(57)【要約】【課題】画素サイズが大きい場合でも、光学混色やフレアを低減させる。【解決手段】受光領域に形成された複数の単位画素と、単位画素同士の境界部分に形成された遮光膜と、単位画素毎に形成されたマイクロレンズとを備え、単位画素は、１.９８μｍ以上の略正方格子であり、マイクロレンズは、単位画素毎に、一辺が１．９８μｍ未満の略正方形で、２以上の自然数の２乗個形成されている。遮光膜は、マイクロレンズ同士の境界部分にも、さらに形成されている。本技術は、画素サイズが大きい撮像装置に適用できる。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光領域に形成された複数の単位画素と、
前記単位画素同士の境界部分に形成された遮光膜と、
前記単位画素毎に形成されたマイクロレンズと
を備え、
前記単位画素は、１.９８μｍ以上の略正方格子であり、
前記マイクロレンズは、前記単位画素毎に、一辺が１．９８μｍ未満の略正方形で、２以上の自然数の２乗個形成されている
撮像素子。
【請求項２】
前記遮光膜は、前記マイクロレンズ同士の境界部分にも、さらに形成されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記マイクロレンズとフォトダイオードの間に、インナーレンズをさらに備え、
前記インナーレンズは、複数の前記マイクロレンズで集光された、複数の集光スポットの内、少なくても１つの集光スポットの主光線を、前記単位画素中心方向に向けて集光するように形成されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
位相差を検出することで、焦点を検出するための画素である
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記マイクロレンズの境界部分から略中央部分まで形成されている遮光膜をさらに備える
請求項４に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記単位画素中に、異なる方向からの光情報を取得する受光部を含む
請求項４に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記遮光膜に対して垂直方向に設けられる遮光壁をさらに備える
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項８】
受光領域に形成された複数の単位画素と、
前記単位画素同士の境界部分に形成された遮光膜と、
前記単位画素毎に形成されたマイクロレンズと
を備え、
前記単位画素は、１.９８μｍ以上の略正方格子であり、
前記マイクロレンズは、前記単位画素毎に、一辺が１．９８μｍ未満の略正方形で、２以上の自然数の２乗個形成されている
撮像素子を製造する
製造装置。
【請求項９】
前記マイクロレンズを、熱メルトフロー法により形成する
請求項８に記載の製造装置。
【請求項１０】
前記マイクロレンズを、ドライエッチング法により形成する
請求項８に記載の製造装置。
【請求項１１】
受光領域に形成された複数の単位画素と、
前記単位画素同士の境界部分に形成された遮光膜と、
前記単位画素毎に形成されたマイクロレンズと
を備え、
前記単位画素は、１.９８μｍ以上の略正方格子であり、
前記マイクロレンズは、前記単位画素毎に、一辺が１．９８μｍ未満の略正方形で、２以上の自然数の２乗個形成されている
撮像素子と、
前記撮像素子から出力される信号に対して信号処理を行う信号処理部と
を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、撮像素子、製造装置、電子機器に関する。詳しくは、フレアやゴーストを抑制し、画質を向上させることができる撮像素子、製造装置、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラでは、被写体の細部まで映しだす高い解像力や携帯性を重視した機器の小型化が求められてきた。また撮像装置では、撮像特性を維持しつつ、画素サイズの小型化に向けた開発が行われてきた。
【０００３】
また近年、高解像度や小型化の継続的要求に加えて、最低被写体照度の向上や高速度撮像などへの要求が高まり、その実現のために、撮像装置にはＳＮ比をはじめとした総合的な画質向上への期待が高まっている。特許文献１では、受光面の画素境界に絶縁層を介して形成された遮光膜を形成することで、光学混色やフレアの低減により画質の向上を図ることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８６８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、単位画素サイズが１．７５μｍの裏面照射型撮像素子の画質改善の為に、単位画素境界に遮光膜を形成することにより、マイクロレンズ表面からの回折反射光起因による光学混色や、フレアを低減することが開示されている。
【０００６】
しかしながら、単位画素サイズが略２．０μｍを超える撮像素子において、単位画素に対応してマイクロレンズが形成されると、換言すれば、マイクロレンズの形成サイズが大きくなると、回折反射光の回折次数（ｍ）や、同一回折次数（ｍ）に於ける回折角度（θ）が小さくなる。回折次数が増え角度が小さくなると、撮像素子の光入射側前面に形成されたシールガラスや、赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）からの再反射により撮像素子に於ける光学混色および、フレアが悪化し、画質が劣化してしまう可能性がある。
【０００７】
このようなことから、単位画素のサイズが大きい場合であっても、光学混色および、フレアが悪化せず、画質が向上する仕組みが求められている。
【０００８】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、画質を向上させることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本技術の一側面の撮像素子は、受光領域に形成された複数の単位画素と、前記単位画素同士の境界部分に形成された遮光膜と、前記単位画素毎に形成されたマイクロレンズとを備え、前記単位画素は、１.９８μｍ以上の略正方格子であり、前記マイクロレンズは、前記単位画素毎に、一辺が１．９８μｍ未満の略正方形で、２以上の自然数の２乗個形成されている。
【００１０】
前記遮光膜は、前記マイクロレンズ同士の境界部分にも、さらに形成されているようにすることができる。
【００１１】
前記マイクロレンズとフォトダイオードの間に、インナーレンズをさらに備え、前記インナーレンズは、複数の前記マイクロレンズで集光された、複数の集光スポットの内、少なくても１つの集光スポットの主光線を、前記単位画素中心方向に向けて集光するように形成されているようにすることができる。
【００１２】
位相差を検出することで、焦点を検出するための画素であるようにすることができる。
【００１３】
前記マイクロレンズの境界部分から略中央部分まで形成されている遮光膜をさらに備えるようにすることができる。
【００１４】
前記単位画素中に、異なる方向からの光情報を取得する受光部を含むようにすることができる。
【００１５】
前記遮光膜に対して垂直方向に設けられる遮光壁をさらに備えるようにすることができる。
【００１６】
本技術の一側面の製造装置は、受光領域に形成された複数の単位画素と、前記単位画素同士の境界部分に形成された遮光膜と、前記単位画素毎に形成されたマイクロレンズとを備え、前記単位画素は、１.９８μｍ以上の略正方格子であり、前記マイクロレンズは、前記単位画素毎に、一辺が１．９８μｍ未満の略正方形で、２以上の自然数の２乗個形成されている撮像素子を製造する。
【００１７】
前記マイクロレンズを、熱メルトフロー法により形成するようにすることができる。
【００１８】
前記マイクロレンズを、ドライエッチング法により形成するようにすることができる。
【００１９】
本技術の一側面の電子機器は、受光領域に形成された複数の単位画素と、前記単位画素同士の境界部分に形成された遮光膜と、前記単位画素毎に形成されたマイクロレンズとを備え、前記単位画素は、１.９８μｍ以上の略正方格子であり、前記マイクロレンズは、前記単位画素毎に、一辺が１．９８μｍ未満の略正方形で、２以上の自然数の２乗個形成されている撮像素子と、前記撮像素子から出力される信号に対して信号処理を行う信号処理部とを備える。
【００２０】
本技術の一側面の撮像素子においては、受光領域に形成された複数の単位画素と、単位画素同士の境界部分に形成された遮光膜と、単位画素毎に形成されたマイクロレンズとが備えられる。単位画素は、１.９８μｍ以上の略正方格子であり、マイクロレンズは、単位画素毎に、一辺が１．９８μｍ未満の略正方形で、２以上の自然数の２乗個形成されている。
【００２１】
本技術の一側面の製造装置においては、前記撮像素子が製造される。
【００２２】
本発明の一側面の電子機器においては、前記撮像素子からの信号が処理される。
【発明の効果】
【００２３】
本技術の一側面によれば、画質を向上させることが可能となる。
【００２４】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】表面照射型の撮像素子の構成を示す図である。
【図２】裏面照射型の撮像素子の構成を示す図である。
【図３】回折反射光について説明するための図である。
【図４】回折反射光について説明するための図である。
【図５】回折反射光について説明するための図である。
【図６】回折反射光について説明するための図である。
【図７】回折反射光について説明するための図である。
【図８】マイクロレンズの構成について説明するための図である。
【図９】撮像素子の製造について説明するための図である。
【図１０】撮像素子の製造について説明するための図である。
【図１１】遮光膜の形状について説明するための図である。
【図１２】遮光膜の形状について説明するための図である。
【図１３】マイクロレンズの他の構成について説明するための図である。
【図１４】インナーレンズを備える撮像素子について説明するための図である。
【図１５】インナーレンズを備える撮像素子について説明するための図である。
【図１６】蹴られについて説明するための図である。
【図１７】蹴られについて説明するための図である。
【図１８】位相差方式によるオートフォーカスについて説明するための図である。
【図１９】位相差方式によるオートフォーカスについて説明するための図である。
【図２０】曲率について説明するための図である。
【図２１】曲率扁平率について説明するための図である。
【図２２】曲率扁平率について説明するための図である。
【図２３】位相差検出用画素の遮光膜について説明するための図である。
【図２４】位相差検出用画素の遮光膜について説明するための図である。
【図２５】位相差検出用画素の遮光膜について説明するための図である。
【図２６】位相差検出用画素の遮光膜について説明するための図である。
【図２７】位相差検出用画素の遮光膜について説明するための図である。
【図２８】遮光壁について説明するための図である。
【図２９】遮光壁について説明するための図である。
【図３０】遮光壁について説明するための図である。
【図３１】画素の配置について説明するための図である。
【図３２】画素の配置について説明するための図である。
【図３３】電子機器の一例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
１．表面照射型の撮像素子の構成
２．裏面照射型の撮像素子の構成
３．回折光などの影響について
４．マイクロレンズの構成
５．撮像素子の製造１について
６．撮像素子の製造２について
７．マイクロレンズの他の構成
８．インナーレンズを備える構成
９．効果について
１０．オートフォーカス用の画素について
１１．電子機器
【００２７】
以下に説明する本技術は、光学混色やフレアを抑制することができ、画質を向上させることができる撮像素子などに適用できる。比較のため、まず表面照射型の撮像素子と、裏面照射型の撮像素子について説明し、光学混色やフレアについての説明を加え、その後、本技術を適用した撮像素子について説明を加える。
【００２８】
＜表面照射型の撮像素子の構成＞
CMOS（Complementary MOS）撮像素子には、図１に示す表面照射型と、図２に示す裏面照射型が知られている。
【００２９】
図１は、表面照射型撮像素子１１０の構成図である。図１に示すように、半導体基板１１２に光電変換部となるフォトダイオード（ＰＤ）１１１と複数の画素トランジスタからなる単位画素１１６が複数、形成された画素領域１１３を有して構成される。
【００３０】
画素トランジスタは、図示しないが、図１ではゲート電極１１４を示して、模式的に画素トランジスタの存在を示している。各フォトダイオード１１１は不純物拡散層による素子分離領域１１５で分離される。半導体基板１１２の画素トランジスタが形成された表面側に層間絶縁膜１１７を介して複数の配線１１８を配置した多層配線層１１９が形成される。
【００３１】
配線１１８は、フォトダイオード１１１の位置に対応する部分を除いて形成される。多層配線層１１９上には、平坦化膜１２０を介して、順次、オンチップカラーフィルタ１２１およびオンチップマイクロレンズ１２２が形成される。オンチップカラーフィルタ１２１は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色フルタを配列して構成される。
【００３２】
表面照射型撮像素子１１０では、多層配線層１１９が形成された基板表面を受光面１２３として、光Ｌがこの基板表面側から入射される。ここで、マイクロレンズ１２２や、カラーフィルタ１２１は、単位画素１１６に対応して各々単一に形成される。
【００３３】
＜裏面照射型の撮像素子の構成＞
図２は、裏面照射型撮像素子１３０の構成図である。図１に示した表面照射型撮像素子１１０と同一の部分には、同一の符号を付し、その説明を行う。
【００３４】
図２に示すように、半導体基板１１２に光電変換部となるフォトダイオード１１１と複数の画素トランジスタからなる単位画素１１６が複数、形成された画素領域１１３を有して構成される。画素トランジスタは、図示しないが、基板表面側に形成され、図２ではゲート電極１１４を示して、模式的に画素トランジスタの存在を示している。
【００３５】
各フォトダイオード１１１は不純物拡散層による素子分離領域１１５で分離される。半導体基板１１２の画素トランジスタが形成された表面側に層間絶縁膜１１７を介して複数の配線１１８を形成した多層配線層１１９が形成される。
【００３６】
裏面照射型では、配線１１８はフォトダイオード１１１の位置に関係なく形成することができる。一方、半導体基板１１２のフォトダイオード１１１が臨む裏面上に、順次、絶縁層１２８、オンチップカラーフィルタ１２１およびオンチップマイクロレンズ１２２が形成される。
【００３７】
裏面照射型撮像素子１３０では、多層配線層および画素トランジスタが形成された基板表面とは反対側の基板裏面を受光面１３２として、光Ｌがこの基板裏面側から入射される。
【００３８】
光Ｌは多層配線層１１９の制約を受けることなく、フォトダイオード１１１に入射されるので、フォトダイオード１１１の開口を広く取ることができ、高感度化が図れる。図2に示した裏面照射型撮像素子１３０も、マイクロレンズ１２２や、カラーフィルタ１２１
は単位画素１１６に対応して各々単一に形成される。
【００３９】
＜回折光などの影響について＞
裏面照射型撮像素子１３０は、一般的に、コンパクトデジタルカメラや、モバイルカメラなどと称される比較的小型なカメラに用いられる。このことから、裏面照射型撮像素子１３０は、略２．０μｍ未満の単位画素１１６から構成されていることが多く、いわゆる微細画素の感度、シェーディング特性改善がなされている。
【００４０】
裏面照射型撮像素子１３０は、ＡＰＳサイズや３５ｍｍサイズ等のデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）用の撮像素子にも適用可能であるが、これらの撮像素子の画素サイズは、上記したような微細な画素を備える撮像素子に比べて、一般的に略２．０μｍ以上である。
【００４１】
ＡＰＳや３５ｍｍサイズの撮像素子、換言すれば、比較的、サイズが大きな撮像素子であっても、より高感度で高精細な撮像画質を達成する為に、裏面照射型化にすることが考えられる。裏面照射型撮像素子１３０は、図２に示したように多層配線層が表面側にあるため、フォトダイオード１１１の開口面積が広く形成できることから、より多くの入射光を取り込むことが可能となり、撮像素子の感度やシェーディング特性が向上する。
【００４２】
撮像素子の単位画素１１６に対応して形成されるマイクロレンズ１２２のサイズは、通常、単位画素１１６のサイズと略等しく形成される。ここで、図３に裏面照射型撮像素子１３０の単位画素群Ａに光が入射して（入射光）、裏面照射型撮像素子１３０の表面に形成されたマイクロレンズ１２２の形成ピッチ（Ｐレンズ）に対応じて回折反射光が生じる様子を示す。
【００４３】
図３では、単位画素１１６のピッチ（Ｐ画素）とマイクロレンズ１２２の形成ピッチ（Ｐレンズ）は等しく形成されている例を示している。
【００４４】
回折反射光の回折次数（ｍ）、回折角度（θ）は、次式（１）で表すことができる。
（Ｐレンズ）×ｓｉｎθ＝ｍ×λ      ・・・（１）
【００４５】
式（１）において、λは入射光の波長である。式（１）から、λが一定の場合、マイクロレンズ１２２の形成ピッチであるＰレンズが小さくなると回折次数ｍは減少して、Ｐレンズが大きくなると、回折次数ｍは増加することが読み取れる。
【００４６】
また、同一な回折次数ｍでの回折角度θはマイクロレンズの形成ピッチＰレンズが、小さい程大きくなることが読み取れる。さらには、それぞれ相対的に、波長λが小さい程、回折次数ｍは増加することも読み取れる。
【００４７】
裏面照射型撮像素子１３０の光学混色およびフレアの低減を目的に、光電変換部（フォトダイオード１１１）を含む単位画素１１６が配列された受光領域の単位画素１１６境界に、絶縁層１２８を介して遮光膜１４１が形成される。
【００４８】
例えば、単位画素１１６のサイズが１．７５μｍの裏面照射型撮像素子１３０の場合、単位画素１１６境界に遮光膜１４１を形成することにより、マイクロレンズ１２２表面からの回折反射光起因による光学混色や、フレアを低減することができる。
【００４９】
しなしながら、単位画素１１６のサイズが、１．７５μｍを超える撮像素子において、そのサイズに合わせて、マイクロレンズ１２２の形成サイズが大きくなると、上記した式（１）を参照して説明したように回折反射光の回折次数（ｍ）や、同一回折次数（ｍ）に於ける回折角度（θ）が小さくなる。
【００５０】
回折次数（ｍ）が増え角度が小さくなると、後述する撮像素子の光入射側前面に形成されたシールガラスや、赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）からの再反射により撮像素子に於ける光学混色および、フレアが悪化する。よって、単位画素１１６のサイズを大きくする場合、光学混色および、フレアが悪化しないような仕組みを設ける必要がある。
【００５１】
ここでは、単位画素１１６のサイズが略２．０μｍを超える撮像素子であっても光学混色やフレア特性を改善することができる撮像素子の構造について説明する。
【００５２】
光学混色やフレア特性を改善する為には、可視光領域の波長で略４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を考慮する必要がある。例えば、図３に示した回折反射光の光束は直線一本で示したが、実際には図４に示したようにθ１〜θ２のように幅を持った状態で反射している。
【００５３】
このとき、略４００ｎｍの短波長の光は、式（１）の計算からも判るように、回折反射角度の小さいθ１の角度で反射して、略７００ｎｍの長波長の光は、回折反射角度の大きなθ２の角度で反射する。よって、例えば、回折次数（ｍ）の回折反射角は図中（θ２−θ１）の幅を持った回折反射光となる。
【００５４】
図５Ａは裏面照射型撮像素子１３０の平面図（上部から裏面照射型撮像素子１３０を見たときの図）を示し、図５Ｂは複数の単位画素１１６から成る受光領域を示す。
【００５５】
図５Ｂは、図５Ａに示すａ−ｂに於ける断面図を示す。図５Ｂに示した入射光は、撮像素子上方に形成された、ＩＲＣＦ１５１および、シールガラス１５２を経て撮像素子に入射する。
【００５６】
撮像素子に入射した光は、マイクロレンズ１２２の表面の形成ピッチ（Ｐレンズ）に応じて、ある回折次数（ｍ）と回折反射角度（θ）を持った回折反射光を生じる（（−（マイナス）回折反射光は図示せず））。
【００５７】
回折反射光は、撮像素子上方に形成されたシールガラス１５２で反射され、可視光成分を有する反射光となる。またシールガラス１５２を通過した光成分は、そのさらに上方に形成されたＩＲＣＦ１５１で反射され、可視光領域中赤成分の多い反射光となる（図６中では破線で示す）。
【００５８】
シールガラス１５２とＩＲＣＦ１５１で反射された光は再度撮像素子に向かって進み、その成分の一部は、撮像素子のフォトダイオード１１１で光電変換されてしまう。これが光学混色やフレアとなり、撮像素子の画質を劣化させてしまう可能性がある。
【００５９】
図４を参照して説明したように、図５で示すマイクロレンズ１２２による回折反射光は幅を持ち、シールガラス１５２や、ＩＲＣＦ１５１に進む。よってシールガラス１５２で反射して撮像素子に再度入射する光も幅を持った状態で入射する為、図６に示すように略筋状の光学混色やフレアとなる（図中、筋形状で図示）。
【００６０】
一方、ＩＲＣＦ１５１により反射する光は、ＩＲＣＦ１５１の光透過率特性から、赤色成分の多い反射光となることから（幅を持った反射光成分から赤色成分光の反射光成分が抽出された反射光となる為）、略スポット状の光学混色やフレアとなる（図中、スポット形状で図示）。
【００６１】
ここで、１．７５μｍよりも単位画素１１６のサイズを大きくした場合の回折反射光が生じる次数を求めた表を図６に示す。
【００６２】
図６に示す回折反射光の次数の数値は、式（１）からも判るように、回折次数の発生しやすい可視光領域に於ける短波長側の４００ｎｍにて計算したものである。図６に示した表中の単位画素辺方向とは、図７に示す正方格子画素の辺方向の長さで（単位画素サイズ）、単位画素対角方向とは正方格子画素の対角方向の長さ（単位画素サイズ×√２）である。
【００６３】
図６に示すように、単位画素辺方向においては、１．７５０〜１．９９９μｍ迄は、発生する回折反射光の次数は、「±４」であり、２．０００μｍで「±５」となり、その発生次数が「２」増加する。
【００６４】
一方、単位画素対角方向においては、その長さが単位画素の辺方向の長さより√２倍長くなるので、式（１）からも１．７５０〜１．９７９μｍ迄は、「±６」となり、１．９８０μｍで「±７」になり、その発生次数が「２」増加する。
【００６５】
また、さらには単位画素サイズが大きくなり、それに対応して形成されるマイクロレンズ１２２の形成ピッチ（Ｐレンズ）も大きくなっていくと、図４に示した同一次数の回折反射光の回折角度（θ）も小さくなる。
【００６６】
回折反射光が増加して、同一次数における回折反射角度が小さくなると、図５Ａ，図５Ｂに示したように筋状およびスポット状の光学混色やフレアが入射光側にシフトして（図中、太い矢印で表記）、図５Ａに示した受光領域端から離れ、受光領域に取り込まれ易くなる。これによりマイクロレンズ１２２の形成ピッチ（Ｐレンズ）が大きくなると光学混色やフレアによる撮像素子の画質劣化が著しくなる。
【００６７】
図６から、単位画素１１６が１．９８０μｍを超えると、単位画素対角方向の回折反射次数が「２」増え、その回折反射角度（θ）も小さくなり、受光領域に取り込まれる光学混色やフレア成分の光が増加することがわかる。光学混色やフレア光が増加すると撮像素子の画質が劣化する為、単位画素１１６のサイズが１．９８０μｍを超えた場合であっても、画質劣化を抑制する必要がある。
【００６８】
そこで、以下に、単位画素１１６のサイズが１．９８０μｍを超えた場合であっても、画質劣化を抑制できる構成について説明を加える。
【００６９】
＜マイクロレンズの構成＞
具体的には、受光領域に形成された単位画素１１６の大きさが、少なくても１．９８０μｍ以上で構成され、単位画素１１６の画素境界部には、その平面視において、少なくてもその画素周囲を囲うように遮光膜が形成される。
【００７０】
また、単位画素１１６に対応して複数のマイクロレンズ１２２が形成される。そして、そのマイクロレンズ１２２の一辺の長さは１．９８０μｍ未満で、ｎの２乗個の略正方形で単位画素１１６を略均等面積に区分けするように複数形成される。なおｎは、２以上の自然数である。
【００７１】
図８Ａ乃至図８Ｄに、本技術を適用したマイクロレンズ１２２の一実施の形態の構成を示す。図８Ａは、撮像素子の受光領域に形成された単位画素１１６であって、図中の破線は、隣接画素間との境界線を示す。
【００７２】
図８Ｂは、単位画素１１６の一辺を縦横方向に各２個分割して、単位画素１１６中に４個のマイクロレンズを形成した状態を示すものである。単位画素１１６の１辺の長さが、１．９８０μｍである場合、マイクロレンズ１２２の１辺の長さは、１．９８０μｍの２分の１となる。
【００７３】
図８Ｃは、単位画素１１６の一辺を縦横方向に各３個分割して、単位画素１１６中に９個のマイクロレンズを形成した状態を示すものである。単位画素１１６の１辺の長さが、１．９８０μｍである場合、マイクロレンズ１２２の１辺の長さは、１．９８０μｍの３分の１となる。
【００７４】
さらに、図８Ｄは、単位画素１１６の一辺を縦横方向に各４個分割して、単位画素１１６中に１６個のマイクロレンズを形成した状態を示すものである。単位画素１１６の１辺の長さが、１．９８０μｍである場合、マイクロレンズ１２２の１辺の長さは、１．９８０μｍの４分の１となる。
【００７５】
図８Ｂ乃至図８Ｄに、単位画素１１６の一辺を２乃至４分割し、マイクロレンズが４個、９個、１６個の例をそれぞれ示したが、本技術は、これらに限定されることを示す記載ではない。すなわち、単位画素１１６に対応して形成される複数のマイクロレンズは、その一辺の長さが１．９８０μｍ未満で、ｎ(ｎは、２以上の自然数)の２乗個の略正方形で単位画素１１６を略均等面積に区分けするように複数形成されることを特徴とする撮像素子であればよい。
【００７６】
＜撮像素子の製造１について＞
次に、図８に示したような、単位画素１１６に複数のマイクロレンズを設けた場合の撮像素子の製造について説明を加える。
【００７７】
第１の製造方法として、マイクロレンズ１２２を熱メルトフロー法で製造する場合を、図９を参照して説明する。また図９を参照して説明する製造方法は、受光領域に形成された単位画素１１６のサイズを１．９８μｍ以上とした裏面照射型撮像素子１３０の製造に適用できる。
【００７８】
図９Ａに示した工程において、裏面照射型撮像素子１３０を構成する半導体基板１１２上に形成した絶縁膜１２８を介して、隣接する画素間に遮光膜１４１が形成される。
【００７９】
図９Ｂに示した工程において、例えばアクリル系樹脂から成る平坦化膜２０１が形成される。
【００８０】
図９Ｃに示した工程において、撮像素子のカラー画像出力の為、例えば原色系の赤色、青色、緑色などから成る、カラーフィルタ１２１が形成される。
【００８１】
カラーフィルタ１２１として、補色系のイエロー、シアン、マゼンタが用いられても良い。また、撮像素子の用途に応じて、カラーフィルタ１２１を用いなくてもよい。カラーフィルタ１２１は、例えば、感光性ネガ型レジストから成り、フォトリソグラフィー法で形成される。
【００８２】
図９Ｄに示した工程において、例えばアクリル系樹脂から成る平坦化膜２０２が形成される。
【００８３】
図９Ｅに示した工程において、例えばノボラック系、スチレン系、アクリル系、またはそれらの共重合系のポジ型感光性樹脂から成るマイクロレンズ材２０３が、フォトリソグラフィー法で略矩形に形成される。
【００８４】
マイクロレンズ材２０３中に、例えば、ジアゾナフトキノン系の感光材を含む場合、可視光短波長側に光吸収を持つため撮像素子の感度特性が劣化する。この場合、フォトリソグラフィー法による現像処理を行ったマイクロレンズ材２０３に対して、i-線などの紫外線の照射が行われ、ブリーチング露光が行われることで、光吸収が低減されるようにしても良い。
【００８５】
また、マイクロレンズ材２０３は、単位画素１１６に対応して略同一形状で複数個形成される。図９Ｅでは、断面方向に２個形成した状態を示したが、図８を参照して説明したように、３個、４個など、形成するマイクロレンズ１２２の個数に合わせた数だけマイクロレンズ材２０３が形成される。
【００８６】
図９Ｆに示した工程において、現像処理が施されたマイクロレンズ材２０３の熱軟化点以上の加熱処理が行われ、熱メルトフロー処理することで、マイクロレンズ形状を持ったマイクロレンズ１２２が形成される。こうしてマイクロレンズ１２２は、単位画素１１６に対応して略同一形状で複数個形成される。図９Ｆでは、断面方向に２個形成した状態を示している。
【００８７】
このように、単位画素１１６上に、複数のマイクロレンズ１２２が形成される。
【００８８】
＜撮像素子の製造２について＞
次に、撮像素子の第２の製造方法について、図１０を参照して説明を加える。第２の製造方法においては、マイクロレンズ１２２を、例えば、ドライエッチング法で製造する場合を例に挙げて説明する。また第２の製造方法においても、受光領域に形成された単位画素１１６のサイズは、１．９８μｍ以上の裏面照射型撮像素子１３０を製造する場合に適用できる。
【００８９】
図１０Ａに示した工程においては、図９Ａ乃至図９Ｃを参照して説明した工程を経て、カラーフィルタ１２１まで形成された状態の撮像素子上に、スチレン系樹脂などから成るマイクロレンズ材２２１が形成される。
【００９０】
図１０Ｂに示した工程において、例えばノボラック系から成るポジ型感光性樹脂２２２が、フォトリソグラフィー法における現像処理にて略矩形に形成される。ポジ型感光性樹脂２２２は、単位画素１１６に対応して略同一形状で複数個形成される。図１０では、断面方向に２個形成される場合を図示してある。
【００９１】
図１０Ｃに示した工程において、現像処理を行ったポジ型感光性樹脂２２２の熱軟化点以上の加熱処理を行い、熱メルトフロー処理することで、マイクロレンズ形状が得られる。
【００９２】
図１０Ｄに示した工程において、マイクロレンズ形状となったポジ型感光性樹脂２２２を、その下地に形成されたマイクロレンズ材２２１に、フロロカーボン系などのガスを用いたドライエッチング処理を行うことにより、マイクロレンズ１２２の有効面積が拡大されるようにエッチング法により転写される。
【００９３】
このようにして、マイクロレンズ１２２は、単位画素１１６に対応して略同一形状で複数個形成される。図１０Ｄでは、断面方向に２個形成した状態を示している。
【００９４】
このように、単位画素１１６上に、複数のマイクロレンズが形成される。
【００９５】
図１１，図１２を参照し、図９、図１０を参照して説明した製造に関する補足説明を行う。図１１Ａは、単位画素１１６に対応して１個の開口部を有し形成された遮光膜１４１を示す。これは、図９Ａの断面と対応する。
【００９６】
図１１中、破線は、単位画素１１６の境界を表し、その周りの太線は、遮光膜１４１を表す。図７Ａに示した撮像素子の状態を、上方から見た場合、図１１Ａに示すように、遮光膜１４１が、１個の単位画素１１６の周辺部にそれぞれ設けられている。この場合、遮光膜１４１の開口部は、単位画素１１６の開口部と略同等の大きさ、形状となる。
【００９７】
図１１Ｂは、単位画素１１６に対応して形成された赤色、青色、緑色のカラーフィルタ１２１を示す。これは、図９Ｃに対応し、図９Ｃに示した撮像素子の状態を、上方から見た場合、単位画素１１６毎に、単位画素１１６毎に割り当てられた色のフィルタが設けられている。なお、図１１Ｂの斜線は、色毎に異なる斜線としてあり、赤色、青色、緑色のカラーフィルタ１２１が配置されていることを示している。
【００９８】
図１１Ｃは、単位画素１１６に対応して略同一形状で形成された複数のマイクロレンズ１２２を示す。図１１Ｃでは１つの単位画素１１６に対応して、４個のマイクロレンズ１２２が形成されている例を示した。図１１Ｃは、図９Ｆや図１０Ｄに対応し、図９Ｆや図１０Ｄに示した撮像素子の状態を、上方から見た場合、単位画素１１６毎に、複数のマイクロレンズ１２２が設けられている。
【００９９】
図１１Ｄは、図１１Ａに示したように１単位画素１１６の周囲に遮光膜１４１が設けられた場合の撮像素子の断面を表す。また、図１１Ｄに破線で示した矢印は、光学混色やフレア成分となる迷光成分を表す。
【０１００】
図１１Ｄに示したように、１単位画素１１６の周囲に遮光膜１４１を設けた場合、迷光成分が、フォトダイオード１１１に入り込んでしまう可能性がある。
【０１０１】
図１２は、１単位画素１１６の周囲だけでなく、マイクロレンズ１２２の形状に合わせ、単位画素１１６内にも遮光膜１４１を設けた場合について説明するための図である。
【０１０２】
図１２Ａは、図１１Ａと同じく、撮像素子に形成された遮光膜１４１の形状を表す図である。図１２Ａに示した遮光膜１４１は、１単位画素１１６の周辺部に遮光膜１４１が設けられているとともに、単位画素１１６内にも、十文字状に遮光膜１４１が設けられている。
【０１０３】
この場合、遮光膜１４１は、１個のマイクロレンズ１２２の外周部に設けられている。この場合、１単位画素１１６には、４個のマイクロレンズ１２２が設けられる例を示しているため、遮光膜１４１の開口部は、単位画素１１６の開口部と約１／４程度の大きさ、形状となる。換言すれば、１つの単位画素１１６に対して、４個の遮光膜１４１の開口部が対応する構成とされている。
【０１０４】
図１２Ｂは、図１１Ｂに示したカラーフィルタ１２１と同様であり、図１２Ｃは、図１１Ｃに示したマイクロレンズ１２２と同様である。
【０１０５】
図１２Ｄは、図１２Ａに示したように１単位画素１１６の周囲および内部に遮光膜１４１が設けられた場合の撮像素子の断面を表す。また、図１２Ｄに破線で示した矢印は、光学混色やフレア成分となる迷光成分を表す。
【０１０６】
図１２Ｄに示したように、１単位画素１１６の周囲と内部に遮光膜１４１を設けた場合、迷光成分が、フォトダイオード１１１に入り込んでしまうような場合でも、単位画素１１６内の遮光膜１４１により侵入が止められ、フォトダイオード１１１内に入り込んでしまうようなことを防ぐことができる。
【０１０７】
このように、単位画素１１６に対応して複数の開口部を有して形成された遮光膜１４１の、各遮光膜１４１の開口に対応して対で形成された複数のマイクロレンズ１２２が形成された場合、遮光膜１４１の開口面積が減少し、撮像素子の感度特性が若干劣化するが、光学混色や、フレアに関しては、遮光膜１４１による遮光機能が働き有利となる。
【０１０８】
＜マイクロレンズの他の構成＞
図１３は、マイクロレンズの他の形状を説明するための撮像素子の断面視である。図１３Ａは、撮像素子を上から見たときの平面図であり、破線は、単位画素１１６の境界を示し、破線内の斜線部は、それぞれマイクロレンズを示す。図１３Ａに示したマイクロレンズは、１単位画素１１６内に４個形成されている例を示す。
【０１０９】
図１３Ｂ、図１３Ｃは、それぞれ、図１３Ａに示したａ−ｂの部分での断面図である。図１３Ｂに示した撮像素子と、図１３Ｃに示した撮像素子は、遮光膜１４１が設けられている部分が異なるだけであり、他の部分は、同様である。
【０１１０】
図１３Ｂに示した撮像素子の遮光膜１４１は、図１１に示した遮光膜１４１と同じく、１単位画素１１６の外周部に設けられている。図１３Ｃに示した撮像素子の遮光膜１４１は、図１２に示した遮光膜１４１と同じく、１単位画素１１６の外周部と内部に設けられている。
【０１１１】
図１３Ｂに示したマイクロレンズ３１１は、略矩形、平面視で略四角形で形成されている。図１３Ｂに示したマイクロレンズ３１１は、屈折率ｎの材料で形成されたマイクロレンズ領域３１２と、屈折率ｎ’を有する非マイクロレンズ領域３１３から構成され、その屈折率差を利用（ｎ＞ｎ’）し、撮像素子に入射した光の位相差を利用することで、集光する構成となっている。
【０１１２】
図１３Ｃは、単位画素１１６に対応して複数の開口部を有して形成された遮光膜１４１の、各遮光膜１４１の開口に対応して対で形成された複数のマイクロレンズ３１１を示す。なお図１３Ｃでは、１つの単位画素１１６に対して、４個の遮光膜開口部が形成され、それぞれ４個の遮光膜開口部に対応してマイクロレンズ３１１が形成されている例を示している。
【０１１３】
このように、屈折率ｎの材料で形成されたマイクロレンズ領域３１２と、屈折率ｎ’を有する非マイクロレンズ領域３１３から構成されマイクロレンズ３１１の場合でも、本技術を適用することができる。
【０１１４】
また遮光膜１４１は、図１３Ｂに示したように、非マイクロレンズ領域３１３の部分であり、かつ単位画素１１６の外周部分に該当する部分に形成するようにしても良いし、図１３Ｃに示したように、非マイクロレンズ領域３１３の部分に形成するようにしても良い。
【０１１５】
＜インナーレンズを備える構成＞
次に、インナーレンズを備える撮像素子について説明する。図１４Ｂと図１５は、インナーレンズを備える撮像素子の断面図を示し、比較のため、図１４Ａにインナーレンズを備えない撮像素子の断面図を示した。また図中、破線の矢印は、光の進行方向を表す。
【０１１６】
図１４Ａ、図１４Ｂ、および図１５に示した撮像素子は、１単位画素１１６に複数のマイクロレンズ１２２が設けられている裏面照射型撮像素子１３０である。ここでは、単位画素１１６に４個のマイクロレンズ１２２が設けられている例を示す。
【０１１７】
図１４Ａに示した裏面照射型撮像素子１３０は、インナーレンズが形成されていない構成とされ、図１４Ｂに示した裏面照射型撮像素子１３０は、インナーレンズ４１１が形成されている構成とされている。
【０１１８】
図１４Ａに示す撮像素子においては、集光された集束端部と、遮光膜１４１のエッジとのマージンが少ない。図１４Ａにおいて、集光された集束端部と遮光膜１４１のエッジの部分のマージンの部分には、円を記載してある。この円内における集束端部と遮光膜１４１のエッジの間隔が短い。
【０１１９】
図１４Ｂに示す撮像素子においては、集光された集束端部と、遮光膜１４１のエッジとのマージンが大きい。図１４Ｂにおいても、集光された集束端部と遮光膜１４１のエッジの部分のマージンの部分には、円を記載してある。この円内における集束端部と遮光膜１４１のエッジの間隔が広い。
【０１２０】
このことから、インナーレンズ４１１を設けることで、マイクロレンズ１２２からの光を、より効率良く集光させることができることがわかる。
【０１２１】
インナーレンズ４１１を形成しない構成とすることも可能であるが、特に斜入射光成分が多くなる例えば、受光領域外周部の感度劣化（輝度シェーディング）を改善する場合などには、インナーレンズ４１１を設けた構成とするのがよい。
【０１２２】
インナーレンズ４１１は、例えば、プラズマ窒化シリコン（Ｐ−ＳiＮ；屈折率約１．９〜２．０）、平坦化膜２０１は、例えばアクリル系樹脂（屈折率約１．５程度）などで形成することができる。
【０１２３】
なお、インナーレンズ４１１の形状は、図１４Ｂに示したようなマイクロレンズ１２２と同じく、半球形状としても良いが、他の形状でも良い。例えば、図１５に示すような矩形のインナーレンズ４２１を、平坦化膜４２２内に設けても良い。
【０１２４】
図１５に示したインナーレンズ４２１は、図１３Ｂや１３Ｃで示したマイクロレンズ３１１と同じく、断面視で略矩形であり、平面視で図１３Ａに示したように略四角形の形状で形成されている。このような矩形のインナーレンズ４２１でも良い。
【０１２５】
インナーレンズ４２１は、インナーレンズ４１１と同じく、例えば、プラズマ窒化シリコン（Ｐ−ＳiＮ；屈折率約１．９〜２．０）、平坦化膜２０１は、例えばアクリル系樹脂（屈折率約１．５程度）などで形成することができる。
【０１２６】
インナーレンズ４１１やインナーレンズ４２１は、複数のマイクロレンズ１２２で集光された、複数の集光スポットの内、少なくても１つの集光スポットの主光線を、単位画素１１６の中心方向に向けて集光するように形成されていればよい。
【０１２７】
＜効果について＞
ここで、再度、表面照射型撮像素子１１０と裏面照射型撮像素子１３０の略図を、図１６Ａと図１６Ｂにそれぞれ示す。
【０１２８】
表面照射型撮像素子１１０は、フォトダイオード１１１の上方にトランジスタ電極（図１６Ａではゲート電極１１４）が形成され、その上方には多層配線層１１９(図示では、フォトダイオード１１１側から第１層、第２層、第３層)が形成され、トランジスタ駆動用のコンタクトホールも形成されている。
【０１２９】
このように表面照射型撮像素子１１０においては、多層配線層１１９等があるため、フォトダイオード１１１表面から、マイクロレンズ１２２迄の距離ｄ１が長くなる。距離ｄ１が長いために、マイクロレンズ１２２は、厚さｔ１を薄くし、曲率が大きくなるように形成される。
【０１３０】
一方、裏面照射型撮像素子１３０では、トランジスタや、多層配線層１１９はマイクロレンズ１２２が形成されている面とは逆の面側に形成されている。図１６Ｂでは、図示していない。
【０１３１】
このような構造のため、裏面照射型撮像素子１３０では、マイクロレンズ１２２が形成されている面側のフォトダイオード１１１上方には、単位画素１１６に対応して遮光膜１４１が単層で形成されているのみなので、フォトダイオード１１１表面から、マイクロレンズ１２２迄の距離ｄ２は短くなる。
【０１３２】
距離ｄ２が短いために、マイクロレンズ１２２は厚さｔ２を厚くし、曲率が小さくなるように形成される。
【０１３３】
しかしながら、図１６Ｂのようにその断面が円弧を描くマイクロレンズ１２２を精度よく厚く形成することは特に撮像素子の単位画素１１６のサイズが大きい程困難であり、その結果、図中で示すように集光された光の一部が遮光膜により蹴られてしまう可能性がある。光の一部が遮光膜により蹴られてしまうと、撮像素子の感度や、輝度シェーディング特性が劣化する。
【０１３４】
ここで、マイクロレンズ１２２を精度よく厚く形成することは特に撮像素子の単位画素１１６のサイズが大きい程困難であることについて説明を加える。
【０１３５】
図９を参照して説明した撮像素子の製造において、熱メルトフロー法で膜厚が厚く、曲率が小さいマイクロレンズを形成する場合、感光性のマイクロレンズ材２０３を厚く形成する必要がある。
【０１３６】
フォトリソグラフィー法により現像処理後、厚く形成したマイクロレンズ材２０３を熱リフローでマイクロレンズ１２２形状を得る際に、隣接画素同士のマイクロレンズ材２０３が接触してしまうと、融着によりマイクロレンズ１２２の形状が崩れてしまう。
【０１３７】
これはマイクロレンズ１２２を厚くまた、撮像素子の単位画素１１６が大きい程、現像処理後のマイクロレンズ材２０３の堆積が大きいためにコントロールが難しい。
【０１３８】
図１０を参照して説明した撮像素子の製造において、ドライエッチング法で同マイクロレンズ１２２を形成する場合、マイクロレンズ材２２１を厚く形成し、ポジ型感光性樹脂２２２を厚く形成し熱リフローによりマイクロレンズ形状を得た後（この時は、同様に熱リフロー時のコントロールが難しい）、ドライエッチングを長時間実施する必要がある。
【０１３９】
熱リフロー性の困難さに加え、長時間にドライエッチングが必要になり製造コストも高くなってしまう可能性がある。さらには、長時間ドライエッチングを行うと、ドライエッチング時のプラズマ処理によるダメージ（PID:Plasma Induced Damage）により、撮像素子の暗電流特性が劣化する可能性もある。
【０１４０】
しかしながら、上述した本技術を適用し、単位画素１１６に複数のマイクロレンズを設けることで、上記したようなことを改善することができる。
【０１４１】
図１７は、図１６Ｂに示した裏面照射型撮像素子１３０に本技術を適用し、１単位画素１１６に複数のマイクロレンズ１２２を形成した状態を示す図である。
【０１４２】
図１６Ｂの裏面照射型撮像素子１３０を参照して説明したように、マイクロレンズ１２２により集光された光の一部が遮光膜１４１により蹴られた場合であっても、図１７に示した裏面照射型撮像素子１３０によれば、例えば、マイクロレンズ１２２の膜厚ｔ２が同じであっても、マイクロレンズ１２２の底部の寸法が図示されたマイクロレンズ１２２では半分（２分の１）となり、その分マイクロレンズの曲率が小さくなるので、効率良く集光可能となる。
【０１４３】
集光の効率が上がれば、撮像素子の感度特性を向上させることが可能となる。また、マイクロレンズ１２２の底部の寸法が図示されたマイクロレンズ１２２では半分（２分の１）となることで、単位画素１１６のサイズが大きくなっても、マイクロレンズ１２２自体のサイズは小さいので、マイクロレンズ１２２を精度よく厚く形成する必要もなくなる。
【０１４４】
よって、マイクロレンズ１２２を精度よく厚く形成することは特に撮像素子の単位画素１１６のサイズが大きい程困難であるという問題を解決し、このようなことに起因する、例えば、暗電流特性が劣化するといったことも低減させることが、本技術によれば可能となる。
【０１４５】
＜オートフォーカス用の画素について＞
上記した実施の形態においては、画像を撮像（撮影）する撮像素子について説明した。以下、このような撮像素子を、適宜、撮像用画素と記述する。画素のなかには、オートフォーカスに用いられる画素もあり、そのような画素を、適宜、位相差検出用画素と記述する。
【０１４６】
ここで、オートフォーカスについて説明を加える。デジタルカメラにおけるオートフォーカス方式には、主に、コントラスト方式と位相差方式がある。コントラスト方式はレンズを動かし、一番コントラストの高いところを焦点が合ったところとする方法である。デジタルカメラの場合、撮像素子の画像の一部を読み出すことでオートフォーカスができ、他にオートフォーカス用の光学系を必要としない。
【０１４７】
位相差方式は、いわゆる三角測量の技術を適用した方式であり、異なる２点から同一の被写体を見たときの角度差で距離を求める方式である。位相差方式の場合、レンズの異なる部分を通ってきた光での像、例えばレンズの右側と左側、それぞれの光束が用いられる。位相差方式では、測距することで、ピントの合っている位置まで、レンズをどれだけ動かす必要があるかが求められる。
【０１４８】
位相差方式によるオートフォーカス（以下、適宜、位相差オートフォーカスと記述する）は、撮像用画素のうちのいくつかを用いて、位相差方式でオートフォーカスを行う。撮像素子には、上記したように、集光用のマイクロレンズ、例えば、マイクロレンズ１２２（図１７）が設けられており、このマイクロレンズに入射する光を制限する絞り部材、例えば、遮光膜１４１の大きさを他の遮光膜と異なる大きさとすることで位相差オートフォーカス用の撮像素子とすることができる。
【０１４９】
コントラスト方式の場合、一番コントラストの高いところを探し出すために、レンズを前後に動かす必要があるため、焦点が合うまでに時間がかかる場合があった。コントラスト方式に対して位相差方式は、焦点位置を探し出すためにレンズを前後に動かすといった時間は必要ないため、高速なオートフォーカスを実現できる。
【０１５０】
ここでは、位相差オートフォーカスを行う撮像素子に対して、本技術を適用する場合を例に挙げて説明を続ける。また、裏面照射型の撮像素子を例に挙げて説明するが、表面照射型の撮像素子に対しても、以下に説明する本技術を適用することはできる。
【０１５１】
まず、一般的な位相差オートフォーカスについて説明を加える。図１８は、位相差オートフォーカスについて説明するための図である。画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部（不図示）内の所定数の画素が位相差検出用画素に割り当てられる。位相差検出用画素は、画素アレイ部内の所定の位置に複数設けられている。
【０１５２】
図１８に示した位相差検出用画素の構成は、例えば、図１７に示した裏面照射型撮像素子１３０の一部分であり、位相差検出用画素を含む部分を示した図であり、以下の説明に必要な部分を抽出して図示した図であるが、１つのフォトダイオードにつき１つのマイクロレンズが備えられている撮像素子を図示してある。
【０１５３】
位相差検出用画素とは、位相差方式で焦点を検出する際に用いられる画素であるとし、撮像用画素とは、位相差検出用画素とは異なる画素であり、撮像用に用いられる画素であるとする。
【０１５４】
図１８に示した撮像素子は、マイクロレンズ５１１−１乃至５１０−４、遮光膜５１２−１乃至５１２−３、およびフォトダイオード５１３−１乃至５１３−４から構成されている。また撮像素子には、レンズ群５０１を介して光が入射するように構成されている。
【０１５５】
図１８に示した固体撮像素子のうち、フォトダイオード５１３−２とフォトダイオード５１３−３は、位相差検出用画素として機能し、オートフォーカス（焦点検出）のための画像信号を取得するために画素とされている。フォトダイオード５１３−２とフォトダイオード５１３−３を間に挟む位置に配置されたフォトダイオード５１３−１とフォトダイオード５１３−４は、撮像用画素として用いられ、被写体からの光による画像信号を取得するための画素とされている。
【０１５６】
フォトダイオード５１３−１は、マイクロレンズ５１１−１により集光された被写体からの光を受光し、フォトダイオード５１３−２は、マイクロレンズ５１１−２により集光された被写体からの光を受光し、フォトダイオード５１３−３は、マイクロレンズ５１１−３により集光された被写体からの光を受光し、フォトダイオード５１３−４は、マイクロレンズ５１１−４により集光された被写体からの光を受光するように構成されている。
【０１５７】
遮光膜５１２−１は、マイクロレンズ５１１−１からの光が、フォトダイオード５１３−２に入射しないように、またマイクロレンズ５１１−２からの光が、フォトダイオード５１３−１に入射しないように設けられている。同様に、遮光膜５１２−３は、マイクロレンズ５１１−４からの光が、フォトダイオード５１３−３に入射しないように、またマイクロレンズ５１１−３からの光が、フォトダイオード５１３−４に入射しないように設けられている。
【０１５８】
遮光膜５１２−１と遮光膜５１２−３は、このように、主に隣接する画素（フォトダイオード）に対して漏れる光を防ぐために設けられているため、隣接するフォトダイオード２１４の間に設けられている。このような遮光膜５１２に対して、遮光膜５１２−２は、隣接する画素（フォトダイオード）に対して漏れる光を防ぐ役割の他に、光の入射角を選択して受光する機能（以下、分離能力と記述する）を実現するための機能も有する。
【０１５９】
すなわち、図１８に示すように、レンズ群５０１のＡ側（図中左側）を通ってきた光は、フォトダイオード５１３−３に入射され、レンズ群５０１のＢ側（図中右側）を通ってきた光は、フォトダイオード５１３−２に入射されるように、遮光膜５１２−２は、フォトダイオード５１３−２のほぼ中央から、フォトダイオード５１３−３のほぼ中央まで設けられている。
【０１６０】
遮光膜５１２−２があることで、レンズ群５０１の左部から来る光と右部から来る光を分離して受光することが可能となる。レンズ群５０１の左部から来る光と右部から来る光を、それぞれフォトダイオード５１３−２とフォトダイオード５１３−３で受光することで、図１９に示したようにして、フォーカス位置を検出することができる。
【０１６１】
すなわち、後ピン時や前ピン時には、フォトダイオード５１３−２からの出力とフォトダイオード５１３−３からの出力が一致（対とされている位相差検出用画素の出力が一致）しないが、合焦時には、フォトダイオード５１３−２からの出力とフォトダイオード２１４−３からの出力が一致（対とされている位相差検出用画素の出力が一致）する。後ピンや前ピンであると判断されるときには、レンズ群５０１を合焦する位置まで移動させることで、焦点の検出が実現される。
【０１６２】
このような位相差方式で、合焦位置が検出される場合、比較的高速で焦点位置を検出でき、高速なオートフォーカスを実現できるが、撮像用画素と位相差検出用画素が混在して形成されている場合、それぞれの画素特性を向上させるためには、例えば、マイクロレンズの焦点距離をそれぞれ画素に対応して最適化する必要がある。
【０１６３】
上記したように、１つのフォトダイオードに複数のマイクロレンズを備える構成とした場合も同様であり、撮像用画素と位相差検出用画素が混在して形成されている場合、それぞれの画素特性を向上させるためには、それぞれ画素に対応する最適化を行う必要がある。
【０１６４】
図２０を参照し、撮像用画素と位相差検出用画素における適切な曲率について説明する。図２０Ａと図２０Ｂは、それぞれ異なる曲率を有する撮像用画素を表し、図２０Ｃと図２０Ｄは、それぞれ異なる曲率を有する位相差検出用画素を表す。図２０Ａと図２０Ｂに示した撮像用画素は、フォトダイオード５１３の上方であり、フォトダイオード５１３の両端に、遮光膜５１２をそれぞれ備え、マイクロレンズ５１１に入射した光を受光する。
【０１６５】
図２０Ｃと図２０Ｄに示した位相差検出用画素は、フォトダイオード５１３の上方であり、フォトダイオード５１３の両端に、遮光膜５１２をそれぞれ備え、一方の遮光膜は、フォトダイオード５１３の中央部分まで覆うように構成され、マイクロレンズ５１１に入射した光を開口されている部分を介して受光する。
【０１６６】
図２０において、矢印で示した線は、光を表し、マイクロレンズ５１１を介してフォトダイオード５１３に入射される光を表している。また、図２０Ａに示した撮像用画素の曲率と、図２０Ｃに示した位相差検出用画素の曲率は同じであり、図２０Ｂに示した撮像用画素の曲率と、図２０Ｄに示した位相差検出用画素の曲率は同じである。
【０１６７】
図２０Ａと図２０Ｂを参照する。図２０Ａに示した撮像用画素は、マイクロレンズ５１１の曲率半径が大きい場合を示し、図２０Ｂに示した撮像用画素は、マイクロレンズ５１１の曲率半径が小さい場合を示す。図２０Ａに示したように、撮像用画素の場合、マイクロレンズ５１１の曲率半径が大きいと、フォトダイオード５１３に光が集光しやすく、受光感度が高くなる。
【０１６８】
図２０Ｂに示したように、撮像用画素の場合、マイクロレンズ５１１の曲率半径が小さいと、マイクロレンズ５１１を通過した光は発散し、フォトダイオード５１３に光が集光しづらくなり、受光感度が低下してしまう。このように、撮像用画素の場合、マイクロレンズ５１１の曲率半径は大きい方が、集光性能などが良いことがわかる。
【０１６９】
図２０Ｃに示したように、位相差検出用画素の場合、マイクロレンズ５１１の曲率半径が大きいと、フォトダイオード５１３に光は集光するが、左側から入射された光と右側から入射された光が開口部を追加し、集光されてしまう。すなわちこの場合、分解能力が低下する可能性がある。
【０１７０】
図２０Ｄに示したように、位相差検出用画素の場合、マイクロレンズ５１１の曲率半径が小さいと、フォトダイオード５１３に光が集光しづらくなり、受光感度が低下してしまう。このようなことから、位相差検出用画素の場合、図示はしていないが、マイクロレンズ５１１の曲率半径は中程度が良い。
【０１７１】
このように、撮像用画素のマイクロレンズ５１１の最適な曲率半径と位相差検出用画素のマイクロレンズ５１１の最適な曲率半径は異なる。撮像用画素と位相差検出用画素が混在する場合、撮像用画素と位相差検出用画素の両方にできるだけ適切な焦点距離になるように、マイクロレンズ５１１の曲率半径などが構成されるようにする。
【０１７２】
また、撮像用画素では、感度、輝度シェーディング特性を重視した場合、マイクロレンズ５１１からフォトダイオード５１３までの層厚が薄く、焦点位置は、遮光膜５１２を含むフォトダイオード５１３側が良い。一方、位相差検出用画素の焦点距離は、遮光膜５１２側が良い。
【０１７３】
また、位相差検出用画素に形成されるマイクロレンズ５１１の曲率半径の半径は、水平または垂直方向と斜め方向の曲率半径の比は、1.0に近いほど、被写体の２方向からの位相差を分離する際のノイズ成分が減少するため、分離特性が向上する。
【０１７４】
図２１を参照し、水平方向と斜め方向の曲率半径の比について説明する。図２１Ａは、１つの位相差検出用画素を上から見たときを表し、図中、中央部の四角形が１画素を表し、その１画素内にマイクロレンズ５１１が形成されている。このとき平面視における１画素の面積と、マイクロレンズ５１１の面積比（マイクロレンズ５１１の面積／１画素の面積）は、８０％以上で形成される。
【０１７５】
図２１Ａに示したように、位相差検出用画素を水平方向ａ−ａ’で切ったときの断面を図２１Ｂに示し、斜め方向ｂ−ｂ’で切ったときの断面を図２１Ｃに示す。図２１Ｂ、図２１Ｃを参照するに、位相差検出用画素の水平方向においては、マイクロレンズ５１１の曲率半径は小さくなるが、斜め方向においては、マイクロレンズ５１１の曲率半径は大きくなる。これは、マイクロレンズ底面の長さが異なる（水平方向ａ−ａ’＜斜め方向ｂ−ｂ’）ことによる。
【０１７６】
図中、ｒ１は、水平方向のマイクロレンズ５１１の曲率半径を表し、ｒ２は、斜め方向のマイクロレンズ５１１の曲率半径を表す。図２１に示した位相差検出用画素の場合、曲率半径ｒ１は、曲率半径ｒ２よりも小さくなる。曲率半径ｒ１と曲率半径ｒ２との比を曲率扁平率とする。
曲率扁平率＝ｒ２／ｒ１
【０１７７】
この曲率扁平率が1.0に近いほど、被写体の２方向からの位相差を分離する際のノイズ成分が減少し、位相差検出用画素の分離特性が向上する。この曲率扁平率は、画素サイズに依存する。曲率扁平率と画素サイズの関係の一例を、図２２に示す。
【０１７８】
図２２は、縦軸が曲率半径の比（曲率扁平率）であり、横軸が単位画素サイズ(単位画素の１辺の長さ)である。図２２から、画素サイズが３μｍ以下のとき、曲率扁平率は、1.2以下になることがわかる。上記したように、曲率扁平率が1.0に近いほど、分離特性が向上するが、1.2程度までは、分離特性が大幅に低下することはないことがわかっているような場合、曲率扁平率が1.2以下になるようにマイクロレンズ５１１が構成されるようにすれば良い。
【０１７９】
曲率扁平率が、1.2以下になるように位相差検出用画素のマイクロレンズ５１１を形成する場合、単位画素のサイズは、３μｍ以下で形成することが好ましい。
【０１８０】
ところで、近年、同一受光領域に撮像用画素と位相差検出用画素とを設ける構成は、特に、APS-Cサイズや35mmフルサイズの撮像装置へ適用され、その高性能化を図るべく様々な検討がなされている。このような撮像装置における画素サイズは、一般的に３乃至６μｍ程度とされる。
【０１８１】
例えば、画素サイズが６μｍの撮像装置においては、位相差検出用画素の曲率扁平率は、例えば、図２２を参照すると、1.6以上となり、分離能力が低下してしまう可能性が高い。よって、画素サイズが大きい撮像装置に対しては、位相差方式によるオートフォーカスだと適していない可能性がある。
【０１８２】
ここで、再度図８を参照する。図８を参照して説明したように、本技術を適用した撮像用画素は、１画素に対して複数のマイクロレンズを備える。そのため、本技術を適用することで、仮に、１画素の画素サイズが６μｍに形成されていても、１つのマイクロレズのサイズは、６μｍ以下となる。例えば、図８Ｂに示したように、１画素に対して、４個のマイクロレンズが形成される場合であり、画素サイズが、６μｍである場合、１個のマイクロレンズのサイズは、1.5(=6/4)となる。
【０１８３】
この場合、マイクロレンズのサイズは、1.5μｍとなり、３μｍよりも小さいサイズとなるため、曲率扁平率は、1.2以下となる。マイクロレンズのサイズが、1.5μｍの場合、図２２を参照すると、曲率扁平率は、1.0に近い値となることがわかる。
【０１８４】
このように、本技術を適用することで、単位画素上に複数のマイクロレンズを設けることが可能となり、複数のマイクロレンズを設けることで、１個のマイクロレンズのサイズを小さくすることが可能となる。マイクロレンズのサイズが小さくなることで、上記したように、曲率扁平率が1.0に近い値となり、位相差検出用画素としての性能を向上させることが可能となる。
【０１８５】
次に、単位画素上に、複数のマイクロレンズを設けた場合の位相差検出用画素の遮光膜について説明を加える。以下の説明においては、図８Ｂに示したように、単位画素に、４個のマイクロレンズを設けた場合を例に挙げて説明する。９個、１６個など、他の個数のマイクロレンズであっても、以下に説明する遮光膜に関する本技術を適用することができる。
【０１８６】
図２３は、単位画素上に、４個のマイクロレンズを設けたときの遮光膜の形状の一例を示す図である。また、図２３に示した遮光膜は、１方向からの光情報を受光する場合であり、図２３では、右側からの光情報を受光する場合の遮光膜の形状を示している。
【０１８７】
図２３では、１画素を点線の正方形で表し、ここでは、フォトダイオード５１３を表すとして説明を続ける。また、４個のマイクロレンズをそれぞれ、マイクロレンズ５１１−１乃至５１１−４とする。
【０１８８】
図２３に示した遮光膜５１２を有する位相差検出用画素の断面図を図２４に示す。図２４に示した位相差検出用画素は、図２３のマイクロレンズ５１１−２とマイクロレンズ５１１−３のところの断面図である。
【０１８９】
遮光膜５１２は、隣接する画素の間に連続的に設けられている。すなわち、図中点線で示した単位画素を表す四角形の部分は、隣接する画素の境界部分であり、そのような部分には、遮光膜５１２が設けられる。また、図２３、図２４に示した単位画素が、位相差検出用画素として機能するように、図中、各マイクロレンズ５１１の右側に位置する遮光膜５１２−１、遮光膜５１２−２は、その幅が広く構成されている。
【０１９０】
４個のマイクロレンズ５１１の内、縦方向に配置された２つのマイクロレンズ５１１の中央部分まで覆うように、遮光膜５１２が設けられている。縦方向に配置されたマイクロレンズ５１１−１とマイクロレンズ５１１−２の右側から中央部分まで、遮光膜５１２−１が設けられている。同様に、縦方向に配置されたマイクロレンズ５１１−３とマイクロレンズ５１１−４の右側から中央部分まで、遮光膜５１２−２が設けられている。
【０１９１】
このように、右側からの光情報を受光するフォトダイオード５１３の場合、フォトダイオード５１３の右側に位置する遮光膜は、広い幅を有するように構成され、左側部分に開口部があるように構成される。また、マイクロレンズ５１１が複数ある場合、マイクロレンズ５１１毎に遮光膜が設けられる。
【０１９２】
また、図２３Ｂに示すように、単位画素に設けられた４個のマイクロレンズ５１１−１乃至５１１−４同士の境界部分にも、遮光膜５１２を設ける構成とすることも可能である。図２３Ｂに示した例では、マイクロレンズ５１１−１とマイクロレンズ５１１−２との間、およびマイクロレンズ５１１−３とマイクロレンズ５１１−４との間にも、遮光膜５１２が設けられている。
【０１９３】
このように、１つのマイクロレンズ５１１を囲むように遮光膜５１２を設け、そのうちの１辺を他の辺よりも大きく構成することで、フォトダイオード５１３に対する開口部を小さくし、所定の方向からの光を選択的に受光できる構成としても良い。
【０１９４】
図２４に示したように、１つのフォトダイオード５１３上に、複数のマイクロレンズ５１１を設け、複数の遮光膜５１２を設けるようにしても良いし、次図２５に示すように、複数のマイクロレンズ５１１に合わせて、複数のフォトダイオード５１３が構成されるようにしても良い。
【０１９５】
なお、以下の説明においては、単位画素に複数のフォトダイオードが備えられている場合を例に挙げて説明をするが、ここでの単位画素とは、撮像用画素と同一の大きさを有する領域内の画素であるとする。
【０１９６】
図２５は、マイクロレンズ５１１に合わせて、フォトダイオード５１３が形成されている場合の位相差検出用画素の断面図と、平面図である。図２５Ａに示した位相差検出用画素の断面においては、図２４に示した位相差検出用画素と同じく、マイクロレンズ５１１−２とマイクロレンズ５１１−３が横並びに配置され、位相差検出用画素として機能させるための遮光膜５１２−１と遮光膜５１２−２が配置されている。
【０１９７】
図２５に示した位相差検出用画素においては、マイクロレンズ５１１−２からの光を受光するフォトダイオード５１３−１と、マイクロレンズ５１１−３からの光を受光するフォトダイオード５１３−２が設けられている。このフォトダイオード５１３−１とフォトダイオード５１３−２は、図２４に示した位相差検出用画素においては、１個のフォトダイオード５１３として構成されていたフォトダイオードに相当する。
【０１９８】
すなわちこの場合、１単位画素内に、２つのフォトダイオード５１３が配置されている。このフォトダイオード５１３−１は、図２５Ｂに示すように、マイクロレンズ５１１−１とマイクロレンズ５１１−２の下側に配置され、マイクロレンズ５１１−１とマイクロレンズ５１１−２を介して右方向から入射してきた光を受光するように構成されている。
【０１９９】
同様に、このフォトダイオード５１３−２は、図２５Ｂに示すように、マイクロレンズ５１１−３とマイクロレンズ５１１−４の下側に配置され、マイクロレンズ５１１−３とマイクロレンズ５１１−４を介して右方向から入射してきた光を受光するように構成されている。
【０２００】
このように、１単位画素が設けられる領域に、２つのフォトダイオード５１３−１とフォトダイオード５１３−２を設け、それぞれのフォトダイオード５１３上に、位相差検出用画素として機能させるための遮光膜５１２−１と遮光膜５１２−２を設ける構成としても良い。
【０２０１】
図２５では、右方向から入射してきた光を受光し、右方向からの光情報を抽出する位相差検出用画素を示したが、次図２６に示すように、１単位画素内に右方向から入射してきた光を受光するフォトダイオード５１３と、左方向から入射してきた光を受光するフォトダイオード５１３を備える位相差検出用画素を構成することも可能である。
【０２０２】
図２６は、１単位画素内に、左方向と右方向のそれぞれの方向からの光を受光する２個のフォトダイオード５１３−１とフォトダイオード５１３−２を設けた場合の位相差検出用画素の構成を示す図である。
【０２０３】
図２６Ａに示した位相差検出用画素の断面においては、図２５Ａに示した位相差検出用画素と同じく、マイクロレンズ５１１−２とマイクロレンズ５１１−３が横並びに配置されている。図２６Ａに示した位相差検出用画素においては、位相差検出用画素として機能させるための遮光膜５１２−２が、フォトダイオード５１３−１とフォトダイオード５１３−２の間に配置されている。
【０２０４】
図２６Ｂに示すように、遮光膜５１２−２は、単位画素中の中央部分に設けられ、フォトダイオード５１３−２の左側から中央部分までを覆うと共に、フォトダイオード５１３−２の右側から中央部分までを覆うように連続的に構成されている。
【０２０５】
換言すれば、フォトダイオード５１３−２は、右側半分が開口された状態で構成され、フォトダイオード５１３−３は、左側半分が開口された状態で構成されている。
【０２０６】
フォトダイオード５１３−１は、図２６Ｂに示すように、マイクロレンズ５１１−１とマイクロレンズ５１１−２の下側に配置され、マイクロレンズ５１１−１とマイクロレンズ５１１−２を介して左方向から入射してきた光を受光するように構成されている。
【０２０７】
一方で、フォトダイオード５１３−２は、図２６Ｂに示すように、マイクロレンズ５１１−３とマイクロレンズ５１１−４の下側に配置され、マイクロレンズ５１１−３とマイクロレンズ５１１−４を介して右方向から入射してきた光を受光するように構成されている。
【０２０８】
このように、１単位画素が設けられる領域に、２つのフォトダイオード５１３−１とフォトダイオード５１３−２を設け、それぞれのフォトダイオード５１３上に、位相差検出用画素として機能させるための遮光膜５１２を設ける構成としても良い。また、このように構成したとき、１単位画素で、異なる方向からの光情報を取得することができるため、この単位画素だけで、位相差を検出する構成とすることも可能である。
【０２０９】
図２６では、位相差検出用画素を上方向から平面視したときに、左右方向（水平方向）でそれぞれフォトダイオード５１３を設けた場合を例に挙げて説明したが、次図２７に示すように、上下方向（垂直方向）でそれぞれフォトダイオード５１３を設けるようにしても良い。
【０２１０】
図２７は、１単位画素内に、左方向と右方向のそれぞれの方向からの光を受光する２個のフォトダイオード５１３−１とフォトダイオード５１３−２を設けた場合の位相差検出用画素の構成を示す図である。
【０２１１】
図２７Ａに示した位相差検出用画素の断面においては、マイクロレンズ５１１−１とマイクロレンズ５１１−４が横並びに配置されている。図２７Ａに示した位相差検出用画素においては、位相差検出用画素として機能させるための遮光膜５１２−１と遮光膜５１２−２が配置されている。
【０２１２】
遮光膜５１２−１は、マイクロレンズ５１１−１の右側から中央部分まで覆うように構成され、遮光膜５１２−２は、マイクロレンズ５１１−２の右側から中央部分まで覆うように構成されている。
【０２１３】
換言すれば、マイクロレンズ５１１−１の左側半分が開口された状態で構成され、マイクロレンズ５１１−４の左側半分が開口された状態で構成されている。
【０２１４】
図２７Ｂに示した位相差検出用画素の断面においては、マイクロレンズ５１１−２とマイクロレンズ５１１−３が横並びに配置されている。図２７Ｂに示した位相差検出用画素においては、位相差検出用画素として機能させるための遮光膜５１２−５と遮光膜５１２−６が配置されている。
【０２１５】
遮光膜５１２−５は、マイクロレンズ５１１−２の左側から中央部分まで覆うように構成され、遮光膜５１２−６は、マイクロレンズ５１１−３の左側から中央部分まで覆うように構成されている。
【０２１６】
換言すれば、マイクロレンズ５１１−２の右側半分が開口された状態で構成され、マイクロレンズ５１１−３の右側半分が開口された状態で構成されている。
【０２１７】
フォトダイオード５１３−１は、図２７Ｃに示すように、横並びで配置されているマイクロレンズ５１１−１とマイクロレンズ５１１−４の下側に配置され、マイクロレンズ５１１−１とマイクロレンズ５１１−４を介して右方向から入射してきた光を受光するように構成されている。
【０２１８】
一方で、フォトダイオード５１３−２は、図２７Ｃに示すように、マイクロレンズ５１１−２とマイクロレンズ５１１−３の下側に配置され、マイクロレンズ５１１−２とマイクロレンズ５１１−３を介して左方向から入射してきた光を受光するように構成されている。
【０２１９】
このように、１単位画素が設けられる領域に、２つのフォトダイオード５１３−１とフォトダイオード５１３−２を設け、それぞれのフォトダイオード５１３上に、位相差検出用画素として機能させるための遮光膜５１２を設ける構成としても良い。また、このように構成したとき、１単位画素で、異なる方向からの光情報を取得することができるため、この単位画素で、位相差を検出する構成とすることも可能である。
【０２２０】
上記した遮光膜は、水平方向に設けられていたが、さらに、垂直方向にも設けても良い。図２８は、垂直方向に遮光膜を設けた場合の位相差検出用画素の断面を示す図である。以下の説明においては、垂直方向の遮光膜を、遮光壁と記述する。
【０２２１】
なお以下の説明においては、位相差検出用画素を例に挙げて説明するが、また1つのフォトダイオードに１つのマイクロレンズが設けられている例を挙げて説明するが、複数のマイクロレンズが設けられている場合や、撮像用画素に対しても、以下に説明する遮光壁を設けた構成とすることができる。
【０２２２】
遮光壁は、図２８に示すように、遮光膜５１２上に設けられる。図２８に示した位相差検出用画素は、遮光膜５１２−１がフォトダイオード５１３の中央部分まで設けられて、位相差検出用画素として機能させるための膜として設けられている。その遮光膜５１２−１上に、遮光壁５５１−１が設けられている。
【０２２３】
同様に、遮光膜５１２−２上に遮光壁５５１−２が設けられている。遮光壁５５１−１は、遮光膜５１２−１に対して垂直方向に設けられており、遮光壁５５１−２は、遮光膜５１２−２に対して垂直方向に設けられている。
【０２２４】
なお、図２８に示した例では、遮光壁５５１を遮光膜５１２上（マイクロレンズ５１１側）に設ける例を示したが、遮光膜５１２の下側（フォトダイオード５１３側）に設けても良い。また図２８に示した例では、遮光膜５１２や遮光壁５５１を線状で図示したが、遮光膜５１２や遮光壁５５１は、所定の厚さや大きさを有する膜（壁）として形成される。
【０２２５】
遮光壁５５１を設けることで、隣接する画素から漏れこんでくる光をより確実に遮光することが可能となる。
【０２２６】
図２９は、遮光壁を有する位相差検出用画素をマイクロレンズ５１１側から見たときの図である。図中、塗りつぶしで示したのは、遮光膜５１２であり、その遮光膜５１２上に白抜きで示したのが、遮光壁５５１である。
【０２２７】
遮光膜５１２−２上に設けられている遮光壁５５１−２は、四角形状に形成されている。この遮光壁５５１−２は、隣接する画素からの迷光成分が入り込まないように設けられている。
【０２２８】
遮光膜５１２−１上に設けられている遮光壁５５１−１は、湾曲した形状とされている。遮光壁５５１−１は、曲線形状であり、例えば、円弧であり、その円弧の内側が、開口部側に向くような形状とされている。遮光壁５５１−１は、隣接する画素からの迷光成分が入り込まないように設けられていると共に、入射された光を反射させることで、開口部に光が集光されやすいように設けられている。
【０２２９】
位相差検出用画素には、遮光膜５１２が設けられることで、開口部が小さく構成されているため、撮像用画素と比較して、感度が低くなってしまう。位相差検出用画素の感度を向上させる場合、開口部を通ってフォトダイオード５１３に入射する光の量を増やすことが考えられる。
【０２３０】
そこで、フォトダイオード５１３に入射する光の量（受光量）を増やすために、遮光壁５５１−１を曲線形状にし、開口部側に、遮光壁５５１−１で反射された光が集光されるような構成とする。
【０２３１】
このような遮光壁５５１を設けることで、隣接画素からの迷光成分を遮光することができるようになると共に、入射されてきた光を反射させ、集光効率を向上させ、感度を向上させることも可能となる。
【０２３２】
このような遮光壁は、例えば、図３０に示すように、開口部を囲むように連続的に形成されるようにしても良い。図３０に示した遮光壁５５１は、遮光膜５１２と同じく、フォトダイオード５１３を囲むように形成されている。
【０２３３】
図３０に示した遮光壁５５１のうち、位相差検出用画素として機能させるために設けられた遮光膜５１２−１上に設けられている部分は、湾曲形状に形成されているが、他の部分は、遮光膜５１２と同じく、直線形状に形成されている。
【０２３４】
直線形状に設けられている遮光壁５５１も、開口部に対して光を集光させることができる形状に形成されていても良い。
【０２３５】
このように、遮光壁５５１を形成することで、上下方向に配置されている隣接画素からの迷光成分を遮光することができる。
【０２３６】
なおここでは、位相差検出用画素を例に挙げて説明したが、撮像用画素に対しても遮光壁を設ける構成とすることができる。撮像用画素に遮光壁を設けた場合も、上記した位相差検出用画素と同じく、隣接画素からの迷光成分を遮光することができるとともに、入射された光を反射することで、集光性能を向上させることも可能となる。
【０２３７】
ここで、上述してきた位相差検出用画素と撮像用画素を同一の撮像面に配置する場合について説明を加える。
【０２３８】
図３１は、同一のサイズのマイクロレンズで位相差検出用画素と撮像用画素の両方を構成したときの画素を表す図である。図３１に示した例では、位相差検出用画素と撮像用画素の両方とも、１単位画素上に、４個のマイクロレンズが形成されている。
【０２３９】
図３１中、中央部分に位置している画素は、位相差検出用画素６０２であり、その周りを囲む画素は、撮像用画素６０１−１乃至６０１−８である。このように全ての画素において、マイクロレンズの大きさを同一とすることで、各マイクロレンズ間のコーナー部分に生じる隙間を小さくすることができる。
【０２４０】
図３２は、図３１に示した例と同じく、中央部分に位相差検出用画素６１２が配置され、その周りに撮像用画素６１１が配置されている例を示している。しかしながら、図３２に示した例では、撮像用画素６１１には、単位画素に１つのマイクロレンズが形成され、位相差検出用画素６１２には、単位画素に４個のマイクロレンズが形成されている。
【０２４１】
図３２に示すように、撮像用画素６１１と位相差検出用画素６１２がそれぞれ備えるマイクロレンズの数が異なる、換言すれば、撮像用画素６１１と位相差検出用画素６１２がそれぞれ備えるマイクロレンズの大きさが異なるように構成することも可能である。
【０２４２】
図３２に示すように構成した場合、撮像用画素６１１と位相差検出用画素６１２間のコーナー部分に生じる隙間が大きくなるが、その隙間を埋める工程を設けることで、隙間による影響を低減することが可能となる。
【０２４３】
なおここでは、図３２に示すように、撮像用画素６１１は、１個のマイクロレンズを備え、位相差検出用画素６１２は、４個のマイクロレンズを備える例を挙げて説明したが、撮像用画素６１１が、複数のマイクロレンズを備え、位相差検出用画素６１２が１個のマイクロレンズを備える構成とすることも可能である。
【０２４４】
このように、本技術は、位相差オートフォーカスを実現するための画素に対しても適用することが可能である。
【０２４５】
＜電子機器＞
本技術は、撮像素子への適用に限られるものではなく、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像素子や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に撮像素子を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に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。なお、電子機器に搭載されるモジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像素子とする場合もある。
【０２４６】
図３３は、本開示の電子機器の一例である撮像素子の構成例を示すブロック図である。図３３に示すように、本開示の撮像装置１０００は、レンズ群１００１等を含む光学系、撮像素子１００２、カメラ信号処理部であるＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示装置１００５、記録装置１００６、操作系１００７、および、電源系１００８等を有している。
【０２４７】
そして、ＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示装置１００５、記録装置１００６、操作系１００７、および、電源系１００８がバスライン１００９を介して相互に接続された構成となっている。ＣＰＵ１０１０は、撮像装置１０００内の各部を制御する。
【０２４８】
レンズ群１００１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像素子１００２の撮像面上に結像する。撮像素子１００２は、レンズ群１００１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子１００２として、先述した実施の形態に係る撮像素子を用いることができる。
【０２４９】
表示装置１００５は、液晶表示装置や有機ＥＬ(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子１００２で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置１００６は、撮像素子１００２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
【０２５０】
操作系１００７は、ユーザによる操作の下に、本撮像素子が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系１００８は、ＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示装置１００５、記録装置１００６、および、操作系１００７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【０２５１】
このような撮像装置１０００は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには、携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールに適用される。そして、この撮像装置１０００において、撮像素子１００２として先述した実施形態に係る撮像素子を用いることができる。
【０２５２】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【０２５３】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【０２５４】
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０２５５】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
【０２５６】
（１）
受光領域に形成された複数の単位画素と、
前記単位画素同士の境界部分に形成された遮光膜と、
前記単位画素毎に形成されたマイクロレンズと
を備え、
前記単位画素は、１.９８μｍ以上の略正方格子であり、
前記マイクロレンズは、前記単位画素毎に、一辺が１．９８μｍ未満の略正方形で、２以上の自然数の２乗個形成されている
撮像素子。
（２）
前記遮光膜は、前記マイクロレンズ同士の境界部分にも、さらに形成されている
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記マイクロレンズとフォトダイオードの間に、インナーレンズをさらに備え、
前記インナーレンズは、複数の前記マイクロレンズで集光された、複数の集光スポットの内、少なくても１つの集光スポットの主光線を、前記単位画素中心方向に向けて集光するように形成されている
前記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４）
位相差を検出することで、焦点を検出するための画素である
前記（１）に記載の撮像素子。
（５）
前記マイクロレンズの境界部分から略中央部分まで形成されている遮光膜をさらに備える
前記（４）に記載の撮像素子。
（６）
前記単位画素中に、異なる方向からの光情報を取得する受光部を含む
前記（４）に記載の撮像素子。
（７）
前記遮光膜に対して垂直方向に設けられる遮光壁をさらに備える
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の撮像素子。
（８）
受光領域に形成された複数の単位画素と、
前記単位画素同士の境界部分に形成された遮光膜と、
前記単位画素毎に形成されたマイクロレンズと
を備え、
前記単位画素は、１.９８μｍ以上の略正方格子であり、
前記マイクロレンズは、前記単位画素毎に、一辺が１．９８μｍ未満の略正方形で、２以上の自然数の２乗個形成されている
撮像素子を製造する
製造装置。
（９）
前記マイクロレンズを、熱メルトフロー法により形成する
前記（８）に記載の製造装置。
（１０）
前記マイクロレンズを、ドライエッチング法により形成する
前記（８）に記載の製造装置。
（１１）
受光領域に形成された複数の単位画素と、
前記単位画素同士の境界部分に形成された遮光膜と、
前記単位画素毎に形成されたマイクロレンズと
を備え、
前記単位画素は、１.９８μｍ以上の略正方格子であり、
前記マイクロレンズは、前記単位画素毎に、一辺が１．９８μｍ未満の略正方形で、２以上の自然数の２乗個形成されている
撮像素子と、
前記撮像素子から出力される信号に対して信号処理を行う信号処理部と
を備える電子機器。
【符号の説明】
【０２５７】
１３０  裏面照射型撮像素子，  １１１  フォトダイオード，  １２２  マイクロレンズ，  １４１  遮光膜
【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】
2015167219.tif 000012
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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