる。即ち、位相差画素２PAと位相差画素２PBが欠陥画素として扱われないで済む。
そして、位相差を検出する信号としては、赤外光を受光し光電変換するフォトダイオードPD３の出力信号を利用することができる。
なお、上述したように、画像生成用の信号は、有機光電変換膜９１により得られるので、通常画素２XのフォトダイオードPD３においても位相差を検出するように、半導体領域１３１に代えて半導体領域１４１を形成することができる。この場合、画素アレイ部３の全画素で位相差情報を取得することができるので、フォトダイオードPD３で検出した位相差信号は、オートフォーカス制御のみに限らず、３D画像撮影等の奥行き情報の取得などにも利用することができる。
＜第１１及び第１２の実施の形態のまとめ＞
一般的には欠陥画素として扱われ補正処理が必要となる位相差画素が、上述した第１１及び第１２の実施の形態によれば、位相差画素２Pを含む全画素２で画像生成用の信号を出力することができるので、位相差画素２PAと位相差画素２PBが欠陥画素として扱われないで済む。これにより、位相差画素に対する補正処理が不要となり、欠陥画素の増加を抑制し、かつ、撮像画像の高画質化を図ることができる。
また、フォトダイオードPD３で検出した位相差信号は、オートフォーカス制御や３D画像撮影等の奥行き情報の取得などに利用することができる。
＜１４．第１の実施の形態の製造方法＞
次に、図１４乃至図２１を参照しながら、図２に示した第１の実施の形態の製造方法について説明する。
なお、図１４乃至図２１では、図２では図示していない上部電極５３ｂへの電源供給部の製造方法についても併せて説明する。
初めに、図１４Aに示されるように、半導体基板１２の半導体領域４１内に、フォトダイオードPD１及びPD２、導電性プラグ４６、FD部４９、並びに、上部電極５３ｂに電源を供給するための導電性プラグ１２２等が形成される。
また、半導体基板１２の表面側（図中下側）には、フォトダイオードPD１及びPD２に蓄積された電荷の読み出し等を行う複数の画素トランジスタと、複数の配線層と層間絶縁膜とからなる多層配線層４４が形成される。
そして、図１４Bに示されるように、半導体基板１２の裏面側界面に、透明絶縁膜５１Aが所定の膜厚で形成される。
次に、図１４Cに示されるように、半導体基板１２の裏面側界面に形成された透明絶縁膜５１Aのうち、導電性プラグ４６に接続する領域のみが、リソグラフィにより開口される。
そして、図１４Dに示されるように、透明絶縁膜５１Aの開口された掘り込み部分を含む透明絶縁膜５１Aの上側全面に、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Al）、銅（Cu）などの金属材料２０１が形成される。
透明絶縁膜５１A上の全面に形成された金属材料２０１は、図１５Aに示されるように、リソグラフィにより、所望の領域のみを残してパターニングされることにより、画素間遮光膜５５が形成される。
さらに、図１５Bに示されるように、透明絶縁膜５１Aと画素間遮光膜５５の上側に、透明絶縁膜５１Bが積層され、その後、再び、図１５Cに示されるように、積層された透明絶縁膜５１Bのうち、導電性プラグ４６に接続する領域のみが、リソグラフィにより開口される。
そして、再び、図１５Dに示されるように、透明絶縁膜５１Bの開口された掘り込み部分を含む透明絶縁膜５１Bの上側全面に金属材料２０２が形成された後、CMP（Chemical Mechanical Polishing）により表層の金属材料２０２が除去されることにより、図１６Aに示されるように、透明絶縁膜５１A及び５１Bを貫通する金属配線５４が形成される。
そして、図１６Bに示されるように、透明絶縁膜５１B上に、例えばITO（酸化インジウム錫）膜２０３が成膜され、リソグラフィにより、所望の領域のみを残してパターニングされることにより、図１６Cに示されるように、通常画素２Xの下部電極５３ａ、及び、位相差画素２Pの下部電極５３ｃが形成される。
さらに、図１６Dに示されるように、下部電極５３ａ及び５３ｃを含む透明絶縁膜５１B上に、透明絶縁膜５１Cが所定の膜厚で形成された後、透明絶縁膜５１Cが、下部電極５３ａ及び下部電極５３ｃと同じ膜厚となるまで、例えばCMP（Chemical Mechanical Polishing）により除去される。その結果、図１７Aに示されるように、残存した透明絶縁膜５１Cと、その下層の透明絶縁膜５１Bおよび５１Aにより、図２の透明絶縁膜５１が完成する。
続いて、図１７Bに示されるように、下部電極５３ａ及び５３ｃと透明絶縁膜５１の上面に、緑色の波長光を光電変換する有機光電変換材料２０４が形成された後、その上に、図１７Cに示されるように、例えばITO（酸化インジウム錫）膜２０５が形成される。
そして、所望の領域のみを残してエッチングされることにより、図１７Dに示されるように、通常画素２X及び位相差画素２Pに共通する有機光電変換膜５２と上部電極５３ｂが完成する。
続いて、図１８Aに示されるように、画素アレイ部３の画素領域の上部電極５３ｂと外周部の透明絶縁膜５１の上面に、高屈折率層５６となる窒化膜等の高屈折材料２０６Aが形成される。
その後、図１８Bに示されるように、上部電極５３ｂのコンタクト部となる場所にコンタクト開口部２０７が形成されるとともに、導電性プラグ１２２とのコンタクト部となる場所にコンタクト開口部２０８が形成される。
そして、図１９Aに示されるように、コンタクト開口部２０７及び２０８が形成された後の高屈折材料２０６Aの上面に、タングステン（Ｗ）などの金属材料２０９がコンフォーマルに成膜された後、図１９Bに示されるように、画素アレイ部３の外周部のみを残すようにパターニングされることにより、導電性プラグ１２２と上部電極５３ｂとを接続する接続配線１２４が完成する。
そして、図２０Aに示されるように、高屈折材料２０６Aと接続配線１２４の上に、さらに、高屈折材料２０６Aと同一材料の高屈折材料２０６Bが形成される。この積層された高屈折材料２０６Aと高屈折材料２０６Bが、高屈折率層５６となる。
次に、図２０Bに示されるように、高屈折率層５６の上面にさらに、オンチップレンズ５７の材料である樹脂系材料２１０を形成した後、図２１Aに示されるように、フォトレジスト２１１がレンズ形状に形成される。そして、レンズ形状のフォトレジスト２１１に基づいてエッチバックすることにより、図２１Bに示されるように、各画素２の最上部にオンチップレンズ５７が形成される。
以上のようにして、図２に示した第１の実施の形態の画素構造を製造することができる。
＜１５．第２の実施の形態の製造方法＞
次に、図２２を参照しながら、図４に示した第２の実施の形態の製造方法について説明する。
図１４Aから図１６Bに示す状態までは、上述した第１の実施の形態と同様に製造することができ、図１６Bに示したような、透明絶縁膜５１Bの上側全面に、ITO膜２０３が形成された状態となる。
そして、透明絶縁膜５１B上に成膜されたITO膜２０３が、リソグラフィにより、所望の領域のみを残してパターニングされることにより、図２２Aに示されるように、同一形状の下部電極５３ａが、通常画素２Xと位相差画素２Pのそれぞれに形成される。
そして、図２２Bに示されるように、下部電極５３ａを含む透明絶縁膜５１B上に、さらに、透明絶縁膜５１Cが所定の膜厚で形成される。
次に、図２２Cに示されるように、フォトレジスト２３１が、層間膜８１の形成領域に合わせてパターニングされる。ここで、パターニングされたフォトレジスト２３１の端面は、高温でリフローすることにより、テーパ（斜面）形状に形成されている。
そして、テーパ（斜面）形状のフォトレジスト２３１に基づいて透明絶縁膜５１Cがエッチバックされ、図２２Dに示されるように、位相差画素２Pの下部電極５３ａ上に層間膜８１が形成される。
図２２Dに示される状態からフォトレジスト２３１が除去された後は、上述した第１の実施の形態の図１７以降と同様の工程で製造できるので、その説明は省略する。
＜１６．第９の実施の形態の製造方法＞
次に、図２３を参照しながら、図１０に示した第９の実施の形態の製造方法について説明する。
図１４Aから図１９Aに示す状態までは、上述した第１の実施の形態と同様に製造することができる。ただし、図１９Aと図２３Aを比較して分かるように、図２３Aに示す第９の実施の形態では、位相差画素２Pに、下部電極５３ｃではなく、通常画素２Xと同一形状の下部電極５３ａが、形成されている。
図２３Bに示されるように、金属材料２０９がリソグラフィにより所望の領域を残してパターニングされることにより、接続配線１２４が形成されるとともに、位相差画素２PAと位相差画素２PBの所定の領域に、遮光膜１２１が形成される。
図２３Bに示される状態から後の工程は、上述した第１の実施の形態の図２０A以降と同様であるため、その説明は省略する。
＜電子機器への適用例＞
本開示の技術は、固体撮像素子への適用に限られるものではない。即ち、本開示の技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像素子を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
図２４は、本開示に係る電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図２４の撮像装置３００は、レンズ群などからなる光学部３０１、図１の固体撮像素子１の構成が採用される固体撮像素子（撮像デバイス）３０２、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路３０３を備える。また、撮像装置３００は、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７、および電源部３０８も備える。DSP回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７および電源部３０８は、バスライン３０９を介して相互に接続されている。
光学部３０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子３０２の撮像面上に結像する。固体撮像素子３０２は、光学部３０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像素子３０２として、図１の固体撮像素子１、即ち、位相差画素２Pと通常画素２Xを含む縦方向分光型の固体撮像素子を用いることができる。
表示部３０５は、例えば、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部３０６は、固体撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
操作部３０７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置３００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部３０８は、DSP回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６および操作部３０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
上述したように、固体撮像素子３０２として、上述した各実施の形態に係る固体撮像素子１を採用することで、工程数の増加を避けながら、位相差画素を実現することができる。従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置３００においても、撮像画像の高画質化を図ることができる。
本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示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。
上述した各実施の形態では、半導体基板１２の上層に１層の有機光電変換層（有機光電変換膜５２）を有し、半導体基板１２内に２つの無機光電変換層（フォトダイオードPD１及びPD２）を有する縦方向分光型の固体撮像素子について説明した。
しかし、本開示の技術は、半導体基板１２の上層に２層の有機光電変換層を有し、半導体基板１２内に１つの無機光電変換層を有する縦方向分光型の固体撮像素子についても同様に適用可能である。
また、上述した各実施の形態では、遮光方向を左右方向（水平方向）とする位相差画素２Pの例について説明したが、遮光方向はこれに限定されず、上下方向（垂直方向）や斜め方向についても同様に適用可能である。
さらに、上述した各実施の形態では、有機光電変換部を構成する上部電極５３ｂが全画素共通に全面に形成され、下部電極５３ａが画素単位に形成されるようにしたが、上部電極５３ｂを画素単位に形成し、下部電極５３ａを全画素共通に全面に形成してもよい。
上述した例では、第１導電型をP型、第２導電型をN型として、電子を信号電荷とした固体撮像素子について説明したが、本開示は正孔を信号電荷とする固体撮像素子にも適用することができる。すなわち、第１導電型をN型とし、第２導電型をP型として、前述の各半導体領域を逆の導電型の半導体領域で構成することができる。
また、本開示の技術は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像素子への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像素子や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像素子（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を備え、
前記光電変換部の光電変換領域が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
固体撮像素子。
（２）
前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極の形状が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極は、画素内で少なくとも２つに分割されている
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
２つに分割されている前記電極の１つは、固定電位に接続されている
前記（３）に記載の固体撮像素子。
（５）
前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極と前記光電変換膜との接触位置が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（６）
前記位相差画素は、前記光電変換部の上方に、入射光を遮光する遮光膜をさらに備え、
前記遮光膜の配置が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（７）
前記遮光膜は、光入射面側の前記電極と電気的に接続されている
前記（６）に記載の固体撮像素子。
（８）
前記光電変換膜は、緑色の波長光を光電変換する膜である
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）
前記位相差画素は、前記半導体基板内に無機光電変換部をさらに備え、
前記無機光電変換部は、赤色及び青色の波長光を光電変換する
前記（８）に記載の固体撮像素子。
（１０）
前記光電変換膜は、赤色、緑色、及び青色の波長光を光電変換可能な膜である
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１１）
前記光電変換膜の上方に、赤色、緑色、または青色のカラーフィルタが配置されており、
前記光電変換膜は、前記カラーフィルタを通過した光を光電変換する
前記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１２）
前記光電変換部の上方に、高屈折率層をさらに有する
前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１３）
光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を形成する際に、
前記光電変換部の光電変換領域が、対となる前記位相差画素どうしで異なるように形成する
固体撮像素子の製造方法。
（１４）
光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を備え、
前記光電変換部の光電変換領域が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
固体撮像素子
を備える電子機器。
（Ｂ１）
半導体基板内に形成された無機光電変換部と、有機光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる前記半導体基板の上方に配置された有機光電変換部とを有する位相差画素を備え、
前記無機光電変換部の光電変換領域が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
固体撮像素子
（Ｂ２）
前記位相差画素は、前記半導体基板と前記有機光電変換部との間に、前記無機光電変換部の一部を遮光する遮光膜をさらに備え、
前記遮光膜の配置が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
前記（Ｂ１）に記載の固体撮像素子。
（Ｂ３）
前記無機光電変換部の形成位置が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
前記（Ｂ１）に記載の固体撮像素子。
（Ｂ４）
前記有機光電変換膜は、緑色の波長光を光電変換する膜である
前記（Ｂ１）乃至（Ｂ３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（Ｂ５）
前記無機光電変換部は、赤色または青色の少なくとも１つの波長光を光電変換する
前記（Ｂ１）乃至（Ｂ４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（Ｂ６）
前記有機光電変換膜は、赤色、緑色、及び青色の波長光を光電変換可能な膜である
前記（Ｂ１）乃至（Ｂ３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（Ｂ７）
前記有機光電変換膜の上方に、赤色、緑色、または青色のカラーフィルタが配置されており、
前記有機光電変換膜は、前記カラーフィルタを通過した光を光電変換する
前記（Ｂ６）に記載の固体撮像素子。
（Ｂ８）
前記無機光電変換部は、赤外光を光電変換する
前記（Ｂ１）乃至（Ｂ３）、（Ｂ６）、または（Ｂ７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（Ｂ９）
前記有機光電変換部の上方に、高屈折率層をさらに有する
前記（Ｂ１）乃至（Ｂ８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（Ｂ１０）
半導体基板内に形成された無機光電変換部と、有機光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる前記半導体基板の上方に配置された有機光電変換部とを有する位相差画素を形成する際に、
前記無機光電変換部の光電変換領域が、対となる前記位相差画素どうしで異なるように形成する
固体撮像素子の製造方法。
（Ｂ１１）
半導体基板内に形成された無機光電変換部と、有機光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる前記半導体基板の上方に配置された有機光電変換部とを有する位相差画素を備え、
前記無機光電変換部の光電変換領域が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
固体撮像素子
を備える電子機器。
１ 固体撮像素子， ２ 画素， ２X 通常画素， ２P 位相差画素， ３ 画素アレイ部， １２ 半導体基板， PD１，PD２ フォトダイオード， ４１乃至４３ 半導体領域， ５２ 有機光電変換膜， ５３ａ 下部電極， ５３ｂ 上部電極， ５３ｃ 下部電極， ５６ 高屈折率層， ５７ オンチップレンズ， ７１ 下部電極， ８１ 層間膜， ９１ 有機光電変換膜， ９２ カラーフィルタ， １０１ 遮光膜， １１１，１１２ 半導体領域， １２１ 遮光膜， PD３ フォトダイオード， １３１，１４１ 半導体領域， ３００ 撮像装置， ３０２ 固体撮像素子

Claims (13)

  1. 光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を備え、
    前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極の形状が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
    固体撮像素子。
  2. 前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極は、画素内で少なくとも２つに分割されている
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. ２つに分割されている前記電極の１つは、固定電位に接続されている
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  4. 光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を備え、
    前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極と前記光電変換膜との接触位置が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
    固体撮像素子。
  5. 前記光電変換膜は、緑色の波長光を光電変換する膜である
    請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像素子。
  6. 前記位相差画素は、前記半導体基板内に無機光電変換部をさらに備え、
    前記無機光電変換部は、赤色及び青色の波長光を光電変換する
    請求項５に記載の固体撮像素子。
  7. 前記光電変換膜は、赤色、緑色、及び青色の波長光を光電変換可能な膜である
    請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像素子。
  8. 前記光電変換膜の上方に、赤色、緑色、または青色のカラーフィルタが配置されており、
    前記光電変換膜は、前記カラーフィルタを通過した光を光電変換する
    請求項７に記載の固体撮像素子。
  9. 前記光電変換部の上方に、高屈折率層をさらに有する
    請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像素子。
  10. 光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を形成する際に、
    前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極の形状が、対となる前記位相差画素どうしで異なるように形成する
    固体撮像素子の製造方法。
  11. 光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を備え、
    前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極の形状が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
    固体撮像素子
    を備える電子機器。
  12. 光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を形成する際に、
    前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極と前記光電変換膜との接触位置が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
    固体撮像素子の製造方法。
  13. 光電変換膜と、それを上下で挟む電極とからなり、上下の電極のうちの少なくとも一方の電極が画素ごとに分離された形状を有し、光入射面側となる半導体基板の上方に配置された光電変換部を少なくとも有する位相差画素を備え、
    前記光電変換部の画素ごとに分離された形状を有する前記電極と前記光電変換膜との接触位置が、対となる前記位相差画素どうしで異なる
    固体撮像素子
    を備える電子機器。
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