(57)【要約】【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。【選択図】図３
2019041142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−５０３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】同実施形態を説明するための説明図（その２）である。
【図１９】同実施形態を説明するための説明図（その３）である。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【図２３】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。
【図２４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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
【００１９】
＜＜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。
【００２０】
（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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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。
【００２７】
（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。
【００２８】
（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。
【００２９】
＜＜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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
＜＜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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
＜＜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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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）。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
＜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。
【００６０】
（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。
【００６１】
（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。
【００６２】
（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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
（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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
＜＜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。
【００６９】
＜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。
【００７０】
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。
【００７１】
＜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。
【００７２】
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。
【００７３】
＜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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
＜＜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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
【表１】
2019041142.tif 000003
【００８２】
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。
【００８３】
＜＜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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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検出画素１００ａ、１００ｂを実現することができる。
【００９２】
＜＜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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
＜＜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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
＜＜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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
＜＜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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
＜＜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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
＜＜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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【符号の説明】
【０１２２】
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
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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