(57)【要約】【課題】撮像信号の解像度の低下を低減しつつ位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成することができる固体撮像装置およびカメラシステムを提供する。【解決手段】第1の基板210は、複数の光電変換部215を有する。第2の基板220は、第1の基板210と接続する貫通ビア226および複数の光電変換部225を有する。第3の基板230は、第2の基板220と接続するビア234，237および信号を処理する回路を有する。第1の基板210の配線213は、第1の基板210を透過し第2の基板220に入射する光線の角度を選択する。【選択図】図2
2013187475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第1の光電変換部を有する第1の基板と、
前記第1の基板と接続する第1の接続部および複数の第2の光電変換部を有する第2の基板と、
前記第2の基板と接続する第2の接続部および信号を処理する回路を有する第3の基板と、
前記第1の基板を透過し前記第2の基板に入射する光線の角度を選択する選択部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記選択部は、前記第1の基板に設けられ、光を遮蔽する材料で形成され、前記第1の基板に入射し前記第1の光電変換部を透過した光の一部のみを透過させる開口部を有する層であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記層は、前記第1の基板の配線を構成することを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
複数の第1の光電変換部を有する第1の基板と、
前記第1の基板と接続する接続部、複数の第2の光電変換部、および信号を処理する回路を有する第2の基板と、
前記第1の基板を透過し前記第2の基板に入射する光線の角度を選択する選択部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
前記選択部は、前記第1の基板または前記第2の基板に設けられ、光を遮蔽する材料で形成され、前記第1の基板に入射し前記第1の光電変換部を透過した光の一部のみを透過させる開口部を有する層であることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記層は、前記第1の基板または前記第2の基板の配線を構成することを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の数が同一であり、1つの前記第1の光電変換部のみを透過した光が1つの前記第2の光電変換部に入射することを特徴とする請求項1または請求項4に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第2の光電変換部の数が前記第1の光電変換部の数よりも少なく、複数の前記第1の光電変換部を透過した光が1つの前記第2の光電変換部に入射することを特徴とする請求項1または請求項4に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
請求項1または請求項4に記載の固体撮像装置を有することを特徴とするカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基板を有する固体撮像装置およびそれを備えたカメラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子スチルカメラなどが広く一般に普及している。これらのカメラには、CCD（Charge Coupled Device）型や増幅型の固体撮像装置が使用されている。増幅型の固体撮像装置は、光が入射する画素の光電変換部が生成・蓄積した信号電荷を、画素に設けられた増幅部に導き、増幅部が増幅した信号を画素から出力する。増幅型の固体撮像装置では、このような画素が二次元マトリクス状に複数配置されている。増幅型の固体撮像装置には、例えばCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを用いたCMOS型固体撮像装置等がある。
【０００３】
CMOS型固体撮像装置上で撮像信号を得るだけでなく、被写体から撮像光学系に入射し、撮像光学系の射出瞳における一対の部分領域（例えば左側・右側の瞳部分）を通過した光束を受光して各部分領域に対応する画素信号を生成する一対の光電変換部（フォトダイオード）を複数備え、位相差検出方式の焦点検出が可能な撮像素子の利用が例えば特許文献１で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６０３１４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、撮像信号を得るための光電変換部と、焦点検出用の信号を得るための光電変換部とが同一の平面に形成されているため、撮像信号を得るための光電変換部を有する画素の数が制限され、撮像信号の解像度が犠牲となる。また、焦点検出用の信号を得るための光電変換部を有する画素の数も制限される。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、撮像信号の解像度の低下を低減しつつ位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成することができる固体撮像装置およびカメラシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、複数の第1の光電変換部を有する第1の基板と、前記第1の基板と接続する第1の接続部および複数の第2の光電変換部を有する第2の基板と、前記第2の基板と接続する第2の接続部および信号を処理する回路を有する第3の基板と、前記第1の基板を透過し前記第2の基板に入射する光線の角度を選択する選択部と、を有することを特徴とする固体撮像装置である。
【０００８】
また、本発明の固体撮像装置において、前記選択部は、前記第1の基板に設けられ、光を遮蔽する材料で形成され、前記第1の基板に入射し前記第1の光電変換部を透過した光の一部のみを透過させる開口部を有する層であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の固体撮像装置において、前記層は、前記第1の基板の配線を構成することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、複数の第1の光電変換部を有する第1の基板と、前記第1の基板と接続する接続部、複数の第2の光電変換部、および信号を処理する回路を有する第2の基板と、前記第1の基板を透過し前記第2の基板に入射する光線の角度を選択する選択部と、を有することを特徴とする固体撮像装置である。
【００１１】
また、本発明の固体撮像装置において、前記選択部は、前記第1の基板または前記第2の基板に設けられ、光を遮蔽する材料で形成され、前記第1の基板に入射し前記第1の光電変換部を透過した光の一部のみを透過させる開口部を有する層であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の固体撮像装置において、前記層は、前記第1の基板または前記第2の基板の配線を構成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の固体撮像装置は、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の数が同一であり、1つの前記第1の光電変換部のみを透過した光が1つの前記第2の光電変換部に入射することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の固体撮像装置は、前記第2の光電変換部の数が前記第1の光電変換部の数よりも少なく、複数の前記第1の光電変換部を透過した光が1つの前記第2の光電変換部に入射することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記の固体撮像装置を有することを特徴とするカメラシステムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第1の基板と第2の基板の両方に光電変換部が配置されるので、撮像信号を得るための光電変換部と焦点検出用の信号を得るための光電変換部とが同一平面に配置される場合と比較して、撮像信号の解像度の低下を低減しつつ位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第1の実施形態によるカメラシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第1の実施形態によるカメラシステムが有する固体撮像装置の部分断面図である。
【図３】本発明の第1の実施形態によるカメラシステムが有する固体撮像装置の部分平面図である。
【図４】本発明の第1の実施形態によるカメラシステムが有する固体撮像装置の部分断面図である。
【図５】本発明の第1の実施形態によるカメラシステムが有する固体撮像装置の部分平面図である。
【図６】本発明の第1の実施形態によるカメラシステムが有する固体撮像装置の部分断面図である。
【図７】本発明の第2の実施形態によるカメラシステムが有する固体撮像装置の部分断面図である。
【図８】本発明の第3の実施形態によるカメラシステムが有する固体撮像装置の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
（第1の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図1は、本実施形態によるカメラシステムの構成を示している。本実施形態のカメラシステムは、撮像機能を有する電子機器であればよく、デジタルカメラのほか、デジタルビデオカメラ、内視鏡、携帯電話向けのカメラモジュール等であってもよい。図1に示すカメラシステムは、撮像レンズ101、固体撮像装置200、画像処理部103、制御部104、液晶モニタ105、記憶媒体106、操作入力部107を有している。
【００２０】
撮像レンズ101は、被写体からの光が形成する被写体像を、固体撮像装置200に配置された2次元の画素アレイ上に結像させる。固体撮像装置200は、多数の画素が配列された2次元の画素アレイ上に結像された被写体像に基づく信号（画像形成用の撮像信号および焦点検出用の信号）を出力する。画像処理部103は、固体撮像装置200から出力された撮像信号に対して、色信号処理、ゲイン処理、ホワイトバランス処理などの信号処理を施し、液晶モニタ105に表示または記憶媒体106に記憶できるフォーマットの信号に変換する機能を有する。また、画像処理部103は、固体撮像装置200から出力された焦点検出用の信号に基づいて、位相差検出方式による焦点検出を行う。
【００２１】
制御部104は、カメラシステム内の各部分と電気的に接続され、カメラシステムの制御を行う。制御部104の動作は、カメラシステムが内蔵するROMに格納されているプログラムに規定されている。制御部104は、このプログラムを読み出して、プログラムが規定する内容に従って、オートフォーカス等の各種の制御を行う。液晶モニタ105は、画像処理部103で処理された撮像信号に基づいて画像を表示する。記憶媒体106は、画像処理部103で処理された撮像信号に基づく画像データを記憶する。操作入力部107は、ユーザーが操作するボタンやスイッチ等を有する。操作入力部107を介して、ユーザーの操作結果が制御部104に信号として入力される。例えば、撮影モードの設定、静止画のシャッターレリーズ、動画撮影の開始および終了の指示が操作入力部107を介して行われる。
【００２２】
本実施形態のカメラシステムでは、固体撮像装置200によって、画像形成用の撮像信号と焦点検出用の信号とを得ることができ、焦点検出用の信号を得るために別のセンサーを設ける必要がないため、機器の構成を簡略化することができる。
【００２３】
図2は、固体撮像装置200の構成を断面図で示している。固体撮像装置200は、複数の光電変換部215（第1の光電変換部）が形成された第1の基板210と、複数の光電変換部225（第2の光電変換部）が形成された第2の基板220と、複数のMOSトランジスタが形成された第3の基板230とを有して構成されている。第1の基板210、第2の基板220、第3の基板230は、積層構造を有しており、互いの主面が向かい合うように重ねられ、貼り合わされている。図中の上側から光が入射されるようになっており、第1の基板210の表面には、被写体からの光を結像するマイクロレンズ240と、所定の色に対応したカラーフィルター250とが形成されている。
【００２４】
第1の基板210は、図2に示すように、光電変換部215が形成された半導体基板211と、絶縁膜212、配線213（選択部）、ビア214が形成された多層配線層とから構成されている。光電変換部215は、例えば、P型ウェル層に形成されたN型ウェルと、N型ウェルに接する領域であって、P型ウェル層の表面側に形成されたP＋型不純物領域とで構成される埋め込み型フォトダイオードである。
【００２５】
配線213は、絶縁膜212を介して積層され、ビア214によって各配線層を接続することで多層配線層を形成している。図2では配線213は4層の配線層を有する。配線213のうち1層の配線層は、第1の基板210に入射し光電変換部215を透過した光の一部のみを選択的に透過させるための開口部216を有し、残りの配線層は、開口部216に入射する光を遮らないように配置される。配線213は、第1の基板210内の信号の伝送や電源電圧あるいはグランド電圧の供給に使用されると共に、光の遮蔽層としても使用される。このため、配線213は、導電性を有し、光を遮蔽する特性を有する材料（例えば、アルミニウムや銅などの金属）で構成されている。
【００２６】
図3は、図2に示した固体撮像装置200の3画素分のみを平面的に見た状態を示している。配線213、開口部216、光電変換部215、マイクロレンズ240の平面的な位置関係は図3に示す通りである。光電変換部215は正方形状に形成され、マイクロレンズ240は、光電変換部215を覆うように円状に形成されている。開口部216は、縦に細長いスリット状に形成されている。
【００２７】
第2の基板220は、図2に示すように、光電変換部225、貫通ビア226（第1の接続部）が形成された半導体基板221と、絶縁膜222、配線223、ビア224，227とが形成された多層配線層とから構成されている。光電変換部225は、光電変換部215と同様に、例えば、フォトダイオードである。貫通ビア226は、第1の基板210のビア214に対して、第1の基板210と第2の基板220の界面で電気的に接続され、第2の基板220のビア224に対して、半導体基板211と絶縁膜222の界面で電気的に接続される。貫通ビア226は、半導体基板221とは絶縁されている。ビア227は半導体基板221に接続される。
【００２８】
配線223は、絶縁膜222を介して積層され、ビア224，227によって各配線層を接続することで多層配線層を形成している。図2では配線223は3層の配線層を有する。配線223は、第2の基板220内の信号の伝送や電源電圧あるいはグランド電圧の供給に使用されるため、導電性を有する材料（例えば、アルミニウムや銅などの金属）で構成されている。
【００２９】
第3の基板230は、図2に示すように、不純物領域235、ゲート236からなる複数のMOSトランジスタを有する半導体基板231と、絶縁膜232、配線233、ビア234，237（第2の接続部）が形成された多層配線層とから構成されている。配線233は、絶縁膜232を介して積層され、ビア234，237によって各配線層を接続することで多層配線層を形成している。図2では配線233は3層の配線層を有する。
【００３０】
配線233は、第3の基板230内の信号の伝送や電源電圧あるいはグランド電圧の供給に使用されるため、導電性を有する材料（例えば、アルミニウムや銅などの金属）で構成されている。ビア234とビア224は、第2の基板220と第3の基板230の界面で電気的に接続される。また、ビア237とビア227は、第2の基板220と第3の基板230の界面で電気的に接続される。
【００３１】
固体撮像装置200に入射した光は、マイクロレンズ240によって集光され、光電変換部215に入射する。この光は光電変換部215で光電変換され、光量に応じた信号が生成される。光電変換部215で生成された信号は、第1の基板210のビア214および多層配線層、第2の基板220の貫通ビア226、ビア224、および多層配線層を介して第3の基板230に伝送される。第3の基板230に伝送された信号は、第3の基板230のビア234および多層配線層を介して伝送され、第3の基板230のMOSトランジスタなどの回路で処理され撮像信号として出力される。
【００３２】
また、固体撮像装置200に入射した光のうち、第1の基板210の半導体基板211を透過した光は、開口部216を通過し、第2の基板220の光電変換部225に入射する。この光は光電変換部225で光電変換され、光量に応じた信号が生成される。開口部216によって、入射する光を2次元的に選択することは、固体撮像装置200に入射する光の光線角度を選択することと等しい。よって、光電変換部225で得られる信号は、固体撮像装置200に入射した光の光線角度に応じたものとなる。光電変換部225で生成された信号は、第2の基板220のビア227および多層配線層を介して第3の基板230に伝送される。第3の基板230に伝送された信号は、第3の基板230のビア237および多層配線層を介して伝送され、第3の基板230のMOSトランジスタなどの回路で処理され焦点検出用の信号として出力される。
【００３３】
図4は、図2に示した固体撮像装置200において、位相差検出方式の焦点検出用の対となる光電変換部225を含む2画素分のみの構成を断面図で示している。図5は、図2に示した固体撮像装置200において、位相差検出方式の焦点検出用の対となる光電変換部225を含む2画素分のみを平面的に見た状態を示している。左側の画素の配線213には開口部216-Lが形成され、右側の画素の配線213には開口部216-Rが形成されている。開口部216-Rと開口部216-Lは、それぞれの画素内の平面的な位置が左右対称となるように配置されている。固体撮像装置200の撮像面内では、開口部216-Rと開口部216-Lのように開口部216が左右対称あるいは上下対称な位置に配置された、対となる画素が複数個配置されている。これらの対となる画素の光電変換部225で生成された信号を焦点検出に用いることができる。
【００３４】
上記の固体撮像装置200では、固体撮像装置200を平面的に見て、第1の基板210の光電変換部215と同数の光電変換部225が第1の基板210の光電変換部215と同一位置に配置され、両者が1対1に対応付けられている。撮像面の各有効画素に1つずつ光電変換部215が配置されているものとすると、撮像面の有効画素数と同数の光電変換部225を配置することが可能となる。このため、被写体からの光が撮像面の有効画素領域のどこに結像される場合でも、焦点検出を行うことができる。
【００３５】
次に、本実施形態の変形例を説明する。図6は、本変形例に係る固体撮像装置201の構成を断面図で示している。図6に示す固体撮像装置201の構成は、上記の固体撮像装置200の第1の基板210を第1の基板260に置き換え、第2の基板220を第2の基板270に置き換えた構成となっている。
【００３６】
第1の基板260は、図6に示すように、光電変換部265が形成された半導体基板261と、絶縁膜262、配線263、ビア264が形成された多層配線層とから構成されている。配線263のうち1層の配線層は、第1の基板260に入射し光電変換部265を透過した光の一部のみを選択的に透過させるための開口部266を有し、残りの配線層は、開口部266に入射する光を遮らないように配置される。
【００３７】
第2の基板270は、図6に示すように、光電変換部275、貫通ビア276が形成された半導体基板271と、絶縁膜272、配線273、ビア274，277とで形成される多層配線層とから構成されている。上記の固体撮像装置200では、光電変換部265は光電変換部215と1対1で形成されていたのに対して、本変形例の固体撮像装置201では、2つの光電変換部265に対して、1つの光電変換部275が形成されている。
【００３８】
言い換えると、上記の固体撮像装置200では、光電変換部215および光電変換部225の数が同一であり、1つの光電変換部215のみを透過した光が1つの光電変換部225に入射する。これに対して、本変形例の固体撮像装置201では、光電変換部265の数が光電変換部275の数の2倍となっており、2つの光電変換部265を透過した光が1つの光電変換部275に入射する。
【００３９】
このため、本変形例の固体撮像装置201における光電変換部275の領域は上記の固体撮像装置200における光電変換部225の領域よりも大きい。このように光電変換部の領域を大きくすることにより、得られる信号のS/N比の向上を図ることができる。本実施形態では、光電変換部265と光電変換部275の数が2:1となる構成としたが、被写体のほぼ同一部分からの光が複数の光電変換部265を透過して同一の光電変換部275に入射すればよく、光電変換部265と光電変換部275の数の比率を上記以外の比率に変えてもよい。
【００４０】
本実施形態では、第2の基板220，270の光電変換部225，275に入射する光の光線角度を選択するための開口部216，266が形成された配線213，263は第1の基板210，260に形成されているが、これに代えて、同様の機能を有する層を第2の基板220，270に形成してもよい。
【００４１】
上述したように、本実施形態によれば、第1の基板210，260と第2の基板220，270の両方に光電変換部が配置されるので、撮像信号を得るための光電変換部と焦点検出用の信号を得るための光電変換部とが同一平面に配置される場合と比較して、撮像信号の解像度の低下を低減しつつ位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成することができる。また、光線角度を選択する層として配線213，263を用いることによって、半導体プロセスによって開口部216，266を容易に形成することができる。さらに、配線213，263に開口部216，266を形成することによって、光線角度を容易に選択することができる。
【００４２】
また、第1の基板210の光電変換部215と同数の光電変換部225を第2の基板220に配置し、両者を1対1に対応付けることによって、被写体からの光が撮像面の有効画素領域のどこに結像される場合でも、焦点検出を行うことができる。また、第1の基板260の光電変換部265の数を第2の基板270の光電変換部275の数よりも多くすることによって、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号のS/N比の向上を図ることができる。
【００４３】
（第2の実施形態）
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。本実施形態によるカメラシステムの構成は、図1における固体撮像装置200を図7に示す固体撮像装置300に置き換えた構成となる。
【００４４】
図7は、固体撮像装置300の構成を断面図で示している。固体撮像装置300は、複数の光電変換部315（第1の光電変換部）が形成された第1の基板310と、複数の光電変換部325（第2の光電変換部）および複数のMOSトランジスタが形成された第2の基板320とを有して構成されている。第1の基板310、第2の基板320は、積層構造を有しており、互いの主面が向かい合うように重ねられ、貼り合わされている。図中の上側から光が入射されるようになっており、第1の基板310の表面には、被写体からの光を結像するマイクロレンズ330と、所定の色に対応したカラーフィルター340とが形成されている。
【００４５】
第1の基板310は、図7に示すように、光電変換部315が形成された半導体基板311と、絶縁膜312、配線313（選択部）、ビア314が形成された多層配線層とから構成されている。光電変換部315は、例えば、P型ウェル層に形成されたN型ウェルと、N型ウェルに接する領域であって、P型ウェル層の表面側に形成されたP＋型不純物領域とで構成される埋め込み型フォトダイオードである。
【００４６】
配線313は、絶縁膜312を介して積層され、ビア314によって各配線層を接続することで多層配線層を形成している。図7では配線313は4層の配線層を有する。配線313のうち1層の配線層は、第1の基板310に入射し光電変換部315を透過した光の一部のみを選択的に透過させるための開口部316を有し、残りの配線層は、開口部316に入射する光を遮らないように配置される。配線313は、第1の基板310内の信号の伝送や電源電圧あるいはグランド電圧の供給に使用されると共に、光の遮蔽層としても使用される。このため、配線313は、導電性を有し、かつ、光を遮蔽する特性を有する材料（例えば、アルミニウムや銅などの金属）で構成されている。
【００４７】
第2の基板320は、図7に示すように、光電変換部325と、不純物領域326、ゲート327からなる複数のMOSトランジスタとを有する半導体基板321と、絶縁膜322、配線323、ビア324（接続部）が形成された多層配線層とから構成されている。光電変換部325は、光電変換部315と同様に、例えば、フォトダイオードである。配線323は、絶縁膜322を介して積層され、ビア324によって各配線層を接続することで多層配線層を形成している。図7では配線323は2層の配線層を有し、開口部316を通過した光を遮らないように配置される。
【００４８】
配線323は、第2の基板320内の信号の伝送や電源電圧あるいはグランド電圧の供給に使用されるため、導電性を有する材料（例えば、アルミニウムや銅などの金属）で構成されている。ビア324とビア314は、第1の基板310と第2の基板320の界面で電気的に接続される。
【００４９】
固体撮像装置300に入射した光は、マイクロレンズ330によって集光され、光電変換部315に入射する。この光は光電変換部315で光電変換され、光量に応じた信号が生成される。光電変換部315で生成された信号は、第1の基板310のビア314および多層配線層を介して第2の基板320に伝送される。第2の基板320に伝送された信号は、第2の基板320のビア324および多層配線層を介して伝送され、第2の基板320のMOSトランジスタなどの回路で処理され撮像信号として出力される。
【００５０】
また、固体撮像装置300に入射した光のうち、第1の基板310の半導体基板311を透過した光は、開口部316を通過し、第2の基板320の光電変換部325に入射する。この光は光電変換部325で光電変換され、光量に応じた信号が生成される。開口部316によって、入射する光を2次元的に選択することは、固体撮像装置300に入射する光の光線角度を選択することと等しい。よって、光電変換部325で得られる信号は、固体撮像装置300に入射した光の光線角度に応じたものとなる。光電変換部325で生成された信号は、第2の基板320の多層配線層を介して伝送され、第2の基板320のMOSトランジスタなどの回路で処理され焦点検出用の信号として出力される。
【００５１】
本実施形態では、第2の基板320の光電変換部325に入射する光の光線角度を選択するための開口部316が形成された配線313は第1の基板310に形成されているが、これに代えて、同様の機能を有する層を第2の基板320に形成してもよい。
【００５２】
上述したように、本実施形態によれば、第1の基板310と第2の基板320の両方に光電変換部が配置されるので、撮像信号を得るための光電変換部と焦点検出用の信号を得るための光電変換部とが同一平面に配置される場合と比較して、撮像信号の解像度の低下を低減しつつ位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成することができる。また、光線角度を選択する層として配線313を用いることによって、半導体プロセスによって開口部316を容易に形成することができる。さらに、配線313に開口部316を形成することによって、光線角度を容易に選択することができる。
【００５３】
また、第1の基板310の光電変換部315と同数の光電変換部325を第2の基板320に配置し、両者を1対1に対応付けることによって、被写体からの光が撮像面の有効画素領域のどこに結像される場合でも、焦点検出を行うことができる。
【００５４】
（第3の実施形態）
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。本実施形態によるカメラシステムの構成は、図1における固体撮像装置200を図8に示す固体撮像装置400に置き換えた構成となる。
【００５５】
図8は、固体撮像装置400の構成を断面図で示している。固体撮像装置400は、複数の光電変換部415（第1の光電変換部）が形成された第1の基板410と、複数の光電変換部425（第2の光電変換部）および複数のMOSトランジスタが形成された第2の基板420とを有して構成されている。第1の基板410、第2の基板420は、積層構造を有しており、互いの主面が向かい合うように重ねられ、貼り合わされている。図中の上側から光が入射されるようになっており、第1の基板410の表面には、被写体からの光を結像するマイクロレンズ430と、所定の色に対応したカラーフィルター440とが形成されている。
【００５６】
第1の基板410は、図8に示すように、光電変換部415が形成された半導体基板411と、絶縁膜412、配線413、ビア414が形成された多層配線層とから構成されている。光電変換部415は、例えば、P型ウェル層に形成されたN型ウェルと、N型ウェルに接する領域であって、P型ウェル層の表面側に形成されたP＋型不純物領域とで構成される埋め込み型フォトダイオードである。
【００５７】
配線413は、絶縁膜412を介して積層され、ビア414によって各配線層を接続することで多層配線層を形成している。図8では配線413は4層の配線層を有する。配線413は、第1の基板410に入射して光電変換部415を透過し、開口部428に入射する光を遮らないように配置される。配線413は、第1の基板410内の信号の伝送や電源電圧あるいはグランド電圧の供給に使用されると共に、光の遮蔽層としても使用される。このため、配線413は、導電性を有し、かつ、光を遮蔽する特性を有する材料（例えば、アルミニウムや銅などの金属）で構成されている。
【００５８】
第2の基板420は、図8に示すように、光電変換部425と、不純物領域426、ゲート427からなる複数のMOSトランジスタとを有する半導体基板421と、絶縁膜422、配線423（選択部）、ビア424（接続部）が形成された多層配線層とから構成されている。光電変換部425は、光電変換部415と同様に、例えば、フォトダイオードである。配線423は、絶縁膜422を介して積層され、ビア424によって各配線層を接続することで多層配線層を形成している。図8では配線423は2層の配線層を有する。
【００５９】
配線423のうち1層の配線層は、第1の基板410に入射し光電変換部415を透過した光の一部のみを選択的に透過させるための開口部428を有し、残りの配線層は、開口部428に入射する光を遮らないように配置される。配線423は、第2の基板420内の信号の伝送や電源電圧あるいはグランド電圧の供給に使用されると共に、光の遮蔽層としても使用されるため、導電性を有し、かつ、光を遮蔽する特性を有する材料（例えば、アルミニウムや銅などの金属）で構成されている。ビア424とビア414は、第1の基板410と第2の基板420の界面で電気的に接続される。
【００６０】
固体撮像装置400に入射した光は、マイクロレンズ430によって集光され、光電変換部415に入射する。この光は光電変換部415で光電変換され、光量に応じた信号が生成される。光電変換部415で生成された信号は、第1の基板410のビア414および多層配線層を介して第2の基板420に伝送される。第2の基板420に伝送された信号は、第2の基板420のビア424および多層配線層を介して伝送され、第2の基板420のMOSトランジスタなどの回路で処理され撮像信号として出力される。
【００６１】
また、固体撮像装置400に入射した光のうち、第1の基板410の半導体基板411を透過した光は第2の基板420に入射する。第2の基板420に入射した光は、開口部428を通過し、光電変換部425に入射する。この光は光電変換部425で光電変換され、光量に応じた信号が生成される。開口部428によって、入射する光を2次元的に選択することは、固体撮像装置400に入射する光の光線角度を選択することと等しい。よって、光電変換部425で得られる信号は、固体撮像装置400に入射した光の光線角度に応じたものとなる。光電変換部425で生成された信号は、第2の基板420の多層配線層を介して伝送され、第2の基板420のMOSトランジスタなどの回路で処理され焦点検出用の信号として出力される。
【００６２】
第2の実施形態の固体撮像装置300では、光電変換部315は光電変換部325と1対1で形成されていたのに対して、本実施形態の固体撮像装置400では、2つの光電変換部415に対して、1つの光電変換部425が形成されている。言い換えると、第2の実施形態の固体撮像装置300では、光電変換部315および光電変換部325の数が同一であり、1つの光電変換部315のみを透過した光が1つの光電変換部325に入射する。これに対して、本実施形態の固体撮像装置400では、光電変換部415の数が光電変換部425の数の2倍となっており、2つの光電変換部415を透過した光が1つの光電変換部425に入射する。
【００６３】
このため、本実施形態の固体撮像装置400における光電変換部425の領域は第2の実施形態の固体撮像装置300における光電変換部325の領域よりも大きい。このように光電変換部425の領域を大きくすることにより、得られる信号のS/N比の向上を図ることができる。本実施形態では、光電変換部415と光電変換部425の数が2:1となる構成としたが、被写体のほぼ同一部分からの光が複数の光電変換部415を透過して同一の光電変換部425に入射すればよく、光電変換部415と光電変換部425の数の比率を上記以外の比率に変えてもよい。
【００６４】
本実施形態では、第2の基板420の光電変換部425に入射する光の光線角度を選択するための開口部428が形成された配線423は第2の基板420に形成されているが、これに代えて、同様の機能を有する層を第1の基板410に形成してもよい。
【００６５】
上述したように、本実施形態によれば、第1の基板410と第2の基板420の両方に光電変換部が配置されるので、撮像信号を得るための光電変換部と焦点検出用の信号を得るための光電変換部とが同一平面に配置される場合と比較して、撮像信号の解像度の低下を低減しつつ位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成することができる。また、光線角度を選択する層として配線423を用いることによって、半導体プロセスによって開口部428を容易に形成することができる。さらに、配線423に開口部428を形成することによって、光線角度を容易に選択することができる。
【００６６】
また、第1の基板410の光電変換部415の数を第2の基板420の光電変換部425の数よりも多くすることによって、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号のS/N比の向上を図ることができる。
【００６７】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
101・・・撮像レンズ、103・・・画像処理部、104・・・制御部、105・・・液晶モニタ、106・・・記憶媒体、107・・・操作入力部、200，201，300，400・・・固体撮像装置、210，260，310，410・・・第1の基板、211，231，261，271，311，321，411，421・・・半導体基板、212，222，232，262，272，312，322，412，422・・・絶縁膜、213，223，233，263，273，313，323，413，423・・・配線、214，224，227，234，237，264，274，277，314，324，414，424・・・ビア、215，225，265，275，315，325，415，425・・・光電変換部、216，216-L，216-R，266，316，428・・・開口部、220，270，320，420・・・第2の基板、221・・・半導体基板、226，276・・・貫通ビア、230・・・第3の基板、235，326，426・・・不純物領域、236，327，427・・・ゲート、240，330，430・・・マイクロレンズ、250，340，440・・・カラーフィルター
【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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