JPWO2019215986A1 - 撮像素子および撮像素子の製造方法 - Google Patents

撮像素子および撮像素子の製造方法 Download PDF

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泰三 大石
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Abstract

迷光によるクロストークの発生を軽減する。複数の光電変換部は、半導体基板に形成されて入射光に応じた光電変換を行う。光路部は、入射光を透過させる透明膜と、光電変換部毎に透明膜を半導体基板に垂直な方向に区切って遮光する遮光壁と、遮光壁における半導体基板に近接する側とは異なる側の端部の近傍に配置されるとともに半導体基板に平行な膜状に構成されて入射光を透過させる開口部が光電変換部毎に配置される遮光膜とを備える。オンチップレンズは、複数の光電変換部毎に配置されて光路部を介して入射光を光電変換部に集光する。

Description

本開示は、撮像素子および撮像素子の製造方法に関する。詳しくは、撮像に寄与しない光を遮光する撮像素子および当該撮像素子の製造方法に関する。
従来、カメラ等に使用される撮像素子は、入射光に応じて光電変換を行う光電変換部、カラーフィルタおよびオンチップレンズが積層された画素が２次元格子状に配置されて構成される。カメラには、被写体を結像する撮像レンズが配置され、オートフォーカス等により焦点位置が検出されて、撮像素子の画素が配置された面である受光面に被写体が結像される。この際、受光面の中央部の画素には被写体からの光が略垂直に入射するのに対し、中央部周辺の画素には被写体からの光が斜めに入射する。撮像素子と組み合せて使用される撮影用カメラレンズの主光線が像高毎に異なるためである。この斜めに入射する光に対する感度を向上させるため、オンチップレンズおよびカラーフィルタを受光面の中央部の方向に偏移して配置する瞳補正が行われる。
オンチップレンズおよびカラーフィルタの偏移量である瞳補正量は、受光面の中央部からの距離に応じて大きくなる。受光面の周縁部に配置された画素においては、オンチップレンズおよびカラーフィルタが隣接する画素の領域に大きくはみ出した配置になる。このため、隣接する画素間において、異なる画素のカラーフィルタを透過した光が光電変換部に入射し、画像信号に誤差を生じるクロストークを生じる。撮像素子では、商品仕様に応じてオンチップレンズの形状、層内レンズの有無、オンチップレンズから受光面までの距離等の集光構造に対する光学設計が行われる。オンチップレンズを高い位置に配置する高背化した集光構造を採用する場合には、受光面の周縁部に配置された画素のクロストークが増加して画質が低下する。このクロストークによる画質の低下を抑制する手段として、複数段の遮光壁を配置した撮像素子が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。なお、遮光壁とは入射光を遮光する金属等により形成された壁である。
国際公開第２０１６／１１４１５４号
上述の従来技術は、光電変換部が形成された半導体基板の裏面側に入射光が照射される裏面型の撮像素子において高背化した集光構造を採用し、複数段の遮光壁を瞳補正量に応じて偏移して配置することによりクロストークを防止する。しかし、カメラの撮像レンズが被写体を結像する正常光以外の光、例えば、撮像素子を内包する筐体の壁面等により反射されて撮像素子に入射する光（以下、迷光と称する。）の遮光が十分なされておらずクロストークを生じるという問題がある。
本開示は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の態様は、半導体基板に形成されて入射光に応じた光電変換を行う複数の光電変換部と、上記入射光を透過させる透明膜と、上記光電変換部毎に上記透明膜を上記半導体基板に垂直な方向に区切って遮光する遮光壁と、上記遮光壁における上記半導体基板に近接する側とは異なる側の端部の近傍に配置されるとともに上記半導体基板に平行な膜状に構成されて上記入射光を透過させる開口部が上記光電変換部毎に配置される遮光膜とを備える光路部と、上記複数の光電変換部毎に配置されて上記光路部を介して上記入射光を上記光電変換部に集光するオンチップレンズとを具備する撮像素子である。これにより、入射光が遮光膜の開口部を介して光路部に入射するという作用をもたらす。
また、この第１の態様において、上記光路部は、複数の上記遮光壁を備えてもよい。
また、この第１の態様において、上記遮光膜は、上記複数の遮光壁のうちの少なくとも１つの近傍に配置されてもよい。
また、この第１の態様において、上記遮光膜が２つの上記遮光壁の間に配置される場合に、当該２つの遮光壁の少なくとも１つは、上記遮光膜の端部とは異なる位置に配置されてもよい。
また、この第１の態様において、上記複数の遮光壁は、それぞれ異なる幅に形成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記遮光膜は、上記遮光壁に隣接して配置されてもよい。
また、この第１の態様において、上記遮光膜は、上記遮光壁と同じ材料により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記遮光膜は、上記遮光壁と同時に形成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記光路部は、上記入射光の入射角度に応じて上記遮光壁および上記遮光膜の開口部が偏移して配置されてもよい。
また、この第１の態様において、上記遮光膜の近傍に配置されて上記透明膜とは異なる屈折率の集光部をさらに備えてもよい。
また、この第１の態様において、上記集光部は、上記遮光膜の開口部近傍とは異なる位置に配置されてもよい。
また、この第１の態様において、上記遮光膜に隣接して配置されて上記入射光の反射を防止する反射防止膜をさらに具備してもよい。
また、この第１の態様において、上記遮光膜は、矩形以外の形状の上記開口部を有してもよい。
また、この第１の態様において、上記光路部に配置されて上記入射光を集光する層内レンズをさらに具備してもよい。
また、この第１の態様において、上記光電変換部、上記オンチップレンズおよび上記光路部を備える複数の画素を具備し、上記複数の画素は、上記画素毎の上記半導体基板および上記光路部の間に配置されて上記入射光を透過させる開口部を有する遮光層をさらに備えてもよい。
また、この第１の態様において、上記遮光層の開口部を所定の瞳分割方向に遷移して配置することにより被写体からの入射光を瞳分割して位相差を検出する上記画素である位相差画素をさらに具備してもよい。
また、本開示の第２の態様は、入射光に応じた光電変換を行う光電変換部が形成された半導体基板に上記入射光を透過させる透明膜を形成する工程と、上記形成された透明膜を上記半導体基板に垂直な方向に区切って遮光する遮光壁を上記光電変換毎に形成する工程と、上記形成された遮光壁における上記半導体基板に近接する側とは異なる側の端部の近傍に配置されるとともに上記半導体基板に平行な膜状に構成されて上記入射光を透過させる開口部が上記光電変換部毎に配置される遮光膜を形成する工程と、上記入射光を上記光電変換部に集光するオンチップレンズを形成する工程とを具備する撮像素子の製造方法である。これにより、入射光が遮光膜の開口部を介して光路部に入射するという作用をもたらす。
上記の遮光膜は、光路部の入り口に配置された絞りに相当し、迷光の入射の制限が想定される。
本開示によれば、迷光によるクロストークの発生を軽減するという優れた効果を奏する。
本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る光路部の作用の一例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る遮光膜の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の他の例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態の第１の変形例に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態の第２の変形例に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態の第３の変形例に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第２の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第３の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第４の実施の形態に係る集光の一例を示す図である。 本開示の第４の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第５の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施の形態に係る画素アレイ部の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施の形態に係る画素アレイ部の他の構成例を示す図である。 本開示の第６の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。
次に、図面を参照して、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。また、以下の順序で実施の形態の説明を行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．第４の実施の形態
５．第５の実施の形態
６．第６の実施の形態
７．カメラへの応用例
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子の構成］
図１は、本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。同図の撮像素子１は、画素アレイ部１０と、垂直駆動部２０と、カラム信号処理部３０と、制御部４０とを備える。
画素アレイ部１０は、画素１００が２次元格子状に配置されて構成されたものである。ここで、画素１００は、照射された光に応じた画像信号を生成するものである。この画素１００は、照射された光に応じた電荷を生成する光電変換部を有する。また画素１００は、画素回路をさらに有する。この画素回路は、光電変換部により生成された電荷に基づく画像信号を生成する。画像信号の生成は、後述する垂直駆動部２０により生成された制御信号により制御される。画素アレイ部１０には、信号線１１および１２がＸＹマトリクス状に配置される。信号線１１は、画素１００における画素回路の制御信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の行毎に配置され、各行に配置される画素１００に対して共通に配線される。信号線１２は、画素１００の画素回路により生成された画像信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の列毎に配置され、各列に配置される画素１００に対して共通に配線される。これら光電変換部および画素回路は、半導体基板に形成される。
垂直駆動部２０は、画素１００の画素回路の制御信号を生成するものである。この垂直駆動部２０は、生成した制御信号を同図の信号線１１を介して画素１００に伝達する。カラム信号処理部３０は、画素１００により生成された画像信号を処理するものである。このカラム信号処理部３０は、同図の信号線１２を介して画素１００から伝達された画像信号の処理を行う。カラム信号処理部３０における処理には、例えば、画素１００において生成されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログデジタル変換が該当する。カラム信号処理部３０により処理された画像信号は、撮像素子１の画像信号として出力される。制御部４０は、撮像素子１の全体を制御するものである。この制御部４０は、垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０を制御する制御信号を生成して出力することにより、撮像素子１の制御を行う。制御部４０により生成された制御信号は、信号線４１および４２により垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０に対してそれぞれ伝達される。
［画素の構成］
図２は、本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、図１において説明した画素アレイ部１０における複数の画素１００の構成例を表す模式断面図である。同図の画素１００は、半導体基板１２１と、絶縁層１３１および配線層１３２からなる配線領域と、絶縁膜１３３とを備える。また、同図の画素１００は、遮光層１５２と、光路部１５０と、カラーフィルタ１７１と、オンチップレンズ１７２とをさらに備える。
半導体基板１２１は、図１において説明した画素回路を構成する素子の半導体領域部分が形成される半導体基板である。画素回路の素子は、半導体基板１２１に形成されたウェル領域に形成される。便宜上、同図の半導体基板１２１は、ｐ型ウェル領域により構成されるものと想定する。同図においては、画素回路の素子のうち光電変換部（光電変換部１０１）を記載した。同図の光電変換部１０１は、ｎ型半導体領域１２２とｎ型半導体領域１２２の周囲のｐ型ウェル領域とにより構成される。ｎ型半導体領域１２２およびｐ型ウェル領域の間のｐｎ接合に入射光が照射されると光電変換を生じる。この光電変換により生成された電荷は、不図示の画素回路により画像信号に変換される。このように、光電変換部１０１は、画素１００毎に配置される。なお、半導体基板１２１には、図１において説明した垂直駆動部２０、カラム信号処理部３０および制御部４０の半導体領域部分がさらに形成される。
配線層１３２は、画素１００における半導体素子を相互に接続するものである。また、配線層１３２は、画素１００の外部の回路との間の接続にも使用され、図１において説明した信号線１１および１２を構成する。この配線層１３２は、例えば、銅（Ｃｕ）等の金属により構成することができる。絶縁層１３１は、配線層１３２を絶縁するものである。この絶縁層１３１には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を使用することができる。これら絶縁層１３１および配線層１３２は、半導体基板１２１の表面側に隣接して形成されて配線領域を構成する。この配線領域に隣接して支持基板１４１が配置される。この支持基板１４１は、撮像素子１を支持する基板であり、撮像素子１の製造時における強度を向上させるものである。
絶縁膜１３３は、半導体基板１２１の裏面側に形成されて半導体基板１２１を絶縁する膜である。この絶縁膜は、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）膜およびＳｉＯ２膜により構成され、半導体基板１２１を絶縁するとともに入射光の反射を防止することができる。なお、同図の撮像素子１は、半導体基板１２１の裏面側から入射光が光電変換部１０１に照射される裏面型の撮像素子に該当する。
遮光層１５２は、絶縁膜１３３に隣接して配置されて入射光を遮光するものである。この遮光層１５２は、画素１００の間に配置され、隣接する画素１００からの入射光を遮光する。遮光膜１５２は、遮光性を有する材料、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）およびＣｕならびにこれらの合金により構成することができる。また、チタン（Ｔｉ）や窒化チタン（ＴｉＮ）をこれらの下地金属として使用することもできる。同図の遮光層１５２には、開口部１５３が配置される。この開口部１５３を介して入射光が光電変換部１０１に照射される。なお、同図の画素１００の周囲には、画像信号の黒レベルを算出するための画素である黒レベル算出画素（不図示）が配置される。この黒レベル算出画素においては、開口部１５３が省略され、全ての入射光が遮光層１５２により遮光される。
オンチップレンズ１７２は、画素１００毎に配置され、入射光を集光するレンズである。このオンチップレンズ１７２は、後述するカラーフィルタ１７１および光路部１５０を介して入射光を光電変換部１０１に集光する。オンチップレンズ１７２は、光電変換部１０１（ｎ型半導体領域１２２）の中心に対して偏移して配置される。前述の瞳補正を行うためである。同図の画素１００は、画素アレイ部１０の光学的中心に対して左側に配置される画素１００の例を表したものである。このため、瞳補正により、同図のオンチップレンズ１７２は、光電変換部１０１の中心に対して同図の右方向に偏移して配置される。オンチップレンズ１７２は、例えば、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およびシロサン系樹脂等の有機材料により構成することができる。また、窒化シリコン（ＳｉＮ）や酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の無機材料により構成することもできる。このオンチップレンズ１７２の表面に反射防止膜を配置することもできる。
カラーフィルタ１７１は、画素１００毎に配置され、入射光のうち所定の波長の光を透過させる光学的なフィルタである。このカラーフィルタ１７１として、赤色光、緑色光および青色光を透過するカラーフィルタ１７１を使用することができる。なお、カラーフィルタ１７１においても、瞳補正が行われる。オンチップレンズ１７２と同様に、光電変換部１０１の中心に対して同図の右方向に偏移して配置される。なお、カラーフィルタ１７１およびオンチップレンズ１７２の瞳補正量は、入射光の入射角度に応じて変化する。具体的には、瞳補正量は、画素アレイ部１０の光学的な中心からの距離に応じて変化し、端部に近づくほど大きくなる。なお、ここではカラーフィルタ１７１を備える撮像素子１の例を示すが、カラーフィルタ１７１を省略した構成の撮像素子１にすることもできる。例えば、３板式カメラ等に使用する白黒の撮像素子においても、光路部１５０を配置することによりクロストークを抑制することが可能である。
光路部１５０は、入射光の光路が形成される領域である。同図の光路部１５０では、半導体基板１２１の裏面側に配置され、オンチップレンズ１７２により集光された入射光の隣接画素への漏洩が遮光される。この光路部１５０は、透明膜１５１、遮光壁１５４および１５７ならびに遮光膜１５５および１５８により構成される。同図の光路部１５０は、瞳補正により偏移して配置されたオンチップレンズ１７２およびカラーフィルタ１７１を介して斜めに入射する入射光を光学的ケラレの発生を防ぎつつ光電変換部１０１に集光する。
透明膜１５１は、入射光を透過する膜である。この透明膜１５１は、例えば、ＳｉＯ２等の酸化物の膜により構成することができる。また、この透明膜１５１は、カラーフィルタ１７１が形成される面を平坦化する平坦化膜として使用することもできる。
遮光壁１５４および１５７は、画素１００毎に透明膜１５１を半導体基板１２１に垂直な方向に区切って遮光するものである。この遮光壁１５４等は、光路部１５０に複数配置することができる。同図は、２つの遮光壁１５４および１５７が配置される例を表したものである。遮光層１５２と同様に、遮光壁１５４および１５７は、遮光性を有する金属等により構成することができる。
遮光膜１５５および１５８は、半導体基板１２１に平行な膜状に構成され入射光の遮光を行うものである。この遮光膜１５５および１５８には、開口部１５６および１５９がそれぞれ配置される。これらの開口部１５６および１５９は画素１００毎に配置され、開口部１５６および１５９を介して入射光が光電変換部１０１に集光される。同図に表したように、遮光膜１５５および１５８は、それぞれ遮光壁１５４および１５７における半導体基板１２１に近接する側とは異なる側の端部の近傍に配置される。同図においては、遮光膜１５５および１５８と遮光壁１５４および１５７とがそれぞれ隣接して配置される例を表したものである。遮光層１５２と同様に、遮光膜１５５および１５８は、遮光性を有する金属等により構成することができる。また、遮光膜１５５を遮光壁１５４と同じ材料により構成する場合には、遮光膜１５５および遮光壁１５４を同時に形成することができる。遮光膜１５８および遮光壁１５７を同じ材料により構成する場合においても、遮光膜１５８および遮光壁１５７を同時に形成することができる。
同図に表したように、遮光壁１５７、遮光膜１５５の開口部１５６および遮光膜１５８の開口部１５９は、光電変換部１０１の中心に対して偏移して配置することができる。オンチップレンズ１７２およびカラーフィルタ１７１と同様に瞳補正を行うためである。瞳補正量は、入射光の入射角度に応じて変化する。一般的に、画素アレイ部１０の光学的な中心から離れるほど瞳補正量が大きくなる。これにより、瞳補正のため偏移して配置されたオンチップレンズ１７２およびカラーフィルタ１７１を介して斜めに入射する入射光を光電変換部１０１に集光することができる。なお、遮光壁１５４を遮光壁１５７と同様に光電変換部１０１の中心に対して偏移して配置する構成にすることもできる。この場合には、遮光壁１５４より遮光壁１５７の配置の偏移を大きくすることができる。入射光の斜めの光軸に沿って、集光構造の光学経路を略直線形状にするためである。
なお、撮像素子１の構成は、この例に限定されない。例えば、遮光壁および遮光膜が３段以上に配置される構成にすることができる。また、瞳補正を省略する構成にすることも可能である。
［光路部の作用］
図３は、本開示の第１の実施の形態に係る光路部の作用の一例を示す図である。同図におけるａは、図２において説明した光路部１５０における遮光の様子を表した図である。同図におけるａにおいて、矢印は、撮像素子１の入射光を表す。瞳補正に対応した方向の入射光３０１は、光路部１５０を透過して光電変換部１０１に到達する。一方、カメラの撮像レンズが被写体を結像する正常光以外の迷光成分は、遮光壁１５７等により遮光される。すなわち、同図におけるａの左より斜めに入射する入射光３０２は、遮光壁１５７により遮光される。同様に入射光３０３および３０４は、それぞれ遮光膜１５５および１５８により遮光される。遮光膜１５８および１５５は、それぞれ光路の入り口および中間に配置された絞りとして作用し、迷光を遮光する。
同図におけるｂは、遮光壁１５４および１５７ならびに遮光膜１５５と瞳補正量との関係を表した図である。同図におけるｂにおいて、「Ａ」および「Ｂ」は、それぞれ遮光壁１５４および１５７の幅を表す。また、「Ｃ」は、遮光壁１５７の瞳補正量を表す。同図におけるｂに表したように、（Ａ／２）＋（Ｂ／２）より瞳補正量Ｃが大きい場合には、遮光壁１５４および１５７の境界において、上述した遮光部に切れ目を生じる。同図におけるａの入射光３０３を遮光することができず、クロストークを生じることとなる。遮光膜１５５を配置することにより、遮光部の切れ目を塞ぐことができ、瞳補正に対応した方向とは異なる方向からの入射光の遮光能力を向上させることができる。なお遮光膜１５５は、下側の遮光壁１５４および上側の遮光壁１５７による補正量（Ａ／２）＋（Ｂ／２）と所望の瞳補正量Ｃとの差分を補う幅に構成し、像高に依存して変更すると好適である。この際、像高中心付近のように、遮光壁１５４と遮光壁１５７とが隣接する像高となる画素１００では、遮光膜１５５を省略することもできる。
［遮光膜の構成］
図４は、本開示の第１の実施の形態に係る遮光膜の構成例を示す図である。同図は、画素１００毎の遮光膜１５５および１５８における開口部１５６および１５９の構成例を表す平面図である。遮光膜１５８を例に挙げて構成を説明する。なお、開口部１５９等の面積を小さくすることにより、迷光の遮光能力を向上させることができる。一方、開口部１５９等の面積を小さくした場合には、正常光の遮蔽量が増加して画素１００の感度が低下する。このような条件を考慮し、開口部１５９等を設計することが望ましい。
同図におけるａは、矩形形状の開口部１５９を有する遮光膜１５８を表した図である。同図におけるａでは、矩形形状のためレチクル作成が容易である反面、開口部１５９の辺方向の大きさＤに対して対角方向の大きさＥが大きくなる。このため、遮光膜１５８の隅の領域に斜めに入射する入射光の遮光能力が低下するという問題がある。
同図におけるｂは、８角形形状の開口部１５９を有する遮光膜１５８を表した図である。同図におけるａの遮光膜１５８と異なり、同図におけるｂの開口部１５９は、対角方向の大きさもＤとなるため、遮光膜１５８の隅の領域に斜めに入射する入射光の遮光能力の低下を防ぐことができる。４５度方向の成分を有する図形（開口部の形状）が配置されるレチクルは、作成する際の電子線描画機におけるデータの矩形分割数が増加して処理時間が増えるデメリットが発生するが、実現を阻むほどのものではない。
同図におけるｃは、円形状の開口部１５９を有する遮光膜１５８を表した図である。同図におけるｂの遮光膜１５８と同様に、遮光膜１５８の隅の領域に斜めに入射する入射光の遮光能力の低下を防ぐことができる。円形状の図形が配置されたレチクルにおいても作成の際の処理時間が増えることとなるが、実現を阻むほどのものではない。
［撮像素子の製造方法］
図５乃至７は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。まず、ｐ型のウェル領域およびｎ型半導体領域１２２等を形成して光電変換部１０１等を形成した半導体基板１２１の表面に配線領域を形成し、支持基板１４１を接着した後に半導体基板１２１の天地を反転して裏面を研削して薄肉化する。この半導体基板１２１の裏面に絶縁膜１３３を成膜する。なお、同図には、構成を簡略化した半導体基板１２１を記載した。次に、遮光層１５２を形成する。これは、例えば、遮光層１５２の材料となる金属膜をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等により成膜した後に開口部１５３の金属膜をエッチングすることにより行うことができる（図５におけるａ）。
次に、透明膜１５１を絶縁膜１３３および遮光層１５２の上に形成する。これは、透明膜１５１の材料となる酸化物の膜を成膜した後に化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）により表面を平坦化することにより形成することができる（図５におけるｂ）。なお、図５におけるａの工程は、請求の範囲に記載の透明膜を形成する工程に該当する。
次に、透明膜１５１の表面に比較的浅い凹部４０２を形成する。これは、凹部４０２の位置に開口部を備えるレジストを透明膜１５１の上に形成し、当該レジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより形成することができる（図５におけるｃ）。次に、凹部４０２の端部に凹部４０３をエッチングにより形成する。この凹部４０３は、凹部４０２より幅が狭く深い形状に構成される（図５におけるｄ）。次に、遮光壁１５４および遮光膜１５５の材料となる金属膜４０４を成膜する。この際、凹部４０２および４０３に金属が配置される（図６におけるｅ）。次に、金属膜４０４の表面をＣＭＰやエッチングにより研削する。これにより、遮光壁１５４および遮光膜１５５を同時に形成することができる（図６におけるｆ）。なお、図５におけるｃおよびｄならびに図６におけるｅおよびｆの工程は、請求の範囲に記載の遮光壁を形成する工程および遮光膜を形成する工程に該当する。
次に、透明膜１５１を積層し、透明膜１５１を厚膜化する（図６におけるｇ）。次に、透明膜１５１に凹部４０５を形成する。これは、図５におけるｃおよびｄと同様に、透明膜１５１を２度エッチングすることにより形成することができる（図７におけるｈ）。次に、図６におけるｅおよびｆと同様に、凹部４０５に金属を配置し、遮光壁１５７および遮光膜１５８を形成する（図７におけるｉ）。
次に、透明膜１５１を再度積層して表面を平坦化し、カラーフィルタ１７１およびオンチップレンズ１７２を順に形成する（図７におけるｊ）。この際、透明膜１５１とカラーフィルタ１７１との間に有機物の膜を配置してもよい。密着性を向上させるためである。オンチップレンズ１７２を形成する工程の詳細については後述する。以上の工程により、撮像素子１を製造することができる。なお、図７におけるｊの工程は、請求の範囲に記載のオンチップレンズを形成する工程に該当する。
［撮像素子の他の製造方法］
図８は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の他の例を示す図である。同図は、撮像素子１の製造工程を表した図であり、図５におけるｂの工程の後に実行される工程である。
まず、エッチングにより透明膜１５１に凹部４０７を形成する（同図におけるａ）。次に、金属膜４０８を成膜する。この際、凹部４０７に金属が配置される（同図におけるｂ）。次に、金属膜４０８をエッチングして開口部１５３を形成する。これにより、遮光壁１５４および遮光膜１５５が同時に形成される（同図におけるｃ）。次に、透明膜１５１を積層する（同図におけるｄ）。その後、遮光壁１５７および遮光膜１５８を同様に形成し、カラーフィルタ１７１およびオンチップレンズ１７２を形成する。これにより、撮像素子１を製造することができる。
なお、撮像素子１の製造方法は、この例に限定されない。例えば、遮光壁１５４および遮光膜１５５を個別に形成する製造方法を採用することもできる。
［第１の変形例］
上述の撮像素子１は、遮光壁１５４および１５７は遮光膜１５５の端部に隣接して配置されていたが、遮光膜１５５の端部とは異なる位置に配置されてもよい。
図９は、本開示の第１の実施の形態の第１の変形例に係る画素の構成例を示す図である。同図の遮光壁１５４および１５７が遮光膜１５５の端部とは異なる位置に配置される点で、図２において説明した撮像素子１と異なる。同図の遮光膜１５５には、遮光壁１５４および１５７の配置される位置に対して庇状の領域１６１および１６２が形成される。当該領域１６１および１６２は、遮光壁１５４および１５７の配置位置におけるマージンとなる。前述のように、遮光膜１５５の開口部１５６や遮光壁１５７は、画素１００毎の瞳補正量に応じて偏移して配置される。この際、製造工程におけるばらつきにより、開口部１５６の位置がずれて形成される場合がある。このような場合であっても、領域１６１および１６２を形成することにより、遮光部における切れ目の発生を防止することができる。
［第２の変形例］
上述の撮像素子１は、遮光壁１５４および１５７が遮光膜１５５に隣接して配置されていたが、遮光壁１５４および１５７と遮光膜１５５の端部との間に間隙を有する構成にしてもよい。
図１０は、本開示の第１の実施の形態の第２の変形例に係る画素の構成例を示す図である。同図の遮光壁１５４および１５７と遮光膜１５５および１５８との間には、間隙が形成される。当該間隙も遮光壁１５４を形成する際のマージンとして使用することができる。なお、当該間隙を介した入射光の漏れを小さくするため、遮光壁１５４および１５７の幅に対して十分小さな間隙にする必要がある。
［第３の変形例］
上述の撮像素子１は、遮光壁１５４および１５７ならびに遮光膜１５５および１５８を使用していたが、これらの一部を省略する構成にすることもできる。
図１１は、本開示の第１の実施の形態の第３の変形例に係る画素の構成例を示す図である。同図におけるａは、遮光膜１５８を省略した画素１００の例を表したものである。また、同図におけるｂは、遮光膜１５５および遮光壁１５７を省略した画素１００の例を表したものである。何れの例においても遮光膜１５５等の開口部１５６等を介して入射光が集光される。
以上説明したように、本開示の第１の実施の形態の撮像素子１は、遮光壁１５４等および遮光膜１５５等を配置することにより、迷光の光電変換部１０１への入射を防止し、クロストークの発生を軽減することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、オンチップレンズ１７２により入射光を集光していた。これに対し、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、光路部１５０に配置された層内レンズによりさらに集光を行う点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図１２は、本開示の第２の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図の画素１００は、層内レンズ１６４をさらに備える点で、図２において説明した画素１００と異なる。この層内レンズ１６４は、光路部１５０に配置されるレンズであり、オンチップレンズ１７２により集光された入射光の集光をさらに行うレンズである。層内レンズ１６４は、例えば、ＳｉＮ等の無機材料により構成することができる。層内レンズ１６４を配置することにより、画素１００における入射光の集光効率を向上させることができる。同図の層内レンズ１６４は、遮光壁１５７に囲繞された透明膜１５１に配置される。
［撮像素子の製造方法］
図１３および１４は、本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。同図は、撮像素子１の製造工程のうち、層内レンズ１６４の製造工程を表した図であり、図６におけるｆの工程の後に実行される工程である。まず、透明膜１５１、遮光膜１５５の上に、層内レンズ１６４の材料膜４１１を形成する。これは、ＣＶＤやスパッタリングにより行うことができる（図１３におけるａ）。次に、材料膜４１１の上にレジスト４１２を配置する。このレジスト４１２は、層内レンズ１６４と同様の半球形状に構成される。レジスト４１２は、例えば、次の手順により形成することができる。まず、感光性のレジストを塗布した後、露光および現像を行って島状のレジストを形成する。次に、レジストの軟化点以上の温度に加熱して処理する。この手順により、半球形状を有するレジスト４１２を配置することができる（図１３におけるｂ）。
次に、レジスト４１２をマスクとしてドライエッチングを行う。これにより、レジスト４１２の形状を材料膜４１１に転写することができ、層内レンズ１６４を形成することができる（図１３におけるｃ）。なお、図２において説明したオンチップレンズ１７２も層内レンズ１６４と同様の工程により形成することができる。
次に、透明膜１５１を成膜する（図１４におけるｄ）。次に、遮光壁１５７および遮光膜１５８を形成するための凹部４１３を透明膜１５１に形成する。この凹部４１３の遮光壁１５７が配置される凹部は、層内レンズ１６４を貫通する形状に構成される（図１４におけるｅ）。次に、図７におけるｉと同様の工程により、遮光壁１５７および遮光膜１５８を形成する（図１４におけるｆ）。その後、図７におけるｊの工程と同様に、透明膜１５１、カラーフィルタ１７１およびオンチップレンズ１７２を順に形成する。以上の工程により、層内レンズ１６４を備える撮像素子１を製造することができる。
なお、撮像素子１の構成は、この例に限定されない。例えば、層内レンズ１６４を遮光壁１５４に囲繞される位置に形成することもできる。また、遮光壁１５４および１５７のそれぞれに層内レンズを配置する構成にすることもできる。また、画素アレイ部１０に配置された画素１００のうち、赤色光を透過するカラーフィルタ１７１が配置された画素１００に層内レンズ１６４を配置する構成にすることもできる。なお、本実施例では遮光膜１５５および１５８の両方を備える構造を示したが、図１２において説明した画素１００と同様に、遮光膜１５８を省略した構成や１段の遮光膜および遮光壁を備える構成にすることもできる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、層内レンズ１６４を配置することにより、集光効率を向上させることができる。
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、遮光膜１５５および１５８により迷光を遮光していた。これに対し、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、遮光膜１５５および１５８により遮光された光の反射を防止する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図１５は、本開示の第３の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図の画素１００は、反射防止膜１６３および１６４をさらに備える点で、図２において説明した画素１００と異なる。
反射防止膜１６３および１６４は、それぞれ遮光膜１５５および１５８に隣接して配置され、遮光膜１５５および１５８により遮光される光の反射を防止する膜である。反射防止膜１６３および１６４を配置することにより、遮光膜１５５および１５８による反射を低減することができ、遮光膜１５５および１５８の反射光に基づく迷光を低減することができる。反射防止膜１６３および１６４には、例えば、入射光の波長の１／４の厚さに構成することにより、遮光膜１５５および１５８の表面からの反射光に対して反射防止膜１６３および１６４の表面からの反射光の位相を反転させる膜を使用することができる。これにより、遮光膜１５５および１５８と反射防止膜１６３および１６４との表面からの反射光がそれぞれ打ち消され、反射が低減される。このような反射防止層１６３および１６４は、例えば、ＴｉＮにより構成することができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、遮光膜１５５および１５８に隣接して反射防止膜１６３および１６４を配置することにより、遮光膜１５５および１５８による反射光の生成を防止することができる。これにより、反射光が撮像素子１を封止するシールガラスや撮像素子１の外部に配置された赤外光吸収フィルタ等において再度反射して撮像素子１に再入射することによるクロストークの発生を軽減することができる。再反射光によるフレアやゴーストの低減が可能となる。
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、遮光膜１５８等により迷光を遮光しながら開口部１５９等により入射光を透過させていた。これに対し、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、開口部１５９等における迷光の透過を低減する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図１６は、本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図の画素１００は、集光部１６５をさらに備える点で、図２において説明した画素１００と異なる。なお、同図の撮像素子１は、遮光膜１５５および遮光壁１５７を省略した例に該当する。
集光部１６５は、遮光膜１５８の近傍に配置され、透明膜１５１より高い屈折率（例えば、１．５以上）に構成された膜である。斜めに入射する迷光が集光部１６５に入射すると、透明膜１５１および集光部１６５の界面において屈折を生じる。入射方向が変化し、迷光を遮光膜１５８に導くことができる。これにより、遮光膜１５８の開口部１５９の大きさを縮小することなく迷光の遮光効率を向上させることができる。集光部１６５には、例えば、ＳｉＮ等の無機材料を使用することができる。また、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂シラン系樹脂等の共重合系の樹脂に金属化合物（例えば、Ｔｉ化合物、マグネシウム化合物およびＡｌ化合物）の粒子を分散させた材料を使用することもできる。
［集光部の作用］
図１７は、本開示の第４の実施の形態に係る集光の一例を示す図である。同図は、集光部１６５および遮光膜１５８により迷光が遮光される様子を表した図である。同図の入射光３０６は、画素１００に斜めに入射する迷光を表す。透明膜１５１の屈折率より集光部１６５の屈折率が高いため、透明膜１５１から集光部１６５に入射する入射光３０６は、同図に表した方向に屈折する。その後、遮光膜１５８に入射して遮光される。なお、同図の点線の矢印は、集光部１６５がない場合の入射光３０６を表す。集光部１６５を配置することにより、開口部１５９を縮小した場合と同様に、迷光の遮光を行うことができる。これに対し、集光部１６５に垂直に入射する入射光３０７は、屈折することなく集光部１６５を透過する。このように、画素１００に斜めに入射する迷光の入射方向を遮光膜１５８の方に変化させることにより、迷光の遮光効率を向上させることができる。
［画素の他の構成］
図１８は、本開示の第４の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す図である。同図の画素１００は、遮光膜１５８の開口部１５９の近傍とは異なる位置に配置される集光部１６５を備える点で、図１６において説明した画素１００と異なる。
同図の集光部１６５は、遮光膜１５８に隣接して配置されるとともに開口部１５９と略同じ開口部を備える。これにより、図１７において説明した入射光３０７のように、開口部１５９の近傍を通過する入射光の損失を低減することができる。異なる屈折率の領域を通過しないため、入射光３０７に反射を生じないためである。なお、同図の集光部１６５は、遮光膜１５８の材料膜を形成した後に集光部１６５の材料膜を形成し、これらの材料膜のうち開口部１５９を配置する位置の材料膜を同時に除去することにより形成することができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、集光部１６５を透明膜１５１および遮光膜１５８の間に配置することにより、迷光の遮光効率を向上させることができる。
＜５．第５の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、同じ幅に構成された遮光壁１５４および１５７を使用していた。これに対し、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、異なる幅に構成された複数の遮光壁を使用する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図１９は、本開示の第５の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図の画素１００は、遮光膜１５５を省略するとともに遮光壁１５４の代わりに遮光壁１６６を備える点で、図２において説明した画素１００と異なる。
遮光壁１６６は、遮光壁１５７より大きな幅に構成される遮光壁である。具体的には、遮光壁１６６は、図２の遮光膜１５５の半導体基板１２１に平行な方向の大きさと略同じ幅に構成される。すなわち、遮光壁１６６は、遮光膜１５５の膜厚を遮光層１５２に接する大きさに拡大したものに相当する。これにより、遮光壁１６６は、図２における遮光壁１５４および遮光膜１５７の作用を兼ねることができる。撮像素子１の製造工程の簡略化が可能となる。遮光壁１６６の幅は、瞳補正量に応じて調整することができる。すなわち、画素アレイ部１０の光学的な中心からの距離に比例する幅の遮光壁１６６を配置することができる。
なお、大きな幅の遮光壁１６６を使用するため、光路部１５０における入射光の通路が狭くなる。遮光壁１６６に吸収される入射光が増加して、感度が低下する可能性がある。この場合には、入射光の反射率が比較的高い材料、例えば、Ａｌにより構成された遮光壁１６６を使用することができる。遮光壁１６６に吸収される入射光を低減することができ、感度の低下の防止が可能となる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、異なる幅の遮光壁を使用することにより、撮像素子１の製造工程を簡略化することができる。
＜６．第６の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、遮光壁１５４および１５７ならびに遮光膜１５５および１５８を有する光路部１５０により、瞳補正された画素１００において入射光を集光していた。これに対し、本開示の第６の実施の形態では、撮像素子１に位相差検出を行う画素さらに配置し、この位相差検出用の画素も含めて上述の光路部１５０を適用する。
［画素アレイ部の構成］
図２０は、本開示の第６の実施の形態に係る画素アレイ部の構成例を示す図である。同図は、画素アレイ部１０に配列された画素１００における遮光層１５２およびオンチップレンズ１７２の構成を表す平面図である。同図の矩形は画素１００毎に配置された遮光層１５２の開口部１５３を表し、点線はオンチップレンズを表す。
同図の画素アレイ部１０には、位相差画素１１０が配置される。ここで位相差画素１１０とは、撮像レンズの焦点位置を検出するために使用される画素である。具体的には、画素アレイ部１０に被写体からの光を集光する撮像レンズの異なる領域を通過した光による画像のずれを位相差として検出するための画素である。同図の一部の画素には、想定される主光線が遮光層１５２に結像する位置に対し、同図の左側を開口した開口部１５３ａおよび右側を開口した１５３ｂが配置される。これら開口部１５３ａおよび１５３ｂが配置される画素が位相差画素１１０ａおよび１１０ｂにそれぞれ対応する。画素１００の開口部１５３に対し、位相差画素１１０ａの開口部１５３ａは同図の左側の位置に形成され、位相差画素１１０ｂの開口部１５３ｂは同図の右側の位置に形成される。これにより、位相差画素１１０ａには撮像レンズの右側を通った光が入射し、位相差画素１１０ｂには撮像レンズの左側を通った光が入射する。このように、撮像レンズを透過した光を２つに分割する方式は、瞳分割と称される。
このような位相差画素１１０ａおよび１１０ｂを画素アレイ部１０に複数配置する。複数の位相差画素１１０ａにより生成された画像信号による画像と複数の位相差画素１１０ｂにより生成された画像信号による画像との位相差を検出することにより、撮像レンズの焦点位置を検出することができる。この焦点位置に基づいて撮像レンズの位置を調整することにより、オートフォーカスを行うことができる。
位相差画素１１０ａおよび１１０ｂには、画素１００と同様にオンチップレンズ１７２を配置することができる。しかし、後述するように集光位置が異なる位相差画素１１０ａ等に対応するため、オンチップレンズ１７２の代わりに曲率の異なるオンチップレンズ１７３を配置してもよい。本実施例では、この曲率が異なるオンチップレンズ１７３を使用する例について説明する。なお、オンチップレンズ１７３の構成の詳細については後述する。
［画素の構成］
図２１は、本開示の第６の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、図２０におけるＦ−Ｆ’線に沿った断面図である。同図の画素は、開口部１５３ａおよび１５３ｂを有する遮光層１５２が配置された位相差画素１１０ａおよび１１０ｂを備える点で、図２において説明した画素１００と異なる。また、位相差画素１１０ａおよび１１０ｂのオンチップレンズ１７３は、画素１００のオンチップレンズ１７２より大きな曲率に構成される。
位相差画素１１０ａおよび１１０ｂは焦点位置の検出に使用されるため、迷光による誤差が発生する。しかし、同図の位相差画素１１０ａおよび１１０ｂは、遮光壁１５４および１５７ならびに遮光膜１５５および１５８を配置することにより、迷光を遮光することができ、誤差を低減することができる。更には、位相差画素１１０および１１０ｂに起因する画素１００におけるクロストークについても、遮光壁１５４および１５７ならびに遮光膜１５５および１５８により軽減することができる。
前述のように、画素１００のオンチップレンズ１７２は、入射光を光電変換部１０１に集光する。これに対し、位相差画素１１０ａおよび１１０ｂでは、遮光層１５２の瞳分割された開口部１５３の端部に焦点を合わせる必要がある。瞳分割の精度を向上させるためである。そこで、位相差画素１１０ａおよび１１０ｂのオンチップレンズ１７３をオンチップレンズ１７２と比較して高い曲率に構成する。これにより、集光位置を変更することができる。
このようなオンチップレンズ１７２および１７３には、図１３において説明した層内レンズ１６４の製造方法と同様の工程を適用することができる。この際、図１３におけるｂのレジスト４１２をオンチップレンズ１７２および１７３の形状に構成する。これは、次の方法により形成することができる。まず、感光性レジストを厚塗りし、露光、現像および加熱処理を行って、オンチップレンズ１７３の位置のレジスト４１２を形成する。次に、感光性レジストの塗布、露光、現像および加熱処理を再度行ってオンチップレンズ１７２の位置のレジスト４１２を形成する。このように、オンチップレンズ１７２および１７３の形状のレジスト４１２を個別に形成して、レジスト４１２を構成することができる。このレジスト４１２を使用してドライエッチングを行うことにより、オンチップレンズ１７２および１７３を形成することができる。
また、レジスト４１２は、次のように形成することもできる。まず、全てのオンチップレンズの位置においてオンチップレンズ１７２の形状のレジスト４１２を形成する。次に、オンチップレンズ１７３の位置のレジスト４１２に対して感光性レジストを重ね塗りし、露光、現像および加熱処理を再度行い、オンチップレンズ１７３の形状のレジスト４１２を形成する。
また、レジスト４１２は、次のように形成することもできる。感光性レジストを塗布した後、オンチップレンズ１７２および１７３の形状に対応するグレースケールマスクを使用して露光し、現像することにより、残膜制御を行う。これにより、オンチップレンズ１７２および１７３に対応した膜厚の異なるレジスト４１２の形成を１度の露光により行うことができる。
［画素アレイ部の他の構成］
図２２は、本開示の第６の実施の形態に係る画素アレイ部の他の構成例を示す図である。同図におけるａは、画素アレイ部１０に配列された画素１００における遮光層１５２およびオンチップレンズ１７２の構成を表す平面図である。同図の位相差画素１１０ａおよび１１０ｂは、オンチップレンズ１７３の代わりにオンチップレンズ１７４が配置される点で、図２０において説明した位相差画素１１０ａおよび１１０ｂと異なる。同図におけるａに表したように、位相差画素１１０ａおよび１１０ｂに配置されるオンチップレンズ１７４は、半球形状に構成される。同図におけるｂは、同図におけるａのＧ−Ｇ’線に沿ったオンチップレンズ１７２および１７４の構成例を表す断面図である。このように、オンチップレンズ１７４は半球形状に構成されるため、入射光を１点に集光することができる。これにより、非点収差の発生を防止し、位相差の検出精度を向上させることができる。
オンチップレンズ１７２および１７４は、例えば、感光性レジストを露光する際のフォトマスクの形状をオンチップレンズ１７２および１７４に合わせて変更することにより形成することができる。
［画素の他の構成］
図２３は、本開示の第６の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す図である。同図の位相差画素１１０ａおよび１１０ｂは、カラーフィルタ１７１の代わりにカラーフィルタ１７５を配置する点で、図２１において説明した位相差画素１１０ａおよび１１０ｂと異なる。カラーフィルタ１７５は、入射光の透過率を向上させたカラーフィルタである。カラーフィルタ１７５には、例えば、シアン、黄色、灰色および全ての可視光を透過する白色に対応するカラーフィルタを使用することができる。
瞳分割される位相差画素１１０ａおよび１１０ｂは画素１００より感度が低下するため、夜間等の低照度環境において焦点位置の検出が困難となる。上述のカラーフィルタ１７５を配置することにより入射光量が増加し、位相差画素１１０ａおよび１１０ｂを高感度化することができる。しかし、透過率が異なるカラーフィルタを位相差画素１１０ａ等に配置することにより、位相差画素１１０ａ等の周囲の画素１００の画像信号の輝度が高くなり、いわゆる浮きを生じて画質が低下する場合がある。透過率の高いカラーフィルタ１７５により、隣接する画素１００におけるクロストークが増加するためである。このような場合であっても、遮光壁１５４および１５７ならびに遮光膜１５５および１５８による遮光を行うことによりクロストークが軽減されるため、画質の低下を防止することができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第６の実施の形態の撮像素子１は、遮光壁１５４および１５７ならびに遮光膜１５５を配置することにより、迷光によって位相差画素１１０ａおよび１１０ｂの周囲の画像が浮いたように見える現象を抑制することができる。更には、位相差画素１１０ａおよび１１０ｂにおける迷光の影響を軽減することができ、位相差検出精度を向上させることができる。
＜７．カメラへの応用例＞
本開示にかかる技術（本技術）は、様々な製品に応用することができる。例えば、本技術は、カメラ等の撮像装置に搭載される撮像素子として実現されてもよい。
図２４は、本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。同図のカメラ１０００は、レンズ１００１と、撮像素子１００２と、撮像制御部１００３と、レンズ駆動部１００４と、画像処理部１００５と、操作入力部１００６と、フレームメモリ１００７と、表示部１００８と、記録部１００９とを備える。
レンズ１００１は、カメラ１０００の撮像レンズである。このレンズ１００１は、被写体からの光を集光し、後述する撮像素子１００２に入射させて被写体を結像させる。
撮像素子１００２は、レンズ１００１により集光された被写体からの光を撮像する半導体素子である。この撮像素子１００２は、照射された光に応じたアナログの画像信号を生成し、デジタルの画像信号に変換して出力する。
撮像制御部１００３は、撮像素子１００２における撮像を制御するものである。この撮像制御部１００３は、制御信号を生成して撮像素子１００２に対して出力することにより、撮像素子１００２の制御を行う。また、撮像制御部１００３は、撮像素子１００２から出力された画像信号に基づいてカメラ１０００におけるオートフォーカスを行うことができる。ここでオートフォーカスとは、レンズ１００１の焦点位置を検出して、自動的に調整するシステムである。このオートフォーカスとして、撮像素子１００２に配置された位相差画素により像面位相差を検出して焦点位置を検出する方式（像面位相差オートフォーカス）を使用することができる。また、画像のコントラストが最も高くなる位置を焦点位置として検出する方式（コントラストオートフォーカス）を適用することもできる。撮像制御部１００３は、検出した焦点位置に基づいてレンズ駆動部１００４を介してレンズ１００１の位置を調整し、オートフォーカスを行う。なお、撮像制御部１００３は、例えば、ファームウェアを搭載したＤＳＰ（Digital Signal Processor）により構成することができる。
レンズ駆動部１００４は、撮像制御部１００３の制御に基づいて、レンズ１００１を駆動するものである。このレンズ駆動部１００４は、内蔵するモータを使用してレンズ１００１の位置を変更することによりレンズ１００１を駆動することができる。
画像処理部１００５は、撮像素子１００２により生成された画像信号を処理するものである。この処理には、例えば、画素毎の赤色、緑色および青色に対応する画像信号のうち不足する色の画像信号を生成するデモザイク、画像信号のノイズを除去するノイズリダクションおよび画像信号の符号化等が該当する。画像処理部１００５は、例えば、ファームウェアを搭載したマイコンにより構成することができる。
操作入力部１００６は、カメラ１０００の使用者からの操作入力を受け付けるものである。この操作入力部１００６には、例えば、押しボタンやタッチパネルを使用することができる。操作入力部１００６により受け付けられた操作入力は、撮像制御部１００３や画像処理部１００５に伝達される。その後、操作入力に応じた処理、例えば、被写体の撮像等の処理が起動される。
フレームメモリ１００７は、１画面分の画像信号であるフレームを記憶するメモリである。このフレームメモリ１００７は、画像処理部１００５により制御され、画像処理の過程におけるフレームの保持を行う。
表示部１００８は、画像処理部１００５により処理された画像を表示するものである。この表示部１００８には、例えば、液晶パネルを使用することができる。
記録部１００９は、画像処理部１００５により処理された画像を記録するものである。この記録部１００９には、例えば、メモリカードやハードディスクを使用することができる。
以上、本発明が適用され得るカメラについて説明した。本技術は以上において説明した構成のうち、撮像素子１００２に適用され得る。具体的には、図１において説明した撮像素子１は、撮像素子１００２に適用することができる。撮像素子１００２に撮像素子１を適用することによりクロストークの発生が軽減され、カメラ１０００により生成される画像の画質の低下を防止することができる。
なお、ここでは、一例としてカメラについて説明したが、本発明に係る技術は、その他、例えば監視装置等に適用されてもよい。
最後に、上述した各実施の形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）半導体基板に形成されて入射光に応じた光電変換を行う複数の光電変換部と、
前記入射光を透過させる透明膜と、前記光電変換部毎に前記透明膜を前記半導体基板に垂直な方向に区切って遮光する遮光壁と、前記遮光壁における前記半導体基板に近接する側とは異なる側の端部の近傍に配置されるとともに前記半導体基板に平行な膜状に構成されて前記入射光を透過させる開口部が前記光電変換部毎に配置される遮光膜とを備える光路部と、
前記複数の光電変換部毎に配置されて前記光路部を介して前記入射光を前記光電変換部に集光するオンチップレンズと
を具備する撮像素子。
（２）前記光路部は、複数の前記遮光壁を備える前記（１）に記載の撮像素子。
（３）前記遮光膜は、前記複数の遮光壁のうちの少なくとも１つの近傍に配置される前記（２）記載の撮像素子。
（４）前記遮光膜が２つの前記遮光壁の間に配置される場合に、当該２つの遮光壁の少なくとも１つは、前記遮光膜の端部とは異なる位置に配置される前記（３）に記載の撮像素子。（５）前記複数の遮光壁は、それぞれ異なる幅に形成される前記（２）から（４）の何れかに記載の撮像素子。
（６）前記遮光膜は、前記遮光壁に隣接して配置される前記（１）から（５）の何れかに記載の撮像素子。
（７）前記遮光膜は、前記遮光壁と同じ材料により構成される前記（１）から（６）の何れかに記載の撮像素子。
（８）前記遮光膜は、前記遮光壁と同時に形成される前記（７）に記載の撮像素子。
（９）前記光路部は、前記入射光の入射角度に応じて前記遮光壁および前記遮光膜の開口部が偏移して配置される前記（１）から（８）の何れかに記載の撮像素子。
（１０）前記遮光膜の近傍に配置されて前記透明膜とは異なる屈折率の集光部をさらに備える前記（１）から（９）の何れかに記載の撮像素子。
（１１）前記集光部は、前記遮光膜の開口部近傍とは異なる位置に配置される前記（１０）に記載の撮像素子。
（１２）前記遮光膜に隣接して配置されて前記入射光の反射を防止する反射防止膜をさらに具備する前記（１）から（１１）の何れかに記載の撮像素子。
（１３）前記遮光膜は、矩形以外の形状の前記開口部を有する前記（１）から（１２）の何れかに記載の撮像素子。
（１４）前記光路部に配置されて前記入射光を集光する層内レンズをさらに具備する前記（１）から（１３）の何れかに記載の撮像素子。
（１５）前記光電変換部、前記オンチップレンズおよび前記光路部を備える複数の画素を具備し、
前記複数の画素は、前記画素毎の前記半導体基板および前記光路部の間に配置されて前記入射光を透過させる開口部を有する遮光層をさらに備える
前記（１）から（１４）の何れかに記載の撮像素子。
（１６）前記遮光層の開口部を所定の瞳分割方向に遷移して配置することにより被写体からの入射光を瞳分割して位相差を検出する前記画素である位相差画素をさらに具備する前記（１５）に記載の撮像素子。
（１７）入射光に応じた光電変換を行う光電変換部が形成された半導体基板に前記入射光を透過させる透明膜を形成する工程と、
前記形成された透明膜を前記半導体基板に垂直な方向に区切って遮光する遮光壁を前記光電変換毎に形成する工程と、
前記形成された遮光壁における前記半導体基板に近接する側とは異なる側の端部の近傍に配置されるとともに前記半導体基板に平行な膜状に構成されて前記入射光を透過させる開口部が前記光電変換部毎に配置される遮光膜を形成する工程と、
前記入射光を前記光電変換部に集光するオンチップレンズを形成する工程と
を具備する撮像素子の製造方法。
１ 撮像素子
１０ 画素アレイ部
１００ 画素
１０１ 光電変換部
１１０、１１０ａ、１１０ｂ 位相差画素
１２１ 半導体基板
１３３ 絶縁膜
１５０ 光路部
１５１ 透明膜
１５２ 遮光層
１５３、１５３ａ、１５３ｂ、１５６、１５９ 開口部
１５４、１５７、１６６ 遮光壁 １５５、１５８ 遮光膜
１６３ 反射防止膜
１６４ 層内レンズ
１６５ 集光部
１７１、１７５ カラーフィルタ
１７２、１７３、１７４ オンチップレンズ
１００２ 撮像素子

Claims (17)

  1. 半導体基板に形成されて入射光に応じた光電変換を行う複数の光電変換部と、
    前記入射光を透過させる透明膜と、前記光電変換部毎に前記透明膜を前記半導体基板に垂直な方向に区切って遮光する遮光壁と、前記遮光壁における前記半導体基板に近接する側とは異なる側の端部の近傍に配置されるとともに前記半導体基板に平行な膜状に構成されて前記入射光を透過させる開口部が前記光電変換部毎に配置される遮光膜とを備える光路部と、
    前記複数の光電変換部毎に配置されて前記光路部を介して前記入射光を前記光電変換部に集光するオンチップレンズと
    を具備する撮像素子。
  2. 前記光路部は、複数の前記遮光壁を備える請求項１記載の撮像素子。
  3. 前記遮光膜は、前記複数の遮光壁のうちの少なくとも１つの近傍に配置される請求項２記載の撮像素子。
  4. 前記遮光膜が２つの前記遮光壁の間に配置される場合に、当該２つの遮光壁の少なくとも１つは、前記遮光膜の端部とは異なる位置に配置される請求項３記載の撮像素子。
  5. 前記複数の遮光壁は、それぞれ異なる幅に形成される請求項２記載の撮像素子。
  6. 前記遮光膜は、前記遮光壁に隣接して配置される請求項１記載の撮像素子。
  7. 前記遮光膜は、前記遮光壁と同じ材料により構成される請求項１記載の撮像素子。
  8. 前記遮光膜は、前記遮光壁と同時に形成される請求項７記載の撮像素子。
  9. 前記光路部は、前記入射光の入射角度に応じて前記遮光壁および前記遮光膜の開口部が偏移して配置される請求項１記載の撮像素子。
  10. 前記遮光膜の近傍に配置されて前記透明膜とは異なる屈折率の集光部をさらに備える請求項１記載の撮像素子。
  11. 前記集光部は、前記遮光膜の開口部近傍とは異なる位置に配置される請求項１０記載の撮像素子。
  12. 前記遮光膜に隣接して配置されて前記入射光の反射を防止する反射防止膜をさらに具備する請求項１記載の撮像素子。
  13. 前記遮光膜は、矩形以外の形状の前記開口部を有する請求項１記載の撮像素子。
  14. 前記光路部に配置されて前記入射光を集光する層内レンズをさらに具備する請求項１記載の撮像素子。
  15. 前記光電変換部、前記オンチップレンズおよび前記光路部を備える複数の画素を具備し、
    前記複数の画素は、前記画素毎の前記半導体基板および前記光路部の間に配置されて前記入射光を透過させる開口部を有する遮光層をさらに備える
    請求項１記載の撮像素子。
  16. 前記遮光層の開口部を所定の瞳分割方向に遷移して配置することにより被写体からの入射光を瞳分割して位相差を検出する前記画素である位相差画素をさらに具備する請求項１５記載の撮像素子。
  17. 入射光に応じた光電変換を行う光電変換部が形成された半導体基板に前記入射光を透過させる透明膜を形成する工程と、
    前記形成された透明膜を前記半導体基板に垂直な方向に区切って遮光する遮光壁を前記光電変換毎に形成する工程と、
    前記形成された遮光壁における前記半導体基板に近接する側とは異なる側の端部の近傍に配置されるとともに前記半導体基板に平行な膜状に構成されて前記入射光を透過させる開口部が前記光電変換部毎に配置される遮光膜を形成する工程と、
    前記入射光を前記光電変換部に集光するオンチップレンズを形成する工程と
    を具備する撮像素子の製造方法。
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