WO2016111004A1 - 固体撮像装置 - Google Patents

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WO2016111004A1
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light
conversion unit
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俊介 鈴木
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device having a structure in which a plurality of substrates are stacked.
  • phase difference AF As an example of a method of auto focus (AF), there is a method using a phase difference AF sensor, that is, phase difference AF.
  • AF auto focus
  • the mirrorless single-lens reflex camera it is more difficult to mount a phase difference AF sensor than the conventional digital single-lens reflex camera because of the housing.
  • there is a solid-state imaging device in which pixels for image acquisition and pixels for phase difference AF are provided in the effective pixel area.
  • Patent Document 1 discloses a solid-state imaging device in which the above points are improved.
  • the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 includes a stacked first substrate and a second substrate.
  • a first photoelectric conversion unit for image acquisition is disposed on the first substrate, and a second photoelectric conversion unit for phase difference AF is disposed on the second substrate.
  • FIG. 7 shows the configuration of a solid-state imaging device 1000 described in Patent Document 1.
  • a cross section of the solid-state imaging device 1000 is shown.
  • the solid-state imaging device 1000 includes a first substrate 80, a second substrate 90, a microlens ML, and a color filter CF.
  • the first substrate 80 and the second substrate 90 are stacked.
  • the color filter CF is disposed on the main surface (the widest surface of the plurality of surfaces constituting the surface of the substrate) of the first substrate 80, and the microlens ML is disposed on the color filter CF.
  • the symbol of one microlens ML is shown as a representative.
  • the code of one color filter CF is shown as a representative.
  • the light from the subject which has passed through the imaging lens disposed in the optical front of the solid-state imaging device 1000, is incident on the microlens ML.
  • the microlens ML focuses the light transmitted through the imaging lens.
  • the color filter CF transmits light of a wavelength corresponding to a predetermined color. For example, red, green and blue color filters CF are arranged to form a two-dimensional Bayer array.
  • the first substrate 80 has a first semiconductor layer 800 and a first wiring layer 810.
  • the first semiconductor layer 800 includes a first photoelectric conversion portion 801 which converts incident light into a signal.
  • the first wiring layer 810 has a first wiring 811, a first via 812, and a first interlayer insulating film 813. Although a plurality of first wires 811 exist in FIG. 7, the symbol of one first wire 811 is shown as a representative. Further, although a plurality of first vias 812 are present in FIG. 7, the symbol of one first via 812 is shown as a representative.
  • the first wiring 811 is a thin film in which a wiring pattern is formed.
  • the first wiring 811 transmits the signal generated by the first photoelectric conversion unit 801 and other signals (power supply voltage, ground voltage, and the like). In the example shown in FIG. 7, four layers of first wires 811 are formed.
  • the first wiring 811 formed in the fourth layer closest to the second substrate 90 also functions as a light shielding layer 811 a.
  • the light shielding layer 811 a has an opening 8110 through which only a part of the light incident on the first substrate 80 passes.
  • the opening 8110 is formed by the side wall of the light shielding layer 811 a.
  • the first vias 812 connect the first wires 811 in different layers.
  • portions other than the first wiring 811 and the first via 812 are formed of a first interlayer insulating film 813.
  • the second substrate 90 has a second semiconductor layer 900 and a second wiring layer 910.
  • the second semiconductor layer 900 includes a second photoelectric conversion portion 901 which converts incident light into a signal.
  • the second wiring layer 910 includes a second wiring 911, a second via 912, a second interlayer insulating film 913, and a MOS transistor 920.
  • a plurality of second wires 911 exist in FIG. 7, the symbol of one second wire 911 is shown as a representative.
  • a plurality of second vias 912 exist in FIG. 7, the symbol of one second via 912 is shown as a representative.
  • a plurality of MOS transistors 920 are present in FIG. 7, the symbol of one MOS transistor 920 is shown as a representative.
  • the second wiring 911 is a thin film in which a wiring pattern is formed.
  • the second wiring 911 transmits the signal generated by the second photoelectric conversion unit 901 and other signals (power supply voltage, ground voltage, and the like). In the example shown in FIG. 7, the second wiring 911 of two layers is formed.
  • the second via 912 connects the second wires 911 of different layers.
  • portions other than the second wiring 911 and the second via 912 are formed of a second interlayer insulating film 913.
  • MOS transistor 920 has a source region and a drain region, and a gate electrode.
  • the source and drain regions are diffusion regions formed in the second semiconductor layer 900.
  • the gate electrode is disposed in the second wiring layer 910.
  • the source and drain regions are connected to the second via 912.
  • the gate electrode is disposed between the source region and the drain region.
  • the MOS transistor 920 processes the signal transmitted by the second wire 911 and the second via 912.
  • the first substrate 80 and the second substrate 90 are electrically connected at the interface between the first substrate 80 and the second substrate 90 via the first via 812 and the second via 912. There is.
  • the solid-state imaging device 1000 illustrated in FIG. 7 can generate an imaging signal from the signal generated by the first photoelectric conversion unit 801.
  • the solid-state imaging device 1000 illustrated in FIG. 7 can generate a signal (phase difference calculation signal) used for focus detection by phase difference AF from the signal generated by the second photoelectric conversion unit 901.
  • the above-described solid-state imaging device 1000 has the following problems.
  • phase difference AF a signal based on light passing through the left pupil region in the exit pupil of the imaging lens and a signal based on light passing through the right pupil region in the exit pupil of the imaging lens are acquired in pairs. Therefore, the opening 8110 is disposed at a position offset with respect to the center of the microlens ML.
  • the opening 8110 is disposed to the right of the center of the microlens ML.
  • the opening 8110 in a portion not shown in FIG. 7 is disposed to the left of the center of the microlens ML.
  • first pixel the opening 8110 is disposed to the right of the center of the microlens ML.
  • the opening 8110 is disposed to the left of the center of the microlens ML.
  • the present invention provides a solid-state imaging device capable of acquiring signals at more positions on the second substrate.
  • a solid-state imaging device has a plurality of microlenses, a first substrate, and a second substrate.
  • the first substrate has a plurality of first photoelectric conversion units. Each of the plurality of first photoelectric conversion units corresponds to any one of the plurality of microlenses.
  • the first light transmitted through the plurality of microlenses is incident on the plurality of first photoelectric conversion units corresponding to the plurality of microlenses.
  • the plurality of first photoelectric conversion units generate a first signal according to the first light.
  • the second substrate has a plurality of second photoelectric conversion units and a plurality of third photoelectric conversion units.
  • a plurality of sets are arranged, and each of the plurality of sets includes one of the second photoelectric conversion unit and one of the third photoelectric conversion unit.
  • the plurality of sets respectively correspond to at least one of the plurality of first photoelectric conversion units.
  • the second light transmitted through the plurality of first photoelectric conversion units is incident on the plurality of sets corresponding to the plurality of first photoelectric conversion units.
  • the plurality of second photoelectric conversion units generate a second signal according to the third light.
  • the third light is the second light corresponding to the light that has passed through the first lens area.
  • the plurality of third photoelectric conversion units generate a third signal according to the fourth light.
  • the fourth light is the second light corresponding to the light that has passed through the second lens area.
  • An imaging lens is disposed in front of the plurality of microlenses. The imaging lens has the first lens area and the second lens area.
  • the second substrate further includes a charge separation region disposed between the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit. May be included.
  • the charge separation region may prevent movement of charge between the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit.
  • the first substrate may further have a wiring layer and a separation layer.
  • the wiring layer may have a plurality of stacked wirings.
  • the separation layer may have a part of the plurality of wirings and be disposed so as to overlap the charge separation region.
  • the plurality of sets may be arranged in a matrix.
  • the two or more second signals generated by the two or more second photoelectric conversion units arranged along the same direction of the plurality of sets of arrays may be added.
  • the two or more third signals generated by the two or more third photoelectric conversion units arranged along the same direction may be added.
  • each of the plurality of sets may correspond to two or more of the first photoelectric conversion units.
  • the second light transmitted through two or more of the first photoelectric conversion units is one of the second photoelectric conversion units included in the group corresponding to the two or more first photoelectric conversion units.
  • the light may be incident on one of the third photoelectric conversion units.
  • the second substrate has the plurality of second photoelectric conversion units and the plurality of third photoelectric conversion units.
  • a plurality of sets are arranged, and each of the plurality of sets includes one second photoelectric conversion unit and one third photoelectric conversion unit.
  • Each of the plurality of sets corresponds to at least one of the plurality of first photoelectric conversion units.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. It is a top view showing arrangement of the 1st photoelectric conversion part in a solid imaging device of a 1st embodiment of the present invention. It is a top view which shows arrangement
  • FIG. 1 shows the configuration of a solid-state imaging device 1a according to a first embodiment of the present invention.
  • a cross section of the solid-state imaging device 1a is shown in FIG.
  • the solid-state imaging device 1a includes a first substrate 10, a second substrate 20, a microlens 301, a color filter 302, and an imaging lens 400.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are stacked.
  • the dimensions of the portion constituting the solid-state imaging device 1a do not necessarily follow the dimensions shown in FIG.
  • the dimensions of the portion constituting the solid-state imaging device 1a may be arbitrary.
  • the color filter 302 is disposed on the main surface of the first substrate 10 (the widest surface of the plurality of surfaces constituting the surface of the substrate), and the microlenses 301 are disposed on the color filter 302. Although a plurality of microlenses 301 exist in FIG. 1, the symbol of one microlens 301 is shown as a representative. Further, although a plurality of color filters 302 exist in FIG. 1, the code of one color filter 302 is shown as a representative.
  • the light from the subject which has passed through the imaging lens 400 disposed in front of the solid-state imaging device 1 a is incident on the microlens 301.
  • the microlens 301 forms an image of the light passing through the imaging lens 400.
  • the color filter 302 transmits light of a wavelength corresponding to a predetermined color. For example, red, green and blue color filters 302 are arranged to form a two-dimensional Bayer array.
  • An imaging lens 400 is disposed in front of the plurality of microlenses 301.
  • the imaging lens 400 has a first lens area 401 and a second lens area 402.
  • the first lens area 401 and the second lens area 402 are symmetrical with respect to the optical axis of the imaging lens 400.
  • the first lens area 401 is a left pupil area in the exit pupil of the imaging lens 400.
  • the second lens area 402 is a right pupil area in the exit pupil of the imaging lens 400.
  • the first substrate 10 has a first semiconductor layer 100 and a first wiring layer 110.
  • the first semiconductor layer 100 and the first wiring layer 110 extend in a direction (eg, the main surface) substantially across the main surface of the first substrate 10 (the widest surface of the plurality of surfaces constituting the surface of the substrate). Vertically).
  • the first semiconductor layer 100 and the first wiring layer 110 are in contact with each other.
  • the first semiconductor layer 100 has a first photoelectric conversion portion 101. Although a plurality of first photoelectric conversion units 101 exist in FIG. 1, the code of one first photoelectric conversion unit 101 is shown as a representative.
  • the first semiconductor layer 100 is made of a material containing a semiconductor such as silicon (Si).
  • the first photoelectric conversion unit 101 is formed of a semiconductor material having an impurity concentration different from that of the semiconductor material forming the first semiconductor layer 100.
  • the first semiconductor layer 100 has a first surface and a second surface. The first surface of the first semiconductor layer 100 is in contact with the first wiring layer 110. A second surface opposite to the first surface of the first semiconductor layer 100 is in contact with the color filter 302. The second surface of the first semiconductor layer 100 constitutes one of the main surfaces of the first substrate 10.
  • the plurality of first photoelectric conversion units 101 correspond to any one of the plurality of microlenses 301, respectively. That is, one first photoelectric conversion unit 101 and one microlens 301 correspond to each other.
  • the first light transmitted through the plurality of microlenses 301 is incident on the plurality of first photoelectric conversion units 101 corresponding to the plurality of microlenses 301.
  • the plurality of first photoelectric conversion units 101 generate a first signal according to the first light.
  • the first wiring layer 110 has a first wiring 111, a first via 112, and a first interlayer insulating film 113. Although a plurality of first wires 111 exist in FIG. 1, the symbol of one first wire 111 is shown as a representative. Further, although a plurality of first vias 112 exist in FIG. 1, the symbol of one first via 112 is shown as a representative.
  • the first wiring 111 is made of a conductive material (for example, a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu)).
  • the first via 112 is made of a conductive material.
  • the first wiring layer 110 has a first surface and a second surface. The first surface of the first wiring layer 110 is in contact with the second substrate 20. A second surface opposite to the first surface of the first wiring layer 110 is in contact with the first semiconductor layer 100. The first surface of the first wiring layer 110 constitutes one of the main surfaces of the first substrate 10.
  • the first wiring 111 is a thin film in which a wiring pattern is formed.
  • the first wiring 111 transmits the signal generated by the first photoelectric conversion unit 101 and other signals (power supply voltage, ground voltage, and the like).
  • the first wiring 111 of only one layer may be formed, or the first wiring 111 of a plurality of layers may be formed. In the example shown in FIG. 1, the first wiring 111 of four layers is formed.
  • the first vias 112 connect the first wirings 111 in different layers.
  • portions other than the first wiring 111 and the first via 112 are formed of a first interlayer insulating film 113 formed of silicon dioxide (SiO 2) or the like.
  • the second substrate 20 has a second semiconductor layer 200 and a second wiring layer 210.
  • the second semiconductor layer 200 and the second wiring layer 210 overlap in a direction crossing the main surface of the second substrate 20 (for example, a direction substantially perpendicular to the main surface). Also, the second semiconductor layer 200 and the second wiring layer 210 are in contact with each other.
  • the second semiconductor layer 200 includes a second photoelectric conversion unit 201, a third photoelectric conversion unit 202, and a charge separation region 203.
  • a plurality of second photoelectric conversion units 201 exist in FIG. 1, the code of one second photoelectric conversion unit 201 is shown as a representative.
  • a plurality of third photoelectric conversion units 202 exist in FIG. 1, the code of one third photoelectric conversion unit 202 is shown as a representative.
  • a plurality of charge separation regions 203 exist in FIG. 1, the symbol of one charge separation region 203 is shown as a representative.
  • the second semiconductor layer 200 is made of a material containing a semiconductor such as silicon (Si).
  • the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 are made of a semiconductor material having an impurity concentration different from that of the semiconductor material constituting the second semiconductor layer 200.
  • the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 are disposed in a region corresponding to the first photoelectric conversion unit 101. That is, the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 are disposed at positions where the light transmitted through the first photoelectric conversion unit 101 is incident.
  • the second semiconductor layer 200 has a first surface and a second surface.
  • the first surface of the second semiconductor layer 200 is in contact with the second wiring layer 210.
  • a second surface opposite to the first surface of the second semiconductor layer 200 is in contact with the first substrate 10.
  • the second surface of the second semiconductor layer 200 constitutes one of the main surfaces of the second substrate 20.
  • the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 are disposed along a direction parallel to the main surface of the second substrate 20.
  • a plurality of sets are arranged, and each of the plurality of sets includes one second photoelectric conversion unit 201 and one third photoelectric conversion unit 202.
  • Each of the plurality of sets corresponds to at least one of the plurality of first photoelectric conversion units 101. That is, one second photoelectric conversion unit 201 and one third photoelectric conversion unit 202 included in one set correspond to at least one first photoelectric conversion unit 101.
  • the second light transmitted through the plurality of first photoelectric conversion units 101 is incident on a plurality of sets corresponding to the plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • the second light transmitted through at least one first photoelectric conversion unit 101 is incident on one second photoelectric conversion unit 201 and one third photoelectric conversion unit 202 included in one group.
  • the plurality of second photoelectric conversion units 201 generate a second signal according to the third light.
  • the third light is a second light corresponding to the light that has passed through the first lens area 401.
  • the plurality of third photoelectric conversion units 202 generate third signals according to the fourth light.
  • the fourth light is a second light corresponding to the light that has passed through the second lens area 402.
  • the second wiring layer 210 includes a second wiring 211, a second via 212, a second interlayer insulating film 213, and a charge separation region 203.
  • a plurality of second wires 211 exist in FIG. 1, the symbol of one second wire 211 is shown as a representative.
  • the symbol of one second via 212 is shown as a representative.
  • the second wiring 211 is made of a conductive material (for example, a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu)).
  • the second via 212 is made of a conductive material.
  • the first surface of the second wiring layer 210 constitutes one of the main surfaces of the second substrate 20.
  • a second surface opposite to the first surface of the second wiring layer 210 is in contact with the second semiconductor layer 200.
  • the second wiring 211 is a thin film in which a wiring pattern is formed.
  • the second wiring 211 transmits signals generated by the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 and other signals (power supply voltage, ground voltage, and the like).
  • the second wiring 211 of only one layer may be formed, or the second wiring 211 of a plurality of layers may be formed. In the example shown in FIG. 1, the second wiring 211 of four layers is formed.
  • the second vias 212 connect the second wires 211 in different layers.
  • the second via 212 penetrates the second semiconductor layer 200 and is connected to the first via 112.
  • the portion other than the second wiring 211, the second via 212, and the charge separation region 203 is a second interlayer insulating film 213 formed of silicon dioxide (SiO 2) or the like. It is configured.
  • the second substrate 20 has a charge separation region 203.
  • the charge separation region 203 is made of silicon dioxide (SiO 2).
  • the charge separation region 203 may be made of polysilicon covered by silicon dioxide (SiO 2).
  • the charge separation region 203 may be made of a metal (such as copper (Cu)) covered by silicon dioxide (SiO 2).
  • the charge separation region 203 straddles the second semiconductor layer 200 and the second wiring layer 210.
  • the charge separation region 203 is disposed between the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202.
  • One charge separation region 203 is disposed corresponding to one second photoelectric conversion unit 201 and one third photoelectric conversion unit 202.
  • the charge separation region 203 prevents movement of charge between the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202. It is desirable that the charge separation region 203 further shield light.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are stacked in a state in which the first wiring layer 110 of the first substrate 10 and the second semiconductor layer 200 of the second substrate 20 face each other.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are electrically connected.
  • the solid-state imaging device 1 a can generate an imaging signal from the signal generated by the first photoelectric conversion unit 101. Further, the solid-state imaging device 1a generates a signal (phase difference calculation signal) used for focus detection by phase difference AF from the signals generated by the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202. be able to.
  • FIG. 2 shows the arrangement of the first photoelectric conversion units 101.
  • the arrangement when the first substrate 10 is viewed in the direction perpendicular to the main surface of the first substrate 10 is shown.
  • the first substrate 10 has a plurality of first photoelectric conversion units 101 and a plurality of microlenses 301.
  • reference numerals of one first photoelectric conversion unit 101 and one microlens 301 are shown as a representative.
  • the plurality of first photoelectric conversion units 101 and the plurality of microlenses 301 are arranged in a matrix.
  • one first photoelectric conversion unit 101 and one microlens 301 correspond to each other.
  • FIG. 3 shows the arrangement of the second photoelectric conversion unit 201, the third photoelectric conversion unit 202, and the charge separation region 203.
  • FIG. 3 shows the arrangement when the second substrate 20 is viewed in the direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20.
  • the second substrate 20 includes a plurality of second photoelectric conversion units 201, a plurality of third photoelectric conversion units 202, and a plurality of charge separation regions 203.
  • reference numerals of one second photoelectric conversion unit 201, one third photoelectric conversion unit 202, and one charge separation region 203 are shown as a representative.
  • a plurality of sets of the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 are arranged in a matrix. Further, the plurality of charge separation regions 203 are arranged in a matrix.
  • one second photoelectric conversion unit 201, one third photoelectric conversion unit 202, and one charge separation region 203 are disposed at a position corresponding to one microlens 301.
  • one first photoelectric conversion unit 101 and one microlens 301 correspond to each other. Therefore, one second photoelectric conversion unit 201 and one first photoelectric conversion unit 101 correspond to each other. Further, one third photoelectric conversion unit 202 and one first photoelectric conversion unit 101 correspond to each other. Further, one charge separation region 203 and one first photoelectric conversion unit 101 correspond to each other.
  • one second photoelectric conversion unit 201 and one third photoelectric conversion unit 202 are arranged in a region corresponding to one first photoelectric conversion unit 101.
  • the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 acquire a pair of a second signal and a third signal necessary for the phase difference AF.
  • an area for obtaining two signals necessary for the phase difference AF corresponds to two first photoelectric conversion units 801.
  • an area for obtaining two signals necessary for the phase difference AF corresponds to one first photoelectric conversion unit 101. Therefore, in the solid-state imaging device 1a, signals necessary for the phase difference AF can be acquired at more positions of the second substrate 20.
  • FIG. 4 shows the same state as FIG.
  • a plurality of sets of the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 are arranged in a matrix.
  • the two or more second signals generated by the two or more second photoelectric conversion units 201 arranged along the same direction of the plurality of sets of arrays are added.
  • two or more third signals generated by two or more third photoelectric conversion units 202 arranged along the same direction of the plurality of sets of arrays are added.
  • Two or more second signals are transmitted via the second wiring 211 and added.
  • two or more third signals are transmitted via the second wiring 211 and added.
  • the arrows shown in FIG. 4 indicate how the second signal and the third signal are added.
  • the four second signals generated by the four second photoelectric conversion units 201 arranged in the column direction are added.
  • the four third signals generated by the four third photoelectric conversion units 202 arranged in the column direction are added.
  • the second signal and the third signal for each column after being added are used for focus detection.
  • FIG. 5 shows the arrangement of the second photoelectric conversion unit 201, the third photoelectric conversion unit 202, and the charge separation region 203.
  • FIG. 5 shows the arrangement when the second substrate 20 is viewed in the direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20.
  • the second substrate 20 includes a plurality of second photoelectric conversion units 201, a plurality of third photoelectric conversion units 202, and a plurality of charge separation regions 203.
  • reference numerals of one second photoelectric conversion unit 201, one third photoelectric conversion unit 202, and one charge separation region 203 are shown as a representative.
  • a plurality of sets of the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 correspond to two or more first photoelectric conversion units 101, respectively.
  • the second light transmitted through the two or more first photoelectric conversion units 101 is divided into one second photoelectric conversion unit 201 included in a set corresponding to the two or more first photoelectric conversion units 101 and one second photoelectric conversion unit 201.
  • the light is incident on the third photoelectric conversion unit 202.
  • one second photoelectric conversion unit 201 and one third photoelectric conversion unit 202 When the second substrate 20 is viewed in the direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20, one second photoelectric conversion unit 201 and one third photoelectric conversion unit 202, One charge separation region 203 overlaps with two or more microlenses 301. As described above, one first photoelectric conversion unit 101 and one microlens 301 correspond to each other. Therefore, one second photoelectric conversion unit 201 corresponds to two or more first photoelectric conversion units 101 arranged in the column direction. Further, one third photoelectric conversion unit 202 corresponds to two or more first photoelectric conversion units 101 arranged in the column direction. Further, one charge separation region 203 corresponds to two or more first photoelectric conversion units 101 arranged in the column direction. One second photoelectric conversion unit 201 generates a second signal for each column. Further, one third photoelectric conversion unit 202 generates a third signal for each column.
  • the density of the arrangement of the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 in the row direction is the row of the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202 in FIG. 4. Identical to the density of orientations. For this reason, in the second substrate 20, signals necessary for the phase difference AF can be acquired at more positions in the row direction of the above array.
  • the solid-state imaging device does not have a configuration corresponding to at least one of the first wiring layer 110, the second wiring layer 210, the color filter 302, and the imaging lens 400. It is also good.
  • a solid-state imaging device 1a having a plurality of microlenses 301, a first substrate 10, and a second substrate 20 is configured.
  • the first substrate 10 has a plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • the second substrate 20 has a plurality of second photoelectric conversion units 201 and a plurality of third photoelectric conversion units 202.
  • the second substrate 20 includes a plurality of second photoelectric conversion units 201 and a plurality of third photoelectric conversion units 202.
  • a plurality of sets are arranged, and each of the plurality of sets includes one second photoelectric conversion unit 201 and one third photoelectric conversion unit 202.
  • Each of the plurality of sets corresponds to at least one of the plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • signals can be acquired at more positions on the second substrate 20.
  • part of the light transmitted through the first photoelectric conversion unit 801 is reflected by the light shielding layer 811 a.
  • the light reflected by the light shielding layer 811 a can be incident on the first photoelectric conversion portion 801 of the adjacent pixel. Therefore, color mixing may occur.
  • the position where the opening 8110 is disposed is different between the first pixel for phase difference AF and the second pixel. Therefore, when light having a uniform light amount enters the solid-state imaging device 1000, the light reflected by the light shielding layer 811a is incident on the plurality of first photoelectric conversion units 801 according to the position of the pixel for image acquisition. Amounts can vary. As a result, variations in the signals generated by the plurality of first photoelectric conversion units 801 may occur.
  • the first wiring 111 does not have a light shielding layer.
  • the structure of the combination of one second photoelectric conversion unit 201, one third photoelectric conversion unit 202, and one charge separation region 203 corresponds to which of the second substrate 20. The positions are almost the same. Therefore, when light having a uniform light amount is incident on the solid-state imaging device 1a, the amount of light incident on the plurality of first photoelectric conversion units 101 is substantially uniform. As a result, variations in the signals generated by the plurality of first photoelectric conversion units 101 are reduced.
  • FIG. 6 shows the configuration of a solid-state imaging device 1b according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a cross section of the solid-state imaging device 1b.
  • the solid-state imaging device 1 b includes a first substrate 10, a second substrate 20 laminated on the first substrate 10, a microlens 301, a color filter 302, and an imaging lens 400.
  • a first substrate 10 As shown in FIG. 6, the solid-state imaging device 1 b includes a first substrate 10, a second substrate 20 laminated on the first substrate 10, a microlens 301, a color filter 302, and an imaging lens 400.
  • a microlens 301 includes a microlens 301, a color filter 302, and an imaging lens 400.
  • the configuration shown in FIG. 6 will be described about differences from the configuration shown in FIG. 6 will be described about differences from the configuration shown in FIG.
  • the first substrate 10 has a first wiring layer 110 and an isolation layer 114.
  • the first wiring layer 110 has a plurality of stacked first wirings 111.
  • the separation layer 114 includes a part of the plurality of first wirings 111 and is disposed to overlap with the charge separation region 203.
  • the separation layer 114 is disposed in the first wiring layer 110.
  • the separation layer 114 is configured of the first wiring 111 in three layers and a via that connects the first wirings 111 in different layers.
  • the vias forming the isolation layer 114 are similar to the first vias 112.
  • the separation layer 114 is disposed between the second photoelectric conversion unit 201 and the third photoelectric conversion unit 202. ing.
  • the separation layer 114 has a characteristic of reflecting light. For example, the separation layer 114 is columnar.
  • the separation layer 114 functions as an optical waveguide.
  • the light is reflected by the sidewalls of the separation layer 114. Therefore, the second light transmitted through the first photoelectric conversion portion 101 is easily separated into the third light and the fourth light.
  • the third light corresponds to the light that has passed through the first lens area 401 of the imaging lens 400.
  • the fourth light corresponds to the light that has passed through the second lens area 402 of the imaging lens 400.
  • the charge separation region 203 is made of only silicon dioxide (SiO 2) or when the charge separation region 203 is made of silicon dioxide (SiO 2) and polysilicon, light can pass through the charge separation region 203 There is sex.
  • the provision of the separation layer 114 makes it difficult for the direction of light incident on the second photoelectric conversion portion 201 or the third photoelectric conversion portion 202 to cross the charge separation region 203. Therefore, light is less likely to pass through the charge separation region 203.
  • the second substrate has a plurality of second photoelectric conversion units and a plurality of third photoelectric conversion units.
  • a plurality of sets are arranged, and each of the plurality of sets includes one second photoelectric conversion unit and one third photoelectric conversion unit.
  • Each of the plurality of sets corresponds to at least one of the plurality of first photoelectric conversion units.

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Abstract

　固体撮像装置は、複数のマイクロレンズと、第１の基板と、第２の基板とを有する。前記第１の基板は、複数の第１の光電変換部を有する。前記複数の第１の光電変換部はそれぞれ前記複数のマイクロレンズのいずれか１つに対応する。前記第２の基板は、複数の第２の光電変換部および複数の第３の光電変換部を有する。複数の組が配置され、前記複数の組はそれぞれ１つの前記第２の光電変換部および１つの前記第３の光電変換部を含む。前記複数の組はそれぞれ前記複数の第１の光電変換部の少なくとも１つに対応する。

Description

固体撮像装置
　本発明は、複数の基板が積層された構造を有する固体撮像装置に関する。
　オートフォーカス（ＡＦ）の方式の例として、位相差ＡＦセンサを用いる方式すなわち位相差ＡＦがある。ミラーレス一眼レフカメラでは、筐体の都合上、位相差ＡＦセンサを搭載することが従来のデジタル一眼レフカメラよりも難しい。この点に鑑み、有効画素エリア内に画像取得用の画素と位相差ＡＦ用の画素とが設けられた固体撮像装置がある。
　しかしながら、固体撮像装置の有効画素エリア内に位相差ＡＦ用の画素があるため、その位置では画像取得用の画素が存在しない。これにより、その位置の画素が欠陥画素と同様に扱われる。ＡＦ動作の性能を確保するためには、ある程度の数の位相差ＡＦ用の画素が必要である。このため、画像データに対して、多数の位相差ＡＦ用の画素の位置における欠陥補完処理が必要である。この結果、十分な画質を得ることが困難でありうる。
　上記の点が改善された固体撮像装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された固体撮像装置は、積層された第１の基板と第２の基板とを有する。画像取得用の第１の光電変換部が第１の基板に配置され、位相差ＡＦ用の第２の光電変換部が第２の基板に配置される。
　特許文献１に開示された固体撮像装置の詳細を説明する。図７は、特許文献１に記載された固体撮像装置１０００の構成を示している。図７では固体撮像装置１０００の断面が示されている。図７に示すように、固体撮像装置１０００は、第１の基板８０と、第２の基板９０と、マイクロレンズＭＬと、カラーフィルタＣＦとを有する。第１の基板８０と、第２の基板９０とは積層されている。
　第１の基板８０の主面（基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面）にカラーフィルタＣＦが配置され、カラーフィルタＣＦ上にマイクロレンズＭＬが配置されている。図７では複数のマイクロレンズＭＬが存在するが、代表として１つのマイクロレンズＭＬの符号が示されている。また、図７では複数のカラーフィルタＣＦが存在するが、代表として１つのカラーフィルタＣＦの符号が示されている。
　固体撮像装置１０００の光学的前方に配置された撮像レンズを通過した、被写体からの光がマイクロレンズＭＬに入射する。マイクロレンズＭＬは、撮像レンズを透過した光を結像する。カラーフィルタＣＦは、所定の色に対応した波長の光を透過させる。例えば、赤、緑、青のカラーフィルタＣＦが、２次元状のベイヤー配列を構成するように配置される。
　第１の基板８０は、第１の半導体層８００と、第１の配線層８１０とを有する。第１の半導体層８００は、入射した光を信号に変換する第１の光電変換部８０１を有する。
　第１の配線層８１０は、第１の配線８１１と、第１のビア８１２と、第１の層間絶縁膜８１３とを有する。図７では複数の第１の配線８１１が存在するが、代表として１つの第１の配線８１１の符号が示されている。また、図７では複数の第１のビア８１２が存在するが、代表として１つの第１のビア８１２の符号が示されている。
　第１の配線８１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第１の配線８１１は、第１の光電変換部８０１で生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。図７に示す例では、４層の第１の配線８１１が形成されている。第２の基板９０に最も近い第４層に形成された第１の配線８１１は、遮光層８１１ａとしても機能する。
　遮光層８１１ａは、第１の基板８０に入射した光の一部のみが通過する開口部８１１０を有する。開口部８１１０は、遮光層８１１ａの側壁で構成されている。
　第１のビア８１２は、異なる層の第１の配線８１１を接続する。第１の配線層８１０において、第１の配線８１１および第１のビア８１２以外の部分は、第１の層間絶縁膜８１３で構成されている。
　第２の基板９０は、第２の半導体層９００と、第２の配線層９１０とを有する。第２の半導体層９００は、入射した光を信号に変換する第２の光電変換部９０１を有する。
　第２の配線層９１０は、第２の配線９１１と、第２のビア９１２と、第２の層間絶縁膜９１３と、ＭＯＳトランジスタ９２０とを有する。図７では複数の第２の配線９１１が存在するが、代表として１つの第２の配線９１１の符号が示されている。また、図７では複数の第２のビア９１２が存在するが、代表として１つの第２のビア９１２の符号が示されている。また、図７では複数のＭＯＳトランジスタ９２０が存在するが、代表として１つのＭＯＳトランジスタ９２０の符号が示されている。
　第２の配線９１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第２の配線９１１は、第２の光電変換部９０１で生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。図７に示す例では、２層の第２の配線９１１が形成されている。
　第２のビア９１２は、異なる層の第２の配線９１１を接続する。第２の配線層９１０において、第２の配線９１１および第２のビア９１２以外の部分は、第２の層間絶縁膜９１３で構成されている。
　ＭＯＳトランジスタ９２０は、ソース領域およびドレイン領域と、ゲート電極とを有する。ソース領域およびドレイン領域は、第２の半導体層９００に形成された拡散領域である。ゲート電極は、第２の配線層９１０に配置されている。ソース領域およびドレイン領域は、第２のビア９１２と接続されている。ゲート電極は、ソース領域とドレイン領域との間に配置されている。ＭＯＳトランジスタ９２０は、第２の配線９１１と第２のビア９１２とによって伝送された信号を処理する。
　第１の基板８０と第２の基板９０とは、第１のビア８１２と第２のビア９１２とを介して第１の基板８０と第２の基板９０との界面で電気的に接続されている。
　図７に示す固体撮像装置１０００は、第１の光電変換部８０１で生成された信号から撮像信号を生成することができる。また、図７に示す固体撮像装置１０００は、第２の光電変換部９０１で生成された信号から、位相差ＡＦによる焦点検出に用いる信号（位相差算出用信号）を生成することができる。
日本国特開２０１３－１８７４７５号公報
　上記の固体撮像装置１０００には以下の課題がある。位相差ＡＦでは、撮像レンズの射出瞳における左側の瞳領域を通過した光に基づく信号と、撮像レンズの射出瞳における右側の瞳領域を通過した光に基づく信号とがペアで取得される。このため、開口部８１１０は、マイクロレンズＭＬの中心に対して偏った位置に配置される。図７では、開口部８１１０は、マイクロレンズＭＬの中心よりも右に配置されている。図７に示されていない部分の開口部８１１０は、マイクロレンズＭＬの中心よりも左に配置されている。
　つまり、ペアである２つの信号を取得するために、第２の基板９０では位相差ＡＦ用の画素として２種類の画素が配置される。以下では、これら２種類の画素をそれぞれ第１の画素と第２の画素と呼ぶ。第１の画素では、開口部８１１０がマイクロレンズＭＬの中心よりも右に配置されている。第２の画素では、開口部８１１０がマイクロレンズＭＬの中心よりも左に配置されている。第１の画素と第２の画素とで信号が得られることにより、１つの画像取得用の画素に対応する位置で焦点検出を行うことが可能である。したがって、焦点検出を行うことができる位置の数の最大数は画像取得用の画素の数の半分である。
　本発明は、第２の基板のより多くの位置で信号を取得することができる固体撮像装置を提供する。
　本発明の第１の態様によれば、固体撮像装置は、複数のマイクロレンズと、第１の基板と、第２の基板と、を有する。前記第１の基板は、複数の第１の光電変換部を有する。前記複数の第１の光電変換部はそれぞれ前記複数のマイクロレンズのいずれか１つに対応する。前記複数のマイクロレンズを透過した第１の光は、前記複数のマイクロレンズに対応する前記複数の第１の光電変換部に入射する。前記複数の第１の光電変換部は、前記第１の光に応じた第１の信号を生成する。前記第２の基板は、複数の第２の光電変換部および複数の第３の光電変換部を有する。複数の組が配置され、前記複数の組はそれぞれ１つの前記第２の光電変換部および１つの前記第３の光電変換部を含む。前記複数の組はそれぞれ前記複数の第１の光電変換部の少なくとも１つに対応する。前記複数の第１の光電変換部を透過した第２の光は、前記複数の第１の光電変換部に対応する前記複数の組に入射する。前記複数の第２の光電変換部は、第３の光に応じた第２の信号を生成する。前記第３の光は、第１のレンズ領域を通過した光に対応する前記第２の光である。前記複数の第３の光電変換部は、第４の光に応じた第３の信号を生成する。前記第４の光は、第２のレンズ領域を通過した光に対応する前記第２の光である。前記複数のマイクロレンズの光学的前方に撮像レンズが配置されている。前記撮像レンズは、前記第１のレンズ領域と前記第２のレンズ領域とを有する。
　本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記第２の基板はさらに、前記第２の光電変換部と前記第３の光電変換部との間に配置された電荷分離領域を有してもよい。前記電荷分離領域は前記第２の光電変換部と前記第３の光電変換部との間の電荷の移動を妨げてもよい。
　本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、前記第１の基板はさらに、配線層と分離層とを有してもよい。前記配線層は、積層された複数の配線を有してもよい。前記分離層は、前記複数の配線の一部を有し、前記電荷分離領域と重なるように配置されてもよい。
　本発明の第４の態様によれば、第１の態様において、前記複数の組は行列状に配置されてもよい。前記複数の組の配列の同一方向に沿って配置された２個以上の前記第２の光電変換部で生成された２個以上の前記第２の信号は加算されてもよい。前記同一方向に沿って配置された２個以上の前記第３の光電変換部で生成された２個以上の前記第３の信号は加算されてもよい。
　本発明の第５の態様によれば、第４の態様において、前記複数の組はそれぞれ２個以上の前記第１の光電変換部に対応してもよい。２個以上の前記第１の光電変換部を透過した前記第２の光は、前記２個以上の前記第１の光電変換部に対応する前記組に含まれる１つの前記第２の光電変換部および１つの前記第３の光電変換部に入射してもよい。
　上記の各態様によれば、第２の基板は、複数の第２の光電変換部および複数の第３の光電変換部を有する。複数の組が配置され、複数の組はそれぞれ１つの第２の光電変換部および１つの第３の光電変換部を含む。複数の組はそれぞれ複数の第１の光電変換部の少なくとも１つに対応する。このため、第２の基板のより多くの位置で信号を取得することができる。
本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置における第１の光電変換部の配列を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置における第２の光電変換部と、第３の光電変換部と、電荷分離領域との配列を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置における第２の光電変換部と、第３の光電変換部と、電荷分離領域との配列を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置における第２の光電変換部と、第３の光電変換部と、電荷分離領域との配列を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の断面図である。 従来の固体撮像装置の断面図である。
　図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置１ａの構成を示している。図１では固体撮像装置１ａの断面が示されている。図１に示すように、固体撮像装置１ａは、第１の基板１０と、第２の基板２０と、マイクロレンズ３０１と、カラーフィルタ３０２と、撮像レンズ４００とを有する。第１の基板１０と、第２の基板２０とは積層されている。
　固体撮像装置１ａを構成する部分の寸法は、図１に示される寸法に従うわけではない。固体撮像装置１ａを構成する部分の寸法は任意であってよい。
　第１の基板１０の主面（基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面）にカラーフィルタ３０２が配置され、カラーフィルタ３０２上にマイクロレンズ３０１が配置されている。図１では複数のマイクロレンズ３０１が存在するが、代表として１つのマイクロレンズ３０１の符号が示されている。また、図１では複数のカラーフィルタ３０２が存在するが、代表として１つのカラーフィルタ３０２の符号が示されている。
　固体撮像装置１ａの光学的前方に配置された撮像レンズ４００を通過した、被写体からの光がマイクロレンズ３０１に入射する。マイクロレンズ３０１は、撮像レンズ４００を通過した光を結像する。カラーフィルタ３０２は、所定の色に対応した波長の光を透過させる。例えば、赤、緑、青のカラーフィルタ３０２が、２次元状のベイヤー配列を構成するように配置される。
　複数のマイクロレンズ３０１の光学的前方に撮像レンズ４００が配置されている。撮像レンズ４００は、第１のレンズ領域４０１と第２のレンズ領域４０２とを有する。第１のレンズ領域４０１と第２のレンズ領域４０２とは、撮像レンズ４００の光軸を中心に対称である。例えば、第１のレンズ領域４０１は、撮像レンズ４００の射出瞳における左側の瞳領域である。例えば、第２のレンズ領域４０２は、撮像レンズ４００の射出瞳における右側の瞳領域である。
　第１の基板１０は、第１の半導体層１００と、第１の配線層１１０とを有する。第１の半導体層１００と第１の配線層１１０とは、第１の基板１０の主面（基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面）を横切る方向（例えば、主面にほぼ垂直な方向）に重なっている。また、第１の半導体層１００と第１の配線層１１０とは互いに接触している。
　第１の半導体層１００は、第１の光電変換部１０１を有する。図１では複数の第１の光電変換部１０１が存在するが、代表として１つの第１の光電変換部１０１の符号が示されている。第１の半導体層１００は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体を含む材料で構成されている。例えば、第１の光電変換部１０１は、第１の半導体層１００を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第１の半導体層１００は、第１の面と第２の面とを有する。第１の半導体層１００の第１の面は、第１の配線層１１０と接触している。第１の半導体層１００の第１の面と反対側の第２の面は、カラーフィルタ３０２と接触している。第１の半導体層１００の第２の面は第１の基板１０の主面の１つを構成する。
　複数の第１の光電変換部１０１はそれぞれ複数のマイクロレンズ３０１のいずれか１つに対応する。つまり、１つの第１の光電変換部１０１と１つのマイクロレンズ３０１とが対応する。複数のマイクロレンズ３０１を透過した第１の光は、複数のマイクロレンズ３０１に対応する複数の第１の光電変換部１０１に入射する。複数の第１の光電変換部１０１は、第１の光に応じた第１の信号を生成する。
　第１の配線層１１０は、第１の配線１１１と、第１のビア１１２と、第１の層間絶縁膜１１３とを有する。図１では複数の第１の配線１１１が存在するが、代表として１つの第１の配線１１１の符号が示されている。また、図１では複数の第１のビア１１２が存在するが、代表として１つの第１のビア１１２の符号が示されている。
　第１の配線１１１は、導電性を有する材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属）で構成されている。第１のビア１１２は、導電性を有する材料で構成されている。第１の配線層１１０は、第１の面と第２の面とを有する。第１の配線層１１０の第１の面は第２の基板２０と接触している。第１の配線層１１０の第１の面と反対側の第２の面は第１の半導体層１００と接触している。第１の配線層１１０の第１の面は第１の基板１０の主面の１つを構成する。
　第１の配線１１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第１の配線１１１は、第１の光電変換部１０１で生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。１層のみの第１の配線１１１が形成されていてもよいし、複数層の第１の配線１１１が形成されていてもよい。図１に示す例では、４層の第１の配線１１１が形成されている。
　第１のビア１１２は、異なる層の第１の配線１１１を接続する。第１の配線層１１０において、第１の配線１１１および第１のビア１１２以外の部分は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）等で形成された第１の層間絶縁膜１１３で構成されている。
　第２の基板２０は、第２の半導体層２００と、第２の配線層２１０とを有する。第２の半導体層２００と第２の配線層２１０とは、第２の基板２０の主面を横切る方向（例えば、主面にほぼ垂直な方向）に重なっている。また、第２の半導体層２００と第２の配線層２１０とは互いに接触している。
　第２の半導体層２００は、第２の光電変換部２０１と、第３の光電変換部２０２と、電荷分離領域２０３とを有する。図１では複数の第２の光電変換部２０１が存在するが、代表として１つの第２の光電変換部２０１の符号が示されている。また、図１では複数の第３の光電変換部２０２が存在するが、代表として１つの第３の光電変換部２０２の符号が示されている。また、図１では複数の電荷分離領域２０３が存在するが、代表として１つの電荷分離領域２０３の符号が示されている。
　第２の半導体層２００は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体を含む材料で構成されている。例えば、第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とは、第２の半導体層２００を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第１の光電変換部１０１に対応する領域に第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とが配置されている。つまり、第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とは、第１の光電変換部１０１を透過した光が入射する位置に配置されている。第２の半導体層２００は、第１の面と第２の面とを有する。第２の半導体層２００の第１の面は第２の配線層２１０と接触している。第２の半導体層２００の第１の面と反対側の第２の面は第１の基板１０と接触している。第２の半導体層２００の第２の面は第２の基板２０の主面の１つを構成する。
　第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とは、第２の基板２０の主面に平行な方向に沿って配置されている。複数の組が配置され、複数の組はそれぞれ１つの第２の光電変換部２０１と１つの第３の光電変換部２０２とを含む。複数の組はそれぞれ複数の第１の光電変換部１０１の少なくとも１つに対応する。つまり、１つの組に含まれる１つの第２の光電変換部２０１および１つの第３の光電変換部２０２と少なくとも１つの第１の光電変換部１０１とが対応する。複数の第１の光電変換部１０１を透過した第２の光は、複数の第１の光電変換部１０１に対応する複数の組に入射する。つまり、少なくとも１つの第１の光電変換部１０１を透過した第２の光は、１つの組に含まれる１つの第２の光電変換部２０１と１つの第３の光電変換部２０２とに入射する。複数の第２の光電変換部２０１は、第３の光に応じた第２の信号を生成する。第３の光は、第１のレンズ領域４０１を通過した光に対応する第２の光である。複数の第３の光電変換部２０２は、第４の光に応じた第３の信号を生成する。第４の光は、第２のレンズ領域４０２を通過した光に対応する第２の光である。
　第２の配線層２１０は、第２の配線２１１と、第２のビア２１２と、第２の層間絶縁膜２１３と、電荷分離領域２０３とを有する。図１では複数の第２の配線２１１が存在するが、代表として１つの第２の配線２１１の符号が示されている。また、図１では複数の第２のビア２１２が存在するが、代表として１つの第２のビア２１２の符号が示されている。
　第２の配線２１１は、導電性を有する材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属）で構成されている。第２のビア２１２は、導電性を有する材料で構成されている。第２の配線層２１０の第１の面は第２の基板２０の主面の１つを構成する。第２の配線層２１０の第１の面と反対側の第２の面は第２の半導体層２００と接触している。
　第２の配線２１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第２の配線２１１は、第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とで生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。１層のみの第２の配線２１１が形成されていてもよいし、複数層の第２の配線２１１が形成されていてもよい。図１に示す例では、４層の第２の配線２１１が形成されている。
　第２のビア２１２は、異なる層の第２の配線２１１を接続する。第２のビア２１２は、第２の半導体層２００を貫通し、第１のビア１１２と接続されている。第２の配線層２１０において、第２の配線２１１と、第２のビア２１２と、電荷分離領域２０３と以外の部分は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）等で形成された第２の層間絶縁膜２１３で構成されている。
　第２の基板２０は、電荷分離領域２０３を有する。例えば、電荷分離領域２０３は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）で構成されている。電荷分離領域２０３は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）によって覆われたポリシリコンで構成されてもよい。電荷分離領域２０３は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）によって覆われた金属（銅（Ｃｕ）等）で構成されてもよい。電荷分離領域２０３は、第２の半導体層２００と第２の配線層２１０とにまたがる。電荷分離領域２０３は、第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２との間に配置されている。１つの第２の光電変換部２０１と１つの第３の光電変換部２０２とに対応して１つの電荷分離領域２０３が配置されている。電荷分離領域２０３は第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２との間の電荷の移動を妨げる。電荷分離領域２０３はさらに、光を遮蔽することが望ましい。
　第１の基板１０と第２の基板２０とは、第１の基板１０の第１の配線層１１０と第２の基板２０の第２の半導体層２００とが向かい合った状態で積層されている。第１の基板１０と第２の基板２０とは、電気的に接続されている。
　固体撮像装置１ａは、第１の光電変換部１０１で生成された信号から撮像信号を生成することができる。また、固体撮像装置１ａは、第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とで生成された信号から、位相差ＡＦによる焦点検出に用いる信号（位相差算出用信号）を生成することができる。
　図２は、第１の光電変換部１０１の配列を示している。図２では、第１の基板１０の主面に垂直な方向に第１の基板１０を見た場合の配列が示されている。図２に示すように、第１の基板１０は、複数の第１の光電変換部１０１と複数のマイクロレンズ３０１とを有する。図２では代表として１つの第１の光電変換部１０１と１つのマイクロレンズ３０１との符号が示されている。複数の第１の光電変換部１０１と複数のマイクロレンズ３０１とは行列状に配置されている。図２に示すように、１つの第１の光電変換部１０１と１つのマイクロレンズ３０１とが対応する。
　図３は、第２の光電変換部２０１と、第３の光電変換部２０２と、電荷分離領域２０３との配列を示している。図３では、第２の基板２０の主面に垂直な方向に第２の基板２０を見た場合の配列が示されている。図３に示すように、第２の基板２０は、複数の第２の光電変換部２０１と、複数の第３の光電変換部２０２と、複数の電荷分離領域２０３とを有する。図３では代表として１つの第２の光電変換部２０１と、１つの第３の光電変換部２０２と、１つの電荷分離領域２０３との符号が示されている。第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２との複数の組は行列状に配置されている。また、複数の電荷分離領域２０３は行列状に配置されている。
　図３に示すように、１つのマイクロレンズ３０１に対応する位置に１つの第２の光電変換部２０１と、１つの第３の光電変換部２０２と、１つの電荷分離領域２０３とが配置されている。上記のように、１つの第１の光電変換部１０１と１つのマイクロレンズ３０１とが対応する。このため、１つの第２の光電変換部２０１と１つの第１の光電変換部１０１とが対応する。また、１つの第３の光電変換部２０２と１つの第１の光電変換部１０１とが対応する。また、１つの電荷分離領域２０３と１つの第１の光電変換部１０１とが対応する。
　第２の基板２０において、１つの第１の光電変換部１０１に対応する領域に１つの第２の光電変換部２０１と１つの第３の光電変換部２０２とが配置される。第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とによって、位相差ＡＦに必要な第２の信号と第３の信号とのペアが取得される。図７に示す固体撮像装置１０００では、位相差ＡＦに必要な２つの信号を得るための領域は、２つの第１の光電変換部８０１に対応する。一方、図１に示す固体撮像装置１ａでは、位相差ＡＦに必要な２つの信号を得るための領域は、１つの第１の光電変換部１０１に対応する。このため、固体撮像装置１ａでは、位相差ＡＦに必要な信号を第２の基板２０のより多くの位置で取得することができる。
　第１の実施形態の第１の変形例を説明する。図４は、図３と同様の状態を示している。第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２との複数の組は行列状に配置されている。上記の複数の組の配列の同一方向に沿って配置された２個以上の第２の光電変換部２０１で生成された２個以上の第２の信号は加算される。また、上記の複数の組の配列の同一方向に沿って配置された２個以上の第３の光電変換部２０２で生成された２個以上の第３の信号は加算される。２個以上の第２の信号は、第２の配線２１１を介して伝送され、加算される。同様に、２個以上の第３の信号は、第２の配線２１１を介して伝送され、加算される。
　図４に示す矢印は、第２の信号と第３の信号とが加算される様子を示している。図４では、列方向に配置された４個の第２の光電変換部２０１で生成された４個の第２の信号が加算される。また、図４では、列方向に配置された４個の第３の光電変換部２０２で生成された４個の第３の信号が加算される。加算された後の列毎の第２の信号と第３の信号とが、焦点検出に用いられる。
　第１の実施形態の第２の変形例を説明する。図５は、第２の光電変換部２０１と、第３の光電変換部２０２と、電荷分離領域２０３との配列を示している。図５では、第２の基板２０の主面に垂直な方向に第２の基板２０を見た場合の配列が示されている。図５に示すように、第２の基板２０は、複数の第２の光電変換部２０１と、複数の第３の光電変換部２０２と、複数の電荷分離領域２０３とを有する。図５では代表として１つの第２の光電変換部２０１と、１つの第３の光電変換部２０２と、１つの電荷分離領域２０３との符号が示されている。
　第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２との複数の組はそれぞれ２個以上の第１の光電変換部１０１に対応する。２個以上の第１の光電変換部１０１を透過した第２の光は、２個以上の第１の光電変換部１０１に対応する組に含まれる１つの第２の光電変換部２０１と１つの第３の光電変換部２０２とに入射する。
　図５では、第２の基板２０の主面に垂直な方向に第２の基板２０を見た場合に、１つの第２の光電変換部２０１と、１つの第３の光電変換部２０２と、１つの電荷分離領域２０３とが２個以上のマイクロレンズ３０１と重なる。上記のように、１つの第１の光電変換部１０１と１つのマイクロレンズ３０１とが対応する。このため、１つの第２の光電変換部２０１と、列方向に配置された２個以上の第１の光電変換部１０１とが対応する。また、１つの第３の光電変換部２０２と、列方向に配置された２個以上の第１の光電変換部１０１とが対応する。また、１つの電荷分離領域２０３と、列方向に配置された２個以上の第１の光電変換部１０１とが対応する。１つの第２の光電変換部２０１によって、列毎の第２の信号が生成される。また、１つの第３の光電変換部２０２によって、列毎の第３の信号が生成される。
　図５では、第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２との行方向の配置の密度は、図４における第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２との行方向の配置の密度と同一である。このため、第２の基板２０において、上記の配列の行方向に関して、位相差ＡＦに必要な信号をより多くの位置で取得することができる。
　本発明の各態様の固体撮像装置は、第１の配線層１１０と、第２の配線層２１０と、カラーフィルタ３０２と、撮像レンズ４００との少なくとも１つに対応する構成を有していなくてもよい。
　第１の実施形態によれば、複数のマイクロレンズ３０１と、第１の基板１０と、第２の基板２０とを有する固体撮像装置１ａが構成される。第１の基板１０は、複数の第１の光電変換部１０１を有する。第２の基板２０は、複数の第２の光電変換部２０１と、複数の第３の光電変換部２０２とを有する。
　第１の実施形態では、第２の基板２０は、複数の第２の光電変換部２０１および複数の第３の光電変換部２０２を有する。複数の組が配置され、複数の組はそれぞれ１つの第２の光電変換部２０１および１つの第３の光電変換部２０２を含む。複数の組はそれぞれ複数の第１の光電変換部１０１の少なくとも１つに対応する。このため、第２の基板２０のより多くの位置で信号を取得することができる。
　図７に示す固体撮像装置１０００では、第１の光電変換部８０１を透過した光の一部は遮光層８１１ａにより反射される。遮光層８１１ａにより反射された光は、隣接する画素の第１の光電変換部８０１に入射しうる。このため、混色が発生する可能性がある。また、位相差ＡＦ用の第１の画素と第２の画素とでは、開口部８１１０が配置された位置が異なる。このため、光量が均一な光が固体撮像装置１０００に入射した場合、画像取得用の画素の位置に応じて、遮光層８１１ａにより反射されて複数の第１の光電変換部８０１に入射する光の量が異なりうる。この結果、複数の第１の光電変換部８０１で生成される信号のばらつきが生じる可能性がある。
　図１に示す固体撮像装置１ａでは、第１の配線１１１は遮光層を有していない。また、固体撮像装置１ａでは、１つの第２の光電変換部２０１と、１つの第３の光電変換部２０２と、１つの電荷分離領域２０３との組の構造は、第２の基板２０のどの位置においてもほぼ同一である。このため、光量が均一な光が固体撮像装置１ａに入射した場合、複数の第１の光電変換部１０１に入射する光の量はほぼ均一である。この結果、複数の第１の光電変換部１０１で生成される信号のばらつきが低減される。
　（第２の実施形態）
　図６は、本発明の第２の実施形態の固体撮像装置１ｂの構成を示している。図６では固体撮像装置１ｂの断面が示されている。図６に示すように、固体撮像装置１ｂは、第１の基板１０と、第１の基板１０に積層された第２の基板２０と、マイクロレンズ３０１と、カラーフィルタ３０２と、撮像レンズ４００とを有する。
　図６に示す構成について、図１に示す構成と異なる点を説明する。第１の基板１０は、第１の配線層１１０と分離層１１４とを有する。第１の配線層１１０は、積層された複数の第１の配線１１１を有する。分離層１１４は、複数の第１の配線１１１の一部を有し、電荷分離領域２０３と重なるように配置されている。
　図６では、分離層１１４は、第１の配線層１１０に配置されている。分離層１１４は、３層の第１の配線１１１と、異なる層の第１の配線１１１を接続するビアとで構成されている。分離層１１４を構成するビアは、第１のビア１１２と同様である。第１の基板１０の主面に垂直な方向に第１の基板１０を見た場合に、分離層１１４は、第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２との間に配置されている。分離層１１４は、光を反射する特性を有する。例えば、分離層１１４は、柱状である。
　上記以外の点については、図６に示す構成は図１に示す構成と同様である。
　第２の実施形態では、分離層１１４は光導波路として機能する。分離層１１４の側壁によって光が反射される。このため、第１の光電変換部１０１を透過した第２の光が、第３の光と第４の光とに分離しやすい。第３の光は、撮像レンズ４００の第１のレンズ領域４０１を通過した光に対応する。第４の光は、撮像レンズ４００の第２のレンズ領域４０２を通過した光に対応する。この結果、光が第２の光電変換部２０１と第３の光電変換部２０２とに効率的に入射する。
　電荷分離領域２０３が二酸化珪素（ＳｉＯ２）のみで構成されている場合、または電荷分離領域２０３が二酸化珪素（ＳｉＯ２）とポリシリコンとで構成されている場合、光が電荷分離領域２０３を透過する可能性がある。分離層１１４が設けられることにより、第２の光電変換部２０１または第３の光電変換部２０２に入射する光の方向が電荷分離領域２０３を横切る方向になりにくい。このため、光が電荷分離領域２０３を透過しにくい。
　以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
　本発明の各実施形態によれば、第２の基板は、複数の第２の光電変換部および複数の第３の光電変換部を有する。複数の組が配置され、複数の組はそれぞれ１つの第２の光電変換部および１つの第３の光電変換部を含む。複数の組はそれぞれ複数の第１の光電変換部の少なくとも１つに対応する。このため、第２の基板のより多くの位置で信号を取得することができる。
　１ａ，１ｂ，１０００　固体撮像装置
　１０，８０　第１の基板
　２０，９０　第２の基板
　１００，８００　第１の半導体層
　１０１，８０１　第１の光電変換部
　１１０，８１０　第１の配線層
　１１１，８１１　第１の配線
　１１２，８１２　第１のビア
　１１３，８１３　第１の層間絶縁膜
　１１４　分離層
　２００，９００　第２の半導体層
　２０１，９０１　第２の光電変換部
　２０２　第３の光電変換部
　２０３　電荷分離領域
　２１０，９１０　第２の配線層
　２１１，９１１　第２の配線
　２１２，９１２　第２のビア
　２１３，９１３　第２の層間絶縁膜
　３０１，ＭＬ　マイクロレンズ
　３０２，ＣＦ　カラーフィルタ
　８１１ａ　遮光層
　９２０　ＭＯＳトランジスタ
　８１１０　開口部

Claims (5)

  1. 　複数のマイクロレンズと、
    　複数の第１の光電変換部を有し、前記複数の第１の光電変換部はそれぞれ前記複数のマイクロレンズのいずれか１つに対応し、前記複数のマイクロレンズを透過した第１の光は、前記複数のマイクロレンズに対応する前記複数の第１の光電変換部に入射し、前記複数の第１の光電変換部は、前記第１の光に応じた第１の信号を生成する第１の基板と、
    　複数の第２の光電変換部および複数の第３の光電変換部を有し、複数の組が配置され、前記複数の組はそれぞれ１つの前記第２の光電変換部および１つの前記第３の光電変換部を含み、前記複数の組はそれぞれ前記複数の第１の光電変換部の少なくとも１つに対応し、前記複数の第１の光電変換部を透過した第２の光は、前記複数の第１の光電変換部に対応する前記複数の組に入射し、前記複数の第２の光電変換部は、第３の光に応じた第２の信号を生成し、前記第３の光は、第１のレンズ領域を通過した光に対応する前記第２の光であり、前記複数の第３の光電変換部は、第４の光に応じた第３の信号を生成し、前記第４の光は、第２のレンズ領域を通過した光に対応する前記第２の光である第２の基板と、
    　を有し、
    　前記複数のマイクロレンズの光学的前方に撮像レンズが配置され、前記撮像レンズは、前記第１のレンズ領域と前記第２のレンズ領域とを有する
    　固体撮像装置。
  2. 　前記第２の基板はさらに、前記第２の光電変換部と前記第３の光電変換部との間に配置された電荷分離領域を有し、前記電荷分離領域は前記第２の光電変換部と前記第３の光電変換部との間の電荷の移動を妨げる請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記第１の基板はさらに、
    　積層された複数の配線を有する配線層と、
    　前記複数の配線の一部を有し、前記電荷分離領域と重なるように配置された分離層と、
    　を有する請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記複数の組は行列状に配置され、
    　前記複数の組の配列の同一方向に沿って配置された２個以上の前記第２の光電変換部で生成された２個以上の前記第２の信号は加算され、前記同一方向に沿って配置された２個以上の前記第３の光電変換部で生成された２個以上の前記第３の信号は加算される
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記複数の組はそれぞれ２個以上の前記第１の光電変換部に対応し、２個以上の前記第１の光電変換部を透過した前記第２の光は、前記２個以上の前記第１の光電変換部に対応する前記組に含まれる１つの前記第２の光電変換部および１つの前記第３の光電変換部に入射する請求項１に記載の固体撮像装置。
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