JP6981921B2

JP6981921B2 - Image sensor and image sensor

Info

Publication number: JP6981921B2
Application number: JP2018101539A
Authority: JP
Inventors: 寛信村田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2029-02-17
Also published as: JP2018160912A

Description

本発明は、撮像素子およびその撮像素子を用いた撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup device and an image pickup device using the image pickup device.

撮像画素とともに、１つの撮像画素と略同サイズのエリアの中に一対の焦点検出用画素を有する表面照射型撮像素子が従来技術として知られている（たとえば、特許文献１）。 A surface-illuminated image pickup device having a pair of focus detection pixels in an area having substantially the same size as one image pickup pixel is known as a prior art (for example, Patent Document 1).

特開２０００−３０５０１０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-305010

特許文献１に記載されているような従来の表面照射型撮像素子では、受光部の入射光側に光電変換部からの信号を読み出すための配線を形成しなければならないため、受光開口はその配線を避けながら設定する必要があり、受光部に光を入射させるための開口が狭くなる。このため、通常の撮像画素よりも更に小さい受光開口（一対の受光開口）にする必要がある焦点検出用画素の場合には、画素の小型化にともない、焦点検出用画素の搭載が困難になるという問題がある。 In a conventional surface-illuminated image sensor as described in Patent Document 1, a wiring for reading a signal from the photoelectric conversion unit must be formed on the incident light side of the light receiving unit, so that the light receiving aperture is the wiring. It is necessary to set while avoiding the above, and the opening for allowing light to enter the light receiving portion becomes narrow. For this reason, in the case of a focus detection pixel that needs to have a light receiving aperture (a pair of light receiving openings) smaller than that of a normal image pickup pixel, it becomes difficult to mount the focus detection pixel as the pixel becomes smaller. There is a problem.

第１の態様によると、撮像素子は、光学系からの光が入射される第１マイクロレンズと、前記光学系からの光が入射される第２マイクロレンズと、前記第１マイクロレンズからの光を電荷に変換する第１光電変換部を有し、前記第１光電変換部で変換された電荷により第１信号を出力する第１画素と、前記第１画素から列方向側において配置される画素であって、前記第２マイクロレンズからの光を電荷に変換する第２光電変換部を有し、前記第２光電変換部で変換された電荷により生成された、前記光学系に含まれるレンズを駆動させるための第２信号を出力する第２画素と、前記第１画素に接続され、前記第１信号が出力される第１信号出力線と、前記第２画素に接続され、前記第２信号が出力される第２信号出力線と、を備え、前記第１光電変換部は、前記第１マイクロレンズの光軸方向において前記第１マイクロレンズと前記第２信号出力線との間に配置され、前記第２光電変換部は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２マイクロレンズと前記第１信号出力線との間に配置されている。
第２の態様によると、撮像素子は、光学系からの光が入射される第１マイクロレンズと、前記光学系からの光が入射される第２マイクロレンズと、前記第１マイクロレンズからの光を電荷に変換する第１光電変換部と、前記第１光電変換部で変換された電荷により生成された第１信号を読み出すための第１読出回路と、を有する第１画素と、前記第１画素から行方向側において配置される画素であって、前記第２マイクロレンズからの光を電荷に変換する第２光電変換部と、前記第２光電変換部で変換された電荷により生成された、前記光学系に含まれるレンズを駆動させる第２信号を読み出すための第２読出回路と、を有する第２画素と、前記第１読出回路を制御するための制御信号が出力される第１制御線と、前記第２読出回路を制御するための制御信号が出力される第２制御線と、を備え、前記第１光電変換部は、前記第１マイクロレンズの光軸方向において前記第１マイクロレンズと前記第２制御線との間に配置され、前記第２光電変換部は、前記第２マイクロレンズの光軸方向において前記第２マイクロレンズと前記第１制御線との間に配置されている。 According to the first aspect, the image pickup element includes a first microlens to which light from the optical system is incident, a second microlens to which light from the optical system is incident, and light from the first microlens. A first pixel having a first photoelectric conversion unit that converts light into light and outputting a first signal by the charge converted by the first photoelectric conversion unit, and a pixel arranged on the column direction side from the first pixel. a is, the second having a second photoelectric conversion unit that converts light from the microlens to the charge, generated by the converted charge in the second photoelectric conversion unit, a lens included in the optical system A second pixel that outputs a second signal for driving, a first signal output line that is connected to the first pixel and outputs the first signal, and a second signal that is connected to the second pixel and is connected to the second signal. The first photoelectric conversion unit is provided between the first microlens and the second signal output line in the optical axis direction of the first microlens. the second photoelectric conversion unit is disposed between the first signal output line and said second micro-lens in the optical axis direction of the second microlens.
According to the second aspect, the image pickup element includes a first microlens to which light from the optical system is incident, a second microlens to which light from the optical system is incident, and light from the first microlens. A first pixel having a first photoelectric conversion unit that converts light into a charge, and a first read circuit for reading a first signal generated by the charge converted by the first photoelectric conversion unit , and the first pixel. A pixel arranged on the row direction side from the pixel, which is generated by a second photoelectric conversion unit that converts light from the second microlens into a charge and a charge converted by the second photoelectric conversion unit. a second read circuit for reading a second signal which Ru drives the lens included in the optical system, a second pixel having a first control signal for controlling the first read circuit is output The first photoelectric conversion unit includes a control line and a second control line from which a control signal for controlling the second read circuit is output, and the first photoelectric conversion unit is the first in the optical axis direction of the first microlens. The second photoelectric conversion unit is arranged between the microlens and the second control line, and the second photoelectric conversion unit is arranged between the second microlens and the first control line in the optical axis direction of the second microlens. Tei Ru.

一実施の形態の電子カメラの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electronic camera of one Embodiment. 交換レンズの予定結像面に設定した撮像画面上の焦点検出領域を示す図である。It is a figure which shows the focal point detection area on the image pickup screen set on the planned image plane of an interchangeable lens. 色フィルタのベイヤー配列を示す図である。It is a figure which shows the Bayer arrangement of a color filter. 撮像素子の詳細な構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of an image sensor. 撮像画素の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image pickup pixel. 焦点検出画素の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a focal point detection pixel. 瞳分割方式による焦点検出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the focus detection method by the pupil division method. 撮像素子の基本画素構成を示す図である。It is a figure which shows the basic pixel composition of an image sensor. １つの画素に含まれる配線を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the wiring included in one pixel. 配線層の配線を示す図である。It is a figure which shows the wiring of a wiring layer. 撮像素子の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the image pickup element. 撮像素子の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the image pickup element. 撮像素子の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the image pickup element.

本願発明を撮像装置としての電子カメラに適用した一実施の形態を説明する。図１は一実施の形態の電子カメラの構成を示す図である。一実施の形態の電子カメラ１０１は交換レンズ１０２とカメラボディ１０３とから構成され、交換レンズ１０２はカメラボディ１０３のマウント部１０４に装着される。 An embodiment in which the present invention is applied to an electronic camera as an image pickup device will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electronic camera according to an embodiment. The electronic camera 101 of one embodiment is composed of an interchangeable lens 102 and a camera body 103, and the interchangeable lens 102 is mounted on a mount portion 104 of the camera body 103.

交換レンズ１０２は、レンズ１０５〜１０７、絞り１０８、レンズ駆動制御装置１０９などを備えている。なお、レンズ１０６はズーミング用、レンズ１０７はフォーカシング用である。レンズ駆動制御装置１０９は、ＣＰＵとその周辺部品を備え、フォーカシング用レンズ１０７および絞り１０８の駆動制御を行う。さらに、レンズ駆動制御装置１０９は、ズーミング用レンズ１０６、フォーカシング用レンズ１０７および絞り１０８の位置検出と、カメラボディ１０３の制御装置との間の通信による、レンズ情報の送信およびカメラ情報の受信とを行う。 The interchangeable lens 102 includes a lens 105-107, a diaphragm 108, a lens drive control device 109, and the like. The lens 106 is for zooming, and the lens 107 is for focusing. The lens drive control device 109 includes a CPU and peripheral components thereof, and controls the drive of the focusing lens 107 and the aperture 108. Further, the lens drive control device 109 transmits position of the zooming lens 106, the focusing lens 107, and the aperture 108, and transmits the lens information and receives the camera information by communication between the control device of the camera body 103. conduct.

一方、カメラボディ１０３は、撮像素子１１１、カメラ駆動制御装置１１２、メモリカード１１３、ＬＣＤドライバー１１４、ＬＣＤ１１５、接眼レンズ１１６などを備えている。撮像素子１１１は交換レンズ１０２の予定結像面（予定焦点面）に配置され、交換レンズ１０２により結像された被写体像を撮像して画像信号を出力する。撮像素子１１１には撮像用画素（以下、単に撮像画素という）が二次元状に配置されており、その内の焦点検出位置に対応した部分には撮像画素に代えて焦点検出用画素（以下、単に焦点検出画素という）列が組み込まれている。 On the other hand, the camera body 103 includes an image sensor 111, a camera drive control device 112, a memory card 113, an LCD driver 114, an LCD 115, an eyepiece 116, and the like. The image pickup element 111 is arranged on the planned image plane (planned focal plane) of the interchangeable lens 102, captures the subject image imaged by the interchangeable lens 102, and outputs an image signal. Image pickup pixels (hereinafter, simply referred to as image pickup pixels) are arranged in a two-dimensional manner on the image pickup element 111, and focus detection pixels (hereinafter, focus detection pixels) are arranged in the portion corresponding to the focus detection position in place of the image pickup pixels. It has a built-in column (simply called the focus detection pixel).

カメラ駆動制御装置１１２は、ＣＰＵとその周辺部品を備え、撮像素子１１１の駆動制御、撮像画像の処理、交換レンズ１０２の焦点検出および焦点調節、絞り１０８の制御、ＬＣＤ１１５の表示制御、レンズ駆動制御装置１０９との通信、カメラ全体のシーケンス制御などを行う。なお、カメラ駆動制御装置１１２は、マウント部１０４に設けられた電気接点１１７を介してレンズ駆動制御装置１０９と通信を行う。 The camera drive control device 112 includes a CPU and its peripheral components, and includes drive control of the image pickup element 111, image processing, focus detection and focus adjustment of the interchangeable lens 102, aperture 108 control, LCD 115 display control, and lens drive control. It communicates with the device 109 and controls the sequence of the entire camera. The camera drive control device 112 communicates with the lens drive control device 109 via an electric contact 117 provided in the mount portion 104.

メモリカード１１３は撮像画像を記憶する画像ストレージである。ＬＣＤ１１５は液晶ビューファインダー（ＥＶＦ：電子ビューファインダー）の表示器として用いられ、撮影者は接眼レンズ１１６を介してＬＣＤ１１５に表示された撮像画像を視認することができる。 The memory card 113 is an image storage for storing captured images. The LCD 115 is used as a display of a liquid crystal viewfinder (EVF: electronic viewfinder), and the photographer can visually recognize the captured image displayed on the LCD 115 through the eyepiece 116.

交換レンズ１０２を通過して撮像素子１１１上に結像された被写体像は撮像素子１１１により光電変換され、画像出力がカメラ駆動制御装置１１２へ送られる。カメラ駆動制御装置１１２は、焦点検出画素の出力に基づいて焦点検出位置におけるデフォーカス量を演算し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置１０９へ送る。また、カメラ駆動制御装置１１２は、撮像画素の出力に基づいて生成した画像信号をＬＣＤドライバー１１４へ送ってＬＣＤ１１５に表示するとともに、メモリカード１１３に記憶する。 The subject image that has passed through the interchangeable lens 102 and is formed on the image pickup element 111 is photoelectrically converted by the image pickup element 111, and the image output is sent to the camera drive control device 112. The camera drive control device 112 calculates the defocus amount at the focus detection position based on the output of the focus detection pixel, and sends this defocus amount to the lens drive control device 109. Further, the camera drive control device 112 sends an image signal generated based on the output of the image pickup pixel to the LCD driver 114, displays it on the LCD 115, and stores it in the memory card 113.

レンズ駆動制御装置１０９は、ズーミングレンズ１０６、フォーカシングレンズ１０７および絞り１０８の位置を検出し、検出位置に基づいてレンズ情報を演算するか、あるいは予め用意されたルックアップテーブルから検出位置に応じたレンズ情報を選択し、カメラ駆動制御装置１１２へ送る。また、レンズ駆動制御装置１０９は、カメラ駆動制御装置１１２から受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を演算し、レンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ１０７を駆動制御する。 The lens drive control device 109 detects the positions of the zooming lens 106, the focusing lens 107, and the aperture 108, and calculates the lens information based on the detection position, or the lens according to the detection position from the look-up table prepared in advance. Information is selected and sent to the camera drive controller 112. Further, the lens drive control device 109 calculates the lens drive amount based on the defocus amount received from the camera drive control device 112, and drives and controls the focusing lens 107 based on the lens drive amount.

撮像素子１１１は裏面照射型の４ＴＲ−ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサである。４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサは、光電変換部と、転送ゲートトランジスタ、ソースホロアトランジスタ、行選択トランジスタおよびリセットトランジスタの４トランジスタとから構成される。詳細は後述する。 The image sensor 111 is a back-illuminated 4TR-CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor. The 4TR-CMOS sensor is composed of a photoelectric conversion unit and four transistors of a transfer gate transistor, a source hollow transistor, a row selection transistor, and a reset transistor. Details will be described later.

図２は、交換レンズ１０２の予定結像面に設定した撮像画面Ｇ上の焦点検出領域を示す。撮像画面Ｇ上にＧ１〜Ｇ５の焦点検出領域を設定し、撮像素子１１１の焦点検出画素を撮像画面Ｇ上の各焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の長手方向に直線状に配列する。つまり、撮像素子１１１上の焦点検出画素列は、撮影画面Ｇ上に結像された被写体像の内の焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の像をサンプリングする。撮影者は撮影構図に応じて焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の中から任意の焦点検出領域を手動で選択する。 FIG. 2 shows a focus detection region on the image pickup screen G set on the planned image plane of the interchangeable lens 102. The focus detection regions of G1 to G5 are set on the image pickup screen G, and the focus detection pixels of the image pickup element 111 are linearly arranged in the longitudinal direction of each focus detection region G1 to G5 on the image pickup screen G. That is, the focus detection pixel sequence on the image pickup device 111 samples the images of the focus detection regions G1 to G5 in the subject image imaged on the shooting screen G. The photographer manually selects an arbitrary focus detection area from the focus detection areas G1 to G5 according to the shooting composition.

図３は撮像素子２１１に設置する色フィルタの配列を示す。撮像素子１１１の基板上に二次元状に並べて配置する撮像画素には、図３に示すベイヤー配列の色フィルタを設置する。なお、図３には４画素分（２×２）の撮像画素に対する色フィルタの配列を示すが、この４画素分の色フィルタ配列を有する撮像画素ユニットを撮像素子１１１上に二次元状に展開する。ベイヤー配列ではＧ（緑）フィルタを有する２個の画素が対角位置に配置され、Ｂ（青）フィルタとＲ（赤）フィルタを有する一対の画素が上記Ｇフィルタ画素と直交する対角位置に配置される。したがって、ベイヤー配列においては緑画素の密度が赤画素と青画素の密度より高くなる。 FIG. 3 shows an array of color filters installed in the image sensor 211. A Bayer-arranged color filter shown in FIG. 3 is installed in the image pickup pixels arranged two-dimensionally on the substrate of the image pickup element 111. Although FIG. 3 shows an array of color filters for four pixels (2 × 2) of image pickup pixels, an image pickup pixel unit having the color filter array for four pixels is developed two-dimensionally on the image pickup element 111. do. In the Bayer arrangement, two pixels with a G (green) filter are arranged diagonally, and a pair of pixels with a B (blue) filter and an R (red) filter are arranged diagonally orthogonal to the G filter pixel. Be placed. Therefore, in the Bayer array, the density of green pixels is higher than the density of red pixels and blue pixels.

図４は撮像素子１１１の詳細な構成を示す正面図である。なお、図４は撮像素子１１１上のひとつの焦点検出領域の周囲を拡大した図である。撮像素子１１１は撮像画素２１０と焦点検出用の焦点検出画素２１１から構成される。 FIG. 4 is a front view showing a detailed configuration of the image pickup device 111. Note that FIG. 4 is an enlarged view of the periphery of one focus detection region on the image sensor 111. The image pickup device 111 is composed of an image pickup pixel 210 and a focus detection pixel 211 for focus detection.

図５（ａ）は撮像画素２１０の正面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。撮像画素２１０は、マイクロレンズ１０、マイクロレンズ固定層１１、色フィルタ１２、平坦化層１３、遮光膜１４Ａ、半導体層１６および配線層１７から構成される。半導体層１６の一方の面には、光電変換部１５ａとチャンネルストップ部１５ｂとが形成される。 FIG. 5A is a front view of the image pickup pixel 210. 5 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 5 (a). The image pickup pixel 210 is composed of a microlens 10, a microlens fixing layer 11, a color filter 12, a flattening layer 13, a light-shielding film 14A, a semiconductor layer 16, and a wiring layer 17. A photoelectric conversion unit 15a and a channel stop unit 15b are formed on one surface of the semiconductor layer 16.

マイクロレンズ１０は、撮像画素２１０の表面に到達した光を集光して光電変換部１５ａに当てるようにするものである。マイクロレンズ固定層１１はマイクロレンズ１０を色フィルタ１２に固定するものである。色フィルタ１２は、特定の波長域の光を通す樹脂層であり、各色（たとえば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応した顔料を樹脂に分散させたもの、または各色（たとえば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応した染料で樹脂を着色したものである。平坦化層１３は、後述の製造工程で遮光膜１４Ａを形成した後（図１２（ｂ）参照）、色フィルタ１２を形成する前に表面を平坦化するための層である。 The microlens 10 collects the light that has reached the surface of the image pickup pixel 210 and makes it hit the photoelectric conversion unit 15a. The microlens fixing layer 11 fixes the microlens 10 to the color filter 12. The color filter 12 is a resin layer that allows light in a specific wavelength range to pass through, and is a resin in which pigments corresponding to each color (for example, R, G, B) are dispersed in a resin, or each color (for example, R, G, B). ) Is colored with a dye corresponding to). The flattening layer 13 is a layer for flattening the surface after forming the light-shielding film 14A in the manufacturing process described later (see FIG. 12B) and before forming the color filter 12.

遮光膜１４Ａは、チャンネルストップ１５ｂ近傍を遮光するための膜であり、ノイズの発生や混色を防止する。光電変換部１５ａは、到達した光を光電変換し、信号電荷を蓄積する。チャンネルストップ部１５ｂは、２つの撮像画素２１０の間の境界部分に形成され、光電変換部１５ａにおいて発生した信号電荷が周囲の画素に入り込むのを防止する。配線層１７は、後述の信号出力線、電源線、リセット制御線、転送ゲート制御線、行選択制御線などの配線を有する。配線の詳細については後述する。 The light-shielding film 14A is a film for light-shielding the vicinity of the channel stop 15b, and prevents noise generation and color mixing. The photoelectric conversion unit 15a photoelectrically converts the reached light and accumulates a signal charge. The channel stop unit 15b is formed at the boundary portion between the two image pickup pixels 210, and prevents the signal charge generated in the photoelectric conversion unit 15a from entering the surrounding pixels. The wiring layer 17 has wiring such as a signal output line, a power supply line, a reset control line, a transfer gate control line, and a row selection control line, which will be described later. The details of the wiring will be described later.

図６（ａ）は焦点検出画素２１１の正面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。焦点検出画素２１１は、マイクロレンズ１０、マイクロレンズ固定層１１、透明膜１８、平坦化層１３、遮光膜１４Ｂ、半導体層１６および配線層１７から構成される。半導体層１６の一方の面には、光電変換部１５ａとチャンネルストップ部１５ｂとが形成される。マイクロレンズ１０、マイクロレンズ固定層１１、平坦化層１３、光電変換部１５ａ、チャンネルストップ部１５ｂおよび配線層１７は、撮像画素２１０と同様の機能を有するので説明を省略する。 FIG. 6A is a front view of the focus detection pixel 211. 6 (b) is a sectional view taken along the line BB of FIG. 6 (a). The focus detection pixel 211 is composed of a microlens 10, a microlens fixing layer 11, a transparent film 18, a flattening layer 13, a light-shielding film 14B, a semiconductor layer 16, and a wiring layer 17. A photoelectric conversion unit 15a and a channel stop unit 15b are formed on one surface of the semiconductor layer 16. Since the microlens 10, the microlens fixing layer 11, the flattening layer 13, the photoelectric conversion unit 15a, the channel stop unit 15b, and the wiring layer 17 have the same functions as the image pickup pixel 210, the description thereof will be omitted.

遮光膜１４Ｂは、図６（ｂ）に示す光電変換部１５ａの右半分または左半分に、入射する光が当たるように開口して形成される。光電変換部１５ａの右半分に光が入射する焦点検出画素２１１ａと、光電変換部１５ａの左半分に光が入射する焦点検出画素２１１ｂとは交互に配列される。焦点検出画素２１１ａの出力分布と、焦点検出画素２１１ｂの出力分布とを比較してデフォーカス量を算出する。透明膜１８は、可視光域における全ての波長の光を通す樹脂層である。 The light-shielding film 14B is formed by opening the right half or the left half of the photoelectric conversion unit 15a shown in FIG. 6B so that incident light hits it. The focus detection pixels 211a in which light is incident on the right half of the photoelectric conversion unit 15a and the focus detection pixels 211b in which light is incident on the left half of the photoelectric conversion unit 15a are arranged alternately. The defocus amount is calculated by comparing the output distribution of the focus detection pixel 211a with the output distribution of the focus detection pixel 211b. The transparent film 18 is a resin layer that allows light of all wavelengths in the visible light region to pass through.

次に、図７を参照して焦点検出方法を説明する。本発明の実施形態では、いわゆる瞳分割方式によって焦点を検出する。図７は、交換レンズ１０２の焦点が合っていないときの焦点検出画素２１１の出力分布を示す図である。曲線２１は、焦点検出画素２１１ａの出力分布を示す曲線である。曲線２２は、焦点検出画素２１１ｂの出力分布を示す曲線である。焦点検出画素２１１ａと焦点検出画素２１１ｂとは交互に配列されている。曲線２１は、曲線２２の右側にずれているので、焦点検出画素２１１の位置が後ピンであることがわかる。 Next, the focus detection method will be described with reference to FIG. 7. In the embodiment of the present invention, the focal point is detected by the so-called pupil division method. FIG. 7 is a diagram showing an output distribution of the focus detection pixel 211 when the interchangeable lens 102 is out of focus. The curve 21 is a curve showing the output distribution of the focus detection pixel 211a. The curve 22 is a curve showing the output distribution of the focus detection pixel 211b. The focus detection pixels 211a and the focus detection pixels 211b are arranged alternately. Since the curve 21 is shifted to the right side of the curve 22, it can be seen that the position of the focus detection pixel 211 is the rear pin.

この２つの出力分布２１，２２の像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズ１０の位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）を算出することができる。交換レンズ１０２が合焦すると、曲線２１と曲線２２とが一致するようになる。 By multiplying the amount of image deviation of these two output distributions 21 and 22 by a predetermined conversion coefficient, the current image plane with respect to the planned image plane (focus detection position corresponding to the position of the microlens 10 on the planned image plane). The deviation (defocus amount) of the image plane) can be calculated. When the interchangeable lens 102 is in focus, the curve 21 and the curve 22 come to coincide with each other.

図８を参照して、撮像素子１１１の基本画素構成を説明する。上述したように、撮像素子１１１は裏面照射型の４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサであり、基本画素３００は、光電変換部３３と、電荷電圧変換部３４と、転送ゲートトランジスタ３２、ソースホロアトランジスタ３５、行選択トランジスタ３６、リセットトランジスタ３１の４トランジスタとから構成される。また、基本画素３００は、信号出力線Ｖ_ＯＵＴ、電源線Ｖｄｄ、リセット制御線φＲ、転送ゲート制御線φＴＧおよび行選択制御線φＲＳと接続している。 The basic pixel configuration of the image pickup device 111 will be described with reference to FIG. As described above, the image pickup element 111 is a back-illuminated type 4TR-CMOS sensor, and the basic pixels 300 include a photoelectric conversion unit 33, a charge-voltage conversion unit 34, a transfer gate transistor 32, a source hollow transistor 35, and rows. It is composed of four transistors, a selection transistor 36 and a reset transistor 31. Further, the basic pixel 300 is connected to the signal output line V _OUT , the power supply line Vdd, the reset control line φR, the transfer gate control line φTG, and the row selection control line φRS.

リセットトランジスタ３１は電荷電圧変換部３４を初期電位にリセットする。転送ゲートトランジスタ３２は光電変換された信号電荷を電荷電圧変換部３４に転送する。光電変換部３３は、上述したように到達した光を光電変換し、信号電荷を蓄積する。電荷電圧変換部３４は信号電荷を電位に変換する浮遊容量であり、この浮遊容量はコンデンサとして機能するダイオードで生じる。ソースホロアトランジスタ３５は、蓄積電荷による電荷電圧変換部３４の電位変化を増幅する。行選択トランジスタ３６は、信号を転送する基本画素３００を選択するためのスイッチングを行う。 The reset transistor 31 resets the charge-voltage conversion unit 34 to the initial potential. The transfer gate transistor 32 transfers the photoelectrically converted signal charge to the charge-voltage conversion unit 34. The photoelectric conversion unit 33 photoelectrically converts the light that has arrived as described above, and accumulates a signal charge. The charge-voltage conversion unit 34 is a stray capacitance that converts a signal charge into an electric potential, and this stray capacitance is generated by a diode that functions as a capacitor. The source hollow transistor 35 amplifies the potential change of the charge-voltage conversion unit 34 due to the stored charge. The row selection transistor 36 performs switching for selecting the basic pixel 300 for transferring a signal.

信号出力線Ｖ_ＯＵＴは、基本画素３００から出力される信号を転送するための配線であり、行選択トランジスタ３６のドレインと接続する。電源線Ｖｄｄは、電荷電圧変換部３４の電位変化を増幅する電力を供給する配線であり、リセットトランジスタ３１のソースと接続する。リセット制御線φＲは、リセットトランジスタ３１のオン／オフを制御するための配線であり、リセットトランジスタ３１のゲートと接続する。転送ゲート制御線φＴＧは、信号電荷の電荷電圧変換部３４への転送を制御するための配線であり、転送ゲートトランジスタ３２のゲートと接続する。行選択制御線φＲＳは、行選択トランジスタ３６のオン／オフを制御するための配線であり、行選択トランジスタ３６のゲートと接続する。 The signal output line V _OUT is a wiring for transferring the signal output from the basic pixel 300, and is connected to the drain of the row selection transistor 36. The power line Vdd is a wiring for supplying electric power for amplifying the potential change of the charge-voltage conversion unit 34, and is connected to the source of the reset transistor 31. The reset control line φR is a wiring for controlling the on / off of the reset transistor 31, and is connected to the gate of the reset transistor 31. The transfer gate control line φTG is a wiring for controlling the transfer of the signal charge to the charge-voltage conversion unit 34, and is connected to the gate of the transfer gate transistor 32. The row selection control line φRS is a wiring for controlling the on / off of the row selection transistor 36, and is connected to the gate of the row selection transistor 36.

図９を参照して、１つの画素に含まれる配線について説明する。図９に示すように、撮像素子１１１は、並列配置された画素の１つの行において、信号出力線Ｖ_ＯＵＴ、電源線Ｖｄｄ、リセット制御線φＲ、転送ゲート制御線φＴＧおよび行選択制御線φＲＳをそれぞれ２本ずつ有し、１つの列において４本の信号出力線Ｖ_ＯＵＴを有する。これにより、複数の基本画素３００の信号を一度に読み出すことができ、撮像素子１１１の検出速度を速くすることができる。これに伴い、図９中において点線で示した１つの画素５１に含まれる配線には、基本画素３００と接続する配線の他に、この基本画素３００と接続せず他の画素の基本画素３００と接続する配線も含まれる。このため、１つの画素に含まれる配線の数は多くなる。 The wiring included in one pixel will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, the image sensor 111 has a signal output line V _OUT , a power supply line Vdd, a reset control line φR, a transfer gate control line φTG, and a line selection control line φRS in one row of pixels arranged in parallel. It has two lines each and four signal output lines V _OUT in one row. As a result, the signals of the plurality of basic pixels 300 can be read out at once, and the detection speed of the image pickup device 111 can be increased. Along with this, the wiring included in one pixel 51 shown by the dotted line in FIG. 9 includes the wiring connected to the basic pixel 300 and the basic pixel 300 of another pixel not connected to the basic pixel 300. Wiring to connect is also included. Therefore, the number of wirings included in one pixel increases.

図１０を参照して、撮像素子１１１の配線層１７における配線について説明する。図１０（ａ）は、配線層１７の配線をマイクロレンズ１０側から見たときの平面図である。図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図１０（ａ），（ｂ）に示すように、配線層の配線は３層にわたって格子状に形成される。光電変換部１５ａから見て、第１層目には、４本の信号出力線Ｖ_ＯＵＴと２本のバイアス線Ｖｂとが形成され、第２層目には、２本の電源線Ｖｄｄと２本のリセット制御線φＲとが形成される。第３層目には、２本の転送ゲート制御線φＴＧと２本の行選択制御線φＲＳとが形成される。バイアス線Ｖｂは、混信防止のために形成される。 The wiring in the wiring layer 17 of the image pickup device 111 will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a plan view of the wiring of the wiring layer 17 when viewed from the microlens 10 side. 10 (b) is a sectional view taken along the line CC of FIG. 10 (a). As shown in FIGS. 10A and 10B, the wiring of the wiring layer is formed in a grid pattern over three layers. When viewed from the photoelectric conversion unit 15a, four signal output lines V _OUT and two bias lines Vb are formed on the first layer, and two power supply lines Vdd and 2 are formed on the second layer. The reset control line φR of the book is formed. On the third layer, two transfer gate control lines φTG and two row selection control lines φRS are formed. The bias line Vb is formed to prevent interference.

図１０（ｂ）に示すように、配線層１７は、光電変換部１５ａに対して光の入射側の反対側に形成されるため、光電変換部１５ａの位置の制限（制約）を受けずに自由に配線を形成することができる。つまり、本実施形態では、撮像素子１１１の受光面側から光電変換部１５ａの受光領域を投影したときの投影と重なる領域にも配線を形成することができる。一方、撮像素子が表面照射型の場合、配線層は、光電変換部１５ａに対して光の入射側に形成されるため、光電変換部の受光領域と重ならないように配線を形成する必要がある。 As shown in FIG. 10B, since the wiring layer 17 is formed on the side opposite to the light incident side with respect to the photoelectric conversion unit 15a, the position of the photoelectric conversion unit 15a is not restricted (restricted). Wiring can be formed freely. That is, in the present embodiment, wiring can be formed in a region that overlaps with the projection when the light receiving region of the photoelectric conversion unit 15a is projected from the light receiving surface side of the image pickup device 111. On the other hand, when the image sensor is a surface-illuminated type, the wiring layer is formed on the incident side of the light with respect to the photoelectric conversion unit 15a, so that it is necessary to form the wiring so as not to overlap the light receiving region of the photoelectric conversion unit. ..

また、本実施形態では、撮像素子１１１の配線層１７は、光電変換部１５ａの位置の制限を受けないため、配線の線幅を広げて、信号の伝送効率を上げることもできる。 Further, in the present embodiment, since the wiring layer 17 of the image pickup element 111 is not restricted by the position of the photoelectric conversion unit 15a, the line width of the wiring can be widened to improve the signal transmission efficiency.

次に、図１１〜図１３を参照して、本発明の実施形態における撮像素子１１１の製造方法について説明する。図１１〜図１３は、撮像素子１１１のうちの特に焦点検出画素２１１の部分を示す。 Next, a method of manufacturing the image pickup device 111 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 13. 11 to 13 show a portion of the image pickup device 111, particularly the focus detection pixel 211.

図１１（ａ）に示すように、半導体基板６０上にＰ型エピタキシャル層６１を形成し、そのＰ型エピタキシャル層６１の表面に拡散層を形成して、光電変換部１５ａ、チャンネルストップ部１５ｂ、トランジスタなどを構成する他の素子（不図示）を形成する。このＰ型エピタキシャル層６１は半導体層１６に相当する。次に、図１１（ｂ）に示すように、ＣＶＤによるシリコンの酸化膜の形成およびスパッタリングによるアルミニウム（Ａｌ）配線の形成を繰り返して、Ｐ型エピタキシャル層６１の上に配線層１７を形成する。そして、図１１（ｃ）に示すように、配線層１７の上に支持基板６２を張り合わせる。 As shown in FIG. 11A, a P-type epitaxial layer 61 is formed on the semiconductor substrate 60, a diffusion layer is formed on the surface of the P-type epitaxial layer 61, and the photoelectric conversion unit 15a and the channel stop unit 15b are formed. It forms other elements (not shown) that make up a transistor or the like. The P-type epitaxial layer 61 corresponds to the semiconductor layer 16. Next, as shown in FIG. 11B, the formation of the silicon oxide film by CVD and the formation of the aluminum (Al) wiring by sputtering are repeated to form the wiring layer 17 on the P-type epitaxial layer 61. Then, as shown in FIG. 11C, the support substrate 62 is attached onto the wiring layer 17.

図１２（ａ）に示すように、エッチングによって半導体基板６０を除去する。次に、図１２（ｂ）に示すように、半導体基板６０を除去した表面にスパッタ法によりアルミニウム（Ａｌ）の遮光膜１４Ｂを形成する。そして、図１２（ｃ）に示すように、表面を平坦化するために、平坦化層１３を形成する樹脂を遮光膜１４Ｂ上に均一塗布した後、透明膜１８を形成する。たとえば、透明膜１８は、樹脂の塗布、塗布した樹脂の乾燥、パターン露光、現像処理の工程を経て形成される。 As shown in FIG. 12A, the semiconductor substrate 60 is removed by etching. Next, as shown in FIG. 12B, a light-shielding film 14B made of aluminum (Al) is formed on the surface from which the semiconductor substrate 60 has been removed by a sputtering method. Then, as shown in FIG. 12 (c), in order to flatten the surface, the resin forming the flattening layer 13 is uniformly applied onto the light-shielding film 14B, and then the transparent film 18 is formed. For example, the transparent film 18 is formed through a process of applying a resin, drying the applied resin, pattern exposure, and a developing process.

図１３（ａ）に示すように、透明膜１８上にマイクロレンズ固定層１１を形成する樹脂を塗布した後、マイクロレンズ１０を形成する樹脂を塗布し、周知のリソグラフィーにて、所望の形状にパターニングし、マイクロレンズ基体６３を形成する。次に、図１３（ｂ）に示すように、ホットプレートなどを用いてマイクロレンズ基体６３を半球状に加熱成形してマイクロレンズ１０を形成する。そして、支持基板６２を取り除いて撮像素子１１１が完成する。 As shown in FIG. 13 (a), after applying the resin forming the microlens fixing layer 11 on the transparent film 18, the resin forming the microlens 10 is applied, and the desired shape is obtained by a well-known lithography. Patterning is performed to form the microlens substrate 63. Next, as shown in FIG. 13B, the microlens substrate 63 is heat-molded into a hemispherical shape using a hot plate or the like to form the microlens 10. Then, the support substrate 62 is removed to complete the image sensor 111.

撮像画素２１０の部分では、色フィルタ１２は透明膜１８に対応し、遮光膜１４Ａは遮光膜１４Ｂに対応して形成される。色フィルタ１２と透明膜１８とは同じ工程で形成され、遮光膜１４Ａと遮光膜１４Ｂとは同じ工程で形成される。 In the portion of the image pickup pixel 210, the color filter 12 corresponds to the transparent film 18, and the light-shielding film 14A corresponds to the light-shielding film 14B. The color filter 12 and the transparent film 18 are formed in the same process, and the light-shielding film 14A and the light-shielding film 14B are formed in the same process.

なお、撮像素子において、マイクロレンズ１０と、色フィルタ１２と、透明膜１８とを形成できれば、マイクロレンズ固定層１１や平坦化層１３を省略してもよい。 If the microlens 10, the color filter 12, and the transparent film 18 can be formed in the image pickup device, the microlens fixing layer 11 and the flattening layer 13 may be omitted.

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮像素子１１１を裏面照射型とし、二次元状に並べて配置された複数の画素に、撮像画素２１０とともに焦点検出画素２１１が含まれるようにした。これにより、焦点検出画素２１１の遮光膜１４Ｂの実質的な開口面積を大きくとることができるので、画素が小型化されても焦点検出画素の搭載が可能になる。 According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The image pickup device 111 is of the back-illuminated type, and the plurality of pixels arranged two-dimensionally side by side include the focus detection pixel 211 together with the image pickup pixel 210. As a result, the substantially opening area of the light-shielding film 14B of the focus detection pixel 211 can be increased, so that the focus detection pixel can be mounted even if the pixel is miniaturized.

また、配線層を光電変換部１５ａの光入射側とは反対側に配設するようにしたので、配線層が光電変換部１５ａの光入射側に配設される表面照射型に比して、マイクロレンズ１０から光電変換部１５ａまでの距離を少なくとも配線層の分だけ短くすることができるので、焦点の検出精度を上げることができる。 Further, since the wiring layer is arranged on the side opposite to the light incident side of the photoelectric conversion unit 15a, the wiring layer is arranged on the light incident side of the photoelectric conversion unit 15a as compared with the surface irradiation type. Since the distance from the microlens 10 to the photoelectric conversion unit 15a can be shortened by at least the wiring layer, the focal detection accuracy can be improved.

（２）焦点検出画素２１１は、一方の面に光電変換部１５ａを形成するとともに他方の面を受光面とする半導体層１６と、光電変換部１５ａに入射する光の一部を遮蔽する遮光膜１４Ｂと、光電変換部１５ａからの信号を読み出す配線Ｖ_ＯＵＴとを備え、配線Ｖ_ＯＵＴは半導体層１６の一方の面側に形成され、遮光膜１４Ｂは半導体層１６の他方の面側に形成されるようにした。これにより、マイクロレンズと光電変換部との間に光電変換部からの信号を読み出す配線を形成しなくてはならない表面照射型の撮像素子の場合に比して、マイクロレンズ１０と光電変換部１５ａとの間の距離を短く（浅く）することができるので、焦点の検出精度を上げることができる。 (2) The focus detection pixel 211 has a semiconductor layer 16 having a photoelectric conversion unit 15a formed on one surface and a light receiving surface on the other surface, and a light-shielding film that shields a part of light incident on the photoelectric conversion unit 15a. _{14B and a wiring V OUT} for reading a signal from the photoelectric conversion unit 15a are provided, the wiring V _OUT is formed on one surface side of the semiconductor layer 16, and the light-shielding film 14B is formed on the other surface side of the semiconductor layer 16. It was to so. As a result, the microlens 10 and the photoelectric conversion unit 15a are compared with the case of a surface-illuminated image sensor in which a wiring for reading a signal from the photoelectric conversion unit must be formed between the microlens and the photoelectric conversion unit. Since the distance between the lens and the lens can be shortened (shallow), the focus detection accuracy can be improved.

（３）焦点検出画素２１１は、光電変換部１５ａからの信号を読み出さず、他の画素における光電変換部からの信号を読み出す配線を半導体層１６の一方の面側に備えるようにした。これにより、複数の基本画素３００の信号を一度に読み出すように配線を形成することができ、撮像素子１１１の検出速度を速くすることができる。 (3) The focus detection pixel 211 is provided with a wiring for reading a signal from the photoelectric conversion unit in another pixel without reading the signal from the photoelectric conversion unit 15a on one surface side of the semiconductor layer 16. As a result, wiring can be formed so that the signals of the plurality of basic pixels 300 are read out at once, and the detection speed of the image pickup device 111 can be increased.

（４）配線は、撮像素子１１１の受光面側から光電変換部１５ａの受光領域を投影したときの投影と重なるようにした。これにより、配線の層数をあまり増やすことなく、焦点検出画素２１１に多くの配線を形成したり、配線の幅を広くしたりすることができる。一方、撮像素子が表面照射型の場合、光電変換部の受光領域と重ならないように配線を形成する必要があるため、多くの配線を形成しようとすると配線の層数が多くなったり、配線の幅を広げられなかったりする場合がある。 (4) The wiring overlaps with the projection when the light receiving region of the photoelectric conversion unit 15a is projected from the light receiving surface side of the image sensor 111. As a result, it is possible to form a large number of wirings in the focus detection pixel 211 or widen the width of the wirings without increasing the number of wiring layers so much. On the other hand, when the image sensor is a surface-illuminated type, it is necessary to form wiring so that it does not overlap with the light receiving region of the photoelectric conversion unit. It may not be possible to widen the width.

（５）遮光膜１４Ａ，１４Ｂの形状の自由度が高いので、遮光膜１４Ａ，１４Ｂの形状を検討することにより、撮像画素の画素間分離性能を上げたり、画素間でのクロストーク、光漏れ出しによるラインクロール現象などを抑制したりすることができる。 (5) Since the degree of freedom in the shape of the light-shielding films 14A and 14B is high, by examining the shapes of the light-shielding films 14A and 14B, the inter-pixel separation performance of the image pickup pixels can be improved, and cross-talk and light leakage between the pixels can be improved. It is possible to suppress the line crawl phenomenon caused by the ejection.

（６）半導体基板６０の表面にＰ型エピタキシャル層６１を形成し、Ｐ型エピタキシャル層６１の表面に光電変換部１５ａを形成し、光電変換部１５ａ上に配線層１７を形成し、Ｐ型エピタキシャル層６１から半導体基板６０を除去し、Ｐ型エピタキシャル層６１の半導体基板６０を除去した面上に遮光膜１４Ａ，１４Ｂを形成し、遮光膜１４Ａ，１４Ｂ上に透明膜１８と色フィルタ１２とを形成し、透明膜１８上および色フィルタ１２上にマイクロレンズ１０を形成して撮像素子１１１を製造するようにした。これにより、裏面照射型撮像素子を効率的に製造することができる。 (6) A P-type epitaxial layer 61 is formed on the surface of the semiconductor substrate 60, a photoelectric conversion unit 15a is formed on the surface of the P-type epitaxial layer 61, a wiring layer 17 is formed on the photoelectric conversion unit 15a, and P-type epitaxial is formed. The semiconductor substrate 60 is removed from the layer 61, light-shielding films 14A and 14B are formed on the surface of the P-type epitaxial layer 61 from which the semiconductor substrate 60 is removed, and the transparent film 18 and the color filter 12 are placed on the light-shielding films 14A and 14B. The microlens 10 was formed on the transparent film 18 and the color filter 12 to manufacture the image pickup element 111. This makes it possible to efficiently manufacture a back-illuminated image pickup device.

以上の実施の形態を次のように変形することができる。
（１）電極や配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにしてもよい。これにより、撮像素子としての機能向上させることができる。たとえば、画素の高速読み出しを可能としたり、画素独立制御を可能としたりすることができる。遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせる機能としては、たとえば、信号線（信号出力線Ｖ_ＯＵＴ）、電源線Ｖｄｄ、制御線（リセット制御線φＲ、転送ゲート制御線φＴＧ、行選択制御線φＲＳ）、バイアス線Ｖｂのいずれかの機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにしてもよい。これにより、複数の画素を同時に読み取ったり、複数の画素を同時に制御したりするために配線を増やすとき、配線層１７の層数の増加を抑制することができる。 The above embodiment can be modified as follows.
(1) The light-shielding films 14A and 14B may have the functions of electrodes and wiring. This makes it possible to improve the function as an image pickup device. For example, it is possible to enable high-speed reading of pixels and enable pixel-independent control. The functions provided to the light-shielding films 14A and 14B include, for example, a signal line (signal output line V _OUT ), a power supply line Vdd, a control line (reset control line φR, transfer gate control line φTG, line selection control line φRS), and bias. The light-shielding films 14A and 14B may have any function of the wire Vb. As a result, when the number of wirings is increased in order to read a plurality of pixels at the same time or control a plurality of pixels at the same time, it is possible to suppress an increase in the number of layers of the wiring layer 17.

また、電極や配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにすることにより、信号線、制御線、電源線、バイアス線の分離自由度を上げることができる。信号線、制御線、電源線、バイアス線の中で、他の電極や配線から離して形成した方がよいものがある。そのような配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにし、他の配線を配線層１７に形成することにより、配線同士を離して形成することができる。たとえば、信号線が制御線の近くに形成されると混信が発生する場合がある。そこで、信号線および制御線のうちの一方の配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせ、他方の配線を配線層１７に形成することにより、信号線を制御線から離して形成することができる。 Further, by providing the light-shielding films 14A and 14B with the functions of the electrodes and wiring, the degree of freedom of separation of the signal line, the control line, the power supply line, and the bias line can be increased. Some signal lines, control lines, power lines, and bias lines should be formed away from other electrodes and wiring. By providing the light-shielding films 14A and 14B with the function of such wiring and forming other wiring in the wiring layer 17, the wirings can be formed apart from each other. For example, interference may occur if a signal line is formed near a control line. Therefore, it is possible to form the signal line away from the control line by providing the light-shielding films 14A and 14B with the function of wiring one of the signal line and the control line and forming the other wiring in the wiring layer 17. can.

この場合、Ｐ型エピタキシャル層６１を貫通する貫通孔をエッチングなどで形成し、この貫通孔を利用して、Ｐ型エピタキシャル層６１の表面に形成された光電変換部１５ａや他の素子と遮光膜１４Ａ，１４Ｂとを電気的に接続するための配線を形成してもよい。 In this case, a through hole penetrating the P-type epitaxial layer 61 is formed by etching or the like, and the through hole is used to form a light-shielding film with the photoelectric conversion unit 15a formed on the surface of the P-type epitaxial layer 61 and other elements. Wiring for electrically connecting 14A and 14B may be formed.

（２）以上の実施形態では配線層１７の配線の層数は３層であったが、配線の層数は３層に限定されない。たとえば、配線層１７の配線の層数を１０層まで増やして、同時に読み取ったり、同時に制御したりすることができる画素の数を増やすようにしてもよい。表面照射型撮像素子と異なり、配線の層数を増やしても、マイクロレンズ１０と光電変換部１５ａとの間の距離が大きくなることはない。また、配線層１７の配線の層数を２層まで減らして、機能制限を行い、製造コストを下げるようにしてもよい。 (2) In the above embodiment, the number of wiring layers of the wiring layer 17 is three, but the number of wiring layers is not limited to three. For example, the number of wiring layers of the wiring layer 17 may be increased to 10 to increase the number of pixels that can be read and controlled at the same time. Unlike the surface-illuminated image sensor, the distance between the microlens 10 and the photoelectric conversion unit 15a does not increase even if the number of wiring layers is increased. Further, the number of wiring layers of the wiring layer 17 may be reduced to two to limit the functions and reduce the manufacturing cost.

（３）遮光膜１４Ａ，１４Ｂをフローティングにしてもよいし、遮光膜１４Ａ，１４Ｂにバイアスをかけたり遮光膜１４Ａ，１４Ｂを電源に固定したりして遮光膜１４Ａ，１４Ｂに電圧を印加するようにしてもよい。これにより、負荷容量を増減させたり、混信を防止したりすることができる。 (3) The light-shielding films 14A and 14B may be floated, or the light-shielding films 14A and 14B may be biased or the light-shielding films 14A and 14B may be fixed to a power source to apply a voltage to the light-shielding films 14A and 14B. You may do it. This makes it possible to increase or decrease the load capacity and prevent interference.

（４）遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）を使用したが、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の金属を使用するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として使用するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射して電子カメラ１０１が撮影した画像の画質が劣化するのを抑制することができる。また、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有する金属を使用するようにしてもよい。 (4) Although aluminum (Al) having a high reflectance is used as the material of the light-shielding films 14A and 14B, a metal having a predetermined reflectance lower than the reflectance of the aluminum (Al) may be used. For example, tungsten (W), titanium (Ti) or tin (Sn) may be used as the material of the light-shielding films 14A and 14B. As a result, it is possible to prevent the light reflected from the light-shielding films 14A and 14B from incident on the photoelectric conversion unit 15a and deteriorating the image quality of the image taken by the electronic camera 101. Also, instead of tungsten (W), titanium (Ti) or tin (Sn), tungsten (W) has a visible light reflectance or less, titanium (Ti) has a visible light reflectance or less, or tin (Sn). A metal having a reflectance equal to or lower than the reflectance of visible light may be used.

また、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の光を透過しない酸化物または窒化物を遮光膜１４Ａ，１４Ｂとして使用するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない酸化物、窒化物を使用するようにしてもよい。酸化物としては、たとえば、タングステン酸化物、チタン酸化物、スズ酸化物などがある。窒化物としては、たとえば、タングステン窒化物、チタン窒化物、スズ窒化物などがある。遮光膜１４Ａ，１４Ｂは、半導体基板６０を除去した後（図１２（ａ）参照）、ＣＶＤやスパッタリングなどにより形成される。 Further, oxides or nitrides that do not transmit light having a predetermined reflectance lower than the reflectance of aluminum (Al) may be used as the light-shielding films 14A and 14B. For example, it has a reflectance of less than or equal to the reflectance of visible light of tungsten (W), less than or equal to the reflectance of visible light of titanium (Ti), or less than or equal to the reflectance of visible light of tin (Sn), and does not transmit visible light. Oxides and nitrides may be used. Examples of the oxide include tungsten oxide, titanium oxide, tin oxide and the like. Examples of the nitride include tungsten nitride, titanium nitride, tin nitride and the like. The light-shielding films 14A and 14B are formed by CVD, sputtering, or the like after removing the semiconductor substrate 60 (see FIG. 12A).

（５）遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）を使用したが、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下で光を透過しない樹脂を使用するようにしてもよい。たとえば、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として使用するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのを抑制することができる。また、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない樹脂を使用するようにしてもよい。遮光膜１４Ａ，１４Ｂは、たとえば、半導体基板６０を除去した後（図１２（ａ）参照）、樹脂の塗布、塗布した樹脂の乾燥、パターン露光、現像処理の工程を経て形成される。 (5) Aluminum (Al) having a high reflectance was used as the material of the light-shielding films 14A and 14B, but a resin having a reflectance lower than the reflectance of the aluminum (Al) and not transmitting light or less was used. May be good. For example, a photocurable resin containing a black pigment such as titanium black or carbon black, or a photocurable resin colored with a black dye may be used as the material of the light-shielding films 14A and 14B. As a result, it is possible to suppress the light reflected from the light-shielding films 14A and 14B from being incident on the photoelectric conversion unit 15a. Further, instead of the photocurable resin containing a black pigment such as titanium black or carbon black, or the photocurable resin colored with a black dye, the visible light reflectance of tungsten (W) or less, that of titanium (Ti). A resin having a reflectance of less than or equal to the reflectance of visible light or less than or equal to the reflectance of tin (Sn) visible light and not transmitting visible light may be used. The light-shielding films 14A and 14B are formed, for example, after removing the semiconductor substrate 60 (see FIG. 12A), through a process of applying a resin, drying the applied resin, pattern exposure, and a developing process.

（６）アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の金属の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのを抑制することができる。また、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有する金属の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。 (6) A metal film having a reflectance lower than the reflectance of aluminum (Al) and having a predetermined reflectance or less may be formed on the surfaces of the light-shielding films 14A and 14B. For example, a film of tungsten (W), titanium (Ti) or tin (Sn) may be formed on the surfaces of the light-shielding films 14A and 14B. As a result, it is possible to suppress the light reflected from the light-shielding films 14A and 14B from being incident on the photoelectric conversion unit 15a. Also, instead of tungsten (W), titanium (Ti) or tin (Sn), tungsten (W) has a visible light reflectance or less, titanium (Ti) has a visible light reflectance or less, or tin (Sn). A metal film having a reflectance equal to or lower than the reflectance of visible light may be formed on the surfaces of the light-shielding films 14A and 14B.

また、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の光を透過しない酸化物または窒化物の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない酸化物または窒化物の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。酸化物としては、たとえば、タングステン酸化物、チタン酸化物、スズ酸化物などがある。窒化物としては、たとえば、タングステン窒化物、チタン窒化物、スズ窒化物などがある。これらの膜は、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを形成した後（図１２（ｂ）参照）、ＣＶＤやスパッタリングなどにより形成される。 Further, a film of an oxide or a nitride that does not transmit light having a predetermined reflectance lower than the reflectance of aluminum (Al) may be formed on the surfaces of the light-shielding films 14A and 14B. For example, it has a reflectance of less than or equal to the reflectance of visible light of tungsten (W), less than or equal to the reflectance of visible light of titanium (Ti), or less than or equal to the reflectance of visible light of tin (Sn), and does not transmit visible light. A film of oxide or nitride may be formed on the surface of the light-shielding films 14A and 14B. Examples of the oxide include tungsten oxide, titanium oxide, tin oxide and the like. Examples of the nitride include tungsten nitride, titanium nitride, tin nitride and the like. These films are formed by CVD, sputtering, or the like after forming the light-shielding films 14A and 14B (see FIG. 12B).

（７）アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下で光を透過しない樹脂の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。たとえば、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのを抑制することができる。また、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない樹脂膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。これらの膜は、たとえば、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを形成した後（図１２（ｂ）参照）、樹脂の塗布、塗布した樹脂の乾燥、パターン露光、現像処理の工程を経て形成される。 (7) A resin film having a reflectance lower than the reflectance of aluminum (Al) and not transmitting light may be formed on the surfaces of the light-shielding films 14A and 14B. For example, a photocurable resin containing a black pigment such as titanium black or carbon black, or a photocurable resin colored with a black dye may be formed on the surfaces of the light-shielding films 14A and 14B. As a result, it is possible to suppress the light reflected from the light-shielding films 14A and 14B from being incident on the photoelectric conversion unit 15a. Further, instead of the photocurable resin containing a black pigment such as titanium black or carbon black, or the photocurable resin colored with a black dye, the visible light reflectance of tungsten (W) or less, that of titanium (Ti). A resin film having a reflectance of less than or equal to the reflectance of visible light or less than or equal to the reflectance of visible light of tin (Sn) and not transmitting visible light may be formed on the surfaces of the light-shielding films 14A and 14B. These films are formed, for example, by forming the light-shielding films 14A and 14B (see FIG. 12B), and then applying the resin, drying the applied resin, pattern exposure, and developing.

（８）上述の所定の反射率以下の遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に上述の所定の反射率以下の材料の膜を形成するようにしてもよい。これにより、これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのをさらに抑制することができる。 (8) A film of a material having the above-mentioned predetermined reflectance or less may be formed on the surface of the light-shielding films 14A and 14B having the above-mentioned predetermined reflectance or less. As a result, it is possible to further suppress the light reflected from the light-shielding films 14A and 14B from being incident on the photoelectric conversion unit 15a.

（９）撮像素子１１１は４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサであったが、裏面照射型の撮像素子であれば、４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサに限定されない。たとえば、他のＣＭＯＳセンサでもよいし、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）でもよい。 (9) The image sensor 111 is a 4TR-CMOS sensor, but the image sensor is not limited to the 4TR-CMOS sensor as long as it is a back-illuminated image sensor. For example, another CMOS sensor may be used, or a CCD (Charge Coupled Device) may be used.

実施形態と変形例の一つ、もしくは複数を組み合わせることも可能である。変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。 It is also possible to combine one or more of the embodiments and the modifications. It is also possible to combine the modified examples in any way.

以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。 The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment.

１０マイクロレンズ
１１マイクロレンズ固定層
１２色フィルタ
１３平坦化層
１４Ａ，１４Ｂ遮光膜
１５ａ，３３光電変換部
１５ｂチャンネルストップ部
１６半導体層
１７配線層
１８透明膜
３１リセットトランジスタ
３２転送ゲートトランジスタ
３４電荷電圧変換部
３５ソースホロアトランジスタ
３６行選択トランジスタ
６０半導体基板
６１Ｐ型エピタキシャル層
６２支持基板
１０１電子カメラ
１０２交換レンズ
１１１撮像素子
２１０撮像用画素
２１１，２１１ａ，２１１ｂ焦点検出用画素
３００基本画素 10 Microlens 11 Microlens Fixed layer 12 Color filter 13 Flattening layer 14A, 14B Light-shielding film 15a, 33 Photoelectric conversion unit 15b Channel stop unit 16 Semiconductor layer 17 Wiring layer 18 Transparent film 31 Reset transistor 32 Transfer gate transistor 34 Charge-voltage conversion Part 35 Source hollow transistor 36 Row selection transistor 60 Semiconductor substrate 61 P-type epitaxial layer 62 Support substrate 101 Electronic camera 102 Interchangeable lens 111 Imaging element 210 Imaging pixel 211,211a, 211b Focus detection pixel 300 Basic pixel

Claims

The first microlens, to which light from the optical system is incident,
A second microlens to which light from the optical system is incident, and
A first pixel having a first photoelectric conversion unit that converts light from the first microlens into an electric charge and outputting a first signal by the electric charge converted by the first photoelectric conversion unit.
A pixel arranged on the column direction side from the first pixel, which has a second photoelectric conversion unit that converts light from the second microlens into an electric charge, and the electric charge converted by the second photoelectric conversion unit. A second pixel that outputs a second signal for driving the lens included in the optical system, which is generated by
A first signal output line connected to the first pixel and outputting the first signal,
A second signal output line, which is connected to the second pixel and outputs the second signal, is provided.
The first photoelectric conversion unit is arranged between the first microlens and the second signal output line in the optical axis direction of the first microlens.
The second photoelectric conversion unit is an image pickup device arranged between the second microlens and the first signal output line in the optical axis direction of the second microlens.

The first photoelectric conversion unit is arranged between the first microlens and the first signal output line in the optical axis direction of the first microlens.
The image pickup device according to claim 1, wherein the second photoelectric conversion unit is arranged between the second microlens and the second signal output line in the optical axis direction of the second microlens.

The second pixel has a reading unit for reading the second signal to the second signal output line.
A control line for outputting a control signal for controlling the reading unit is provided.
The second photoelectric conversion unit, an imaging device according to claim 1 or claim 2 is disposed between the second microlens and the optical axis direction and the control lines of the second microlenses.

The image pickup device according to claim 3 , wherein the first signal output line is arranged between the second photoelectric conversion unit and the control line in the optical axis direction of the second microlens.

The image pickup device according to claim 3 or 4 , wherein the second signal output line is arranged between the second photoelectric conversion unit and the control line in the optical axis direction of the second microlens.

The reading unit includes a transfer unit that transfers the charge converted by the second photoelectric conversion unit, a charge-voltage conversion unit that transfers the charge of the second photoelectric conversion unit by the transfer unit, and the charge-voltage conversion unit. Including the discharge part, which discharges the electric charge of
The control line includes a first wiring for outputting a control signal for controlling the transfer unit and a second wiring for outputting a control signal for controlling the discharge unit.
The image pickup device according to claim 4 or 5, wherein the second wiring is formed between the second photoelectric conversion unit and the first wiring in the optical axis direction of the second microlens.

The image pickup device according to any one of claims 1 to 6.
An image pickup device including a control unit that controls driving of the lens by using the second signal output from the image pickup element.

The image pickup apparatus according to claim 7, wherein the control unit displays an image generated by using the first signal output from the image pickup element on a display unit.

The image pickup device according to claim 7 or 8, wherein the control unit records image data generated by using the first signal output from the image pickup element on a recording medium.

The first microlens, to which light from the optical system is incident,
A second microlens to which light from the optical system is incident, and
It has a first photoelectric conversion unit that converts light from the first microlens into an electric charge, and a first read circuit for reading out a first signal generated by the electric charge converted by the first photoelectric conversion unit. The first pixel and
A pixel arranged on the row direction side from the first pixel, which is generated by a second photoelectric conversion unit that converts light from the second microlens into an electric charge and an electric charge converted by the second photoelectric conversion unit. been, the second read circuit for reading a second signal which Ru drives the lenses included in the optical system, and the second pixel having,
A first control line from which a control signal for controlling the first read circuit is output, and
A second control line for outputting a control signal for controlling the second read circuit, and a second control line are provided.
The first photoelectric conversion unit is arranged between the first microlens and the second control line in the optical axis direction of the first microlens.
The second photoelectric conversion unit is an image pickup device arranged between the second microlens and the first control line in the optical axis direction of the second microlens.

The first photoelectric conversion unit is arranged between the first microlens and the first control line in the optical axis direction of the first microlens.
The image pickup device according to claim 10, wherein the second photoelectric conversion unit is arranged between the second microlens and the second control line in the optical axis direction of the second microlens.

Wherein the first readout circuit includes a first transfer unit for transferring the converted charge in the first photoelectric conversion unit, a first charge-voltage conversion charges of the first photoelectric conversion unit by the first transfer portion is transferred A unit and a first discharge unit that discharges the charge of the first charge voltage conversion unit.
The second read circuit includes a second transfer unit that transfers the charge converted by the second photoelectric conversion unit, and a second charge-voltage conversion in which the charge of the second photoelectric conversion unit is transferred by the second transfer unit. A unit and a second discharge unit that discharges the charge of the second charge voltage conversion unit.
The first control line includes a first wiring for outputting a signal for controlling the first transfer unit and a second wiring for outputting a signal for controlling the first discharge unit.
The second control line includes a third wiring for outputting a signal for controlling the second transfer unit and a fourth wiring for outputting a signal for controlling the second discharge unit.
The second wiring is arranged between the second photoelectric conversion unit and the first wiring in the optical axis direction of the second microlens .
The image pickup device according to claim 10 or 11 , wherein the fourth wiring is arranged between the first photoelectric conversion unit and the third wiring in the optical axis direction of the first microlens.

The second wiring is arranged between the first photoelectric conversion unit and the first wiring in the optical axis direction of the first microlens.
The image pickup device according to claim 12, wherein the fourth wiring is arranged between the second photoelectric conversion unit and the third wiring in the optical axis direction of the second microlens.

A first signal output line connected to the first pixel and from which the first signal read by the first read circuit is output.
A second signal output line, which is connected to the second pixel and is different from the first signal output line from which the second signal is output, is provided.
The first photoelectric conversion unit is arranged between the first microlens and the first signal output line in the optical axis direction of the first microlens .
One of claims 10 to 13, wherein the second photoelectric conversion unit is arranged between the second microlens and the second signal output line in the optical axis direction of the second microlens. The image pickup device according to the above.

The image pickup device according to any one of claims 10 to 14,
A control unit that controls driving of a lens included in the optical system using the second signal output from the image sensor, and a control unit.
An image pickup device equipped with.

The image pickup apparatus according to claim 15 , wherein the control unit displays an image generated by using the first signal output from the image pickup element on a display unit.

The image pickup device according to claim 15 or 16 , wherein the control unit records image data generated by using the first signal output from the image pickup element on a recording medium.