(57)【要約】【課題】画素が小さくなっても焦点検出用画素の搭載が可能になる撮像素子、その撮像素子の製造方法およびその撮像素子を備えた撮像装置を提供する。【解決手段】複数の画素を二次元状に並べて配置した裏面照射型撮像素子１１１において、複数の画素には、撮像用の画素２１０とともに焦点検出用の画素２１１が含まれる。【選択図】図４
2014042354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素が行方向及び列方向に複数配置された撮像素子であって、
前記画素には、焦点検出用信号を出力可能な焦点検出用画素が含まれ、
前記焦点検出用画素は、
光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面と前記第２面との間に光を電荷に変換する光電変換部を有する半導体層と、
前記第１面より前記第２面側に形成され、前記列方向において前記焦点検出用画素とともに配置された他の画素から読み出された画像用信号と前記焦点検出用信号とを出力する信号出力線を有する配線層と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記信号出力線は、前記第１面から前記第２面へ向かって前記光電変換部の受光領域を投影したときの投影と重なることを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
画素が行方向及び列方向に複数配置された撮像素子であって、
前記画素には、焦点検出用信号を出力可能な焦点検出用画素が含まれ、
前記焦点検出用画素は、
光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面と前記第２面との間に光を電荷に変換する光電変換部を有する半導体層と、
前記第１面より前記第２面側に形成され、前記行方向において前記焦点検出用画素とともに配置された他の画素で生成された画像用信号を読み出す読出部の読出動作を制御する制御信号を供給する読出部制御線と前記焦点検出用信号を出力する信号出力線とを有する配線層と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像素子において、
前記読出部制御線は、前記第１面から前記第２面へ向かって前記光電変換部の受光領域を投影したときの投影と重なることを特徴とする撮像素子。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の撮像素子において、
前記行方向において前記焦点検出用画素とともに配置された他の画素は、光電変換された電荷を転送する転送部を有し、
前記配線層は、前記転送部の転送動作を制御する制御信号を供給する転送部制御線を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記行方向において前記焦点検出用画素とともに配置された他の画素は、電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と前記電荷電圧変換部を所定電圧にリセットするリセット部とを有し、
前記配線層は、前記リセット部のリセット動作を制御する制御信号を供給するリセット部制御線を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項７】
請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記行方向において前記焦点検出用画素とともに配置された他の画素は、前記画像用信号を前記信号出力線に出力する選択部を有し、
前記配線層は、前記選択部の選択動作を制御する制御信号を供給する選択部制御線を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項８】
画素が行方向及び列方向に複数配置された撮像素子であって、
前記画素には、画像用信号を出力可能な撮像用画素が含まれ、
前記撮像用画素は、
光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面と前記第２面との間に光を電荷に変換する光電変換部を有する半導体層と、
前記第１面より前記第２面側に形成され、前記列方向において前記撮像用画素とともに配置された他の画素から読み出された焦点検出用信号と前記画像用信号とを出力する信号出力線を有する配線層と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項９】
請求項８に記載の撮像素子において、
前記信号出力線は、前記第１面から前記第２面へ向かって前記光電変換部の受光領域を投影したときの投影と重なることを特徴とする撮像素子。
【請求項１０】
画素が行方向及び列方向に複数配置された撮像素子であって、
前記画素には、画像用信号を出力可能な撮像用画素が含まれ、
前記撮像用画素は、
光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面と前記第２面との間に光を電荷に変換する光電変換部を有する半導体層と、
前記第１面より前記第２面側に形成され、前記行方向において前記撮像用画素とともに配置された他の画素で生成された焦点検出用信号を読み出す読出部の読出動作を制御する制御信号を供給する読出部制御線と前記画像用信号を出力する信号出力線とを有する配線層と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の撮像素子において、
前記読出部制御線は、前記第１面から前記第２面へ向かって前記光電変換部の受光領域を投影したときの投影と重なることを特徴とする撮像素子。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載の撮像素子において、
前記行方向において前記撮像用画素とともに配置された他の画素は、光電変換された電荷を転送する転送部を有し、
前記配線層は、前記転送部の転送動作を制御する制御信号を供給する転送部制御線を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記行方向において前記撮像用画素とともに配置された他の画素は、電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と前記電荷電圧変換部を所定電圧にリセットするリセット部とを有し、
前記配線層は、前記リセット部のリセット動作を制御する制御信号を供給するリセット部制御線を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項１４】
請求項１０から請求項１３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記行方向において前記撮像用画素とともに配置された他の画素は、前記焦点検出用信号を前記信号出力線に出力する選択部を有し、
前記配線層は、前記選択部の選択動作を制御する制御信号を供給する選択部制御線を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から出力された前記焦点検出用信号に基づいてデフォーカス量を算出する制御部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の撮像装置において、
前記撮像素子へ光を導く光学系と、
前記制御部で算出されたデフォーカス量に基づいて前記光学系に含まれるフォーカシング用レンズを駆動するレンズ駆動部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子およびその撮像素子を用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像画素とともに、１つの撮像画素と略同サイズのエリアの中に一対の焦点検出用画素を有する表面照射型撮像素子が従来技術として知られている（たとえば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０５０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているような従来の表面照射型撮像素子では、受光部の入射光側に光電変換部からの信号を読み出すための配線を形成しなければならないため、受光開口はその配線を避けながら設定する必要があり、受光部に光を入射させるための開口が狭くなる。このため、通常の撮像画素よりも更に小さい受光開口（一対の受光開口）にする必要がある焦点検出用画素の場合には、画素の小型化にともない、焦点検出用画素の搭載が困難になるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、画素が行方向及び列方向に複数配置された撮像素子であって、前記画素には、焦点検出用信号を出力可能な焦点検出用画素が含まれ、前記焦点検出用画素は、光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面と前記第２面との間に光を電荷に変換する光電変換部を有する半導体層と、前記第１面より前記第２面側に形成され、前記列方向において前記焦点検出用画素とともに配置された他の画素から読み出された画像用信号と前記焦点検出用信号とを出力する信号出力線を有する配線層と、を備えることを特徴とする。
請求項３の発明は、画素が行方向及び列方向に複数配置された撮像素子であって、前記画素には、焦点検出用信号を出力可能な焦点検出用画素が含まれ、前記焦点検出用画素は、光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面と前記第２面との間に光を電荷に変換する光電変換部を有する半導体層と、前記第１面より前記第２面側に形成され、前記行方向において前記焦点検出用画素とともに配置された他の画素で生成された画像用信号を読み出す読出部の読出動作を制御する制御信号を供給する読出部制御線と前記焦点検出用信号を出力する信号出力線とを有する配線層と、を備えることを特徴とする。
請求項８の発明は、画素が行方向及び列方向に複数配置された撮像素子であって、前記画素には、画像用信号を出力可能な撮像用画素が含まれ、前記撮像用画素は、光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面と前記第２面との間に光を電荷に変換する光電変換部を有する半導体層と、前記第１面より前記第２面側に形成され、前記列方向において前記撮像用画素とともに配置された他の画素から読み出された焦点検出用信号と前記画像用信号とを出力する信号出力線を有する配線層と、を備えることを特徴とする。
請求項１０の発明は、画素が行方向及び列方向に複数配置された撮像素子であって、前記画素には、画像用信号を出力可能な撮像用画素が含まれ、前記撮像用画素は、光が入射する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記第１面と前記第２面との間に光を電荷に変換する光電変換部を有する半導体層と、前記第１面より前記第２面側に形成され、前記行方向において前記撮像用画素とともに配置された他の画素で生成された焦点検出用信号を読み出す読出部の読出動作を制御する制御信号を供給する読出部制御線と前記画像用信号を出力する信号出力線とを有する配線層と、を備えることを特徴とする。
請求項１５の発明による撮像装置は、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の撮像素子と、前記撮像素子から出力された前記焦点検出用信号に基づいてデフォーカス量を算出する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、画素が小型化されても焦点検出用画素の搭載が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施の形態の電子カメラの構成を示す図である。
【図２】交換レンズの予定結像面に設定した撮像画面上の焦点検出領域を示す図である。
【図３】色フィルタのベイヤー配列を示す図である。
【図４】撮像素子の詳細な構成を示す図である。
【図５】撮像画素の構造を示す図である。
【図６】焦点検出画素の構造を示す図である。
【図７】瞳分割方式による焦点検出方法を説明するための図である。
【図８】撮像素子の基本画素構成を示す図である。
【図９】１つの画素に含まれる配線を説明するための図である。
【図１０】配線層の配線を示す図である。
【図１１】撮像素子の製造方法を説明するための図である。
【図１２】撮像素子の製造方法を説明するための図である。
【図１３】撮像素子の製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本願発明を撮像装置としての電子カメラに適用した一実施の形態を説明する。図１は一実施の形態の電子カメラの構成を示す図である。一実施の形態の電子カメラ１０１は交換レンズ１０２とカメラボディ１０３とから構成され、交換レンズ１０２はカメラボディ１０３のマウント部１０４に装着される。
【０００９】
交換レンズ１０２は、レンズ１０５〜１０７、絞り１０８、レンズ駆動制御装置１０９などを備えている。なお、レンズ１０６はズーミング用、レンズ１０７はフォーカシング用である。レンズ駆動制御装置１０９は、ＣＰＵとその周辺部品を備え、フォーカシング用レンズ１０７および絞り１０８の駆動制御を行う。さらに、レンズ駆動制御装置１０９は、ズーミング用レンズ１０６、フォーカシング用レンズ１０７および絞り１０８の位置検出と、カメラボディ１０３の制御装置との間の通信による、レンズ情報の送信およびカメラ情報の受信とを行う。
【００１０】
一方、カメラボディ１０３は、撮像素子１１１、カメラ駆動制御装置１１２、メモリカード１１３、ＬＣＤドライバー１１４、ＬＣＤ１１５、接眼レンズ１１６などを備えている。撮像素子１１１は交換レンズ１０２の予定結像面（予定焦点面）に配置され、交換レンズ１０２により結像された被写体像を撮像して画像信号を出力する。撮像素子１１１には撮像用画素（以下、単に撮像画素という）が二次元状に配置されており、その内の焦点検出位置に対応した部分には撮像画素に代えて焦点検出用画素（以下、単に焦点検出画素という）列が組み込まれている。
【００１１】
カメラ駆動制御装置１１２は、ＣＰＵとその周辺部品を備え、撮像素子１１１の駆動制御、撮像画像の処理、交換レンズ１０２の焦点検出および焦点調節、絞り１０８の制御、ＬＣＤ１１５の表示制御、レンズ駆動制御装置１０９との通信、カメラ全体のシーケンス制御などを行う。なお、カメラ駆動制御装置１１２は、マウント部１０４に設けられた電気接点１１７を介してレンズ駆動制御装置１０９と通信を行う。
【００１２】
メモリカード１１３は撮像画像を記憶する画像ストレージである。ＬＣＤ１１５は液晶ビューファインダー（ＥＶＦ：電子ビューファインダー）の表示器として用いられ、撮影者は接眼レンズ１１６を介してＬＣＤ１１５に表示された撮像画像を視認することができる。
【００１３】
交換レンズ１０２を通過して撮像素子１１１上に結像された被写体像は撮像素子１１１により光電変換され、画像出力がカメラ駆動制御装置１１２へ送られる。カメラ駆動制御装置１１２は、焦点検出画素の出力に基づいて焦点検出位置におけるデフォーカス量を演算し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置１０９へ送る。また、カメラ駆動制御装置１１２は、撮像画素の出力に基づいて生成した画像信号をＬＣＤドライバー１１４へ送ってＬＣＤ１１５に表示するとともに、メモリカード１１３に記憶する。
【００１４】
レンズ駆動制御装置１０９は、ズーミングレンズ１０６、フォーカシングレンズ１０７および絞り１０８の位置を検出し、検出位置に基づいてレンズ情報を演算するか、あるいは予め用意されたルックアップテーブルから検出位置に応じたレンズ情報を選択し、カメラ駆動制御装置１１２へ送る。また、レンズ駆動制御装置１０９は、カメラ駆動制御装置１１２から受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を演算し、レンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ１０７を駆動制御する。
【００１５】
撮像素子１１１は裏面照射型の４ＴＲ−ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサである。４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサは、光電変換部と、転送ゲートトランジスタ、ソースホロアトランジスタ、行選択トランジスタおよびリセットトランジスタの４トランジスタとから構成される。詳細は後述する。
【００１６】
図２は、交換レンズ１０２の予定結像面に設定した撮像画面Ｇ上の焦点検出領域を示す。撮像画面Ｇ上にＧ１〜Ｇ５の焦点検出領域を設定し、撮像素子１１１の焦点検出画素を撮像画面Ｇ上の各焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の長手方向に直線状に配列する。つまり、撮像素子１１１上の焦点検出画素列は、撮影画面Ｇ上に結像された被写体像の内の焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の像をサンプリングする。撮影者は撮影構図に応じて焦点検出領域Ｇ１〜Ｇ５の中から任意の焦点検出領域を手動で選択する。
【００１７】
図３は撮像素子２１１に設置する色フィルタの配列を示す。撮像素子１１１の基板上に二次元状に並べて配置する撮像画素には、図３に示すベイヤー配列の色フィルタを設置する。なお、図３には４画素分（２×２）の撮像画素に対する色フィルタの配列を示すが、この４画素分の色フィルタ配列を有する撮像画素ユニットを撮像素子１１１上に二次元状に展開する。ベイヤー配列ではＧ（緑）フィルタを有する２個の画素が対角位置に配置され、Ｂ（青）フィルタとＲ（赤）フィルタを有する一対の画素が上記Ｇフィルタ画素と直交する対角位置に配置される。したがって、ベイヤー配列においては緑画素の密度が赤画素と青画素の密度より高くなる。
【００１８】
図４は撮像素子１１１の詳細な構成を示す正面図である。なお、図４は撮像素子１１１上のひとつの焦点検出領域の周囲を拡大した図である。撮像素子１１１は撮像画素２１０と焦点検出用の焦点検出画素２１１から構成される。
【００１９】
図５（ａ）は撮像画素２１０の正面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。撮像画素２１０は、マイクロレンズ１０、マイクロレンズ固定層１１、色フィルタ１２、平坦化層１３、遮光膜１４Ａ、半導体層１６および配線層１７から構成される。半導体層１６の一方の面には、光電変換部１５ａとチャンネルストップ部１５ｂとが形成される。
【００２０】
マイクロレンズ１０は、撮像画素２１０の表面に到達した光を集光して光電変換部１５ａに当てるようにするものである。マイクロレンズ固定層１１はマイクロレンズ１０を色フィルタ１２に固定するものである。色フィルタ１２は、特定の波長域の光を通す樹脂層であり、各色（たとえば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応した顔料を樹脂に分散させたもの、または各色（たとえば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応した染料で樹脂を着色したものである。平坦化層１３は、後述の製造工程で遮光膜１４Ａを形成した後（図１２（ｂ）参照）、色フィルタ１２を形成する前に表面を平坦化するための層である。
【００２１】
遮光膜１４Ａは、チャンネルストップ１５ｂ近傍を遮光するための膜であり、ノイズの発生や混色を防止する。光電変換部１５ａは、到達した光を光電変換し、信号電荷を蓄積する。チャンネルストップ部１５ｂは、２つの撮像画素２１０の間の境界部分に形成され、光電変換部１５ａにおいて発生した信号電荷が周囲の画素に入り込むのを防止する。配線層１７は、後述の信号出力線、電源線、リセット制御線、転送ゲート制御線、行選択制御線などの配線を有する。配線の詳細については後述する。
【００２２】
図６（ａ）は焦点検出画素２１１の正面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。焦点検出画素２１１は、マイクロレンズ１０、マイクロレンズ固定層１１、透明膜１８、平坦化層１３、遮光膜１４Ｂ、半導体層１６および配線層１７から構成される。半導体層１６の一方の面には、光電変換部１５ａとチャンネルストップ部１５ｂとが形成される。マイクロレンズ１０、マイクロレンズ固定層１１、平坦化層１３、光電変換部１５ａ、チャンネルストップ部１５ｂおよび配線層１７は、撮像画素２１０と同様の機能を有するので説明を省略する。
【００２３】
遮光膜１４Ｂは、図６（ｂ）に示す光電変換部１５ａの右半分または左半分に、入射する光が当たるように開口して形成される。光電変換部１５ａの右半分に光が入射する焦点検出画素２１１ａと、光電変換部１５ａの左半分に光が入射する焦点検出画素２１１ｂとは交互に配列される。焦点検出画素２１１ａの出力分布と、焦点検出画素２１１ｂの出力分布とを比較してデフォーカス量を算出する。透明膜１８は、可視光域における全ての波長の光を通す樹脂層である。
【００２４】
次に、図７を参照して焦点検出方法を説明する。本発明の実施形態では、いわゆる瞳分割方式によって焦点を検出する。図７は、交換レンズ１０２の焦点が合っていないときの焦点検出画素２１１の出力分布を示す図である。曲線２１は、焦点検出画素２１１ａの出力分布を示す曲線である。曲線２２は、焦点検出画素２１１ｂの出力分布を示す曲線である。焦点検出画素２１１ａと焦点検出画素２１１ｂとは交互に配列されている。曲線２１は、曲線２２の右側にずれているので、焦点検出画素２１１の位置が後ピンであることがわかる。
【００２５】
この２つの出力分布２１，２２の像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズ１０の位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）を算出することができる。交換レンズ１０２が合焦すると、曲線２１と曲線２２とが一致するようになる。
【００２６】
図８を参照して、撮像素子１１１の基本画素構成を説明する。上述したように、撮像素子１１１は裏面照射型の４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサであり、基本画素３００は、光電変換部３３と、電荷電圧変換部３４と、転送ゲートトランジスタ３２、ソースホロアトランジスタ３５、行選択トランジスタ３６、リセットトランジスタ３１の４トランジスタとから構成される。また、基本画素３００は、信号出力線ＶＯＵＴ、電源線Ｖｄｄ、リセット制御線φＲ、転送ゲート制御線φＴＧおよび行選択制御線φＲＳと接続している。
【００２７】
リセットトランジスタ３１は電荷電圧変換部３４を初期電位にリセットする。転送ゲートトランジスタ３２は光電変換された信号電荷を電荷電圧変換部３４に転送する。光電変換部３３は、上述したように到達した光を光電変換し、信号電荷を蓄積する。電荷電圧変換部３４は信号電荷を電位に変換する浮遊容量であり、この浮遊容量はコンデンサとして機能するダイオードで生じる。ソースホロアトランジスタ３５は、蓄積電荷による電荷電圧変換部３４の電位変化を増幅する。行選択トランジスタ３６は、信号を転送する基本画素３００を選択するためのスイッチングを行う。
【００２８】
信号出力線ＶＯＵＴは、基本画素３００から出力される信号を転送するための配線であり、行選択トランジスタ３６のドレインと接続する。電源線Ｖｄｄは、電荷電圧変換部３４の電位変化を増幅する電力を供給する配線であり、リセットトランジスタ３１のソースと接続する。リセット制御線φＲは、リセットトランジスタ３１のオン／オフを制御するための配線であり、リセットトランジスタ３１のゲートと接続する。転送ゲート制御線φＴＧは、信号電荷の電荷電圧変換部３４への転送を制御するための配線であり、転送ゲートトランジスタ３２のゲートと接続する。行選択制御線φＲＳは、行選択トランジスタ３６のオン／オフを制御するための配線であり、行選択トランジスタ３６のゲートと接続する。
【００２９】
図９を参照して、１つの画素に含まれる配線について説明する。図９に示すように、撮像素子１１１は、並列配置された画素の１つの行において、信号出力線ＶＯＵＴ、電源線Ｖｄｄ、リセット制御線φＲ、転送ゲート制御線φＴＧおよび行選択制御線φＲＳをそれぞれ２本ずつ有し、１つの列において４本の信号出力線ＶＯＵＴを有する。これにより、複数の基本画素３００の信号を一度に読み出すことができ、撮像素子１１１の検出速度を速くすることができる。これに伴い、図９中において点線で示した１つの画素５１に含まれる配線には、基本画素３００と接続する配線の他に、この基本画素３００と接続せず他の画素の基本画素３００と接続する配線も含まれる。このため、１つの画素に含まれる配線の数は多くなる。
【００３０】
図１０を参照して、撮像素子１１１の配線層１７における配線について説明する。図１０（ａ）は、配線層１７の配線をマイクロレンズ１０側から見たときの平面図である。図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図１０（ａ），（ｂ）に示すように、配線層の配線は３層にわたって格子状に形成される。光電変換部１５ａから見て、第１層目には、４本の信号出力線ＶＯＵＴと２本のバイアス線Ｖｂとが形成され、第２層目には、２本の電源線Ｖｄｄと２本のリセット制御線φＲとが形成される。第３層目には、２本の転送ゲート制御線φＴＧと２本の行選択制御線φＲＳとが形成される。バイアス線Ｖｂは、混信防止のために形成される。
【００３１】
図１０（ｂ）に示すように、配線層１７は、光電変換部１５ａに対して光の入射側の反対側に形成されるため、光電変換部１５ａの位置の制限（制約）を受けずに自由に配線を形成することができる。つまり、本実施形態では、撮像素子１１１の受光面側から光電変換部１５ａの受光領域を投影したときの投影と重なる領域にも配線を形成することができる。一方、撮像素子が表面照射型の場合、配線層は、光電変換部１５ａに対して光の入射側に形成されるため、光電変換部の受光領域と重ならないように配線を形成する必要がある。
【００３２】
また、本実施形態では、撮像素子１１１の配線層１７は、光電変換部１５ａの位置の制限を受けないため、配線の線幅を広げて、信号の伝送効率を上げることもできる。
【００３３】
次に、図１１〜図１３を参照して、本発明の実施形態における撮像素子１１１の製造方法について説明する。図１１〜図１３は、撮像素子１１１のうちの特に焦点検出画素２１１の部分を示す。
【００３４】
図１１（ａ）に示すように、半導体基板６０上にＰ型エピタキシャル層６１を形成し、そのＰ型エピタキシャル層６１の表面に拡散層を形成して、光電変換部１５ａ、チャンネルストップ部１５ｂ、トランジスタなどを構成する他の素子（不図示）を形成する。このＰ型エピタキシャル層６１は半導体層１６に相当する。次に、図１１（ｂ）に示すように、ＣＶＤによるシリコンの酸化膜の形成およびスパッタリングによるアルミニウム（Ａｌ）配線の形成を繰り返して、Ｐ型エピタキシャル層６１の上に配線層１７を形成する。そして、図１１（ｃ）に示すように、配線層１７の上に支持基板６２を張り合わせる。
【００３５】
図１２（ａ）に示すように、エッチングによって半導体基板６０を除去する。次に、図１２（ｂ）に示すように、半導体基板６０を除去した表面にスパッタ法によりアルミニウム（Ａｌ）の遮光膜１４Ｂを形成する。そして、図１２（ｃ）に示すように、表面を平坦化するために、平坦化層１３を形成する樹脂を遮光膜１４Ｂ上に均一塗布した後、透明膜１８を形成する。たとえば、透明膜１８は、樹脂の塗布、塗布した樹脂の乾燥、パターン露光、現像処理の工程を経て形成される。
【００３６】
図１３（ａ）に示すように、透明膜１８上にマイクロレンズ固定層１１を形成する樹脂を塗布した後、マイクロレンズ１０を形成する樹脂を塗布し、周知のリソグラフィーにて、所望の形状にパターニングし、マイクロレンズ基体６３を形成する。次に、図１３（ｂ）に示すように、ホットプレートなどを用いてマイクロレンズ基体６３を半球状に加熱成形してマイクロレンズ１０を形成する。そして、支持基板６２を取り除いて撮像素子１１１が完成する。
【００３７】
撮像画素２１０の部分では、色フィルタ１２は透明膜１８に対応し、遮光膜１４Ａは遮光膜１４Ｂに対応して形成される。色フィルタ１２と透明膜１８とは同じ工程で形成され、遮光膜１４Ａと遮光膜１４Ｂとは同じ工程で形成される。
【００３８】
なお、撮像素子において、マイクロレンズ１０と、色フィルタ１２と、透明膜１８とを形成できれば、マイクロレンズ固定層１１や平坦化層１３を省略してもよい。
【００３９】
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮像素子１１１を裏面照射型とし、二次元状に並べて配置された複数の画素に、撮像画素２１０とともに焦点検出画素２１１が含まれるようにした。これにより、焦点検出画素２１１の遮光膜１４Ｂの実質的な開口面積を大きくとることができるので、画素が小型化されても焦点検出画素の搭載が可能になる。
【００４０】
また、配線層を光電変換部１５ａの光入射側とは反対側に配設するようにしたので、配線層が光電変換部１５ａの光入射側に配設される表面照射型に比して、マイクロレンズ１０から光電変換部１５ａまでの距離を少なくとも配線層の分だけ短くすることができるので、焦点の検出精度を上げることができる。
【００４１】
（２）焦点検出画素２１１は、一方の面に光電変換部１５ａを形成するとともに他方の面を受光面とする半導体層１６と、光電変換部１５ａに入射する光の一部を遮蔽する遮光膜１４Ｂと、光電変換部１５ａからの信号を読み出す配線ＶＯＵＴとを備え、配線ＶＯＵＴは半導体層１６の一方の面側に形成され、遮光膜１４Ｂは半導体層１６の他方の面側に形成されるようにした。これにより、マイクロレンズと光電変換部との間に光電変換部からの信号を読み出す配線を形成しなくてはならない表面照射型の撮像素子の場合に比して、マイクロレンズ１０と光電変換部１５ａとの間の距離を短く（浅く）することができるので、焦点の検出精度を上げることができる。
【００４２】
（３）焦点検出画素２１１は、光電変換部１５ａからの信号を読み出さず、他の画素における光電変換部からの信号を読み出す配線を半導体層１６の一方の面側に備えるようにした。これにより、複数の基本画素３００の信号を一度に読み出すように配線を形成することができ、撮像素子１１１の検出速度を速くすることができる。
【００４３】
（４）配線は、撮像素子１１１の受光面側から光電変換部１５ａの受光領域を投影したときの投影と重なるようにした。これにより、配線の層数をあまり増やすことなく、焦点検出画素２１１に多くの配線を形成したり、配線の幅を広くしたりすることができる。一方、撮像素子が表面照射型の場合、光電変換部の受光領域と重ならないように配線を形成する必要があるため、多くの配線を形成しようとすると配線の層数が多くなったり、配線の幅を広げられなかったりする場合がある。
【００４４】
（５）遮光膜１４Ａ，１４Ｂの形状の自由度が高いので、遮光膜１４Ａ，１４Ｂの形状を検討することにより、撮像画素の画素間分離性能を上げたり、画素間でのクロストーク、光漏れ出しによるラインクロール現象などを抑制したりすることができる。
【００４５】
（６）半導体基板６０の表面にＰ型エピタキシャル層６１を形成し、Ｐ型エピタキシャル層６１の表面に光電変換部１５ａを形成し、光電変換部１５ａ上に配線層１７を形成し、Ｐ型エピタキシャル層６１から半導体基板６０を除去し、Ｐ型エピタキシャル層６１の半導体基板６０を除去した面上に遮光膜１４Ａ，１４Ｂを形成し、遮光膜１４Ａ，１４Ｂ上に透明膜１８と色フィルタ１２とを形成し、透明膜１８上および色フィルタ１２上にマイクロレンズ１０を形成して撮像素子１１１を製造するようにした。これにより、裏面照射型撮像素子を効率的に製造することができる。
【００４６】
以上の実施の形態を次のように変形することができる。
（１）電極や配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにしてもよい。これにより、撮像素子としての機能向上させることができる。たとえば、画素の高速読み出しを可能としたり、画素独立制御を可能としたりすることができる。遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせる機能としては、たとえば、信号線（信号出力線ＶＯＵＴ）、電源線Ｖｄｄ、制御線（リセット制御線φＲ、転送ゲート制御線φＴＧ、行選択制御線φＲＳ）、バイアス線Ｖｂのいずれかの機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにしてもよい。これにより、複数の画素を同時に読み取ったり、複数の画素を同時に制御したりするために配線を増やすとき、配線層１７の層数の増加を抑制することができる。
【００４７】
また、電極や配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにすることにより、信号線、制御線、電源線、バイアス線の分離自由度を上げることができる。信号線、制御線、電源線、バイアス線の中で、他の電極や配線から離して形成した方がよいものがある。そのような配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせるようにし、他の配線を配線層１７に形成することにより、配線同士を離して形成することができる。たとえば、信号線が制御線の近くに形成されると混信が発生する場合がある。そこで、信号線および制御線のうちの一方の配線の機能を遮光膜１４Ａ，１４Ｂに持たせ、他方の配線を配線層１７に形成することにより、信号線を制御線から離して形成することができる。
【００４８】
この場合、Ｐ型エピタキシャル層６１を貫通する貫通孔をエッチングなどで形成し、この貫通孔を利用して、Ｐ型エピタキシャル層６１の表面に形成された光電変換部１５ａや他の素子と遮光膜１４Ａ，１４Ｂとを電気的に接続するための配線を形成してもよい。
【００４９】
（２）以上の実施形態では配線層１７の配線の層数は３層であったが、配線の層数は３層に限定されない。たとえば、配線層１７の配線の層数を１０層まで増やして、同時に読み取ったり、同時に制御したりすることができる画素の数を増やすようにしてもよい。表面照射型撮像素子と異なり、配線の層数を増やしても、マイクロレンズ１０と光電変換部１５ａとの間の距離が大きくなることはない。また、配線層１７の配線の層数を２層まで減らして、機能制限を行い、製造コストを下げるようにしてもよい。
【００５０】
（３）遮光膜１４Ａ，１４Ｂをフローティングにしてもよいし、遮光膜１４Ａ，１４Ｂにバイアスをかけたり遮光膜１４Ａ，１４Ｂを電源に固定したりして遮光膜１４Ａ，１４Ｂに電圧を印加するようにしてもよい。これにより、負荷容量を増減させたり、混信を防止したりすることができる。
【００５１】
（４）遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）を使用したが、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の金属を使用するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として使用するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射して電子カメラ１０１が撮影した画像の画質が劣化するのを抑制することができる。また、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有する金属を使用するようにしてもよい。
【００５２】
また、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の光を透過しない酸化物または窒化物を遮光膜１４Ａ，１４Ｂとして使用するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない酸化物、窒化物を使用するようにしてもよい。酸化物としては、たとえば、タングステン酸化物、チタン酸化物、スズ酸化物などがある。窒化物としては、たとえば、タングステン窒化物、チタン窒化物、スズ窒化物などがある。遮光膜１４Ａ，１４Ｂは、半導体基板６０を除去した後（図１２（ａ）参照）、ＣＶＤやスパッタリングなどにより形成される。
【００５３】
（５）遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）を使用したが、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下で光を透過しない樹脂を使用するようにしてもよい。たとえば、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの材料として使用するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのを抑制することができる。また、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない樹脂を使用するようにしてもよい。遮光膜１４Ａ，１４Ｂは、たとえば、半導体基板６０を除去した後（図１２（ａ）参照）、樹脂の塗布、塗布した樹脂の乾燥、パターン露光、現像処理の工程を経て形成される。
【００５４】
（６）アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の金属の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのを抑制することができる。また、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）またはスズ（Ｓｎ）の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有する金属の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。
【００５５】
また、アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下の光を透過しない酸化物または窒化物の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。たとえば、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない酸化物または窒化物の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。酸化物としては、たとえば、タングステン酸化物、チタン酸化物、スズ酸化物などがある。窒化物としては、たとえば、タングステン窒化物、チタン窒化物、スズ窒化物などがある。これらの膜は、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを形成した後（図１２（ｂ）参照）、ＣＶＤやスパッタリングなどにより形成される。
【００５６】
（７）アルミニウム（Ａｌ）の反射率より低い所定の反射率以下で光を透過しない樹脂の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。たとえば、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂の膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのを抑制することができる。また、チタンブラックやカーボンブラックなどの黒色の顔料を含有した光硬化樹脂、または黒色の染料で着色した光硬化樹脂の代わりに、タングステン（Ｗ）の可視光の反射率以下、チタン（Ｔｉ）の可視光の反射率以下、またはスズ（Ｓｎ）の可視光の反射率以下の反射率を有し、可視光を透過しない樹脂膜を遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に形成するようにしてもよい。これらの膜は、たとえば、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを形成した後（図１２（ｂ）参照）、樹脂の塗布、塗布した樹脂の乾燥、パターン露光、現像処理の工程を経て形成される。
【００５７】
（８）上述の所定の反射率以下の遮光膜１４Ａ，１４Ｂの表面に上述の所定の反射率以下の材料の膜を形成するようにしてもよい。これにより、これにより、遮光膜１４Ａ，１４Ｂを反射した光が光電変換部１５ａに入射するのをさらに抑制することができる。
【００５８】
（９）撮像素子１１１は４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサであったが、裏面照射型の撮像素子であれば、４ＴＲ−ＣＭＯＳセンサに限定されない。たとえば、他のＣＭＯＳセンサでもよいし、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）でもよい。
【００５９】
実施形態と変形例の一つ、もしくは複数を組み合わせることも可能である。変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
【００６０】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６１】
１０  マイクロレンズ
１１  マイクロレンズ固定層
１２  色フィルタ
１３  平坦化層
１４Ａ，１４Ｂ  遮光膜
１５ａ，３３  光電変換部
１５ｂ  チャンネルストップ部
１６  半導体層
１７  配線層
１８  透明膜
３１  リセットトランジスタ
３２  転送ゲートトランジスタ
３４  電荷電圧変換部
３５  ソースホロアトランジスタ
３６  行選択トランジスタ
６０  半導体基板
６１  Ｐ型エピタキシャル層
６２  支持基板
１０１  電子カメラ
１０２  交換レンズ
１１１  撮像素子
２１０  撮像用画素
２１１，２１１ａ，２１１ｂ  焦点検出用画素
３００  基本画素
【図１】
2014042354.tif 000003
【図２】
2014042354.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014042354.tif 000009
【図８】
2014042354.tif 000010
【図９】
2014042354.tif 000011
【図１０】
2014042354.tif 000012
【図１１】
2014042354.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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