(57)【要約】【課題】１つの画素内に複数の光電変換素子を有する固体撮像装置による焦点検出の精度を向上するための技術を提供する。【解決手段】複数の画素を有する固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板の受光面側に位置する導光構造とを備える。複数の画素の少なくとも１つは、焦点検出のための信号を生成するために複数の光電変換素子を半導体基板に有する。導光構造は、画素間の光路を規定する第１間隙と、複数の光電変換素子を有する画素内の光路を規定する第２間隙とを有する。第２間隙の半導体基板とは反対側の端と半導体基板の受光面との距離は、第１間隙の半導体基板とは反対側の端と半導体基板の受光面との距離よりも短い。【選択図】図２
2016031993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有する固体撮像装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に位置する導光構造とを備え、
前記複数の画素の少なくとも１つは、焦点検出のための信号を生成するために複数の光電変換素子を前記半導体基板に有し、
前記導光構造は、画素間の光路を規定する第１間隙と、前記複数の光電変換素子を有する画素内の光路を規定する第２間隙とを有し、
前記第２間隙の前記半導体基板とは反対側の端と前記半導体基板の前記受光面との距離は、前記第１間隙の前記半導体基板とは反対側の端と前記半導体基板の前記受光面との距離よりも短いことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
複数の画素を有する固体撮像装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に位置する導光構造とを備え、
前記複数の画素の少なくとも１つは、焦点検出のための信号を生成するために複数の光電変換素子を前記半導体基板に有し、
前記導光構造は、画素間の光路を規定する第１間隙と、前記複数の光電変換素子を有する画素内の光路を規定する第２間隙とを有し、
前記第１間隙の幅は、前記第２間隙の幅よりも広いことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１間隙の前記半導体基板とは反対側の端は、金属層によって塞がれてい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】
前記第２間隙の前記半導体基板とは反対側の端は、前記半導体基板から遠ざかる方に凸の形状を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２間隙は、前記半導体基板の前記受光面に対する平面視において第１の方向に延びた第１部分と、前記平面視において前記第１の方向とは異なる第２の方向に延びた第２部分とを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの画素は、第１画素と第２画素とを含み、
前記第１画素の光路を規定する前記第２間隙は、前記半導体基板の前記受光面に対する平面視において第１方向に延びており、
前記第２画素の光路を規定する前記第２間隙は、前記平面視において前記第１方向とは異なる第２方向に延びていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１間隙は複数の絶縁層に渡って形成されており、前記第１間隙の側面は複数の絶縁層の境界において滑らかであることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１間隙の前記半導体基板側の端と、前記第２間隙の前記半導体基板側の端とは、前記半導体基板の前記受光面から同じ高さにあることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記導光構造は、前記複数の画素ごとにオンチップレンズを更に有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記導光構造は、配線層と、層間絶縁層とを更に有し、
前記第１間隙及び前記第２間隙は前記層間絶縁層に含まれることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第２間隙の前記半導体基板とは反対側の端と、前記配線層の何れかの端とは、前記半導体基板の前記受光面から同じ高さにあることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記半導体基板の前記受光面とは反対側の第２面側に、配線層と、層間絶縁層とを更に有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
複数の画素を有する固体撮像装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に位置する導光構造と、
前記半導体基板の前記受光面とは反対側に位置する配線層及び層間絶縁層とを備え、
前記複数の画素の少なくとも１つは、焦点検出のための信号を生成するために複数の光電変換素子を前記半導体基板に有し、
前記導光構造は、各画素の光路を規定する第１間隙を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置によって得られた信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置及びカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の固体撮像装置は一部の画素に焦点検出用の画素を有する。焦点検出用の画素は複数の光電変換素子を有しており、当該画素の上に配されたマイクロレンズの相異なる領域を追加した光をこれらの光電変換素子で別々に検知する。複数の光電変換素子で得られた信号に基づいて三角測量による焦点検出が行われる。特許文献１の固体撮像装置では、半導体基板の上に形成された層間絶縁層が、複数の画素を互いに分離するための間隙と、平面視において１つの焦点検出用画素内の複数の光電変換素子を互いに分離するための間隙を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５８８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の画素を分離するための間隙と、１つの画素内の複数の光電変換素子を分離するための間隙とが、互いに等しい高さ及び幅を有する。発明者は、このような構成では焦点検出を精度よく行うことが困難であることを見出した。本発明は、１つの画素内に複数の光電変換素子を有する固体撮像装置による焦点検出の精度を向上するための技術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】
【０００５】
上記課題に鑑みて、第１側面では、複数の画素を有する固体撮像装置であって、半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に位置する導光構造とを備え、前記複数の画素の少なくとも１つは、焦点検出のための信号を生成するために複数の光電変換素子を前記半導体基板に有し、前記導光構造は、画素間の光路を規定する第１間隙と、前記複数の光電変換素子を有する画素内の光路を規定する第２間隙とを有し、前記第２間隙の前記半導体基板とは反対側の端と前記半導体基板の前記受光面との距離は、前記第１間隙の前記半導体基板とは反対側の端と前記半導体基板の前記受光面との距離よりも短いことを特徴とする固体撮像装置が提供される。第２側面では、複数の画素を有する固体撮像装置であって、半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に位置する導光構造とを備え、前記複数の画素の少なくとも１つは、焦点検出のための信号を生成するために複数の光電変換素子を前記半導体基板に有し、前記導光構造は、画素間の光路を規定する第１間隙と、前記複数の光電変換素子を有する画素内の光路を規定する第２間隙とを有し、前記第１間隙の幅は、前記第２間隙の幅よりも広いことを特徴とする固体撮像装置が提供される。第３側面では、複数の画素を有する固体撮像装置であって、半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に位置する導光構造と、前記半導体基板の前記受光面とは反対側に位置する配線層及び層間絶縁層とを備え、前記複数の画素の少なくとも１つは、焦点検出のための信号を生成するために複数の光電変換素子を前記半導体基板に有し、前記導光構造は、各画素の光路を規定する第１間隙を有することを特徴とする固体撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
上記手段により、１つの画素内に複数の光電変換素子を有する固体撮像装置による焦点検出の精度を向上するための技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】一部の実施形態の固体撮像装置の平面図。
【図１Ｂ】図１Ａの固体撮像装置の断面図。
【図２】他の一部の実施形態の固体撮像装置の断面図。
【図３】他の一部の実施形態の固体撮像装置の断面図。
【図４】図１Ａの固体撮像装置の変形例を説明する図。
【図５】図１Ａの固体撮像装置の他の変形例を説明する図。
【図６Ａ】一部の実施形態の固体撮像装置の平面図。
【図６Ｂ】図６Ａの固体撮像装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。以下に説明する実施形態は、固体撮像装置に関し、特にデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどに用いられる固体撮像装置に関する。
【０００９】
＜第１実施形態＞
本実施形態の固体撮像装置１０を、図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは固体撮像装置１０の一部を模式的に示す概略平面図である。この平面図は、固体撮像装置１０が有する半導体基板１３０の表面（受光面）に対する平面視を示す。図１Ｂは図１Ａ中のＡ−Ａ´に沿った概略断面図である。固体撮像装置１０は２次元アレイ状に配された複数の画素により構成される画素アレイを有する。図１Ａでは複数の画素のうちの４つの画素１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃに着目する。図１Ｂではこれらの４つの画素のうちの１つの画素１００と、画素１００に隣接する画素の一部分とに着目する。画素１００ａ，１００ｂ，１００ｃや図示していない他の画素は画素１００と同様の構造を有していてもよいし、他の構造を有していてもよい。
【００１０】
図１Ａに示すように、画素１００は２つの受光領域１０２，１０３と、配線領域１０４とを有する。受光領域１０２，１０３は入射した光に応じた電荷を生じる領域である。配線領域１０４は導電パターンやプラグなどが配された領域である。受光領域１０２，１０３のそれぞれで得られた信号によって、位相差検出方式による焦点検出が行われる。画素１００に内接してオンチップレンズ１０１が配置されている。オンチップレンズ１０１は画素１００に外接するような配置にしてもよい。この場合に、レンズ間ギャップがない集光能力の高いレンズをオンチップレンズ１０１として用いることができる。
【００１１】
固体撮像装置１０の画素１００は、断面図において、図１Ｂに示すように、例えばｎ型シリコン基板である半導体基板１３０と、半導体基板１３０の受光面側に位置する導光構造１８０とを有する。半導体基板１３０に表面側にｐ型のウエル層１３１が形成されている。ウエル層１３１にｎ型の電荷蓄積部１３２が形成されている。電荷蓄積部１３２のうち、画素１００に含まれる部分が電荷蓄積部１３３及び電荷蓄積部１３４となる。電荷蓄積部１３３及び電荷蓄積部１３４の上には高濃度のｐ型層１３５が配されている。ｎ型の電荷蓄積部１３３と、その周囲にあるｐ型の半導体領域とによって光電変換素子であるフォトダイオードが構成される。このフォトダイオードが図１の受光領域１０２に対応する。電荷蓄積部１３４についても同様である。
【００１２】
半導体基板１３０には、画素１００と、画素１００に隣接する画素との間に、ｐ型の画素間分離部１３６が配されている。画素間分離部１３６によって異なる画素に含まれるフォトダイオードが分離される。また、半導体基板１３０には、電荷蓄積部１３３と電荷蓄積部１３４との間に画素内分離部１３７が配されている。画素内分離部１３７によって画素１００内の２つのフォトダイオードが分離される。画素内分離部１３７のポテンシャルは画素間分離部１３６のポテンシャルよりも低くてもよい。図示していないが、ｐ型のウエル層１３１には、フォトダイオードの電荷を転送し、駆動するためのトランジスタやフローティングディフュージョン層が形成されている。
【００１３】
図１Ｂに示すように、半導体基板１３０の上には、ゲート絶縁膜等を含む絶縁層１４０と、例えばシリコン酸化膜である１つ以上の層間絶縁層１４１，１４２，１４３と、保護膜１４４とが下側（半導体基板１３０側）から順に形成されている。図示していないが、ゲート絶縁膜上には前述したトランジスタのゲート電極等が形成されている。また、層間絶縁層１４１，１４２，１４３には例えば銅を主成分とした配線層１５０，１５２と、例えばアルミニウムを主成分とした配線層１５４とが配されている。これにより画素の信号が伝達される。この配線層１５０，１５２、１５４は前述した配線領域１０４内に配されている。配線層１５０，１５２に銅配線を用いる場合は、銅の拡散防止層１５１，１５３が配されてもよい。拡散防止層１５１，１５３は前述した受光領域１０２，１０３において選択的に除去されてもよい。保護膜１４４の上に、平坦化層１６０と、カラーフィルタ１６１，１６２と、平坦化層１６３と、オンチップレンズ１０１とが設けられている。これらの半導体基板１３０の上に形成された部材によって、導光構造１８０が構成される。
【００１４】
固体撮像装置１０の画素１００は、導光構造１８０に、間隙１１０と間隙１２０とを有する。図１Ａに示すように、間隙１１０は、平面視において、画素１００の受光領域１０２，１０３と、他の画素の受光領域との間に配されている。より具体的に、間隙１１０は、受光領域１０２，１０３と配線領域１０４との間に配されている。間隙１１０は、平面視において、受光領域１０２，１０３の外周を全周的に囲む。このように、間隙１１０は、複数の画素の画素間の光路を規定する。間隙１２０は、画素１００の受光領域１０２と受光領域１０３との間に配されている。間隙１２０によって受光領域１０２と受光領域１０３とが分割されている。間隙１２０の両端は間隙１１０に接している。従って、受光領域１０２，１０３はそれぞれ、間隙１１０及び間隙１２０によって全周的に囲まれている。このように、間隙１２０は、画素１００の画素内の光路を規定する。
【００１５】
図１Ｂに示すように、間隙１１０は、３つの層間絶縁層１４１〜１４３にわたって形成されている。すなわち、間隙１１０の下端は層間絶縁層１４１の下面と同じ高さにあり、間隙１１０の上端は層間絶縁層１４３の上面と同じ高さにある。ここで、「高さ」とは半導体基板１３０の表面からの距離のことである。以下の高さに関する説明においても同様である。また、間隙１１０の上端とは、間隙１１０の端のうち、半導体基板１３０とは反対側にある端のことであり、間隙１１０の下端とは、間隙１１０の端のうち、半導体基板側にある端のことである。半導体基板１３０の上に位置する他の部材の上端、下端についても同様である。間隙１２０は、１つの層間絶縁層１４１に形成されている。すなわち、間隙１２０の下端は層間絶縁層１４１の下面と同じ高さにあり、間隙１２０の上端は層間絶縁層１４１の上面と同じ高さにある。また、間隙１２０の上端は、配線層１５０の上面とも同じ高さにある。このように、間隙１２０の上端の高さは間隙１１０の上端の高さよりも低い。
【００１６】
間隙１１０，１２０は、空気又は不活性ガスを含むガスで充填されていてもよいし、真空であってもよい。本実施形態において、間隙１１０の上端は、保護膜１４４によって塞がれている。また、間隙１２０の上端は層間絶縁層１４２によって塞がれている。しかしながら、他の層間絶縁層、または別の層で間隙１１０，１２０が塞がれてもよい。間隙１１０，１２０の側面は滑らかな面であってもよい。ここで、「滑らかな面」とは、複数の層間絶縁層の境界において段差や角など有していない面のことをいう。具体的に、間隙１１０，１２０の側面は図１Ｂに示すように平面であってもよいし、滑らかな曲面であってもよい。
【００１７】
画素１００に第１の方向から入射した光束１７０は、電荷蓄積部１３３を含むフォトダイオードに導かれ、画素１００に第２の方向から入射した光束１７１は、電荷蓄積部１３４を含むフォトダイオードに導かれる。その際に、オンチップレンズ１０１により収束された成分は、間隙１１０により、画素１００内に閉じ込められる。また、間隙１２０により、第１の方向から入射した光束１７０の成分と、第２の方向から入射した光束１７１の成分とは、電荷蓄積部１３３側と電荷蓄積部１３４側とに分けられる。本実施形態において、間隙１１０の上端は、層間絶縁層１４３の上面と同じ高さにあるため、画素１００に入射した光が画素１００以外の画素に漏れにくくなっている。また、間隙１２０の上端は、間隙１１０の上端よりも低い位置にあるため、第１の方向から入射した光束１７０の成分と、第２の方向から入射した光束１７１の成分とを、電荷蓄積部１３３側と電荷蓄積部１３４側とに効率よく分けることができる。これにより、画素間のクロストークを抑制でき、高精度な焦点検出を行うことが可能となる。
【００１８】
本実施形態で説明した画素１００は、固体撮像装置１０のすべての画素に適用してもよい。これに代えて、画素１００を固体撮像装置１０の一部の画素のみに適用し、他の画素は１つの受光領域のみを有していてもよい。１つの受光領域のみを有する画素は通常の信号処理を行い、焦点検出を行わない。このような画素は、間隙１２０及び画素内分離部１３７を有していなくてもよい。
【００１９】
上述の例では、間隙１１０が３つの層間絶縁層にわたって配されたが、２つの層間絶縁層にわたって配されてもよい。また、上述の例では、間隙１２０が１つの層間絶縁層に配されたが、２つの層間絶縁層にわたって配されてもよい。いずれにせよ。間隙１２０の上端が間隙１１０の上端よりも低い位置にあればよい。
【００２０】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の固体撮像装置を、図２を用いて説明する。この固体撮像装置は画素１００の代わりに画素２００を有する点で固体撮像装置１０と異なり、他の点は同様であってもよい。また、画素２００は、間隙１１０，１２０及び配線層１５４を有する導光構造１８０の代わりに、間隙２１０，２２０及び配線層１５４を有する導光構造２８０を有する点で画素１００と異なり、他の点は同様であってもよい。本実施形態の固体撮像装置の平面図は、図１Ａと同様であるが、後述するように間隙２１０，２２０の幅が間隙１１０，１２０とは異なる。間隙２１０，２２０の幅は間隙２１０，２２０の上端の付近で測定してもよいし、下端の付近で測定してもよいし、他の位置で測定してもよい。間隙２１０，２２０の半導体基板１３０からの高さが同じ位置で測定してもよい。
【００２１】
図２は図１Ｂに対応する位置における本実施形態の固体撮像装置の概略断面図である。間隙２２０の上端の高さは、間隙２１０の上端の高さに等しい。具体的に、両方とも、層間絶縁層１４３の高さに一致する。また、間隙２２０の幅は、間隙２１０の幅よりも狭い。間隙２１０の幅は、間隙２１０の任意の位置で一定であってもよい。同様に、間隙２２０の幅は、間隙２２０の任意の位置で一定であってもよい。
【００２２】
間隙２２０の上端の高さが間隙２１０の上端の高さに等しいので、第１の方向から入射した光束１７０の成分と、第２の方向から入射した光束１７１の成分とが間隙２２０の上端の高さで分離するように、曲率を大きなオンチップレンズ２０１が用いられる。このような場合は、間隙２１０から別の画素に漏れこむ成分が増える。そのため、間隙２１０の幅を間隙２２０の幅よりも大きくしている。第２の間隙２２０の幅は例えば１００ｎｍ以下である。この大きさであれば、間隙２２０の上端で光が反射することによる入射光量の低下や迷光の発生を許容できる。また、この大きさであれば、間隙２２０の上端から保護膜１４４の材料が侵入することを抑制できる。
【００２３】
間隙２１０の幅は例えば２００ｎｍ程度である。この大きさであれば、可視光線の帯域の光を十分に分離することができる。間隙２１０の上端を塞ぐ材料は金属であってもよい。材料が金属であれば、間隙２１０内に材料が侵入しても光の分離機能が損なわれない。本実施形態においては、間隙２１０の上端は、配線層２５４によって塞がれている。本実施形態でも、画素間のクロストークを抑制でき、高精度な焦点検出を行うことが可能となる。
【００２４】
＜第３実施形態＞
第３実施形態の固体撮像装置を、図３を用いて説明する。この固体撮像装置は画素２００の代わりに画素３００を有する点で第２実施形態の固体撮像装置と異なり、他の点は同様であってもよい。また、画素３００は、間隙２２０を有する導光構造２８０の代わりに、間隙３２０を有する導光構造３８０を有する点で画素２００と異なり、他の点は同様であってもよい。本実施形態では、間隙３２０の上端の高さが間隙２１０の上端の高さよりも低い。また、間隙３２０の幅は間隙２１０の幅よりも狭い。すなわち、本実施形態は、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた実施形態であるといえる。そのため、これらの実施形態で説明した事項は、本実施形態でも同様に当てはまる。本実施形態でも、画素間のクロストークを抑制でき、高精度な焦点検出を行うことが可能となる。
【００２５】
＜第１変形例＞
上述の第１実施形態の固体撮像装置１０の第１変形例を、図４を用いて説明する。ここで言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第１実施形態における間隙１２０の上端は平坦であった。本変形例では、間隙１２０の代わりに間隙４２０を有する。間隙４２０の上端は上に（すなわち、半導体基板１３０から遠ざかる方向に）凸の形状を有する。
【００２６】
以下、このような形状を有する間隙４２０の製造方法を説明する。まず平坦な層間絶縁層１４１を成膜した後、層間絶縁層１４１の所定の場所以外をレジストで保護し、ドライエッチングにより層間絶縁層１４１に溝を形成する。その後、層間絶縁層１４２を化学気相成長法により、例えば基板温度：３９０℃、ガス圧力：３６０Ｐａ、印加電力：７２０Ｗ、反応ガス比率：テトラエトキシシラン／酸素＝１／１０の条件で成膜する。これにより、上端が上に凸の形状を有する間隙４２０が形成される。また、例えば基板温度：４１０℃、ガス圧力：５００Ｐａ、印加電力：８００Ｗ、反応ガス比率：モノシラン／アンモニア／亜酸化窒素／窒素＝１／１／１／４０の条件で層間絶縁層１４２を形成してもよい。さらに、及び基板温度：４１０℃、ガス圧力：６００Ｐａ、印加電力：１２００Ｗ、反応ガス比率：モノシラン／アンモニア／窒素＝２／１／２０の条件で層間絶縁層１４２を形成してもよい。このような条件でも、上端が上に凸の形状を有する間隙４２０が形成される。
【００２７】
このように間隙４２０の上端が上に凸の形状を有することによって、間隙４２０の上端における光の反射を低減し、入射光量の低下や迷光の発生を抑制することができる。また、間隙１２０だけでなく、間隙１１０の上端も上に凸の形状を有するようにしてもよい。第１変形例は、第２実施形態や第３実施形態にも適用可能である。
【００２８】
＜第２変形例＞
上述の第１実施形態の固体撮像装置１０の第２変形例を、図５を用いて説明する。ここで言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第１実施形態において、固体撮像装置１０の画素１００は２つの受光領域１０２，１０３を有する。第２変形例の固体撮像装置は、画素１００の代わりに、図５（ａ）に示す画素５００を有する。図５（ａ）は画素５００を模式的に示す概略平面図を示す。画素５００の断面構造は画素１００の断面構造と同様のため、重複する説明を省略する。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、画素５００は４つ受光領域５３０〜５３３と、配線領域１０４とを有する。受光領域５３０〜５３３は入射した光に応じた電荷を生じる領域である。受光領域５３０〜５３３のそれぞれで得られた信号によって焦点検出が行われる。受光領域５３０〜５３３にはフォトダイオード５４０〜５４３が１対１に配置されている。
【００３０】
画素５００は、１つ以上の層間絶縁層１４１，１４２，１４３に、間隙５１０と間隙５２０，５２１とを有する。図５（ａ）に示すように、間隙５１０は、平面視において、画素５００の受光領域５３０〜５３３と、他の画素の受光領域との間に配されている。より具体的に、間隙５１０は、受光領域５３０〜５３３と配線領域１０４との間に配されている。間隙５１０は、平面視において、受光領域５３０〜５３３の外周を全周的に囲む。
【００３１】
間隙５２０は、画素アレイの列方向（図面の上下方向）に延びており、受光領域５３０〜５３３のうち列方向に隣接した２つの受光領域の間に位置し、両領域を分離する。間隙５２０の両端は間隙５１０に接している。間隙５２１は、画素アレイの行方向（図面の左右方向）に延びており、受光領域５３０〜５３３のうち行方向に隣接した２つの受光領域の間に位置し、両領域を分離する。間隙５２１の両端は間隙５１０に接している。
【００３２】
第１実施形態と同様に、間隙５２０，５２１の上端の高さは、間隙５１０の上端の高さよりも低い。間隙５２０の上端の高さと間隙５２１の上端の高さとは互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。画素５００のような構成であれば、２方向の焦点検出が可能となる。
【００３３】
固体撮像装置の有する複数の画素は、画素５００を含む代わりに、図５（ｂ）に示す画素５０１と図５（ｃ）に示す画素５０２とを含んでもよい。画素５０１は、間隙５２１を含まない点で画素５００と異なり、他の点は同様であってもよい。画素５０１は、間隙５２０によって分割された２つの受光領域５３４，５３５を有する。従って、画素アレイの行方向の焦点検出が可能となる。画素５０２は、間隙５２０を含まない点で画素５００と異なり、他の点は同様であってもよい。画素５０２は、間隙５２１によって分割された２つの受光領域５３６，５３７を有する。従って、画素アレイの列方向の焦点検出が可能となる。このように、固体撮像装置が画素５０１と画素５０２との両方を有することによって、画素５００を有していなくても、２方向の焦点検出が可能となる。焦点検出を行わない画素も４つのフォトダイオードを有するように構成することによって、焦点検出方向が異なる画素と、焦点検出を行わない画素と行う画素との構成の差を低減してもよい。第２変形例は、第２実施形態や第３実施形態にも適用可能である。また、第１変形例と合わせて第２変形例を適用してもよい。
【００３４】
＜第４実施形態＞
本実施形態の固体撮像装置６０を、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａは固体撮像装置６０の一部を模式的に示す概略平面図である。この平面図は、固体撮像装置６０が有する半導体基板６３０の表面（受光面）に対する平面視を示す。図６Ｂは図６Ａ中のＢ−Ｂ´に沿った概略断面図である。固体撮像装置６０は２次元アレイ状に配された複数の画素により構成される画素アレイを有する。図６Ａでは複数の画素のうちの４つの画素６００，６００ａ，６００ｂ，６００ｃに着目する。図６Ｂではこれらの４つの画素のうちの１つの画素６００と、画素６００に隣接する画素の一部分とに着目する。画素６００ａ，６００ｂ，６００ｃや図示していない他の画素は画素６００と同様の構造を有していてもよいし、他の構造を有していてもよい。固体撮像装置６０はいわゆる裏面照射型の固体撮像装置である。
【００３５】
図６Ａに示すように、画素６００は２つの受光領域６０２，６０３を有する。受光領域６０２，６０３は入射した光に応じた電荷を生じる領域である。配線領域６０４は導電パターンやプラグなどが配された領域である。受光領域６０２，６０３のそれぞれで得られた信号によって焦点検出が行われる。画素６００に内接してオンチップレンズ６０１が配置されている。オンチップレンズ６０１は画素６００に外接するような配置にしてもよい。この場合に、レンズ間ギャップがない集光能力の高いレンズをオンチップレンズ６０１として用いることができる。
【００３６】
固体撮像装置６０の画素６００は、断面図において、図６Ｂに示すように、例えばｎ型シリコン基板である半導体基板６３０と、半導体基板６３０の下面側に位置する導光構造６８０とを有する。半導体基板６３０に表面側にｐ型のウエル層６３１が形成されている。ウエル層６３１にｎ型の電荷蓄積部６３２が形成されている。電荷蓄積部６３２のうち、画素６００に含まれる部分が電荷蓄積部６３３及び電荷蓄積部６３４となる。電荷蓄積部６３３及び電荷蓄積部６３４の上には高濃度のｐ型層６３５が配されている。ｎ型の電荷蓄積部６３３と、その周囲にあるｐ型の半導体領域とによって光電変換素子であるフォトダイオードが構成される。このフォトダイオードが図６Ａの受光領域６０２に対応する。電荷蓄積部６３４についても同様である。
【００３７】
半導体基板６３０には、画素６００と、画素６００に隣接する画素との間に、ｐ型の画素間分離部６３６が配されている。画素間分離部６３６によって異なる画素に含まれるフォトダイオードが分離される。また、半導体基板６３０には、電荷蓄積部６３３と電荷蓄積部６３４との間に画素内分離部６３７が配されている。画素内分離部６３７によって画素６００内の２つのフォトダイオードが分離される。画素内分離部６３７のポテンシャルは画素間分離部６３６のポテンシャルよりも低くてもよい。図示していないが、ウエル層６３１には、フォトダイオードの電荷を転送し、駆動するためのトランジスタやフローティングディフュージョン層が形成されている。
【００３８】
図６Ｂに示すように、半導体基板６３０の上には、ゲート絶縁膜等を含む絶縁層６４０と、例えばシリコン酸化膜である１つ以上の層間絶縁層６４１，６４２，６４３と、保護膜６４４とが下側（半導体基板６３０側）から順に形成されている。図示していないが、ゲート絶縁膜上には前述したトランジスタのゲート電極等が形成されている。また、層間絶縁層６４１，６４２，６４３には例えば銅を主成分とした配線層６５０，６５２と、例えばアルミニウムを主成分とした配線層６５４とが配されている。これにより画素の信号が伝達される。配線層６５０，６５２に銅配線を用いる場合は、銅の拡散防止層６５１，６５３が配されてもよい。保護膜６４４の上にはハンドル基板６７２が貼り合わされている。
【００３９】
半導体基板６３０の裏面は、半導体基板６３０の厚さが例えば３μｍになるように研磨された後、高濃度のｐ型層６７４が形成される。図６Ｂに示すように、半導体基板６３０の裏面には反射防止膜等を含む絶縁層６８４と、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁層６８１，６８２，６８３が半導体基板６３０側から順に形成されている。絶縁層６８１〜６８３は例えば有機膜で形成されてもよい。また、絶縁層６８１〜６８３は何層で形成されてもよい。絶縁層６８３の下側（光入射側）には、平坦化層６６０、カラーフィルタ６６１，６６２、平坦化層６６３、オンチップレンズ６０１が設けられている。これらの半導体基板６３０の下に形成された部材によって、導光構造６８０が構成される。カラーフィルタ６６１とカラーフィルタ６６２との間には間隙６９１が設けられている。絶縁層６８１，６８２の厚さの合計は、例えば１μｍ以上であってもよい。この厚さを有することによって、裏面照射側の固体撮像装置であっても、高精度な焦点検出を行うことが可能である。
【００４０】
固体撮像装置６０の画素６００は、導光構造６８０に、間隙６１０と間隙６２０とを有する。図６Ａに示すように、間隙６１０は、平面視において、画素６００の受光領域６０２，６０３と、他の画素の受光領域との間に配されている。より具体的に、間隙６１０は格子形状を有し、各格子に１つの画素の受光領域が含まれる。間隙６１０は、平面視において、受光領域６０２，６０３の外周を全周的に囲む。このように、間隙６１０は、複数の画素の画素間の光路を規定する。間隙６２０は、画素６００の受光領域６０２と受光領域６０３との間に配されている。間隙６２０によって受光領域６０２と受光領域６０３とが分割されている。間隙６２０の両端は間隙６１０に接している。従って、受光領域６０２，６０３はそれぞれ、間隙６１０及び間隙６２０によって全周的に囲まれている。このように、間隙６２０は、画素６００の画素内の光路を規定する。
【００４１】
図６Ｂに示すように、間隙６１０は、２つの絶縁層６８１〜６８２にわたって形成されている。すなわち、間隙６１０の下端は絶縁層６８２の下面と同じ高さにあり、間隙６１０の上端は絶縁層６８１の上面と同じ高さにある。ここで、間隙６１０の端のうち、図面において上側（絶縁層６８１〜６８２からみて半導体基板６３０側）の端を上端と呼び、図面において下側（絶縁層６８１〜６８２からみて半導体基板６３０とは反対側）の端を下端と呼ぶ。半導体基板６３０の下に位置する他の部材の上端、下端についても同様である。「高さ」とは半導体基板６３０の表面からの距離である。以下の高さに関する説明においても同様である。また、間隙６２０は、１つの絶縁層６８１に形成されている。すなわち、間隙６２０の下端は絶縁層６８１の下面と同じ高さにあり、間隙６２０の上端は絶縁層６８１の上面と同じ高さにある。このように、間隙６２０の上端の高さは間隙６１０の上端の高さよりも低い。
【００４２】
間隙６１０，６２０は、空気又は不活性ガスを含むガスで充填されていてもよいし、真空であってもよい。本実施形態において、間隙６１０の上端は、例えば金属層である遮光層６９０によって塞がれている。また、間隙６２０の上端は絶縁層６８２によって塞がれている。しかしながら、他の絶縁層、または別の層で間隙６１０，６２０が塞がれてもよい。間隙６１０，６２０の側面は滑らかな面であってもよい。
【００４３】
画素６００に第１の方向から入射した光束６７０は、電荷蓄積部６３３を含むフォトダイオードに導かれ、画素６００に第２の方向から入射した光束６７１は、電荷蓄積部６３４を含むフォトダイオードに導かれる。その際に、オンチップレンズ６０１により収束された成分は、間隙６１０により、画素６００内に閉じ込められる。また、間隙６２０により、第１の方向から入射した光束６７０の成分と、第２の方向から入射した光束６７１の成分とは、電荷蓄積部６３３側と電荷蓄積部６３３側とに分けられる。本実施形態において、間隙６１０の下端は、絶縁層６８２の下面と同じ高さにあるため、画素６００に入射した光が画素６００以外の画素に漏れにくくなっている。また、間隙６２０の下端は、間隙６１０の下端よりも低い位置（半導体基板６３０に近い位置）にあるため、第１の方向から入射した光束６７０の成分と、第２の方向から入射した光束６７１の成分とを、電荷蓄積部６３３側と電荷蓄積部６３３側とに効率よく分けることができる。これにより、裏面照射型の固体撮像装置においても、画素間のクロストークを抑制でき、高精度な焦点検出を行うことが可能となる。
【００４４】
本実施形態で説明した画素６００は、固体撮像装置６０のすべての画素に適用してもよい。これに代えて、画素６００を固体撮像装置６０の一部の画素のみに適用し、他の画素は１つの受光領域のみを有していてもよい。１つの受光領域のみを有する画素は通常の信号処理を行い、焦点検出を行わない。このような画素は、間隙６２０及び画素内分離部６３７を有していなくてもよい。また、上述の構成において、遮光層６９０を含まなくてもよいし、間隙６２０を含まなくてもよい。カラーフィルタ１６１とカラーフィルタ１６２との間の間隙６９１は、第１実施形態〜第３実施形態にも適用可能である。
【００４５】
＜その他の実施形態＞
以下、上記の各実施形態に係る固体撮像装置の応用例として、この固体撮像装置が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に有する装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末、自動車等）も含まれる。また、カメラはたとえばカメラヘッドなどのモジュール部品であってもよい。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部とを含む。この信号処理部は、例えば、固体撮像装置からで得られた信号に基づくデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。このデジタルデータを生成するためのＡ／Ｄ変換器を、固体撮像装置の半導体基板に設けてもよいし、別の半導体基板に設けてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０  固体撮像装置、１００  画素、１０２，１０３  受光領域、１１０，１２０  間隙、１３０  半導体基板、１８０  導光構造
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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