WO2019039010A1 - 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び電子機器 - Google Patents

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photoelectric conversion
phase difference
solid
difference detection
color filter
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良洋 安藤
秀晃 富樫
慎平 福岡
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device, a method of manufacturing a solid-state imaging device, and an electronic device.
  • a method of detecting a phase difference using a pair of phase difference detection pixels having a sensitivity having asymmetry with respect to an incident angle of light is adopted as an autofocus function.
  • a solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 below can be mentioned.
  • the phase difference detection pixel is realized by dividing the lower electrode of the pixel or providing a light shielding film on the pixel.
  • phase difference detection includes a plurality of stacked layers. It will be done in one of the photodiodes. At this time, since the light shielding film is provided to the other photodiodes on which the phase difference detection pixels are stacked, incident light is reduced compared to the normal pixel without the light shielding film, and the sensitivity is lowered. It becomes.
  • a plurality of pixels including at least two phase difference detection pixels for performing focus detection are provided, and the respective pixels are stacked on one another and absorb light of wavelengths different from one another to generate charges.
  • the laminated structure of the phase difference detection pixel a part of the upper surface of any one of the plurality of photoelectric conversion elements is covered, and A solid-state imaging device provided with a color filter that absorbs light is provided.
  • a method of manufacturing a solid-state imaging device including a plurality of pixels including at least two phase difference detection pixels for performing focus detection, which absorb light of different wavelengths to generate charges. Laminating a plurality of photoelectric conversion elements, and forming a color filter covering a part of the top surface of any one of the plurality of photoelectric conversion elements and absorbing light of a specific wavelength, A method of manufacturing a solid-state imaging device is provided.
  • a plurality of pixels including at least two phase difference detection pixels for performing focus detection are provided, and the respective pixels are stacked on one another and absorb light of wavelengths different from one another to be charged.
  • the laminated structure of the phase difference detection pixel a part of the upper surface of any one of the plurality of photoelectric conversion elements is covered, and
  • An electronic device is provided that includes a solid-state imaging device provided with a color filter that absorbs light of a wavelength.
  • phase difference detection pixel capable of improving the quality of a captured image while enabling miniaturization of the pixel.
  • a plurality of components having substantially the same or similar functional configurations may be distinguished by attaching different numerals after the same reference numerals. However, when it is not necessary to distinguish each of a plurality of components having substantially the same or similar functional configuration, only the same reference numeral is given. Also, similar components in different embodiments may be distinguished by attaching different alphabets after the same reference numerals. However, when it is not necessary to distinguish each of similar components in particular, only the same reference numeral is attached.
  • the drawings referred to in the following description are a description for one embodiment of the present disclosure and a drawing for promoting its understanding, and for the sake of clarity, the shapes, sizes, ratios, etc. shown in the drawings are actually And may differ.
  • the solid-state imaging device shown in the figure can be appropriately designed and changed in consideration of the following description and known techniques.
  • the vertical direction of the stacked structure of the solid-state imaging device corresponds to the relative direction when the light entering the solid-state imaging device is upward. May differ from the vertical direction according to the actual gravitational acceleration.
  • substantially the same does not mean only mathematically the same or equal cases, but an allowable difference (error) in the operation of the solid-state imaging device according to an embodiment of the present disclosure ) Is meant to include.
  • the wording about the shape shown in the following description not only means the geometrically defined shape, but also the difference between the operation of the solid-state imaging device and the allowable degree in the manufacturing process of the solid-state imaging device ( The shape including error and distortion) is also included as a shape similar to the shape.
  • electrically connect means to connect a plurality of elements directly or indirectly via other elements.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a planar configuration of a solid-state imaging device 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • a solid-state imaging device 1 according to an embodiment of the present disclosure includes a pixel array unit 30 in which a plurality of pixels 100 are arranged in a matrix on a semiconductor substrate 10 made of silicon, for example And a peripheral circuit portion provided to surround the array portion 30.
  • the solid-state imaging device 1 includes, as the peripheral circuit unit, a vertical drive circuit unit 32, a column signal processing circuit unit 34, a horizontal drive circuit unit 36, an output circuit unit 38, a control circuit unit 40 and the like. The details of each block of the solid-state imaging device 1 will be described below.
  • the pixel array unit 30 includes the plurality of pixels 100 two-dimensionally arranged in a matrix. Furthermore, the plurality of pixels 100 include a normal pixel 100x that generates a signal for image generation, and a pair of phase difference detection pixels 100a and 100b that generate a signal for focus detection. That is, in the pixel array unit 30, a part of the plurality of normal pixels 100x is configured to replace the phase difference detection pixels 100a and 100b.
  • the pair of phase difference detection pixels 100 a and the phase difference detection pixels 100 b are formed such that the sensitivity is asymmetric with respect to the incident angle of light using a color filter 600 or the like described later.
  • the sensitivity is asymmetric with respect to the incident angle of light, which causes a shift in the image to be detected.
  • the image pickup apparatus using the solid-state image pickup element 1
  • the phase shift amount is calculated based on the shift of the image to calculate the defocus amount, and the photographing lens (not shown) is adjusted (moved). By doing this, autofocus can be realized.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b may be disposed along the horizontal direction (horizontal direction) in FIG. 1 or disposed along the vertical direction (vertical direction) in FIG. It may be Furthermore, the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b may be disposed adjacent to each other, or may be disposed so as to sandwich the normal pixel 100x.
  • Each pixel 100 includes a photodiode as a photoelectric conversion element and a plurality of pixel transistors (for example, MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) transistors).
  • the pixel transistor includes, for example, four MOS transistors of a transfer transistor, a selection transistor, a reset transistor, and an amplification transistor.
  • Each pixel 100 can also have a shared pixel structure.
  • the pixel sharing structure includes a plurality of photodiodes, a plurality of transfer transistors, one floating diffusion (floating diffusion region) to be shared, and one sharing transistor to be shared. That is, in the shared pixel structure, the photodiodes and transfer transistors that constitute a plurality of unit pixels share one floating diffusion and shared transistor.
  • the detailed structure of the normal pixel 100x will be described later.
  • the vertical drive circuit unit 32 is formed of, for example, a shift register, selects the pixel drive wiring 42, supplies a pulse for driving the pixel 100 to the selected pixel drive wiring 42, and drives the pixels 100 row by row. . That is, the vertical drive circuit unit 32 sequentially scans each pixel 100 of the pixel array unit 30 in row units in the vertical direction (vertical direction in FIG. 1), and is generated according to the light reception amount of the photodiode of each pixel 100. The pixel signal based on the signal charge is supplied to the column signal processing circuit unit 34 described later through the vertical signal line 44.
  • the column signal processing circuit unit 34 is disposed for each column of the pixels 100, and performs signal processing such as noise removal for each pixel column on pixel signals output from the pixels 100 for one row.
  • the column signal processing circuit unit 34 performs signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) and AD (Analog-Digital) conversion in order to remove fixed pattern noise unique to the pixel.
  • the horizontal drive circuit unit 36 is formed of, for example, a shift register, and sequentially selects each of the column signal processing circuit units 34 described above by sequentially outputting horizontal scanning pulses, and the pixels from each of the column signal processing circuit units 34 A signal is output to the horizontal signal line 46.
  • the output circuit unit 38 performs signal processing on pixel signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuit units 34 described above through the horizontal signal line 46, and outputs the processed pixel signals.
  • the output circuit unit 38 may function as, for example, a functional unit that performs buffering, or may perform processing such as black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, and the like. Note that buffering refers to temporarily storing pixel signals in order to compensate for differences in processing speed and transfer speed at the time of exchanging pixel signals.
  • the input / output terminal 48 is a terminal for exchanging signals with an external device.
  • Control circuit unit 40 receives an input clock and data instructing an operation mode and the like, and outputs data such as internal information of the solid-state imaging device 1. That is, the control circuit unit 40 is a clock signal serving as a reference of operations of the vertical drive circuit unit 32, the column signal processing circuit unit 34, the horizontal drive circuit unit 36, etc., based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal and the master clock. Generate control signals. Then, the control circuit unit 40 outputs the generated clock signal and control signal to the vertical drive circuit unit 32, the column signal processing circuit unit 34, the horizontal drive circuit unit 36, and the like.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing an example of the cross-sectional configuration of the normal pixel 100x according to the embodiment of the present disclosure, and in detail, a cross-section when three normal pixels 100x are cut along the thickness direction of the semiconductor substrate 10.
  • a first conductivity type for example, P type
  • N type for example, N type
  • Two semiconductor regions 14 a and 14 b are formed to overlap in the thickness direction of the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor regions 14a and 14b formed in this manner form two pn junctions to form two stacked photodiodes (PD) (photoelectric conversion elements) 202 and 204.
  • PD photodiodes
  • the PD 202 having the semiconductor region 14a is a photodiode that receives and photoelectrically converts blue light (for example, wavelength 450 nm to 495 nm), and the PD 204 having the semiconductor region 14b has red light (for example, wavelength 620 nm to It is a photodiode which receives 750 nm) and performs photoelectric conversion.
  • a wiring layer 16 is provided in a region (lower side in FIG. 2) of the semiconductor substrate 10 located on the opposite side to the semiconductor region 12. Furthermore, in the wiring layer 16, a plurality of pixel transistors (not shown) for reading out the charges generated in the PDs 202 and 204 and a plurality of elements formed by tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu) or the like Wiring 18 is provided. In FIG. 2, detailed illustration of the wiring layer 16 is omitted.
  • the semiconductor substrate 10 may be provided with a plug (not shown) for taking out the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 300 described later to the wiring layer 16 so as to penetrate the semiconductor substrate 10.
  • the plug is a floating diffusion portion (not shown) provided in the semiconductor region having the second conductivity type (for example, N type) provided in the semiconductor substrate 10 by the wiring 18 provided in the wiring layer 16. And may be connected.
  • the floating diffusion portion is a region that temporarily holds the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 300.
  • a transparent insulating film 400 formed of a laminated film of two or three layers of a hafnium oxide (HfO 2 ) film and a silicon oxide film is provided on the semiconductor substrate 10.
  • the photoelectric conversion film 300 is provided on the transparent insulating film 400 so as to be sandwiched between the upper electrode 302 a and the lower electrode 302 b.
  • the photoelectric conversion film 300, the upper electrode 302a, and the lower electrode 302b form a PD 200.
  • the PD 200 is, for example, a photodiode that receives green light (for example, a wavelength of 495 nm to 570 nm) and performs photoelectric conversion.
  • the upper electrode 302a and the lower electrode 302b can be formed of, for example, an indium tin oxide (ITO) film, an indium zinc oxide film, or the like. The details of the material of the photoelectric conversion film 300 will be described later.
  • ITO indium tin oxide
  • the upper electrodes 302 a are provided commonly to the plurality of pixels 100 so as to be connected to each other.
  • the lower electrode 302 b is provided divided into units of 100 pixels. Further, the lower electrode 302b may be electrically connected to the above-mentioned plug (not shown) by a wiring (not shown) formed of tungsten, aluminum, copper or the like, which penetrates the transparent insulating film 400. .
  • a high refractive index layer 500 formed of an inorganic film such as a silicon nitride film (SiN), a silicon oxynitride film (SiON), or silicon carbide (SiC) is provided on the upper electrode 302a.
  • an on-chip lens (lens unit) 502 is provided on the high refractive index layer 500.
  • the on-chip lens 502 can be formed of, for example, a silicon nitride film (SiN), or a resin-based material such as a styrene resin, an acrylic resin, a styrene-acrylic copolymer resin, or a siloxane resin.
  • the normal pixel 100x included in the solid-state imaging device 1 has a stacked structure in which PDs 200, 202, and 204 corresponding to light of three colors are stacked. That is, the solid-state imaging device 1 described above photoelectrically converts green light by the photoelectric conversion film 300 (PD 200) formed above the semiconductor substrate 10, and PD 202 in the semiconductor substrate 10 for blue and red light. It is a solid-state imaging device of longitudinal direction type which performs photoelectric conversion at 204.
  • the above-described photoelectric conversion film 300 can be formed of an organic material or an inorganic material.
  • the photoelectric conversion film 300 is formed of an organic material, (a) P-type organic semiconductor material, (b) N-type organic semiconductor material, (c) P-type organic semiconductor material layer, N-type organic semiconductor material Layer and at least two laminated structures of a mixed layer (bulk heterostructure) of a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material, (d) a mixed layer of a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material Any of the four aspects of can be selected.
  • fullerenes and fullerene derivatives for example, fullerenes (higher order fullerenes) such as C60, C70, C74, endohedral fullerenes, etc.
  • fullerene derivatives for example, fullerene fluoride or PCBM (Phenyl-C) 61 -Butyric Acid Methyl Ester (fullerene compound, fullerene multimer, etc.)>
  • Organic semiconductor, transparent inorganic metal oxide, etc. with deeper HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) and LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) than P-type organic semiconductor Can be mentioned.
  • a heterocyclic compound containing a nitrogen atom, an oxygen atom, and a sulfur atom such as pyridine derivative, pyrazine derivative, pyrimidine derivative, triazine derivative, quinoline derivative, quinoxaline derivative, isoquinoline Derivative, acridine derivative, phenazine derivative, phenanthroline derivative, tetrazole derivative, pyrazole derivative, imidazole derivative, thiazole derivative, oxazole derivative, imidazole derivative, imidazole derivative, benzimidazole derivative, benzotriazole derivative, benzoxazole derivative, benzoxazole derivative, carbazole derivative, benzofuran derivative , Dibenzofuran derivatives, subporphyrazine derivatives, polyphenylene vinylene derivatives, polybenzothiadiazole derivatives, polyflu Organic molecules with alkylene derivatives into a part of the molecular skeleton, can be mentioned organic metal
  • the film thickness of the photoelectric conversion film 300 formed of an organic material is not limited, and is, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 8 m to 5 ⁇ 10 ⁇ 7 m, preferably 2.5 ⁇ 10 ⁇ 8. m to 3 ⁇ 10 ⁇ 7 m, more preferably 2.5 ⁇ 10 ⁇ 8 m to 2 ⁇ 10 ⁇ 7 m.
  • organic semiconductor materials are classified into P-type and N-type.
  • P-type means that holes can be easily transported
  • N-type means that electrons can be easily transported. It is. That is, the organic semiconductor material is not limited to the interpretation of having holes or electrons as majority carriers of thermal excitation as in the case of inorganic semiconductor materials.
  • the photoelectric conversion film 300 includes, for example, rhodamine dyes, melacyanine dyes, quinacridone derivatives, subphthalocyanine dyes
  • a light absorbing material such as (subphthalocyanine derivative) can be included.
  • the photoelectric conversion film 300 is formed of an inorganic material, crystalline silicon, amorphous silicon, microcrystalline silicon, crystalline selenium, amorphous selenium, and CIGS (CuInGaSe), which is a chalcopyrite-based compound, as an inorganic semiconductor material CIS (CuInSe 2 ), CuInS 2 , CuAlS 2 , CuAlSe 2 , CuAlSe 2 , CuGaS 2 , CuGaSe 2 , CuAlSe 2 , AgAlS 2 , AgAlSe 2 , AgInS 2 , AgInSe 2 or III-V compounds GaAs, InP, AlGaAs, InGaP, AlGaInP, InGaAsP, furthermore, CdSe, CdS, in 2 Se 3, in 2 S 3, Bi 2 Se 3, Bi 2 S 3, ZnSe, ZnS, PbSe, mention may be made of a compound semiconductor such as PbS
  • the PD 200 having the photoelectric conversion film 300 provided above the semiconductor substrate 10 and the PDs 202 and 204 provided in the semiconductor substrate 10 are stacked. It is not limited to the above structure.
  • the solid-state imaging device 1 has a structure in which the PD 200 having the photoelectric conversion film 300 provided above the semiconductor substrate 10 and the PD 202 provided in the semiconductor substrate 10 are stacked. The two PDs 200 and 202 may be stacked. Further, in the present embodiment, the solid-state imaging device 1 may have a structure having three PDs 200, 202, and 204 stacked above the semiconductor substrate 10.
  • each of the PDs 200, 202, and 204 may have the photoelectric conversion film 300, and the photoelectric conversion film 300 may be formed of an organic semiconductor material.
  • the photoelectric conversion film 300 is made of, for example, coumaric acid dye, tris-8-hydroxyquinolialuminum (Alq3), melacyanine It can contain a dye and the like.
  • the photoelectric conversion film 300 can include a phthalocyanine dye, a subphthalocyanine dye (subphthalocyanine derivative), or the like.
  • phase difference detection pixels 100a and 100b having sensitivity with asymmetry to the incident angle of light as an autofocus function.
  • the phase difference detection pixels are realized by dividing the lower electrodes 302b of the phase difference detection pixels 100a and 100b and making the light receiving surface asymmetric with respect to the incident angle of light. ing.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b can also be realized, for example, by providing a light shielding film that covers half of the light receiving surface.
  • the light shielding film is provided at a position where the positions in the light receiving surface of the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b are symmetrical with each other so as to cover half of the light receiving surface.
  • phase difference detection pixels 100a and 100b are disclosed, for example, in Patent Document 1 above.
  • the shape of the lower electrode 302b is changed, and the phase difference detection pixel 100a,
  • the phase difference can be detected by the PD 200 of the phase difference detection pixels 100a and 100b, and the PDs 202 and 204 located below the phase difference detection pixels 100a and 100b are PD202 of the normal pixel 100x.
  • 204 can function similarly.
  • phase difference detection pixels 100a and 100b are formed using a light shielding film, it is not necessary to provide a mechanism for discharging the charge.
  • the PD 202 and 204 located below the phase difference detection pixels 100 a and 100 b have a light shielding film, and therefore the light reception amount is reduced compared to the normal pixel 100 x, and the PD 202 of the normal pixel 100 x without the light shielding film It can not function as well as 204. That is, in the solid-state imaging device 1, since the photodiodes functioning as the photodiodes of the normal pixels are reduced by providing the phase difference detection pixels 100a and 100b, the quality (resolution and the like) of the captured image is degraded.
  • unnecessary light may be generated in the PD 200 of the phase difference detection pixels 100a and 100b by light entering the unintended optical path due to the reflection by the light shielding film.
  • the charges may leak to the periphery and adversely affect surrounding pixels (for example, blooming or the like may occur in surrounding pixels).
  • the present inventors have made it possible to miniaturize the pixel and realize the quality of a captured image in a structure in which a plurality of photodiodes (PD 200, 202, 204) are stacked in the vertical direction.
  • the embodiment of the present disclosure has been created, which realizes the phase difference detection pixels 100a and 100b that can be improved.
  • an embodiment according to the present disclosure can improve the quality of a captured image while enabling the miniaturization of pixels by providing a color filter that absorbs light of a specific wavelength in the above-described stacked structure.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b are realized. The details of the embodiments according to the present disclosure will be sequentially described below.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing an example of the cross-sectional configuration of the phase difference detection pixels 100a and 100b according to this embodiment, and in detail, the phase difference detection pixel 100a, the normal pixel 100x, and the phase difference detection pixel 100b are arranged in this order Corresponds to the cross section of the semiconductor substrate 10 taken along the thickness direction of the semiconductor substrate 10. Furthermore, in FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a plan configuration of the pixel array unit 30 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a view showing a part of the pixel array unit 30 of the solid-state imaging device 1 as viewed from above the semiconductor substrate 10, but in order to make the position of the color filter 600 described later Illustration of the high refractive index layer 500 and the on-chip lens 502 provided above 10 is omitted.
  • an area surrounded by a broken line in FIG. 4 indicates one pixel.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b have almost the same laminated structure as the normal pixel 100x described above, but a color filter 600 is provided on the upper electrode 302a. This is different from the normal pixel 100x in that
  • a rectangular color filter 600 is provided on the upper electrode 302a so as to cover the right half of the light receiving surface, while the phase difference detection pixel 100b is provided.
  • a rectangular color filter 600 is provided on the upper electrode 302a so as to cover the left half of the light receiving surface. That is, in the phase difference detection pixels 100a and 100b, the positions of the color filters 600 in the light receiving surface are different from each other.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b can detect the phase difference by operating as a pair.
  • the light receiving surface refers to a surface of each pixel on which light is received by the PDs 200, 202, and 204 stacked in the normal pixel 100x and the phase difference detection pixels 100a and 100b when viewed from above the semiconductor substrate 10.
  • the light receiving surface corresponds to the formation region of the pixel surrounded by the broken line in the plan view of FIG. 4, and in particular, in the case of focusing on the PD 200, the surface defined by the lower electrode 302b. .
  • the color filter 600 is not limited to being formed to cover half of the light receiving surface.
  • the color filter 600 is formed such that the center point 604 located at the center of the plane of the color filter 600 is different from the position of the optical axis 504 of the on-chip lens 502. Just do it. That is, in the present embodiment, the color filter 600 may be provided so as to cover a part of the light receiving surface.
  • the color filter 600 is preferably a rectangular color filter having a half area of the light receiving surface, but the area of the color filter 600 is centered on the half area of the light receiving surface. Even minor differences are acceptable.
  • a plurality of pairs of phase difference detection pixels 100 a and 100 b may be provided in the pixel array unit 30.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b may be provided adjacent to each other via one or more normal pixels 100x, or the normal pixels 100x may be provided. It may be provided adjacent to each other without intervention (see FIG. 9).
  • the color filter 600 is a color filter (magenta filter) that absorbs green light. That is, the color filter 600 can absorb light having the same wavelength as the wavelength of light absorbed by the PD 200.
  • the color filter 600 can be formed of, for example, a resin material containing a rhodamine dye, a melacyanine dye, a quinacridone derivative, a subphthalocyanine dye (subphthalocyanine derivative) or the like.
  • the phase difference detection pixels 100 a and 100 b are formed such that the sensitivity is asymmetric with respect to the incident angle of the green light 800. Furthermore, since the phase difference detection pixels 100a and 100b have different sensitivities to the incident angle of the green light 800, a phase shift occurs between the images detected by the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b. . Therefore, in the present embodiment, the phase difference can be detected in the PD 200 that receives the green light 800 and performs photoelectric conversion. Further, by providing the color filter 600, light unnecessary for phase difference detection does not enter the PD 200 of the phase difference detection pixels 100a and 100b, so that unnecessary charges may be generated for phase difference detection. Absent. Therefore, in the present embodiment, since it is not necessary to provide a mechanism for discharging unnecessary charges, further miniaturization of the solid-state imaging device 1 is possible.
  • the color filter 600 can transmit blue light 802 and red light 804. Therefore, the PDs 202 and 204 of the phase difference detection pixels 100a and 100b can detect the blue light 802 and the red light 804 in the same manner as the PDs 202 and 204 of the normal pixel 100x. It can be used as well. That is, according to the present embodiment, since the PDs 202 and 204 of the phase difference detection pixels 100a and 100b can function as the PDs 202 and 204 of the normal pixel 100x, it is possible to avoid the degradation of the quality (resolution etc.) of the captured image. it can. Furthermore, in the present embodiment, since the light shielding film is not provided, there is no generation of unnecessary charges due to the reflection by the light shielding film, and the charges do not exude to the periphery and do not adversely affect surrounding pixels.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b are arranged adjacent to each other via the normal pixel 100x along the horizontal direction (left and right direction in the drawing). Further, as described above, in the phase difference detection pixel 100a, the color filter 600 is provided on the upper electrode 302a so as to cover the right half of the light receiving surface, while the phase difference detection pixel 100b is The color filter 600 is provided on the upper electrode 302a so as to cover the left half of the light receiving surface. Since the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b are adjacent to each other in the horizontal direction and have the color filters 600 covering each light receiving surface in half along the horizontal direction, the horizontal position can be obtained. It can be said that the sensitivity is high for the detection of the phase difference.
  • the pixel array unit 30 in order to enhance the resolution of a captured image, it is preferable that a large number of normal pixels 100x be provided. However, when the number of phase difference detection pixels 100a and 100b is small, the accuracy and speed of autofocus are low. Become. Therefore, it is preferable to appropriately select the number of phase difference detection pixels 100a and 100b provided in the pixel array unit 30, the formation positions thereof, and the like in consideration of the balance between the resolution and the accuracy of autofocus.
  • the phase difference detection pixel 100a can improve the quality of the captured image while enabling the miniaturization of the pixels. 100b can be realized.
  • FIGS. 5 to 10 are explanatory diagrams showing an example of a planar configuration of the pixel array unit 30 according to the first to fifth modifications of the present embodiment.
  • 5 to 10 illustrate the high refractive index layer 500 and the on-chip lens 502 provided above the semiconductor substrate 10 in order to make the position of the color filter 600 intelligible, as in FIG. 4 described above. Is omitted.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b are connected to the pixel array unit 30 through the plurality of normal pixels 100x in the vertical direction (vertical direction in the drawing). It may be arranged adjacent to one another.
  • the phase difference detection pixel 100 a is provided with a color filter 600 on the upper electrode 302 a so as to cover the right half of the light receiving surface thereof.
  • the phase difference detection pixel 100b is provided with a color filter 600 on the upper electrode 302a so as to cover the left half of the light receiving surface.
  • the color filters 600 of the phase difference detection pixels 100a and 100b may be provided to cover the upper half or the lower half of the light receiving surface.
  • the phase difference detection pixel 100a is provided with a color filter 600 on the upper electrode 302a so as to cover the upper half of the light receiving surface.
  • a color filter 600 is provided on the upper electrode 302a so as to cover the lower half of the light receiving surface.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b are arranged in the pixel array unit 30 along a plurality of normal pixels 100x in the vertical direction (vertical direction in the drawing).
  • phase difference detection pixels 100a and 100b are adjacent to each other in the vertical direction and have the color filters 600 covering each light receiving surface in half along the vertical direction, the vertical position is obtained. It can be said that the sensitivity is high for detection of the phase difference.
  • the phase difference detection pixel 100 a is provided with the color filter 600 so as to cover the upper half of the light receiving surface, and the phase difference detection pixel 100 b receives the light reception A color filter 600 is provided to cover the left half of the surface.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b are arranged in the pixel array unit 30 so as to be adjacent to each other via the plurality of normal pixels 100x along the vertical direction (vertical direction in the drawing). ing.
  • the positional relationship between the phase difference detection pixel 100 a and the phase difference detection pixel 100 b is different from that in the second modification of FIG. 6. Specifically, as shown in FIG.
  • phase difference detection pixel 100a is disposed on the upper side with respect to the phase difference detection pixel 100b and the phase difference detection pixel 100a are phase differences.
  • a pair arranged on the lower side in the drawing with respect to the detection pixel 100b is mixed.
  • the color filters 600 of the phase difference detection pixels 100a and 100b may be provided so as to cover the left and right halves of each light receiving surface.
  • the light receiving surface may be provided to cover the upper and lower halves of each light receiving surface.
  • the positional relationship between the pair of phase difference detection pixels 100a and the phase difference detection pixels 100b is not particularly limited either, so that they are adjacent along the horizontal direction (horizontal direction in the drawing) of the pixel array unit 30. It may be provided, or may be provided adjacent to each other along the vertical direction (vertical direction in the figure). Further, as described above, the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b may be provided adjacent to each other via one or more normal pixels 100x, or via the normal pixels 100x. It may be provided adjacent to each other.
  • the color filter 600 is a rectangular color filter that covers the left and right halves or the upper and lower halves of the light receiving surface.
  • the shape of the color filter 600 is not limited to this, and the color filter 600 may be a triangular color filter covering an oblique half of the light receiving surface.
  • the phase difference detection pixel 100a is provided with a color filter 600 so as to cover the obliquely upper half of the light receiving surface, and the phase difference detection pixel 100b is provided.
  • a color filter 600 is provided to cover the obliquely lower half of the light receiving surface.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b are arranged in the pixel array unit 30 so as to be adjacent to each other via the plurality of normal pixels 100x along the vertical direction (vertical direction in the drawing). ing.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b are provided adjacent to each other via one or more normal pixels 100x.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b may be provided adjacent to each other without the normal pixel 100x.
  • the color filters 600 of the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b may be connected and provided integrally.
  • the integral color filter 600 by forming the integral color filter 600, the accuracy and time in processing the color filter 600 can be reduced.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b are connected to the pixel array unit 30 via the normal pixel 100x in the vertical direction (vertical direction in the drawing). It is arranged to be adjacent to each other. Furthermore, in the phase difference detection pixel 100a, the color filter 600 covers the upper half of the light receiving surface, while in the phase difference detection pixel 100b, the color filter 600 covers the lower half of the light receiving surface.
  • the color filters of the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b are provided adjacent to each other without the normal pixel 100x, as shown in FIG. 10, the color filters of the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b are provided. 600 may be connected to each other and provided integrally. That is, in the present modification, the color filter 600 may be provided so as to straddle the upper half of the light receiving surface of the phase difference detection pixel 100a and the lower half of the light receiving surface of the phase difference detection pixel 100b.
  • Second embodiment By providing the color filter 600 that absorbs green light, it is possible to obtain the phase difference detection pixels 100a and 100b that detect the phase difference with the green light 800.
  • the embodiment of the present disclosure is not limited to the phase difference detection pixel that detects the phase by the green light 800, but may be the phase difference detection pixel that detects the phase difference by the blue light 802. Alternatively, it may be a phase difference detection pixel for detecting a phase difference with red light 804.
  • a second embodiment of the present disclosure for detecting a phase difference with such blue light 802 or red light 804 will be described with reference to FIGS. 11 to 13.
  • FIG. 11 and 12 are explanatory diagrams showing an example of the cross-sectional configuration of the phase difference detection pixels 100a and 100b according to the present embodiment, and in detail, the phase difference detection pixel 100a, the normal pixel 100x, and the phase difference detection pixel This corresponds to the cross section when these pixels arranged in the order of 100 b are cut along the thickness direction of the semiconductor substrate 10.
  • an arrow 800 indicated by a solid line indicates an optical path of green light
  • an arrow 802 indicated by a broken line indicates an optical path of blue light
  • Arrows 804 indicate the optical path of the red light.
  • FIG. 13 is an explanatory view showing an example of a plan configuration of the pixel array unit 30 according to the present embodiment. 13 similarly to FIG. 4 described above, the high refractive index layer 500 and the on-chip lens 502 provided above the semiconductor substrate 10 are illustrated in order to make the positions of the color filters 600a and 600b intelligible. It is omitted.
  • phase difference detection pixels 100a and 100b for detecting the phase difference with blue light 802 will be described.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b according to this embodiment have the same layered structure as the phase difference detection pixels 100a and 100b according to the first embodiment shown in FIG.
  • the color filter 600 a is a color filter (yellow filter) that absorbs blue light 802. That is, the color filter 600a can absorb light having the same wavelength as that of the light absorbed by the PD 202.
  • the color filter 600a can be formed of, for example, a resin material containing coumaric acid dye, tris-8-hydroxyquinolialuminum (Alq 3 ), melacyanine dye and the like.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b can detect the phase difference in the PD 202 that receives the blue light 802 and performs photoelectric conversion. Also, as shown in FIG. 11, the color filter 600a can transmit green light 800 and red light 804. Therefore, the PDs 200 and 204 of the phase difference detection pixels 100a and 100b can detect the green light 800 and the red light 804 in the same manner as the PDs 200 and 204 of the normal pixels 100x. It can be used as well.
  • phase difference detection pixels 100a and 100b for detecting the phase difference with red light 804 will be described.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b according to this embodiment also have the same layered structure as the phase difference detection pixels 100a and 100b according to the first embodiment shown in FIG.
  • the color filter 600 b is a color filter (cyan filter) that absorbs red light 804. That is, the color filter 600b can absorb light having the same wavelength as that of the light absorbed by the PD 204.
  • the color filter 600 b can be formed of, for example, a resin material containing a phthalocyanine dye, a sub phthalocyanine dye (sub phthalocyanine derivative), or the like.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b can detect the phase difference in the PD 202 that receives the red light 804 and performs photoelectric conversion. Also, as shown in FIG. 12, the color filter 600 b can transmit green light 800 and blue light 802. Therefore, the PDs 200 and 202 of the phase difference detection pixels 100a and 100b can detect the green light 800 and the blue light 802 in the same manner as the PDs 200 and 202 of the normal pixels 100x. It can be used as well.
  • phase difference detection pixels 100a and 100b have been described.
  • the embodiment of the present disclosure is not limited to the detection of the phase difference with such monochromatic light, and it is a combination of phase difference detection pixels 100a and 100b that respectively detect the phase difference with light of three colors. You may use it. By doing this, it is possible to perform phase difference detection corresponding to various light sources and subjects of the imaging scene.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b are arranged adjacent to each other via the normal pixel 100x along the vertical direction (vertical direction in the drawing). .
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b shown in the center of FIG. 13 each have the color filter 600, that is, they function as a pair of phase difference detection pixels that detect the phase difference by the green light 800.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b shown on the left side of FIG. 13 each have a color filter 600a, that is, they function as a pair of phase difference detection pixels for detecting the phase difference with blue light 802.
  • the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b for detecting the phase difference with the light 800, 802, and 804 of different colors in one pixel array unit 30 the phase differences of the three colors of light are obtained. It is possible to detect Therefore, according to the example shown in FIG. 13, it is possible to perform phase difference detection with high accuracy corresponding to various light sources and subjects of the imaging scene, as compared to detection of phase difference with monochromatic light.
  • Phase difference detection pixels 100a and 100b that detect a phase difference can be realized. Further, the phase difference detection pixels 100a and 100b for detecting the phase difference with three lights of different wavelengths may be arranged in consideration of the arrangement of the normal pixels 100x arranged in the pixel array unit 30 according to the Bayer arrangement etc. preferable.
  • phase difference detection pixels 100a and 100b are used to detect a phase difference with blue light 802 or red light 804, color filters 600a and 600b are used for the upper electrode 302a. It does not have to be provided on top. More specifically, the color filters 600a and 600b may be provided below the lower electrode 302b.
  • a third embodiment of the present disclosure having a color filter 600a provided below such a lower electrode 302b will be described with reference to FIG. FIG.
  • phase difference detection pixels 100a and 100b are cut.
  • the arrow 800 indicated by the solid line indicates the optical path of green light
  • the arrow 802 indicated by the broken line indicates the optical path of blue light
  • the arrow 804 indicated by the alternate long and short dash line Indicates the light path of red light.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b according to the present embodiment also have substantially the same laminated structure as the phase difference detection pixels 100a and 100b according to the first and second embodiments shown in FIG. Have.
  • the color filter 600a is provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10 below the lower electrode 302b. That is, in the present embodiment, the color filter 600 a is provided so as to cover half of the upper surface of the PD 202, in other words, half of the light receiving surface of the PD 202.
  • the color filter 600 a is a color filter that absorbs blue light 802.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b receive the blue light 802 and perform photoelectric conversion.
  • the phase difference can be detected in the PD 202.
  • the color filter 600a can transmit red light 804
  • the PD 204 of the phase difference detection pixels 100a and 100b is red as the PD 204 of the normal pixel 100x.
  • Light 804 and red light 804 can be detected.
  • the color filter 600 a of FIG. 14 may be a color filter 600 b that absorbs red light 804.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b can detect the phase difference in the PD 204 that receives the red light 804 and performs photoelectric conversion.
  • the color of light for detecting the phase difference is not particularly limited, and the type of the color filter 600 and the installation position thereof are further determined according to the desired phase difference detection light. It can be selected appropriately. Table 1 below shows combinations of the type of phase difference detection light, the type of the color filter 600 corresponding thereto, and the installation position thereof in the present embodiment.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b can improve the quality of the captured image while enabling the miniaturization of the pixels even when the position where the color filter 600 is provided is different. Can be realized.
  • the solid-state imaging device 1 is not limited to a mode in which the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 300 is temporarily held in the floating diffusion portion. May be temporarily held in the photoelectric conversion film 300.
  • FIG. 15 is an explanatory view showing an example of the cross-sectional configuration of the phase difference detection pixels 100a and 100b according to this embodiment, and in detail, the phase difference detection pixel 100a, the normal pixel 100x, and the phase difference detection pixel 100b in this order
  • These cross sections correspond to the cross section when these pixels aligned along the thickness direction of the semiconductor substrate 10 are cut.
  • an arrow 800 indicated by a solid line indicates an optical path of green light
  • an arrow 802 indicated by a broken line indicates an optical path of blue light
  • an arrow 804 indicated by an alternate long and short dash line Indicates the light path of red light.
  • the lower electrode 302b of the normal pixel 100x and the phase difference detection pixels 100a and 100b is divided into two, a lower electrode 302b-1 and a lower electrode 302b-2.
  • the lower electrode 302b is not limited to being divided into two, and the lower electrode 302b may be divided into at least two.
  • the lower electrode 302b-1 is formed to have a smaller area than the lower electrode 302b-2.
  • the lower electrode 302b-1 is formed to have a smaller area than the lower electrode 302b-2.
  • these lower electrodes 302 b-2 face the photoelectric conversion film 300 via the insulating film 304.
  • a wiring (not shown) is connected to the lower electrode 302b-2, and a desired potential is applied to the lower electrode 302b-2 using the wiring.
  • a wiring (not shown) is also connected to the lower electrode 302b-1, and a desired potential is applied to the lower electrode 302b-1 using the wiring.
  • the lower electrode 302b-1 is connected to a floating diffusion portion (not shown) provided on the semiconductor substrate 10 by a plug (not shown) or the like.
  • the lower electrode 302b-2 functions as a charge storage electrode for attracting the charge generated in the photoelectric conversion film 300 and storing the charge in the photoelectric conversion film 300 according to the potential applied.
  • the material of the insulating film 304 not only inorganic insulating materials exemplified by silicon oxide based materials; silicon oxide (SiNy); metal oxide high dielectric insulating materials such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) but also Polymethyl methacrylate (PMMA); Polyvinyl phenol (PVP); Polyvinyl alcohol (PVA); Polyimide; Polycarbonate (PC); Polyethylene terephthalate (PET); Polystyrene; N-2 (aminoethyl) 3-aminopropyl trimethoxysilane AEAPTMS), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), silanol derivative such as octadecyltrichlorosilane (OTS) (silane coupling agent); novolac type phenol resin; fluorocarbon resin; octadecanethiol, dodecyl isocyanate It can be exemplified organic insulating material; silicon
  • silicon oxide-based materials such as silicon oxide (SiO x ), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, silicon oxynitride (SiON), SOG (spin on glass), low dielectric constant materials (for example, polyarylethers, cyclo Perfluorocarbon polymers and benzocyclobutene, cyclic fluorine resin, polytetrafluoroethylene, fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide, amorphous carbon, organic SOG) can be mentioned.
  • silicon oxide-based materials such as silicon oxide (SiO x ), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, silicon oxynitride (SiON), SOG (spin on glass), low dielectric constant materials (for example, polyarylethers, cyclo Perfluorocarbon polymers and benzocyclobutene, cyclic fluorine resin, polytetrafluoroethylene, fluorinated aryl ether
  • phase difference detection pixels 100a and 100b in FIG. 15 will be described. Also in the present embodiment, the phase difference detection pixels 100a and 100b have the same structure as the normal pixel 100x described above, and further, cover the color filter 600 covering a part of the light receiving surface similar to the embodiments described above. Have. Therefore, in the phase difference detection pixels 100a and 100b, the portion of the photoelectric conversion film 300 which is not covered by the color filter 600 can absorb the green light 800 and generate an electric charge. The charge thus generated can be accumulated in the photoelectric conversion film 300 in the same manner as the normal pixel 100x described above, depending on the potential applied to the lower electrode 302b-1 and the lower electrode 302b-2, or Can be taken out. Therefore, it is possible to detect the phase difference using the charge.
  • the portion of the photoelectric conversion film 300 located below the color filter 600 can not absorb the green light 800 by the color filter 600, it can not generate charge. Therefore, in the phase difference detection pixel 100a and the phase difference detection pixel 100b, the position at which the color filter 600 is provided on the light receiving surface is biased to the right or left in the figure, so the sensitivity to the incident angle of light is asymmetric. Will have Furthermore, since the phase difference detection pixels 100a and 100b have different sensitivities to the incident angle of the green light 800, a phase difference occurs between the images detected by the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b. It will be. As a result, also in the present embodiment, the phase difference can be detected by the pair of phase difference detection pixels 100a and 100b.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b can be realized. Furthermore, in the phase difference detection pixels 100a and 100b of the present embodiment, the PDs 202 and 204 can be used similarly to the PDs 202 and 204 of the normal pixel 100x.
  • the phase difference detection pixels 100a and 100b that can improve the quality of the captured image even when the charge is temporarily held in the photoelectric conversion film 300 are realized. Can.
  • FIG. 16 is an explanatory view showing an example of the cross-sectional configuration of the phase difference detection pixels 100a and 100b according to this embodiment, and in detail, the phase difference detection pixel 100a, the normal pixel 100x, and the phase difference detection pixel 100b in this order.
  • These cross sections correspond to the cross section when these pixels aligned along the thickness direction of the semiconductor substrate 10 are cut.
  • an arrow 800 indicated by a solid line indicates an optical path of green light
  • an arrow 802 indicated by a broken line indicates an optical path of blue light
  • an arrow 804 indicated by an alternate long and short dash line Indicates the light path of red light.
  • the phase difference detection pixels 100 a and 100 b have substantially the same stacked structure as the phase difference detection pixels 100 a and 100 b according to the first embodiment described above. However, it differs from the first embodiment in that only one PD 204 is provided in the semiconductor substrate 10. Furthermore, the present embodiment is different from the first embodiment in that a color filter 602 is provided on the semiconductor substrate 10, in other words, so as to cover the entire light receiving surface of the PD 204. Note that, in the example of FIG. 16, the PD 204 is a photodiode that receives red light 804 and performs photoelectric conversion, and the color filter 602 is blue light 802 like the color filter 600 a of the second embodiment.
  • the PD 200 functions as a phase difference detection pixel that detects the phase difference due to the green light 800, and the PD 204 functions as a normal pixel that detects the red light 804. .
  • the color filter 602 may be a color filter (cyan filter) that absorbs red light 804, as in the color filter 600b of the second embodiment.
  • the photodiode provided in the semiconductor substrate 10 becomes a PD 202 that receives blue light and performs photoelectric conversion.
  • the separation ratio in the captured image is improved.
  • the color filters 600 and 602 tend to deteriorate due to heat, when the laminated structure shown in FIG. 16 is formed, the application of high heat to the color filters 600 and 602 is avoided. It is preferable to form each layer.
  • FIGS. 17 to 19 are explanatory diagrams for describing the present embodiment, and in detail, the absorption spectral characteristics with respect to the wavelength of the color filter 600 that absorbs the green light 800 are shown.
  • a solid line shows an example of the absorption spectral characteristic of the color filter 600
  • a broken line shows an example of the absorption spectral characteristic of each of the photodiodes 200, 202, 204.
  • the wavelength of the absorption peak of the PD 200 absorbing the green light 800 is preferable that the wavelength of the absorption peak of the color filter 600 be substantially the same, and further that the spread of the absorption peaks is also substantially the same. By doing this, the separation ratio of each color can be suitably secured.
  • the color filter 600 is formed of a resin material having the same pigment as that contained in the PD 200.
  • the color filter 600 is formed of, for example, a resin material containing a rhodamine dye, a melacyanine dye, a quinacridone derivative, a subphthalocyanine dye (subphthalocyanine derivative) or the like.
  • the wavelength of the absorption peak of the PD 202 that absorbs the blue light 802 and the absorption of the color filter 600a is formed of a resin material having the same pigment as the pigment contained in the PD 202. That is, the color filter 600a is formed of, for example, a resin material containing coumaric acid dye, tris-8-hydroxyquinolialuminum (Alq 3 ), melacyanine dye and the like.
  • the wavelength of the absorption peak of the PD 204 absorbing the red light 804 and the absorption of the color filter 600b is formed of a resin material having the same pigment as that contained in the PD 204. That is, the color filter 600 b is formed of, for example, a resin material containing a phthalocyanine dye, a sub phthalocyanine dye (sub phthalocyanine derivative), or the like.
  • the absorption spectral characteristics of the PDs 202 and 204 provided in the semiconductor substrate 10 change depending on the degree of tailing of absorption peaks on the long wavelength side and the short wavelength side of the absorption spectrum of the color filter 600.
  • the PD 200 for detecting the phase difference due to the green light 800 Can be detected by allowing a color shift of
  • the color filter 600 absorbs some of the blue light 802 and the red light 804, color deviation easily occurs in the PDs 202 and 204 that absorb the blue light 802 and the red light 804. Similar to the PDs 202 and 204 of the pixel 100x, they may not be used.
  • the material of the color filter 600 is suitably made to achieve both the separation ratio in the PD 200 for detecting the phase difference and the absorption spectral characteristics in the PDs 202 and 204 provided in the semiconductor substrate 10. It is preferable to select suitably.
  • FIGS. 20 to 23 are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • PDs 202 and 204 to be stacked, plugs (not shown), and the like are formed in the semiconductor region 12 of the semiconductor substrate 10. Further, on the lower surface of the semiconductor substrate 10, a wiring layer 16 including a plurality of pixel transistors (not shown) for reading out the charge stored in the PDs 202 and 204 and a plurality of wirings 18 is formed.
  • a stack of a hafnium oxide film and a silicon oxide film having a predetermined film thickness is formed on the top surface of the semiconductor substrate 10. Furthermore, the stack may be opened using lithography, and a metal material such as tungsten, aluminum, copper or the like may be embedded in the formed opening (not shown) to penetrate the stack to form a plug.
  • the upper surface of the stack is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing), and an ITO film is formed on the upper surface, for example, and patterned to form the lower electrode 302b.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • a silicon oxide film or the like is stacked on the lower electrode 302 b and the above-described stack, and, for example, CMP is performed until the newly stacked film has the same thickness as the lower electrode 302 b. As a result, a transparent insulating film 400 is formed.
  • the upper electrode 302a is formed by forming an ITO film, for example.
  • ITO film for example.
  • a colored resin material containing, for example, a rhodamine dye or the like is deposited by spin coating or vapor deposition, which absorbs green wavelength light.
  • the color filter 600 is formed.
  • the color filter 600 is processed into a desired shape by performing exposure and dry etching.
  • the formation and processing of the color filter 600 are not limited to spin coating, exposure, and the like, and other methods such as printing may be used.
  • a high refractive index layer 500 is formed by forming a nitride film or the like on the upper electrode 302 a and the color filter 600.
  • the manufacturing method according to the present embodiment includes stacking at least a plurality of PDs 200, 202, 204 that absorb light of different wavelengths to generate charges, and any one of the PDs 200, 202, 204 described above. Covering a portion of the top surfaces of the two light sources and forming color filters 600 and 602 that absorb light of a specific wavelength.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • PVD method vacuum evaporation method, EB (electron beam) evaporation method, various sputtering methods (magnetron sputtering method, RF-DC coupled bias sputtering method, ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering method, facing target sputtering method, high frequency sputtering Methods), ion plating method, laser ablation method, molecular beam epitaxy method (MBE method), laser transfer method.
  • CVD method plasma CVD method, thermal CVD method, organic metal (MO) CVD method and photo CVD method can be mentioned.
  • electrolytic plating method electroless plating method, spin coating method, inkjet method, spray coating method, stamping method, micro contact printing method, flexographic printing method, offset printing method, gravure printing method, dip method And the like.
  • a patterning method of each layer a shadow mask, laser transfer, chemical etching such as photolithography, physical etching by ultraviolet light, laser or the like, and the like can be mentioned.
  • CVD method plasma CVD method, thermal CVD method, MOCVD method, photo CVD method can be mentioned.
  • Still other methods include spin coating, immersion, casting, microcontact printing, drop casting, screen printing, ink jet printing, offset printing, gravure printing, flexographic printing, and various other printing methods.
  • Various coating methods such as a method, a slit orifice coater method and a calendar coater method can be mentioned.
  • a patterning method a shadow mask, laser transfer, chemical etching such as photolithography, physical etching by ultraviolet light, laser or the like, and the like can be mentioned.
  • planarization technique a CMP method, a laser planarization method, a reflow method and the like can be mentioned.
  • the solid-state imaging device 1 according to the embodiment of the present disclosure described above is an imaging device such as a digital still camera or a video camera, a portable terminal device having an imaging function, a copying machine using a solid-state imaging device as an image reading unit, etc.
  • the present invention is applicable to electronic devices in general that use a solid-state imaging device in a loading unit.
  • the embodiment of the present disclosure is applicable to a robot including the above-described imaging device, a drone, a car, a medical device (endoscope), and the like.
  • the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment may be formed as a one chip, and a module having an imaging function in which an imaging unit and a signal processing unit or an optical system are packaged into one.
  • FIG. 24 is an explanatory diagram showing an example of an electronic device 700 including the imaging device 702 having the solid-state imaging device 1 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the electronic device 700 includes an imaging device 702, an optical lens 710, a shutter mechanism 712, a drive circuit unit 714, and a signal processing circuit unit 716.
  • the optical lens 710 focuses image light (incident light) from a subject on the imaging surface of the imaging device 702. Thereby, signal charges are accumulated in the solid-state imaging device 1 of the imaging device 702 for a fixed period.
  • the shutter mechanism 712 controls the light irradiation period and the light shielding period to the imaging device 702 by opening and closing.
  • the driving circuit unit 714 supplies driving signals for controlling the signal transfer operation of the imaging device 702, the shutter operation of the shutter mechanism 712, and the like to these.
  • the imaging device 702 performs signal transfer based on the drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit unit 714.
  • the signal processing circuit unit 716 performs various signal processing.
  • the signal processing circuit unit 716 outputs the video signal subjected to the signal processing to, for example, a storage medium (not shown) such as a memory or outputs it to a display unit (not shown).
  • the phase difference detection pixel 100a can improve the quality of the captured image while enabling the miniaturization of the pixels, 100b can be realized.
  • the solid-state imaging device has been described in which the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type, and electrons are used as signal charges.
  • Embodiments are not limited to such examples.
  • the present embodiment can be applied to a solid-state imaging device in which the first conductivity type is N-type, the second conductivity type is P-type, and holes are used as signal charges.
  • the semiconductor substrate 10 may not necessarily be a silicon substrate, and may be another substrate (for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate, a SiGe substrate, or the like).
  • the semiconductor substrate 10 may have a semiconductor structure or the like formed on such various substrates.
  • the solid-state imaging device is not limited to a solid-state imaging device that detects the distribution of incident light quantity of visible light and captures an image as an image.
  • a solid-state imaging device that captures the distribution of incident amounts of infrared rays, X-rays, or particles as an image, or a distribution of another physical quantity such as pressure or capacitance detects an image as an image
  • the present invention can be applied to a solid-state imaging device (physical quantity distribution detection device) such as a fingerprint detection sensor.
  • the stacked structure of the phase difference detection pixel which has a stacked structure including photoelectric conversion elements, a part of the upper surface of any one of the plurality of photoelectric conversion elements is covered to absorb light of a specific wavelength
  • a solid-state imaging device provided with a color filter.
  • the solid-state imaging device according to (1) or (2), wherein the color filter is rectangular or triangular when viewed from above the stacked structure.
  • the phase difference detection pixel further includes a lens portion provided above the stacked structure, and the position of the central point of the color filter is different from the position of the optical axis of the lens portion.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (3).
  • the solid-state imaging device according to any one of (4) to (4).
  • the solid-state imaging device including a plurality of the phase difference detection pixels whose wavelengths of light absorbed by the color filter are different from each other.
  • the wavelength of light absorbed most by the color filter is substantially the same as the wavelength of light absorbed most by the light absorbing material contained in any one of the plurality of photoelectric conversion elements.
  • the solid-state imaging device according to any one of (4).
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (4), wherein the color filter includes the same component as the light absorbing material contained in any one of the plurality of photoelectric conversion devices. .
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (8) above, wherein at least one of the plurality of photoelectric conversion devices has an organic photoelectric conversion film.
  • the first photoelectric conversion element, the second photoelectric conversion element, and the third photoelectric conversion element are laminated in this order from the upper side of the laminated structure, and the color filter The solid-state imaging device according to (1), which is provided to cover a part of the top surface of the first photoelectric conversion device.
  • the color filter absorbs light having the same wavelength as the wavelength of light absorbed by the first photoelectric conversion device.
  • the first photoelectric conversion element has an upper electrode, a lower electrode divided for each pixel, and a photoelectric conversion film sandwiched between the upper electrode and the lower electrode, and the lower electrode Is divided into at least two, and one of the lower electrodes is provided to face the photoelectric conversion film via an insulating film, and is a charge storage electrode for attracting charges generated in the photoelectric conversion film.
  • the first photoelectric conversion element, the second photoelectric conversion element, and the third photoelectric conversion element are laminated in this order from the upper side of the laminated structure, and the color filter
  • the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are laminated in order from the upper side of the laminated structure, and the color filter is an upper surface of the first photoelectric conversion element And a color filter for covering the top surface of the second photoelectric conversion element is further provided in the laminated structure of the phase difference detection pixel.
  • Solid-state image sensor as described in 2.).
  • a manufacturing method of a solid-state imaging device including a plurality of pixels including at least two phase difference detection pixels for performing focus detection, which is a plurality of photoelectric conversions generating light by absorbing light of different wavelengths.
  • Manufacturing a solid-state imaging device including laminating an element and forming a color filter which covers a part of the upper surface of any one of the plurality of photoelectric conversion elements and absorbs light of a specific wavelength Method.
  • a plurality of pixels including at least two phase difference detection pixels for performing focus detection, the plurality of pixels being stacked on one another and absorbing light of wavelengths different from one another to generate charges
  • the stacked structure of the phase difference detection pixel which has a stacked structure including photoelectric conversion elements, a part of the upper surface of any one of the plurality of photoelectric conversion elements is covered to absorb light of a specific wavelength
  • An electronic apparatus comprising a solid-state imaging device, wherein a color filter is provided.

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Abstract

【課題】複数のフォトダイオードを積層した構造において、画素の微細化を可能にしつつ、撮像画像の品質を向上させることができる位相差検出画素を実現することが可能な、固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び電子機器を提供する。 【解決手段】焦点検出を行うための位相差検出画素を少なくとも２つ含む複数の画素を備え、前記各画素は、互いに積層され、且つ、互いに異なる波長の光を吸収して電荷を発生させる複数の光電変換素子からなる積層構造を有し、前記位相差検出画素の有する前記積層構造においては、前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の一部を覆い、特定波長の光を吸収するカラーフィルタが設けられている、固体撮像素子が提供される。

Description

固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び電子機器
　本開示は、固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び電子機器に関する。
　近年、撮像装置においては、オートフォーカス機能として、光の入射角に対して非対称性を持った感度を有する一対の位相差検出画素を用いて位相差を検出する手法が採用されている。このような例としては、下記の特許文献１に開示されている固体撮像素子を挙げることができる。詳細には、下記特許文献１においては、画素の有する下部電極を分割したり、画素上に遮光膜を設けたりすることにより上記位相差検出画素を実現している。
特開２０１５－５０３３１号公報
　上記特許文献１に開示された位相差検出画素においては、不要な電荷が発生することから、不要な電荷を排出するための機構（プラグ等）を設ける必要がある場合がある。その結果、不要な電荷を排出するための機構が基板上の一定の面積を占めるようになることから、固体撮像素子の微細化に限界がある。
　さらに、上述の遮光膜を持つ位相差検出画素の構造を、互いに異なる波長の光を吸収する複数のフォトダイオードを積層させた構造に適用した場合、例えば、位相差検出は、積層された複数のフォトダイオードの１つで行われることとなる。この際、位相差検出画素の積層された他のフォトダイオードは、上記遮光膜を設けたことから、遮光膜のない通常画素に比べて入射する光が減少し、感度が低下することから欠陥画素となる。従って、位相差検出に使用しない上記フォトダイオードを、通常画素のフォトダイオードのように機能させることができないことから、固体撮像素子により得られた撮像画像の品質（解像度等）が低下することとなる。
　そこで、本開示では、上記状況を鑑みて、複数のフォトダイオードを積層した構造において、画素の微細化を可能にしつつ、撮像画像の品質を向上させることができる位相差検出画素を実現することが可能な、新規且つ改良された固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び電子機器を提案する。
　本開示によれば、焦点検出を行うための位相差検出画素を少なくとも２つ含む複数の画素を備え、前記各画素は、互いに積層され、且つ、互いに異なる波長の光を吸収して電荷を発生させる複数の光電変換素子からなる積層構造を有し、前記位相差検出画素の有する前記積層構造においては、前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の一部を覆い、特定波長の光を吸収するカラーフィルタが設けられている、固体撮像素子が提供される。
　また、本開示によれば、焦点検出を行うための位相差検出画素を少なくとも２つ含む複数の画素を備える固体撮像素子の製造方法であって、互いに異なる波長の光を吸収して電荷を発生させる複数の光電変換素子を積層させることと、前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の一部を覆い、特定波長の光を吸収するカラーフィルタを形成することと、を含む、固体撮像素子の製造方法が提供される。
　さらに、本開示によれば、焦点検出を行うための位相差検出画素を少なくとも２つ含む複数の画素を備え、前記各画素は、互いに積層され、且つ、互いに異なる波長の光を吸収して電荷を発生させる複数の光電変換素子からなる積層構造を有し、前記位相差検出画素の有する前記積層構造においては、前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の一部を覆い、特定波長の光を吸収するカラーフィルタが設けられている、固体撮像素子を含む、電子機器が提供される。
　以上説明したように本開示によれば、複数のフォトダイオードを積層した構造において、画素の微細化を可能にしつつ、撮像画像の品質を向上させることができる位相差検出画素を実現することができる。
　なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
本開示の実施形態に係る固体撮像素子の平面構成例を示す説明図である。 本開示の実施形態に係る通常画素の断面構成例を示す説明図である。 本開示の第１の実施形態に係る位相差検出画素の断面構成例を示す説明図である。 同実施形態に係る画素アレイ部の平面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例１に係る画素アレイ部の平面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例２に係る画素アレイ部の平面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例３に係る画素アレイ部の平面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例４に係る画素アレイ部の平面構成例を示す説明図である。 同実施形態の変形例５に係る画素アレイ部の平面構成例を示す説明図（その１）である。 同実施形態の変形例５に係る画素アレイ部の平面構成例を示す説明図（その２）である。 本開示の第２の実施形態に係る位相差検出画素の断面構成例を示す説明図（その１）である。 同実施形態に係る位相差検出画素の断面構成例を示す説明図（その２）である。 同実施形態に係る画素アレイ部の平面構成例を示す説明図である。 本開示の第３の実施形態に係る位相差検出画素の断面構成例を示す説明図である。 本開示の第４の実施形態に係る位相差検出画素の断面構成例を示す説明図である。 本開示の第５の実施形態に係る位相差検出画素の断面構成例を示す説明図である。 本開示の第６の実施形態を説明するための説明図（その１）である。 同実施形態を説明するための説明図（その２）である。 同実施形態を説明するための説明図（その３）である。 本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図（その１）である。 本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図（その２）である。 本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図（その３）である。 本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図（その４）である。 本開示の実施形態に係る固体撮像素子を有する撮像装置を含む電子機器の一例を示す説明図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　また、本明細書および図面において、実質的に同一または類似の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なる数字を付して区別する場合がある。ただし、実質的に同一または類似の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。また、異なる実施形態の類似する構成要素については、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合がある。ただし、類似する構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。
　また、以下の説明で参照される図面は、本開示の一実施形態の説明とその理解を促すための図面であり、わかりやすくするために、図中に示される形状や寸法、比などは実際と異なる場合がある。さらに、図中に示される固体撮像素子は、以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。また、固体撮像素子の断面図を用いた説明においては、固体撮像素子の積層構造の上下方向は、固体撮像素子に対して入射する光が入ってくる面を上とした場合の相対方向に対応し、実際の重力加速度に従った上下方向とは異なる場合がある。
　以下の説明においては、「略同一」とは、数学的に同一又は等しい場合だけを意味するのではなく、本開示の一実施形態に係る固体撮像素子の動作において許容される程度の違い（誤差）がある場合も含むことを意味する。さらに、以下の説明において示される形状についての文言は、幾何学的に定義される形状だけを意味するだけでなく、固体撮像素子の動作及び固体撮像素子の製造工程において許容される程度の違い（誤差・ひずみ）を含む形状も、当該形状に類似する形状として含むことを意味する。
　さらに、以下の説明において、「電気的に接続する」とは、複数の要素の間を、直接的に、もしくは、他の要素を介して間接的に接続することを意味する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　　１．固体撮像素子の概略構成
　　２．通常画素の詳細構成
　　３．本発明者らが本開示に係る実施形態を創作するに至った背景
　　４．第１の実施形態
　　　　４．１　位相差検出画素の詳細構成
　　　　４．２　変形例
　　５．第２の実施形態
　　　　５．１　青色の光による位相差を検出する位相差検出画素の詳細構成
　　　　５．２　赤色の光による位相差を検出する位相差検出画素の詳細構成
　　　　５．３　互いに異なる色の光による位相差を検出する位相差検出画素の混在について
　　６．第３の実施形態
　　７．第４の実施形態
　　８．第５の実施形態
　　９．第６の実施形態
　　１０．第７の実施形態
　　１１．第８の実施形態
　　１２．まとめ
　　１３．補足
　＜＜１．固体撮像素子の概略構成＞＞
　まずは、図１を参照して、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１の概略構成について説明する。図１は、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１の平面構成例を示す説明図である。図１に示すように、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１は、例えばシリコンからなる半導体基板１０上に、複数の画素１００がマトリック状に配置されている画素アレイ部３０と、当該画素アレイ部３０を取り囲むように設けられた周辺回路部とを有する。さらに、上記固体撮像素子１には、当該周辺回路部として、垂直駆動回路部３２、カラム信号処理回路部３４、水平駆動回路部３６、出力回路部３８、制御回路部４０等が含まれる。以下に、固体撮像素子１の各ブロックの詳細について説明する。
　（画素アレイ部３０）
　画素アレイ部３０は、先に説明したように、マトリックス状に２次元配置された複数の画素１００を有する。さらに、複数の画素１００には、画像生成用の信号を生成する通常画素１００ｘと、焦点検出用の信号を生成する１対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂとが含まれている。すなわち、上記画素アレイ部３０においては、複数の通常画素１００ｘの一部が、位相差検出画素１００ａ、１００ｂに置き換わることで構成されている。
　詳細には、一対の位相差検出画素１００ａと位相差検出画素１００ｂとは、後述するカラーフィルタ６００等を用いて、光の入射角に対して感度が非対称性をもつように形成されている。このように、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、光の入射角に対して感度が非対称であることにより、検出する像にずれが生じる。上記固体撮像素子１を用いた撮像装置（図示省略）においては、この像のずれに基づいて、位相ずれ量を算出してデフォーカス量を算出し、撮影レンズ（図示省略）を調整（移動）することで、オートフォーカスを実現することができる。なお、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、図１中の左右方向（水平方向）に沿って配置されていてもよく、もしくは、図１中の上下方向（垂直方向）に沿って配置されていてもよい。さらに、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、隣接した配置されていてもよく、もしくは、通常画素１００ｘを挟んで配置されていてもよい。
　各画素１００は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（例えばＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ）を有している。詳細には、当該画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタの４つのＭＯＳトランジスタを含む。
　また、各画素１００は、共有画素構造とすることもできる。当該画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有される１つのフローティングディフージョン（浮遊拡散領域）と、共有される１つの共有トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素構造においては、複数の単位画素を構成するフォトダイオード及び転送トランジスタが、１つのフローティングディフージョン及び共有トランジスタを共有する。なお、通常画素１００ｘの詳細構造については後述する。
　（垂直駆動回路部３２）
　垂直駆動回路部３２は、例えばシフトレジスタによって形成され、画素駆動配線４２を選択し、選択された画素駆動配線４２に画素１００を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素１００を駆動する。すなわち、垂直駆動回路部３２は、画素アレイ部３０の各画素１００を行単位で順次垂直方向（図１中の上下方向）に走査し、各画素１００のフォトダイオードの受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線４４を通して後述するカラム信号処理回路部３４に供給する。
　（カラム信号処理回路部３４）
　カラム信号処理回路部３４は、画素１００の列ごとに配置されており、１行分の画素１００から出力される画素信号に対して画素列ごとにノイズ除去等の信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路部３４は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためにＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関２重サンプリング)およびＡＤ（Ａｎａｌｏｇ－Ｄｅｇｉｔａｌ）変換等の信号処理を行う。
　（水平駆動回路部３６）
　水平駆動回路部３６は、例えばシフトレジスタによって形成され、水平走査パルスを順次出力することによって、上述したカラム信号処理回路部３４の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路部３４の各々から画素信号を水平信号線４６に出力させる。
　（出力回路部３８）
　出力回路部３８は、上述したカラム信号処理回路部３４の各々から水平信号線４６を通して順次に供給される画素信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路部３８は、例えば、バッファリング（ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ）を行う機能部として機能してもよく、もしくは、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等の処理を行ってもよい。なお、バッファリングとは、画素信号のやり取りの際に、処理速度や転送速度の差を補うために、一時的に画素信号を保存することをいう。さらに、入出力端子４８は、外部装置との間で信号のやり取りを行うための端子である。
　（制御回路部４０）
　制御回路部４０は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像素子１の内部情報等のデータを出力する。すなわち、制御回路部４０は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路部３２、カラム信号処理回路部３４及び水平駆動回路部３６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路部４０は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路部３２、カラム信号処理回路部３４及び水平駆動回路部３６等に出力する。
　＜＜２．通常画素の詳細構成＞＞
　次に、図２を参照して、本開示の実施形態に係る通常画素１００の断面構造における詳細構成について説明する。図２は、本開示の実施形態に係る通常画素１００ｘの断面構成例を示す説明図であって、詳細には、３つの通常画素１００ｘを半導体基板１０の厚み方向に沿って切断した際の断面に対応する。
　図２に示すように、通常画素１００においては、例えばシリコンからなる半導体基板１０の第１の導電型（例えばＰ型）を持つ半導体領域１２に、第２の導電型（例えばＮ型）を持つ２つの半導体領域１４ａ、１４ｂが半導体基板１０の厚み方向に重ねて形成されている。このように形成された半導体領域１４ａ、１４ｂは、ＰＮ接合をなすことにより、積層された２つのフォトダイオード（ＰＤ）（光電変換素子）２０２、２０４となる。例えば、半導体領域１４ａを有するＰＤ２０２は、青色の光（例えば波長４５０ｎｍ～４９５ｎｍ）を受光して光電変換するフォトダイオードであり、半導体領域１４ｂを有するとするＰＤ２０４は、赤色の光（例えば波長６２０ｎｍ～７５０ｎｍ）を受光して光電変換するフォトダイオードである。
　また、半導体領域１２とは反対側に位置する半導体基板１０の領域（図２中の下側）には、配線層１６が設けられている。さらに、配線層１６には、ＰＤ２０２、２０４で生じた電荷の読み出しを行う複数の画素トランジスタ（図示省略）と、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等によって形成される複数の配線１８とが設けられている。なお、図２においては、配線層１６の詳細な図示を省略している。
　また、半導体基板１０には、後述する光電変換膜３００で光電変換された電荷を配線層１６に取り出すためのプラグ（図示省略）が半導体基板１０を貫通するように設けられていてもよい。この場合、上記プラグは、配線層１６に設けられた配線１８により、半導体基板１０に設けられた第２の導電型（例えばＮ型）を持つ半導体領域に設けられたフローティングディフージョン部（図示省略）と接続されてもよい。当該フローティングディフージョン部は、光電変換膜３００で光電変換された電荷を、一時的に保持する領域である。
　図２に示すように、半導体基板１０上には、例えば、ハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜とシリコン酸化膜の２層又は３層の積層膜からなる透明絶縁膜４００が設けられている。
　透明絶縁膜４００上には、光電変換膜３００が、上部電極３０２ａと下部電極３０２ｂとに挟まれるような構成で設けられている。そして、光電変換膜３００と、上部電極３０２ａと、下部電極３０２ｂとは、ＰＤ２００を構成する。当該ＰＤ２００は、例えば、緑色の光（例えば波長４９５ｎｍ～５７０ｎｍ）を受光して光電変換するフォトダイオードである。なお、上部電極３０２ａと下部電極３０２ｂとは、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜、酸化インジウム亜鉛膜等で形成されることができる。また、光電変換膜３００の材料の詳細については後述する。
　また、図２に示すように、上部電極３０２ａは、複数の画素１００に共通して、互いに接続するように設けられている。一方、下部電極３０２ｂは、画素１００単位に分割して設けられている。また、当該下部電極３０２ｂは、透明絶縁膜４００を貫通する、タングステン、アルミニウム、銅等によって形成される配線（図示省略）によって、上述のプラグ（図示省略）に電気的に接続されていてもよい。
　図２に示すように、上部電極３０２ａ上には、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の無機膜からなる高屈折率層５００が設けられている。さらに、高屈折率層５００上には、オンチップレンズ（レンズ部）５０２が設けられている。オンチップレンズ５０２は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、又は、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、若しくはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料によって形成することができる。
　以上のように、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１の有する通常画素１００ｘは、３色の光にそれぞれ対応するＰＤ２００、２０２、２０４が積層された積層構造を持つ。すなわち、上述の固体撮像素子１は、緑色の光については半導体基板１０の上方に形成された光電変換膜３００（ＰＤ２００）で光電変換し、青色及び赤色の光については半導体基板１０内のＰＤ２０２、２０４で光電変換する縦方向分光型の固体撮像素子である。
　なお、上述の光電変換膜３００は、有機材料又は無機材料から形成することができる。例えば、光電変換膜３００を有機材料から形成する場合には、（ａ）Ｐ型有機半導体材料、（ｂ）Ｎ型有機半導体材料、（ｃ）Ｐ型有機半導体材料層、Ｎ型の有機半導体材料層、及び、Ｐ型有機半導体材料とＮ型有機半導体材料との混合層（バルクヘテロ構造）のうちの少なくとも２つの積層構造、（ｄ）Ｐ型有機半導体材料とＮ型有機半導体材料との混合層の４態様のいずれかを選択することができる。
　詳細には、Ｐ型有機半導体材料として、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、キナクリドン誘導体、チオフェン誘導体、チエノチオフェン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、ベンゾチエノベンゾチオフェン誘導体、トリアリルアミン誘導体、カルバゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピセン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、複素環化合物を配位子とする金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を挙げることができる。
　また、Ｎ型有機半導体材料として、フラーレン及びフラーレン誘導体〈例えば、Ｃ６０や、Ｃ７０，Ｃ７４等のフラーレン（高次フラーレン）、内包フラーレン等）又はフラーレン誘導体（例えば、フラーレンフッ化物やＰＣＢＭ（Ｐｈｅｎｙｌ－Ｃ６１－Ｂｕｔｙｒｉｃ　Ａｃｉｄ　Ｍｅｔｈｙｌ　Ｅｓｔｅｒ）フラーレン化合物、フラーレン多量体等）〉、Ｐ型有機半導体よりもＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ　Ｏｃｃｕｐｉｅｄ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｏｒｂｉｔａｌ）及びＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ　Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｏｒｂｉｔａｌ）が深い有機半導体、透明な無機金属酸化物等を挙げることができる。より具体的には、Ｎ型有機半導体材料としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する複素環化合物、例えば、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、イソキノリン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、フェナントロリン誘導体、テトラゾール誘導体、ピラゾール誘導体、イミダゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を分子骨格の一部に有する有機分子、有機金属錯体やサブフタロシアニン誘導体を挙げることができる。また、フラーレン誘導体に含まれる基等として、分岐若しくは環状のアルキル基若しくはフェニル基；直鎖若しくは縮環した芳香族化合物を有する基；ハロゲン化物を有する基；パーシャルフルオロアルキル基；パーフルオロアルキル基；シリルアルキル基；シリルアルコキシ基；アリールシリル基；アリールスルファニル基；アルキルスルファニル基；アリールスルホニル基；アルキルスルホニル基；アリールスルフィド基；アルキルスルフィド基；アミノ基；アルキルアミノ基；アリールアミノ基；ヒドロキシ基；アルコキシ基；アシルアミノ基；アシルオキシ基；カルボニル基；カルボキシ基；カルボキソアミド基；カルボアルコキシ基；アシル基；スルホニル基；シアノ基；ニトロ基；カルコゲン化物を有する基；ホスフィン基；ホスホン基；これらの誘導体を挙げることができる。なお、有機材料から形成された光電変換膜３００の膜厚は、限定されるものではないが、例えば、１×１０－８ｍ～５×１０－７ｍ、好ましくは２．５×１０－８ｍ～３×１０－７ｍ、より好ましくは２．５×１０－８ｍから２×１０－７ｍとすることができる。また、上記説明においては、有機半導体材料をＰ型、Ｎ型に分類したが、ここでは、Ｐ型とは正孔を輸送し易いという意味であり、Ｎ型とは電子を輸送し易いという意味である。すなわち、有機半導体材料においては、無機半導体材料のように、熱励起の多数キャリアとして正孔又は電子を有しているというという解釈に限定されるものではない。
　さらに詳細には、緑色の光を受光して光電変換するＰＤ２００の光電変換膜３００として機能するために、光電変換膜３００は、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン誘導体、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等の光吸収材料を含むことができる。
　また、光電変換膜３００を無機材料から形成する場合には、無機半導体材料としては、結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、結晶セレン、アモルファスセレン、及び、カルコパライト系化合物であるＣＩＧＳ（ＣｕＩｎＧａＳｅ）、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＡｌＳ２、ＣｕＡｌＳｅ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＡｇＡｌＳ２、ＡｇＡｌＳｅ２、ＡｇＩｎＳ２、ＡｇＩｎＳｅ２、あるいは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物であるＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、更には、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｓ３、Ｂｉ２Ｓｅ３、Ｂｉ２Ｓ３、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ等の化合物半導体を挙げることができる。加えて、本開示の実施形態においては、これらの材料から成る量子ドットを光電変換膜３００として使用することも可能である。
　なお、本開示の実施形態においては、上述の固体撮像素子１は、半導体基板１０の上方に設けられた光電変換膜３００を持つＰＤ２００と、半導体基板１０内に設けられたＰＤ２０２、２０４とが積層された構造に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、固体撮像素子１は、半導体基板１０の上方に設けられた光電変換膜３００を持つＰＤ２００と、半導体基板１０内に設けられたＰＤ２０２とが積層された構造、すなわち、２つのＰＤ２００、２０２が積層された構造であってもよい。また、本実施形態においては、固体撮像素子１は、半導体基板１０の上方に積層された３つのＰＤ２００、２０２、２０４を持つ構造であってもよい。このような場合、各ＰＤ２００、２０２、２０４は、それぞれ光電変換膜３００を有していてもよく、さらに、当該光電変換膜３００は、有機半導体材料で形成されてもよい。この際、青色の光を受光して光電変換するＰＤ２０２の光電変換膜３００として機能するために、光電変換膜３００は、例えば、クマリン酸色素、トリス－８－ヒドリキシキノリアルミニウム（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を含むことができる。また、赤色の光を受光して光電変換するＰＤ２０４の光電変換膜３００として機能するために、光電変換膜３００は、フタロシアニン系色素、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を含むことができる。
　＜＜３．　本発明者らが本開示に係る実施形態を創作するに至った背景＞＞
　次に、本開示に係る各実施形態の詳細を説明する前に、本発明者らが本開示に係る実施形態を創作するに至った背景について説明する。
　先に説明したように、撮像装置においては、オートフォーカス機能として、光の入射角に対して非対称性を持った感度を有する一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂを用いて位相差を検出する手法が採用されている。例えば、上記特許文献１においては、位相差検出画素１００ａ、１００ｂの下部電極３０２ｂを分割して、受光面において光の入射角に対して非対称な形状とすることにより、位相差検出画素を実現している。また、上記位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、例えば、その受光面の半分を覆う遮光膜を設けることによっても実現される。より具体的には、上記遮光膜は、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂの各受光面内における位置が互いに対称になるような位置に、当該受光面の半分を覆うように設けられる。このような位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、例えば上記特許文献１に開示されている。
　例えば、図２の固体撮像素子１と同様に、互いに異なる波長の光を吸収する３つのＰＤ２００、２０２、２０４を積層させた構造において、下部電極３０２ｂの形状を変えて、位相差検出画素１００ａ、１００ｂを実現した場合を検討する。このような場合、位相差検出画素１００ａ、１００ｂのＰＤ２００によって位相差を検出することができ、さらには、位相差検出画素１００ａ、１００ｂの下側に位置するＰＤ２０２、２０４は、通常画素１００ｘのＰＤ２０２、２０４と同様に機能することができる。しかしながら、この場合、位相差検出画素１００ａ、１００ｂにおける位相差検出にあたり不要な電荷が発生することから、このような不要な電荷を排出するための機構（例えば、プラグ等）を設ける必要があり、固体撮像素子１の微細化には限界がある。
　また、遮光膜を用いて位相差検出画素１００ａ、１００ｂを形成した場合、電荷を排出する機構を設ける必要はない。しかしながら、位相差検出画素１００ａ、１００ｂの下側に位置するＰＤ２０２、２０４は、遮光膜を設けていることから通常画素１００ｘと比べて受光量が減少し、遮光膜のない通常画素１００ｘのＰＤ２０２、２０４と同様に機能することはできない。すなわち、固体撮像素子１においては、通常画素のフォトダイオードとして機能するフォトダイオードが、位相差検出画素１００ａ、１００ｂを設けたことにより少なくなることから、撮像画像の品質（解像度等）が低下する。さらには、遮光膜による反射により光が意図しない光路で進入することにより、位相差検出画素１００ａ、１００ｂのＰＤ２００等で不要な電荷が発生する場合がある。このような場合、当該電荷が周囲ににじみ出て、周囲の画素に悪影響（例えば周囲の画素でブルーミング等が発生する）を与える恐れもある。
　そこで、このような状況を鑑みて、本発明者らは、縦方向に複数のフォトダイオード（ＰＤ２００、２０２、２０４）を積層した構造において、画素の微細化を可能にしつつ、撮像画像の品質を向上させることができる位相差検出画素１００ａ、１００ｂを実現する、本開示に係る実施形態を創作するに至った。詳細には、本開示に係る実施形態は、上記積層構造において、特定波長の光を吸収するカラーフィルタを設けることにより、画素の微細化を可能にしつつ、撮像画像の品質を向上させることができる位相差検出画素１００ａ、１００ｂを実現する。以下に、本開示に係る実施形態の詳細について順次説明する。
　＜＜４．　第１の実施形態＞＞
　　＜４．１　位相差検出画素の詳細構成＞
　まずは、図３及び図４を参照して、本開示の第１の実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂの詳細構成を説明する。図３は、本実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂの断面構成例を示す説明図であり、詳細には、位相差検出画素１００ａ、通常画素１００ｘ、位相差検出画素１００ｂの順に並ぶこれらの画素を半導体基板１０の厚み方向に沿って切断した際の断面に対応する。さらに、図３においては、実線によって示される矢印８００が緑色の光の光路を示し、破線によって示される矢印８０２が青色の光の光路を示し、一点鎖線によって示される矢印８０４が赤色の光の光路を示す。また、図４は、本実施形態に係る画素アレイ部３０の平面構成例を示す説明図である。詳細には、図４は、半導体基板１０の上方から見た固体撮像素子１の画素アレイ部３０の一部分を示す図であるが、後述するカラーフィルタ６００の位置をわかりやすくするために、半導体基板１０の上方に設けられた高屈折率層５００及びオンチップレンズ５０２の図示を省略している。さらに、図４における破線で囲まれた領域が１つの画素を示している。
　図３に示されるように、位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、先に説明した通常画素１００ｘとほぼ同様の積層構造を持っているが、上部電極３０２ａの上に、カラーフィルタ６００が設けられている点で、通常画素１００ｘと異なる。詳細には、位相差検出画素１００ａには、その受光面の右半分を覆うように、上部電極３０２ａの上に矩形状のカラーフィルタ６００が設けられており、一方、位相差検出画素１００ｂには、その受光面の左半分を覆うように、上部電極３０２ａの上に矩形状のカラーフィルタ６００が設けられている。すなわち、位相差検出画素１００ａ、１００ｂにおいては、受光面内におけるカラーフィルタ６００の位置が互いに異なっている。そして、これらの位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、一対のものとして動作を行うことにより位相差を検出することができる。なお、ここで、受光面とは、半導体基板１０の上方から見て、通常画素１００ｘ、位相差検出画素１００ａ、１００ｂにおける積層されたＰＤ２００、２０２、２０４が光を受光する画素毎の面のことを意味する。より具体的には、受光面は、図４の平面図における破線で囲まれた画素の形成領域に対応し、特に、ＰＤ２００に着目した場合には、下部電極３０２ｂで定められる面のことをいう。
　なお、本実施形態においては、上記カラーフィルタ６００は、受光面の半分を覆うように形成されることに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、上記カラーフィルタ６００は、上記カラーフィルタ６００の平面の中央に位置する中心点６０４が、オンチップレンズ５０２の光軸５０４の位置と異なるように、形成されていればよい。すなわち、本実施形態においては、上記カラーフィルタ６００は、受光面の一部を覆うように設けられていればよい。なお、本実施形態においては、上記カラーフィルタ６００は、受光面の半分の面積を矩形状のカラーフィルタであることが好ましいが、上記カラーフィルタ６００の面積は、受光面の半分の面積を中心として多少の差があっても許容される。さらに、図４に示すように、画素アレイ部３０内には、位相差検出画素１００ａ、１００ｂからなる対が複数個設けられていてもよい。
　また、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、図３及び図４に示されるように、１つ又は複数の通常画素１００ｘを介して隣り合って設けられていてもよく、もしくは、通常画素１００ｘを介することなく隣り合って設けられていてもよい（図９　参照）。
　上記カラーフィルタ６００は、緑色の光を吸収するカラーフィルタ(マゼンダフィルタ)である。すなわち、上記カラーフィルタ６００は、ＰＤ２００が吸収する光の波長と同じ波長を持つ光を吸収することができる。詳細には、上記カラーフィルタ６００としては、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン誘導体、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を含む樹脂材料によって形成することができる。
　このようにカラーフィルタ６００を設けることにより、位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、緑色の光８００の入射角に対して感度が非対称性を持つように形成される。さらに、位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、緑色の光８００の入射角に対して互いに異なる感度の傾向を有するため、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂが検出する像の間に位相ずれが生じる。従って、本実施形態においては、緑色の光８００を受光して光電変換するＰＤ２００において位相差を検出することができる。さらに、カラーフィルタ６００を設けることにより、位相差検出画素１００ａ、１００ｂのＰＤ２００に対して、位相差検出に不要な光が入射することもないことから、位相差検出に不要な電荷が生じることもない。従って、本実施形態においては、不要な電荷を排出する機構を設けること必要がないことから、固体撮像素子１のさらなる微細化が可能である。
　また、図３に示されているように、上記カラーフィルタ６００は、青色の光８０２及び赤色の光８０４を透過させることができる。従って、位相差検出画素１００ａ、１００ｂのＰＤ２０２、２０４は、通常画素１００ｘのＰＤ２０２、２０４と同様に青色の光８０２及び赤色の光８０４を検出することができることから、通常画素１００ｘのＰＤ２０２、２０４と同様に使用することができる。すなわち、本実施形態によれば、位相差検出画素１００ａ、１００ｂのＰＤ２０２、２０４を通常画素１００ｘのＰＤ２０２、２０４として機能させることができることから、撮像画像の品質（解像度等）の低下を避けることができる。さらには、本実施形態においては、遮光膜を設けていないことから、遮光膜による反射による不要な電荷の発生もなく、当該電荷が周囲ににじみ出て、周囲の画素に悪影響を与えることもない。
　図４に示されるように、画素アレイ部３０に、位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、水平方向（図中左右方向）に沿って、通常画素１００ｘを介して隣り合うように配置されている。また、先に説明したように、位相差検出画素１００ａには、その受光面の右半分を覆うように、上部電極３０２ａの上にカラーフィルタ６００が設けられており、一方、位相差検出画素１００ｂには、その受光面の左半分を覆うように、上部電極３０２ａの上にカラーフィルタ６００が設けられている。なお、当該一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、水平方向に隣り合い、且つ、各受光面を水平方向に沿って半分に覆うカラーフィルタ６００をそれぞれ有していることから、水平方向の位相差の検出に対して感度が高いといえる。
　また、画素アレイ部３０においては、撮像画像の解像度を高めるためには通常画素１００ｘが多く設けられることが好ましいが、位相差検出画素１００ａ、１００ｂの数が少ないとオートフォーカスの精度やスピードが遅くなる。従って、上記解像度とオートフォーカスの精度等との兼ね合いを考慮して、画素アレイ部３０に設けられる位相差検出画素１００ａ、１００ｂの数やその形成位置等を適宜選択することが好ましい。
　以上のように、本実施形態によれば、複数のＰＤ２００、２０２、２０４を積層した構造において、画素の微細化を可能にしつつ、撮像画像の品質を向上させることができる位相差検出画素１００ａ、１００ｂを実現することができる。
　　＜４．２　変形例＞
　次に、本実施形態の変形例１から５を、図５から１０を参照して説明する。図５から図１０は、本実施形態の変形例１から５に係る画素アレイ部３０の平面構成例を示す説明図である。なお、図５から図１０は、上述した図４と同様に、カラーフィルタ６００の位置をわかりやすくするために、半導体基板１０の上方に設けられた高屈折率層５００及びオンチップレンズ５０２の図示を省略している。
　（変形例１）
　変形例１においては、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、図５に示されるように、画素アレイ部３０に、垂直方向（図中上下方向）に沿って複数の通常画素１００ｘを介して隣り合うように配置されていてもよい。なお、図５においては、上述の第１の実施形態と同様に、位相差検出画素１００ａには、その受光面の右半分を覆うように、上部電極３０２ａの上にカラーフィルタ６００が設けられている。さらに、位相差検出画素１００ｂには、その受光面の左半分を覆うように、上部電極３０２ａの上にカラーフィルタ６００が設けられている。
　（変形例２）
　変形例２においては、位相差検出画素１００ａ、１００ｂのカラーフィルタ６００は、受光面の上半分又は下半分を覆うように設けられていてもよい。詳細には、図６に示すように、位相差検出画素１００ａには、その受光面の上半分を覆うように、上部電極３０２ａの上にカラーフィルタ６００が設けられている。さらに、位相差検出画素１００ｂには、その受光面の下半分を覆うように、上部電極３０２ａの上にカラーフィルタ６００が設けられている。そして、本変形例においては、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、図６に示されるように、画素アレイ部３０に、垂直方向（図中上下方向）に沿って複数の通常画素１００ｘを介して隣り合うように配置されていてもよい。なお、当該一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、垂直方向に隣り合い、且つ、各受光面を垂直方向に沿って半分に覆うカラーフィルタ６００をそれぞれ有していることから、垂直方向の位相差の検出に対して感度が高いといえる。
　（変形例３）
　変形例３においては、上述の変形例２と同様に、位相差検出画素１００ａには、その受光面の上半分を覆うようにカラーフィルタ６００が設けられ、位相差検出画素１００ｂには、その受光面の左半分を覆うようにカラーフィルタ６００が設けられている。さらに、本変形例においては、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、画素アレイ部３０に、垂直方向（図中上下方向）に沿って複数の通常画素１００ｘを介して隣り合うように配置されている。しかしながら、位相差検出画素１００ａと位相差検出画素１００ｂとの位置関係は、図６の変形例２とは異なっている。詳細には、図７に示すように、本変形例においては、位相差検出画素１００ａが位相差検出画素１００ｂに対して図中上側に配置されている対と、位相差検出画素１００ａが位相差検出画素１００ｂに対して図中下側に配置されている対とが混在している。
　すなわち、上述の第１の実施形態及び変形例１から３に説明されるように、位相差検出画素１００ａ、１００ｂのカラーフィルタ６００は、各受光面の左右半分を覆うように設けられてもよく、各受光面の上下半分を覆うように設けられてもよい。さらに、一対の位相差検出画素１００ａと位相差検出画素１００ｂとの位置関係についても、特に限定されるものではなく、画素アレイ部３０の水平方向（図中左右方向）に沿って隣り合うように設けられてもよく、もしくは、垂直方向（図中上下方向）に沿って隣り合うように設けられてもよい。また、先に説明にしたように、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、１つ又は複数の通常画素１００ｘを介して隣り合って設けられていてもよく、もしくは、通常画素１００ｘを介することなく隣り合って設けられていてもよい。
　（変形例４）
　上述の第１の実施形態及び変形例１から３においては、カラーフィルタ６００は、受光面の左右半分又は上下半分を覆う矩形状のカラーフィルタであった。しかしながら、本開示の実施形態においては、カラーフィルタ６００の形状はこれに限定されるものではなく、カラーフィルタ６００は、受光面の斜め半分を覆う三角形状のカラーフィルタであってもよい。詳細には、図８に示すように、本変形例においては、位相差検出画素１００ａには、その受光面の斜め上半分を覆うようにカラーフィルタ６００が設けられ、位相差検出画素１００ｂには、その受光面の斜め下半分を覆うようにカラーフィルタ６００が設けられている。さらに、本変形例においては、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、画素アレイ部３０に、垂直方向（図中上下方向）に沿って複数の通常画素１００ｘを介して隣り合うように配置されている。
　（変形例５）
　上述の第１の実施形態及び変形例１から４においては、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、１つ又は複数の通常画素１００ｘを介して隣り合って設けられていた。しかしながら、本開示の実施形態においては、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、通常画素１００ｘを介することなく隣り合って設けられていてもよい。さらに、このような場合には、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂのカラーフィルタ６００は、接続され、一体のものとして設けられていてもよい。このように、一体のカラーフィルタ６００とすることで、本変形例によれば、カラーフィルタ６００の加工における精度や時間を低減することができる。
　詳細には、本変形例においては、図９に示すように、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、画素アレイ部３０に、垂直方向（図中上下方向）に沿って通常画素１００ｘを介することなく隣り合うように配置されている。さらに、位相差検出画素１００ａにおいては、カラーフィルタ６００は、その受光面の上半分を覆い、一方、位相差検出画素１００ｂにおいては、カラーフィルタ６００は、その受光面の下半分を覆っている。
　また、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂが通常画素１００ｘを介することなく隣り合って設けられている場合には、図１０に示すように、これら一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂのカラーフィルタ６００は、互いに接続され、一体のものとして設けられていてもよい。すなわち、本変形例においては、カラーフィルタ６００は、位相差検出画素１００ａの受光面の上半分と、位相差検出画素１００ｂの受光面の下半分とに跨るように設けられていてもよい。
　＜＜５．　第２の実施形態＞＞
　上述の第１の実施形態においては、緑色の光を吸収するカラーフィルタ６００を設けることにより、緑色の光８００により位相差を検出する位相差検出画素１００ａ、１００ｂを得ることができた。しかしながら、本開示の実施形態においては、緑色の光８００により位相を検出する位相差検出画素に限定されるものではなく、青色の光８０２により位相差を検出する位相差検出画素であってもよく、もしくは、赤色の光８０４により位相差を検出する位相差検出画素であってもよい。以下に、このような青色の光８０２又は赤色の光８０４により位相差を検出する本開示の第２の実施形態を、図１１から図１３を参照して説明する。なお、図１１及び図１２は、本実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂの断面構成例を示す説明図であり、詳細には、位相差検出画素１００ａ、通常画素１００ｘ、位相差検出画素１００ｂの順に並ぶこれらの画素を半導体基板１０の厚み方向に沿って切断した際の断面に対応する。さらに、図１１及び図１２においては、図３と同様に、実線によって示される矢印８００が緑色の光の光路を示し、破線によって示される矢印８０２が青色の光の光路を示し、一点鎖線によって示される矢印８０４が赤色の光の光路を示す。また、図１３は、本実施形態に係る画素アレイ部３０の平面構成例を示す説明図である。なお、図１３は、上述の図４と同様に、カラーフィルタ６００ａ、６００ｂの位置をわかりやすくするために、半導体基板１０の上方に設けられた高屈折率層５００及びオンチップレンズ５０２の図示を省略している。
　＜５．１　青色の光による位相差を検出する位相差検出画素の詳細構成＞
　まず、図１１を参照して、青色の光８０２により位相差を検出する位相差検出画素１００ａ、１００ｂについて説明する。図１１に示されるように、本実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、図３に示される第１の実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂと同様の積層構造を有する。しかしながら、カラーフィルタ６００ａは、第１の実施形態と異なり、青色の光８０２を吸収するカラーフィルタ(イエローフィルタ)である。すなわち、上記カラーフィルタ６００ａは、ＰＤ２０２が吸収する光の波長と同じ波長を持つ光を吸収することができる。詳細には、上記カラーフィルタ６００ａとしては、例えば、クマリン酸色素、トリス－８－ヒドリキシキノリアルミニウム（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を含む樹脂材料によって形成することができる。
　このように、青色の光８０２を吸収するカラーフィルタ６００ａを設けることにより、位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、青色の光８０２を受光して光電変換するＰＤ２０２において位相差を検出することができる。また、図１１に示されているように、上記カラーフィルタ６００ａは、緑色の光８００及び赤色の光８０４を透過させることができる。従って、位相差検出画素１００ａ、１００ｂのＰＤ２００、２０４は、通常画素１００ｘのＰＤ２００、２０４と同様に緑色の光８００及び赤色の光８０４を検出することができることから、通常画素１００ｘのＰＤ２００、２０４と同様に使用することができる。
　＜５．２　赤色の光による位相差を検出する位相差検出画素の詳細構成＞
　次に、図１２を参照して、赤色の光８０４により位相差を検出する位相差検出画素１００ａ、１００ｂについて説明する。図１２に示されるように、本実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂも、図３に示される第１の実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂと同様の積層構造を有する。しかしながら、カラーフィルタ６００ｂは、第１の実施形態と異なり、赤色の光８０４を吸収するカラーフィルタ(シアンフィルタ)である。すなわち、上記カラーフィルタ６００ｂは、ＰＤ２０４が吸収する光の波長と同じ波長を持つ光を吸収することができる。詳細には、上記カラーフィルタ６００ｂとしては、例えば、フタロシアニン系色素、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を含む樹脂材料によって形成することができる。
　このように、赤色の光８０４を吸収するカラーフィルタ６００ｂを設けることにより、位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、赤色の光８０４を受光して光電変換するＰＤ２０２において位相差を検出することができる。また、図１２に示されているように、上記カラーフィルタ６００ｂは、緑色の光８００及び青色の光８０２を透過させることができる。従って、位相差検出画素１００ａ、１００ｂのＰＤ２００、２０２は、通常画素１００ｘのＰＤ２００、２０２と同様に緑色の光８００及び青色の光８０２を検出することができることから、通常画素１００ｘのＰＤ２００、２０２と同様に使用することができる。
　＜５．３　互いに異なる色の光による位相差を検出する位相差検出画素の混在について＞
　上述した第１及び第２の実施形態においては、緑色、青色、又は赤色の光８００、８０２、８０４のいずれか１つを用いて位相差を検出する、すなわち、単色の光で位相差を検出する位相差検出画素１００ａ、１００ｂを説明してきた。しかしながら、本開示の実施形態は、このような単色の光での位相差の検出に限定されるものではなく、３つの色の光により位相差をそれぞれ検出する位相差検出画素１００ａ、１００ｂを組み合わせて用いてもよい。このようにすることで、撮像シーンの様々な光源や被写体に対応して位相差検出を行うことが可能となる。
　図１３に示すように、画素アレイ部３０に、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、垂直方向（図中上下方向）に沿って、通常画素１００ｘを介して隣り合うように配置されている。詳細には、図１３の中央に示される一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、それぞれカラーフィルタ６００をもち、すなわち、緑色の光８００により位相差を検出する一対の位相差検出画素として機能する。また、図１３の左側に示される一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、それぞれカラーフィルタ６００ａをもち、すなわち、青色の光８０２により位相差を検出する一対の位相差検出画素として機能する。さらに、図１３の右側に示される一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、それぞれカラーフィルタ６００ｂをもち、すなわち、赤色の光８０４により位相差を検出する一対の位相差検出画素として機能する。このように、１つの画素アレイ部３０に、互いに異なる色の光８００、８０２、８０４により位相差を検出する一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂを設けることにより、３つの色の光において位相差を検出することが可能となる。従って、図１３に示される例によれば、単色の光での位相差の検出に比べて、撮像シーンの様々な光源や被写体に対応して高い精度の位相差検出を行うことができる。
　以上のように、本実施形態によれば、画素の微細化を可能にしつつ、撮像画像の品質を向上させることができ、且つ、異なる波長（色）の３つの光８００、８０２、８０４で位相差を検出する位相差検出画素１００ａ、１００ｂを実現することができる。また、異なる波長の３つの光で位相差を検出する位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、ベイヤ配列等に従って画素アレイ部３０に配列されている通常画素１００ｘの配列を考慮して、配列することが好ましい。
　＜＜６．　第３の実施形態＞＞
　上述の第２の実施形態のように、青色の光８０２又は赤色の光８０４により位相差を検出す位相差検出画素１００ａ、１００ｂとする場合には、カラーフィルタ６００ａ、６００ｂは、上部電極３０２ａの上に設けられていなくてもよい。より具体的には、上記カラーフィルタ６００ａ、６００ｂは、下部電極３０２ｂの下方に設けられていてもよい。以下に、このような下部電極３０２ｂの下方に設けられたカラーフィルタ６００ａを持つ本開示の第３の実施形態を、図１４を参照して説明する。なお、図１４は、本実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂの断面構成例を示す説明図であり、詳細には、位相差検出画素１００ａ、通常画素１００ｘ、位相差検出画素１００ｂの順に並ぶこれらの画素を半導体基板１０の厚み方向に沿って切断した際の断面に対応する。さらに、図１４においては、図３と同様に、実線によって示される矢印８００が緑色の光の光路を示し、破線によって示される矢印８０２が青色の光の光路を示し、一点鎖線によって示される矢印８０４が赤色の光の光路を示す。
　図１４に示されるように、本実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂも、図３に示される第１及び第２の実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂとほぼ同様の積層構造を有する。しかしながら、カラーフィルタ６００ａは、第２の実施形態と異なり、下部電極３０２ｂの下方の半導体基板１０の上面に設けられている。すなわち、本実施形態においては、カラーフィルタ６００ａは、ＰＤ２０２の上面の半分、言い換えるとＰＤ２０２の受光面の半分を覆うように設けられている。なお、カラーフィルタ６００ａは、青色の光８０２を吸収するカラーフィルタである。
　このように、青色の光８０２を吸収するカラーフィルタ６００ａを下部電極３０２ｂの下方の半導体基板１０の上面に設けることにより、位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、青色の光８０２を受光して光電変換するＰＤ２０２において位相差を検出することができる。また、図１４に示されているように、上記カラーフィルタ６００ａは、赤色の光８０４を透過させることができることから、位相差検出画素１００ａ、１００ｂのＰＤ２０４は、通常画素１００ｘのＰＤ２０４と同様に赤色の光８０４及び赤色の光８０４を検出することができる。
　なお、本実施形態においては、図１４のカラーフィルタ６００ａを、赤色の光８０４を吸収するカラーフィルタ６００ｂとしてもよい。この場合、位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、赤色の光８０４を受光して光電変換するＰＤ２０４において位相差を検出することができる。
　すなわち、本開示の実施形態においては、位相差を検出する光の色については特に限定されるものではなく、さらに、所望する位相差検出光に応じて、カラーフィルタ６００の種別とその設置位置を適宜選択することができる。本実施形態における、位相差検出光の種別と、それに対応するカラーフィルタ６００の種別とその設置位置の組み合わせを以下の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　以上のように、本実施形態によれば、カラーフィルタ６００を設ける位置が異なっていても、画素の微細化を可能にしつつ、撮像画像の品質を向上させることができる位相差検出画素１００ａ、１００ｂを実現することができる。
　＜＜７．　第４の実施形態＞＞
　また、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１は、光電変換膜３００で光電変換された電荷を上記フローティングディフージョン部に一時的に保持するような形態に限定されるものではなく、上記電荷を光電変換膜３００において一時的に保持するような形態であってもよい。
　以下に、上述のような本開示の第４の実施形態を、図１５を参照して説明する。なお、図１５は、本実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂの断面構成例を示す説明図であり、詳細には、位相差検出画素１００ａ、通常画素１００ｘ、位相差検出画素１００ｂの順に並ぶこれらの画素を半導体基板１０の厚み方向に沿って切断した際の断面に対応する。さらに、図１５においては、図３と同様に、実線によって示される矢印８００が緑色の光の光路を示し、破線によって示される矢印８０２が青色の光の光路を示し、一点鎖線によって示される矢印８０４が赤色の光の光路を示す。
　図１５に示すように、本実施形態においては、通常画素１００ｘ、位相差検出画素１００ａ、１００ｂの下部電極３０２ｂは、下部電極３０２ｂ－１と下部電極３０２ｂ－２との２つに分割されている。なお、本実施形態においては、下部電極３０２ｂは、２つに分割されていることに限定されるものではなく、下部電極３０２ｂは、少なくとも２つに分割されていればよい。詳細には、位相差検出画素１００ａ、１００ｂにおいては、例えば、下部電極３０２ｂ－１は、下部電極３０２ｂ－２に比べて面積が狭くなるように形成されている。さらに、同様に、通常画素１００ｘにおいても、下部電極３０２ｂ－１は、下部電極３０２ｂ－２に比べて面積が狭くなるように形成されている。また、これらの下部電極３０２ｂ－２は、絶縁膜３０４を介して光電変換膜３００と向かい合っている。
　さらに、通常画素１００ｘにおいては、下部電極３０２ｂ－２には配線（図示省略）が接続されており、当該配線を用いて下部電極３０２ｂ－２に所望の電位が印加される。また、下部電極３０２ｂ－１にも配線（図示省略）が接続されており、当該配線を用いて下部電極３０２ｂ－１に所望の電位が印加される。さらに、下部電極３０２ｂ－１は、プラグ（図示省略）等により半導体基板１０に設けられたフローティングディフージョン部（図示省略）と接続されている。本実施形態においては、下部電極３０２ｂ－１と下部電極３０２ｂ－２とに印加される電位を制御することにより、光電変換膜３００で発生した電荷を光電変換膜３００で蓄積したり、当該電荷を上記フローティングディフージョン部に取り出したりすることができる。言い換えると、下部電極３０２ｂ－２は、印加される電位に応じて、光電変換膜３００で発生した電荷を引き寄せて、当該電荷を光電変換膜３００に蓄積するための電荷蓄積用電極として機能する。
　なお、上記絶縁膜３０４の材料としては、酸化ケイ素系材料；窒化ケイ素（ＳｉＮｙ）；酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の金属酸化物高誘電絶縁材料に例示される無機系絶縁材料だけでなく、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）；ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）；ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）；ポリイミド；ポリカーボネート（ＰＣ）；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）；ポリスチレン；Ｎ－２（アミノエチル）３－アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＥＡＰＴＭＳ）、３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）等のシラノール誘導体（シランカップリング剤）；ノボラック型フェノール樹脂;フッ素系樹脂；オクタデカンチオール、ドデシルイソシアネイト等の一端に制御電極と結合可能な官能基を有する直鎖炭化水素類にて例示される有機系絶縁材料（有機ポリマー）を挙げることができる。さらに、本実施形態においては、これらの組み合わせを用いることもできる。また、酸化ケイ素系材料として、酸化シリコン（ＳｉＯＸ）、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、ＳＯＧ（スピンオングラス）、低誘電率材料（例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機ＳＯＧ）を挙げることができる。
　さらに、図１５の位相差検出画素１００ａ、１００ｂの詳細について説明する。本実施形態においても、位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、上述の通常画素１００ｘと同様に構造を持ち、さらに、これまでの説明した実施形態と同様の受光面の一部を覆うカラーフィルタ６００を有している。従って、位相差検出画素１００ａ、１００ｂにおいては、カラーフィルタ６００によって覆われていない光電変換膜３００の部分は、緑色の光８００を吸収して電荷を発生させることができる。このように発生した電荷は、下部電極３０２ｂ－１と下部電極３０２ｂ－２とに印加される電位に応じて、上述した通常画素１００ｘと同様に光電変換膜３００で蓄積することができ、もしくは外部へ取り出すことができる。従って、当該電荷を用いて位相差を検出することが可能である。
　一方、カラーフィルタ６００の下方に位置する光電変換膜３００の部分は、カラーフィルタ６００により緑色の光８００を吸収することができないため、電荷を発生することができない。従って、位相差検出画素１００ａと位相差検出画素１００ｂとは、その受光面においてカラーフィルタ６００が設けられた位置が図中右側又は左側に偏っていることから、光の入射角に対する感度が非対称性を持つこととなる。さらに、位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、緑色の光８００の入射角に対して互いに異なる感度の傾向を有するため、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂが検出する像の間に位相差が生じることとなる。その結果、本実施形態においても、一対の位相差検出画素１００ａ、１００ｂにより位相差を検出することができる。
　すなわち、本実施形態によれば、電荷を光電変換膜３００において一時的に保持するような固体撮像素子１であっても、位相差検出画素１００ａ、１００ｂの受光面の一部を覆うようなカラーフィルタ６００を設けることにより、位相差検出画素１００ａ、１００ｂを実現することができる。さらに、本実施形態の位相差検出画素１００ａ、１００ｂにおいても、ＰＤ２０２、２０４は、通常画素１００ｘのＰＤ２０２、２０４と同様に使用することができる。
　従って、本実施形態によれば、電荷を光電変換膜３００において一時的に保持するような形態であっても、撮像画像の品質を向上させることができる位相差検出画素１００ａ、１００ｂを実現することができる。
　＜＜８．　第５の実施形態＞＞
　上述の本開示の実施形態においては、互いに異なる波長の光を吸収する３つのＰＤ２００、２０２、２０４が積層されている例について説明したが、本開示の実施形態においては、このような３つのＰＤ２００、２０２、２０４の積層構造に限定されるものではない。例えば、２つのＰＤ２００、２０４が積層された積層構造であってもよい。以下に、このような２つのＰＤ２００、２０４が積層された積層構造を持つ本開示の第５の実施形態を、図１６を参照して説明する。なお、図１６は、本実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂの断面構成例を示す説明図であり、詳細には、位相差検出画素１００ａ、通常画素１００ｘ、位相差検出画素１００ｂの順に並ぶこれらの画素を半導体基板１０の厚み方向に沿って切断した際の断面に対応する。さらに、図１６においては、図３と同様に、実線によって示される矢印８００が緑色の光の光路を示し、破線によって示される矢印８０２が青色の光の光路を示し、一点鎖線によって示される矢印８０４が赤色の光の光路を示す。
　本実施形態においては、図１６に示されるように、位相差検出画素１００ａ、１００ｂは、先に説明した第１の実施形態に係る位相差検出画素１００ａ、１００ｂとほぼ同様に積層構造を持っているが、半導体基板１０内に１つのＰＤ２０４のみが設けられている点で、第１の実施形態と異なる。さらに、本実施形態においては、半導体基板１０の上、言い換えると、ＰＤ２０４の受光面全体を覆うようにカラーフィルタ６０２が設けられている点で、第１の実施形態と異なる。なお、図１６の例においては、ＰＤ２０４は、赤色の光８０４を受光して光電変換するフォトダイオードであり、カラーフィルタ６０２は、第２の実施形態のカラーフィルタ６００ａと同様に、青色の光８０２を吸収するカラーフィルタ(イエローフィルタ)である。すなわち、上記カラーフィルタ６０２は、その下方に位置するＰＤ２０４が吸収する光の波長と同じ波長を持たない光を吸収する。従って、本実施形態の位相差検出画素１００ａ、１００ｂにおいては、ＰＤ２００が緑色の光８００による位相差を検出する位相差検出画素として機能し、ＰＤ２０４が赤色の光８０４を検出する通常画素として機能する。
　なお、本実施形態においては、カラーフィルタ６０２を、第２の実施形態のカラーフィルタ６００ｂと同様に、赤色の光８０４を吸収するカラーフィルタ(シアンフィルタ)であってもよい。この場合、半導体基板１０内に設けられるフォトダイオードは、青色の光を受光して光電変換するＰＤ２０２となる。
　このように、カラーフィルタ６０２を積層構造においてＰＤ２０４の近くに設けることにより、撮像画像における分離比が向上する。しかしながら、カラーフィルタ６００、６０２は、熱により変質しやすい傾向があるため、図１６に示される積層構造を形成する際には、カラーフィルタ６００、６０２に高熱が印加されることを避けるようにして各層を形成することが好ましい。
　＜＜９．　第６の実施形態＞＞
　以下に、上述した本開示の実施形態におけるカラーフィルタ６００の吸収分光特性について、本開示の第６の実施形態として、図１７から図１９を参照して説明する。図１７から図１９は、本実施形態を説明するための説明図であり、詳細には、緑色の光８００を吸収するカラーフィルタ６００の波長に対する吸収分光特性が示されている。なお、これらの図においては、実線がカラーフィルタ６００の吸収分光特性の一例を示し、破線が各フォトダイオード２００、２０２、２０４の吸収分光特性の一例を示す。
　詳細には、緑色の光８００による位相差を検出する位相差検出画素１００ａ、１００ｂとする場合には、図１７に示されるように、緑色の光８００を吸収するＰＤ２００の吸収ピークの波長と、カラーフィルタ６００の吸収ピークの波長とが略同一であり、さらに互いの吸収ピークの広がりも略同一であることが好ましい。このようにすることで、各色の分離比を好適に確保することができる。このような図１７に示されるような吸収分光特性を持つカラーフィルタ６００を得るためには、カラーフィルタ６００は、ＰＤ２００の含む色素と同一の色素を有する樹脂材料で形成する。すなわち、カラーフィルタ６００は、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン誘導体、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を含む樹脂材料により形成される。
　また、上述と同様に、青色の光８０２による位相差を検出する位相差検出画素１００ａ、１００ｂとする場合には、青色の光８０２を吸収するＰＤ２０２の吸収ピークの波長と、カラーフィルタ６００ａの吸収ピークの波長とが略同一であり、さらに互いの吸収ピークの広がりも略同一であることが好ましい。この場合、カラーフィルタ６００ａは、ＰＤ２０２の含む色素と同一の色素を有する樹脂材料で形成する。すなわち、カラーフィルタ６００ａは、例えば、クマリン酸色素、トリス－８－ヒドリキシキノリアルミニウム（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を含む樹脂材料により形成される。
　また、上述と同様に、赤色の光８０４による位相差を検出する位相差検出画素１００ａ、１００ｂとする場合には、赤色の光８０４を吸収するＰＤ２０４の吸収ピークの波長と、カラーフィルタ６００ｂの吸収ピークの波長とが略同一であり、さらに互いの吸収ピークの広がりも略同一であることが好ましい。この場合、カラーフィルタ６００ｂは、ＰＤ２０４の含む色素と同一の色素を有する樹脂材料で形成する。すなわち、カラーフィルタ６００ｂは、例えば、フタロシアニン系色素、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を含む樹脂材料により形成される。
　また、カラーフィルタ６００の吸収分光の長波長側及び短波長側の吸収ピークの裾引きの程度によって、半導体基板１０内に設けられたＰＤ２０２、２０４の吸収分光特性が変化する。例えば、図１８に示されるように、カラーフィルタ６００の吸収ピークの長波長側及び短波長側の広がりを広くした場合には、緑色の光８００による位相差を検出するＰＤ２００は、緑色からの多少の色ずれを許容して検出を行うことができる。しかしながら、青色の光８０２や赤色の光８０４をカラーフィルタ６００が多少吸収することになることから、青色の光８０２や赤色の光８０４を吸収するＰＤ２０２、２０４においては、色づれが生じやすく、通常画素１００ｘのＰＤ２０２、２０４と同様に使用できない可能性がある。
　一方、図１９に示されるように、カラーフィルタ６００の吸収ピークの長波長側及び短波長側の広がりを狭くした場合には、青色の光８０２や赤色の光８０４を吸収するＰＤ２０２、２０４においては、通常画素１００ｘのＰＤ２０２、２０４と同様に、色ずれを小さくすることができる。しかしながら、緑色の光８００による位相差を検出するＰＤ２００においては、分離比が悪くなる。
　すなわち、本開示の実施形態においては、位相差を検出するＰＤ２００における分離比と、半導体基板１０内に設けられたＰＤ２０２、２０４における吸収分光特性とを好適に両立させるよう、カラーフィルタ６００の材料を適宜選択することが好ましい。
　＜＜１０．　第７の実施形態＞＞
　次に、図２０から図２３を参照して、図３に示す第１の実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法について説明する。図２０から図２３は、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
　はじめに、図２０に示されるように、半導体基板１０の半導体領域１２内に、積層するＰＤ２０２、２０４や、プラグ（図示省略）等が形成される。さらに、半導体基板１０の下面には、ＰＤ２０２、２０４に蓄積された電荷の読み出し等を行う複数の画素トランジスタ（図示省略）と複数の配線１８とを含む配線層１６が形成される。
　次に、半導体基板１０の上面に、所定の膜厚を持つハフニウム酸化膜とシリコン酸化膜との積層が形成される。さらに、リソグラフィを用いて当該積層を開口し、形成された開口部（図示省略）に、タングステン、アルミニウム、銅等の金属材料を埋め込んで、当該積層を貫く、プラグを形成してもよい。
　さらに、当該積層の上面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により平坦化し、例えば当該上面上にＩＴＯ膜を成膜し、パターニングすることにより、下部電極３０２ｂが形成される。
　そして、下部電極３０２ｂ及び上記積層の上に、シリコン酸化膜等を積層し、新たに積層した膜が下部電極３０２ｂと同じ膜厚となるまで、例えばＣＭＰを行う。その結果、透明絶縁膜４００が形成される。
　さらに、透明絶縁膜４００の上に、緑色の波長光を光電変換する光電変換膜３００を形成した後に、その上に、例えばＩＴＯ膜を成膜することにより上部電極３０２ａが形成される。このようにして、図２１で示されるような断面構成が形成される。
　続いて、図２２に示されるように、上部電極３０２ａ上の所定の領域に、緑色の波長光を吸収する、例えば、ローダミン系色素等を含む着色樹脂材料をスピンコートや蒸着によって成膜することにより、カラーフィルタ６００が形成される。さらに、カラーフィルタ６００は、露光やドライエッチングを行うことにより、所望の形状に加工される。なお、カラーフィルタ６００の形成及び加工は、スピンコートや露光等に限定されるものではなく、印刷法等の他の方法を用いてもよい。
　さらに、上部電極３０２ａとカラーフィルタ６００との上に、窒化膜等を成膜することにより、高屈折率層５００が形成される。
　次に、高屈折率層５００の上に、樹脂材料を形成し、エッチングを行うことにより、図２３に示されるような、第１の実施形態に係る固体撮像素子１を得ることができる。なお、本実施形態に係る製造方法は、必ずしも記載された順序に沿って行われていなくてもよく、適宜順序が変更されて行われてもよい。さらに、本実施形態に係る製造方法には、他の工程が含まれていてもよい。本実施形態に係る製造方法は、少なくとも、互いに異なる波長の光を吸収して電荷を発生させる複数のＰＤ２００、２０２、２０４を積層させることと、上述のＰＤ２００、２０２、２０４のうちのいずれか１つの上面の一部を覆い、特定波長の光を吸収するカラーフィルタ６００、６０２を形成することとを含んでいればよい。
　なお、上述の各層を形成する方法としては、例えば、物理的気相成長法（ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法）及び化学的気相成長法（ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法）を挙げることができる。ＰＶＤ法としては、真空蒸着法、ＥＢ（電子ビーム）蒸着法、各種スパッタリング法（マグネトロンスパッタリング法、ＲＦ－ＤＣ結合形バイアススパッタリング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、高周波スパッタリング法等）、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、レーザー転写法を挙げることができる。また、ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、有機金属（ＭＯ）ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法を挙げることができる。さらに、他の方法としては、電解メッキ法や無電解メッキ法、スピンコート法、インクジェット法、スプレーコート法、スタンプ法、マイクロコンタクトプリント法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、ディップ法等の方法を挙げることができる。さらに、各層のパターニング法としては、シャドーマスク、レーザー転写、フォトリソグラフィー等の化学的エッチング、紫外線やレーザー等による物理的エッチング等を挙げることができる。また、ＣＶＤ法として、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、光ＣＶＤ法を挙げることができる。さらに他の方法としては、スピンコート法；浸漬法；キャスト法；マイクロコンタクトプリント法；ドロップキャスト法；スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法といった各種印刷法；スタンプ法；スプレー法；エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法といった各種コーティング法を挙げることができる。さらに、パターニング法としては、シャドーマスク、レーザー転写、フォトリソグラフィー等の化学的エッチング、紫外線やレーザー等による物理的エッチング等を挙げることができる。加えて、平坦化技術としては、ＣＭＰ法、レーザー平坦化法、リフロー法等を挙げることができる。
　＜＜１１．　第８の実施形態＞＞
　上述した本開示の実施形態に係る固体撮像素子１は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機等、画像取込部に固体撮像素子を用いる電子機器全般に対して適用可能である。さらに、本開示の実施形態は、上述の撮像装置を含むロボット、ドローン、自動車、医療機器（内視鏡）等にも適用可能である。なお、本実施形態に係る固体撮像素子１は、ワンチップとして形成された形態であってもよく、撮像部と信号処理部又は光学系とが１つにパッケージングされた撮像機能を有するモジュールの形態であってもよい。以下に、本実施形態に係る固体撮像素子１を有する撮像装置７０２を含む電子機器７００の一例を、第７の実施形態として、図２４を参照して説明する。図２４は、本開示の実施形態に係る固体撮像素子１を有する撮像装置７０２を含む電子機器７００の一例を示す説明図である。
　図２４に示すように、電子機器７００は、撮像装置７０２、光学レンズ７１０、シャッタ機構７１２、駆動回路ユニット７１４、及び、信号処理回路ユニット７１６を有する。光学レンズ７１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像装置７０２の撮像面上に結像させる。これにより、撮像装置７０２の固体撮像素子１内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。シャッタ機構７１２は、開閉することにより、撮像装置７０２への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路ユニット７１４は、撮像装置７０２の信号の転送動作やシャッタ機構７１２のシャッタ動作等を制御する駆動信号をこれらに供給する。すなわち、撮像装置７０２は、駆動回路ユニット７１４から供給される駆動信号（タイミング信号）に基づいて信号転送を行うこととなる。信号処理回路ユニット７１６は、各種の信号処理を行う。例えば、信号処理回路ユニット７１６は、信号処理を行った映像信号を例えばメモリ等の記憶媒体（図示省略）に出力したり、表示部（図示省略）に出力したりする。
　＜＜１２．　まとめ＞＞
　以上説明したように、本開示の実施形態によれば、複数のフォトダイオードを積層した構造において、画素の微細化を可能にしつつ、撮像画像の品質を向上させることができる位相差検出画素１００ａ、１００ｂを実現することができる。
　なお、上述した本開示の実施形態においては、第１の導電型をＰ型とし、第２の導電型をＮ型とし、電子を信号電荷として用いた固体撮像素子について説明したが、本開示の実施形態はこのような例に限定されるものではない。例えば、本実施形態は、第１の導電型をＮ型とし、第２の導電型をＰ型とし、正孔を信号電荷として用いる固体撮像素子の適用することが可能である。
　また、上述した本開示の実施形態においては、半導体基板１０は、必ずしもシリコン基板でなくてもよく、他の基板（例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板やＳｉＧｅ基板など）でも良い。また、上記半導体基板１０は、このような種々の基板上に半導体構造等が形成されたものでも良い。
　さらに、本開示の実施形態に係る固体撮像素子は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像素子に限定されるものではない。例えば、本実施形態は、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像素子や、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像素子（物理量分布検知装置）に対して適用することができる。
　＜＜１３．　補足＞＞
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）焦点検出を行うための位相差検出画素を少なくとも２つ含む複数の画素を備え、前記各画素は、互いに積層され、且つ、互いに異なる波長の光を吸収して電荷を発生させる複数の光電変換素子からなる積層構造を有し、前記位相差検出画素の有する前記積層構造においては、前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の一部を覆い、特定波長の光を吸収するカラーフィルタが設けられている、固体撮像素子。
（２）前記カラーフィルタは、前記積層構造に含まれる前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の半分を覆うように設けられている、上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記カラーフィルタは、前記積層構造の上方から見て、矩形状又は三角形状である、上記（１）又は（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記位相差検出画素は、前記積層構造の上方に設けられたレンズ部をさらに有し、前記カラーフィルタの中心点の位置は、前記レンズ部の光軸の位置と異なる、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（５）少なくとも２つの前記位相差検出画素において、前記積層構造の上方から見た際に、それぞれに設けられた前記カラーフィルタの前記位相差検出画素内での位置が互いに異なる、上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（６）前記カラーフィルタの吸収する光の波長が互いに異なる、複数の前記位相差検出画素を備える、上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（７）前記カラーフィルタが最も吸収する光の波長は、前記複数の光電変換素子のいずれか１つに含まれる光吸収材料が最も吸収する光の波長と略同一である、上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（８）前記カラーフィルタは、前記複数の光電変換素子のいずれか１つに含まれる光吸収材料と同一成分を含む、上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（９）前記複数の光電変換素子のうちの少なくとも１つは、有機系光電変換膜を有する、上記（１）～（８）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（１０）前記積層構造においては、当該積層構造の上側から、第１の光電変換素子、第２の光電変換素子、及び第３の光電変換素子の順に積層されており、前記カラーフィルタは、前記第１の光電変換素子の上面の一部を覆うように設けられている、上記（１）に記載の固体撮像素子。
（１１）前記カラーフィルタは、前記第１の光電変換素子が吸収する光の波長と同じ波長を持つ光を吸収する、上記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１２）前記カラーフィルタは、前記第２の光電変換素子が吸収する光の波長と同じ波長を持つ光を吸収する、上記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１３）前記カラーフィルタは、前記第３の光電変換素子が吸収する光の波長と同じ波長を持つ光を吸収する、上記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１４）前記第１の光電変換素子は、上部電極と、前記画素毎に分割された下部電極と、当該上部電極と当該下部電極とに挟まれた光電変換膜とを有し、前記下部電極は、少なくとも２つに分割されており、一方の前記下部電極は、絶縁膜を介して前記光電変換膜と向かい合って設けられており、前記光電変換膜で発生した電荷を引き付ける電荷蓄積用電極である、上記（１１）に記載の固体撮像素子。
（１５）前記積層構造においては、当該積層構造の上側から、第１の光電変換素子、第２の光電変換素子、第３の光電変換素子の順に積層されており、前記カラーフィルタは、前記第２の光電変換素子の上面の一部を覆うように設けられている、上記（１）に記載の固体撮像素子。
（１６）前記積層構造においては、当該積層構造の上側から、第１の光電変換素子、第２の光電変換素子の順に積層されており、前記カラーフィルタは、前記第１の光電変換素子の上面の一部を覆うように設けられており、前記位相差検出画素の有する前記積層構造においては、前記第２の光電変換素子の上面を覆う他のカラーフィルタがさらに設けられている、上記（１）に記載の固体撮像素子。
（１７）焦点検出を行うための位相差検出画素を少なくとも２つ含む複数の画素を備える固体撮像素子の製造方法であって、互いに異なる波長の光を吸収して電荷を発生させる複数の光電変換素子を積層させることと、前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の一部を覆い、特定波長の光を吸収するカラーフィルタを形成することと、を含む、固体撮像素子の製造方法。
（１８）焦点検出を行うための位相差検出画素を少なくとも２つ含む複数の画素を備え、前記各画素は、互いに積層され、且つ、互いに異なる波長の光を吸収して電荷を発生させる複数の光電変換素子からなる積層構造を有し、前記位相差検出画素の有する前記積層構造においては、前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の一部を覆い、特定波長の光を吸収するカラーフィルタが設けられている、固体撮像素子を含む、電子機器。
　１　　固体撮像素子
　１０　　半導体基板
　１２、１４ａ、１４ｂ　　半導体領域
　１６　　配線層
　１８　　配線
　３０　　画素アレイ部
　３２　　垂直駆動回路部
　３４　　カラム信号処理回路部
　３６　　水平駆動回路部
　３８　　出力回路部
　４０　　制御回路部
　４２　　画素駆動配線
　４４　　垂直信号線
　４６　　水平信号線
　４８　　入出力端子
　１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｘ　　画素
　２００、２０２、２０４　　ＰＤ
　３００　　光電変換膜
　３０２ａ、３０２ｂ　　電極
　３０４　　絶縁膜
　４００　　透明絶縁膜
　５００　　高屈折率層
　５０２　　オンチップレンズ
　５０４　　光軸
　６００、６００ａ、６００ｂ、６０２　　カラーフィルタ
　６０４　　中心点
　７００　　電子機器
　７０２　　撮像装置
　７１０　　光学レンズ
　７１２　　シャッタ機構
　７１４　　駆動回路ユニット
　７１６　　信号処理回路ユニット
　８００、８０２、８０４　　光

Claims (18)

  1. 　焦点検出を行うための位相差検出画素を少なくとも２つ含む複数の画素を備え、
    　前記各画素は、互いに積層され、且つ、互いに異なる波長の光を吸収して電荷を発生させる複数の光電変換素子からなる積層構造を有し、
    　前記位相差検出画素の有する前記積層構造においては、前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の一部を覆い、特定波長の光を吸収するカラーフィルタが設けられている、
    　固体撮像素子。
  2. 　前記カラーフィルタは、前記積層構造に含まれる前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の半分を覆うように設けられている、請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　前記カラーフィルタは、前記積層構造の上方から見て、矩形状又は三角形状である、請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 　前記位相差検出画素は、前記積層構造の上方に設けられたレンズ部をさらに有し、
    　前記カラーフィルタの中心点の位置は、前記レンズ部の光軸の位置と異なる、
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  5. 　少なくとも２つの前記位相差検出画素において、前記積層構造の上方から見た際に、それぞれに設けられた前記カラーフィルタの前記位相差検出画素内での位置が互いに異なる、請求項１に記載の固体撮像素子。
  6. 　前記カラーフィルタの吸収する光の波長が互いに異なる、複数の前記位相差検出画素を備える、請求項１に記載の固体撮像素子。
  7. 　前記カラーフィルタが最も吸収する光の波長は、前記複数の光電変換素子のいずれか１つに含まれる光吸収材料が最も吸収する光の波長と略同一である、請求項１に記載の固体撮像素子。
  8. 　前記カラーフィルタは、前記複数の光電変換素子のいずれか１つに含まれる光吸収材料と同一成分を含む、請求項１に記載の固体撮像素子。
  9. 　前記複数の光電変換素子のうちの少なくとも１つは、有機系光電変換膜を有する、請求項１に記載の固体撮像素子。
  10. 　前記積層構造においては、当該積層構造の上側から、第１の光電変換素子、第２の光電変換素子、及び第３の光電変換素子の順に積層されており、
    　前記カラーフィルタは、前記第１の光電変換素子の上面の一部を覆うように設けられている、請求項１に記載の固体撮像素子。
  11. 　前記カラーフィルタは、前記第１の光電変換素子が吸収する光の波長と同じ波長を持つ光を吸収する、請求項１０に記載の固体撮像素子。
  12. 　前記カラーフィルタは、前記第２の光電変換素子が吸収する光の波長と同じ波長を持つ光を吸収する、請求項１０に記載の固体撮像素子。
  13. 　前記カラーフィルタは、前記第３の光電変換素子が吸収する光の波長と同じ波長を持つ光を吸収する、請求項１０に記載の固体撮像素子。
  14. 　前記第１の光電変換素子は、上部電極と、前記画素毎に分割された下部電極と、当該上部電極と当該下部電極とに挟まれた光電変換膜とを有し、
    　前記下部電極は、少なくとも２つに分割されており、
    　一方の前記下部電極は、絶縁膜を介して前記光電変換膜と向かい合って設けられており、前記光電変換膜で発生した電荷を引き付ける電荷蓄積用電極である、
    　請求項１１に記載の固体撮像素子。
  15. 　前記積層構造においては、当該積層構造の上側から、第１の光電変換素子、第２の光電変換素子、第３の光電変換素子の順に積層されており、
    　前記カラーフィルタは、前記第２の光電変換素子の上面の一部を覆うように設けられている、請求項１に記載の固体撮像素子。
  16. 　前記積層構造においては、当該積層構造の上側から、第１の光電変換素子、第２の光電変換素子の順に積層されており、
    　前記カラーフィルタは、前記第１の光電変換素子の上面の一部を覆うように設けられており、
    　前記位相差検出画素の有する前記積層構造においては、前記第２の光電変換素子の上面を覆う他のカラーフィルタがさらに設けられている、
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  17. 　焦点検出を行うための位相差検出画素を少なくとも２つ含む複数の画素を備える固体撮像素子の製造方法であって、
    　互いに異なる波長の光を吸収して電荷を発生させる複数の光電変換素子を積層させることと、
    　前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の一部を覆い、特定波長の光を吸収するカラーフィルタを形成することと、
    　を含む、
    　固体撮像素子の製造方法。
  18. 　焦点検出を行うための位相差検出画素を少なくとも２つ含む複数の画素を備え、
    　前記各画素は、互いに積層され、且つ、互いに異なる波長の光を吸収して電荷を発生させる複数の光電変換素子からなる積層構造を有し、
    　前記位相差検出画素の有する前記積層構造においては、前記複数の光電変換素子のうちのいずれか１つの上面の一部を覆い、特定波長の光を吸収するカラーフィルタが設けられている、
    　固体撮像素子を含む、電子機器。
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