(57)【要約】【課題】光電変換膜を用いた位相差信号を使用してオートフォーカス精度を向上させることができるようにする。【解決手段】固体撮像装置は、光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素を有している。上部電極は、第１上部電極と第２上部電極に分割されている。本開示は、例えば、固体撮像装置等に適用できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素を有し、
前記上部電極は、第１上部電極と第２上部電極に分割されている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１上部電極と前記第２上部電極には、異なる電圧が印加される
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記異なる電圧は、前記光電変換膜で電荷が生成される第１の電圧と、前記光電変換膜で電荷が生成されない第２の電圧である
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１の電圧が前記第１上部電極に印加され、かつ、前記第２の電圧が前記第２上部電極に印加された後、前記第１の電圧が前記第２上部電極に印加され、かつ、前記第２の電圧が前記第１上部電極に印加される
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２の電圧は、前記下部電極との電位差が一定となるように制御される
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記光電変換膜で電荷が生成されるための電圧が、前記第１上部電極と前記第２上部電極に印加され、
前記第１上部電極及び前記第２上部電極と前記下部電極とで挟まれた前記光電変換部から、信号が出力される
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１上部電極と前記下部電極で挟まれた前記光電変換部から出力された第１の信号か、または、前記第２上部電極と前記下部電極で挟まれた前記光電変換部から出力された第２の信号の少なくとも一方が、位相差信号として利用される
請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記画素は、画素アレイ部に行列状に２次元配置されている画素の一部である
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記画素は、画素アレイ部に行列状に２次元配置されている画素の全てである
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記下部電極も、前記第１上部電極と前記第２上部電極に対向して、第１下部電極と第２下部電極に分割されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記画素は、前記第１下部電極と接続されている第１電荷保持部と、前記第２下部電極と接続されている第２電荷保持部を有する
請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記画素は、前記第１電荷保持部に保持されている電荷と、前記第２電荷保持部に保持されている電荷を合成する電荷合成部を有する
請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記画素は、前記第１電荷保持部と前記電荷合成部との間、及び、前記第２電荷保持部と前記電荷合成部との間に、スイッチ素子を有する
請求項１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記第１上部電極と前記第２上部電極のいずれか一方は、隣りの画素に跨るように形成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記光電変換部は、所定の色の光を光電変換する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記光電変換部は半導体基板の外に形成されており、半導体基板内に、前記光電変換部が光電変換する色と異なる色の光を光電変換する他の光電変換部をさらに有する
請求項１５に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記光電変換部はカラーフィルタを通過した光を光電変換する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記第１上部電極と前記第２上部電極は、光軸に対して対称となるように形成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素を有し、前記上部電極が第１上部電極と第２上部電極に分割されている固体撮像装置が、
前記第１上部電極と前記第２上部電極に異なる電圧を印加する
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２０】
光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素を有し、
前記上部電極が第１上部電極と第２上部電極に分割されている固体撮像装置
を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器に関し、特に、光電変換膜を用いた位相差信号を使用してオートフォーカス精度を向上させることができるようにする固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置において、オートフォーカスを行う方法として、光の入射角に対して感度が非対称性をもつ焦点検出用画素を用いた瞳分割型の位相差検出方式が知られている。また、瞳分割型の位相差検出方式を固体撮像装置で実現したものとして、例えば、特許文献１に開示された技術がある。特許文献１では、シリコン基板の上側に設けた光電変換膜で画像生成用の信号を取得し、シリコン基板内に位相差検出用の信号を取得するためのフォトダイオードを設けた構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１０３３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような構造では、フォトダイオードに入射される光は、光電変換膜で吸収されずに、光電変換膜を透過してきた光となるため、入射光強度が弱く、受光感度が低くなってしまう。そのため、高いオートフォーカス精度を得ることが難しい。
【０００５】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光電変換膜を用いた位相差信号を使用してオートフォーカス精度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】
【０００６】
本開示の第１の側面の固体撮像装置は、光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素を有し、前記上部電極は、第１上部電極と第２上部電極に分割されている。
【０００７】
本開示の第２の側面の固体撮像装置の駆動方法は、光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素を有し、前記上部電極が第１上部電極と第２上部電極に分割されている固体撮像装置が、前記第１上部電極と前記第２上部電極に異なる電圧を印加する。
【０００８】
本開示の第３の側面の電子機器は、光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素を有し、前記上部電極が第１上部電極と第２上部電極に分割されている固体撮像装置を備える。
【０００９】
本開示の第１乃至第３の側面においては、光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素において、前記上部電極が第１上部電極と第２上部電極に分割されている。
【００１０】
本開示の第２の側面においては、光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素を有し、前記上部電極が第１上部電極と第２上部電極に分割されている固体撮像装置において、前記第１上部電極と前記第２上部電極に異なる電圧が印加される。
【００１１】
固体撮像装置及び電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の第１乃至第３の側面によれば、光電変換膜を用いた位相差信号を使用してオートフォーカス精度を向上させることができる。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】本開示に係る固体撮像装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態における画素の第１構成例を示す断面構造図である。
【図３】上部電極の平面形状を示す平面図である。
【図４】上部電極のその他の平面形状を示す平面図である。
【図５】上部電極のさらにその他の平面形状を示す平面図である。
【図６】第１構成例において位相差信号を取得する第１の駆動方法を説明する図である。
【図７】第１構成例において画像信号を取得する駆動方法を説明する図である。
【図８】第１構成例において位相差信号を取得する第２の駆動方法を説明する図である。
【図９】第１構成例において位相差信号を取得する第２の駆動方法を説明する図である。
【図１０】第１の実施の形態における画素の第２構成例を示す断面構造図である。
【図１１】第２構成例において位相差信号を取得する駆動方法を説明する図である。
【図１２】第１の実施の形態における画素の第３構成例を示す断面構造図である。
【図１３】第３構成例において位相差信号を取得する駆動方法を説明する図である。
【図１４】第３構成例において画像信号を取得する駆動方法を説明する図である。
【図１５】第１の実施の形態における画素の第４構成例を示す断面構造図である。
【図１６】第４構成例において位相差信号を取得する駆動方法を説明する図である。
【図１７】第４構成例において画像信号を取得する駆動方法を説明する図である。
【図１８】加算処理を位相差画素内で行う場合の位相差画素の回路図である。
【図１９】第１の実施の形態における画素の第５構成例を示す断面構造図である。
【図２０】第５構成例において位相差信号を取得する第１の駆動方法を説明する図である。
【図２１】第５構成例において画像信号を取得する駆動方法を説明する図である。
【図２２】第５構成例において位相差信号を取得する第２の駆動方法を説明する図である。
【図２３】第５構成例において位相差信号を取得する第２の駆動方法を説明する図である。
【図２４】第１の実施の形態における画素の第６構成例を示す断面構造図である。
【図２５】本開示に係る電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図２６】本開示に係る固体撮像装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図２７】第２の実施の形態における画素の第１構成例を示す断面構造図である。
【図２８】受光角度分布特性を説明する図である。
【図２９】第２の実施の形態における画素の第２構成例を示す断面構造図である。
【図３０】第２の実施の形態における画素の第３構成例を示す断面構造図である。
【図３１】第２の実施の形態における画素の第４構成例を示す断面構造図である。
【図３２】第２の実施の形態における画素の第５構成例を示す断面構造図である。
【図３３】位相差画素の配置例を説明する図である。
【図３４】位相差画素の配置例を説明する図である。
【図３５】フォーカス制御処理を説明するフローチャートである。
【図３６】固体撮像装置の基板構成例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示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．固体撮像装置の第１の実施の形態
２．画素の第１構成例（上部電極が分割された位相差画素の構成例）
３．画素の第２構成例（隣接する上部電極が連続する位相差画素の構成例）
４．画素の第３構成例（通常画素も上部電極が分割された構成例）
５．画素の第４構成例（下部電極も分割された位相差画素の構成例）
６．画素の第５構成例（全画素で上部電極及び下部電極が分割された構成例）
７．画素の第６構成例（画素がカラーフィルタを有する構成例）
８．電子機器への適用例
９．固体撮像装置の第２の実施の形態
１０．画素の第１構成例（下部電極が片側半分に形成された構成例）
１１．画素の第２構成例（上部電極及び光電変換膜も片側半分に形成された構成例）
１２．画素の第３構成例（緑の光電変換部の不要電荷を排出する構成例）
１３．画素の第４構成例（緑の光電変換部の高さが変更された構成例）
１４．画素の第５構成例（２つの光電変換部が形成された構成例）
１５．位相差画素の配置例
１６．フォーカス制御処理
１７．固体撮像装置の基板構成例
【００１６】
＜１．固体撮像装置の第１の実施の形態＞
図１は、本開示に係る固体撮像装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【００１７】
図１の固体撮像装置１は、半導体として例えばシリコン（Si）を用いた半導体基板１２に、画素２が行列状に２次元配置されている画素アレイ部３と、その周辺の周辺回路部とを有して構成される。周辺回路部には、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７、制御回路８などが含まれる。
【００１８】
画素２は、入射された光の光量に応じた画素信号を生成して出力する。画素２には、図２等で後述するように、画像生成用の信号を生成する通常画素２Xと、焦点検出用の信号を生成する位相差画素２Pとがあり、画素アレイ部３内の少なくとも一部の画素２が位相差画素２Pとなっている。なお、以下では、通常画素２Xから出力される画像生成用の信号を画像信号と称し、位相差画素２Pから出力される焦点検出用の信号を位相差信号と称する。
【００１９】
画素２は、フォトダイオードや光電変換膜を用いた光電変換部と、複数の画素トランジスタ（いわゆるMOSトランジスタ）を有して成る。複数の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トランジスタで構成される。
【００２０】
また、画素２は、共有画素構造とすることもできる。この共有画素構造は、複数の光電変換部と、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つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素構造では、複数の単位画素を構成する光電変換部及び転送トランジスタが、他の１つずつの画素トランジスタを共有して構成される。
【００２１】
制御回路８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、また固体撮像装置１の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８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４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６など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８は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に出力する。
【００２２】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線１０を選択し、選択された画素駆動配線１０に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素アレイ部３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素２の光電変換部において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９を通してカラム信号処理回路５に供給する。
【００２３】
カラム信号処理回路５は、画素２の列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路５は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)およびAD変換等の信号処理を行う。
【００２４】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１１に出力させる。
【００２５】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１１を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路７は、例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１３は、外部と信号のやりとりをする。
【００２６】
以上のように構成される固体撮像装置１は、CDS処理とAD変換処理を行うカラム信号処理回路５が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。
【００２７】
＜２．画素の第１構成例＞
＜２．１  画素の断面構造図＞
図２を参照して、第１の実施の形態に係る固体撮像装置１の画素２の第１構成例について説明する。
【００２８】
図２には、通常画素２Xと位相差画素２Pそれぞれ２画素ずつからなる４つの画素２の断面構造が示されている。
【００２９】
通常画素２Xは、画像信号のみを出力可能な画素である。一方、位相差画素２Pは、画像信号に加えて、焦点検出用の位相差信号も出力可能な画素である。なお、位相差画素２Pは、位相差を比較する画素対で画素アレイ部３内に配置されるので、この画素対を、図２では、位相差画素２PA及び２PBと記述している。
【００３０】
なお、図２では、便宜上、左側から順に、通常画素２X、位相差画素２PA、位相差画素２PB、及び通常画素２Xの順で並べて配置しているが、各画素２の画素アレイ部３内の配置は任意に決定することができ、この例には限られない。
【００３１】
図２の説明では、初めに、通常画素２Xの画素構造について説明し、その後、位相差画素２PAと位相差画素２PBについて、通常画素２Xと異なる部分についてのみ説明する。
【００３２】
通常画素２Xの画素構造について説明する。
【００３３】
半導体基板１２の第１導電型（例えば、P型）の半導体領域４１内に、第２導電型（例えば、N型）の半導体領域４２及び４３を深さ方向に積層して形成することにより、PN接合によるフォトダイオードPD１およびPD２が、深さ方向に形成されている。半導体領域４２を電荷蓄積領域とするフォトダイオードPD１は、青色の光を受光して光電変換する光電変換部であり、半導体領域４３を電荷蓄積領域とするフォトダイオードPD２は、赤色の光を受光して光電変換する光電変換部である。
【００３４】
半導体基板１２の表面側（図中下側）には、フォトダイオードPD１及びPD２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と、複数の配線層と層間絶縁膜とからなる多層配線層が形成されているが、図２では、図示が省略されている。
【００３５】
半導体基板１２には、後述する光電変換膜５２で光電変換された電荷を基板表面側（図中下側）に取り出すための導電性プラグ４４が、半導体基板１２（の半導体領域４１）を貫通して形成されている。なお、図示は省略されているが、導電性プラグ４４の外周は、SiO2若しくはSiN等の絶縁膜で絶縁されている。
【００３６】
導電性プラグ４４は、半導体領域４１内に第２導電型（例えば、N型）の半導体領域で形成された電荷保持部４５と接続されている。電荷保持部４５は、光電変換膜５２で光電変換された電荷を、読み出されるまでの間、一時的に保持する。
【００３７】
半導体基板１２の裏面側（図中上側）の界面には、例えば、ハフニウム酸化（HfO2）膜とシリコン酸化膜の２層または３層の膜からなる透明絶縁膜５１が形成されている。
【００３８】
透明絶縁膜５１の上側には、光電変換膜５２が、その下側の下部電極５３ａと上側の上部電極５４ａで挟まれた形で配置されている。光電変換膜５２、下部電極５３ａ、及び上部電極５４ａは、光電変換部を構成する。光電変換膜５２は、緑色の波長光を光電変換する膜として、例えば、ローダーミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等を含む有機光電変換材料で形成される。下部電極５３ａと上部電極５４ａ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の透明性の電極膜で形成される。
【００３９】
なお、光電変換膜５２を赤色の波長光を光電変換する膜とする場合には、例えば、フタロシアニン系色素を含む有機光電変換材料を用いることができる。また、光電変換膜５２を青色の波長光を光電変換する膜とする場合には、クマリン系色素、トリス−８−ヒドリキシキノリンＡｌ（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を含む有機光電変換材料を用いることができる。
【００４０】
通常画素２Xにおいて下部電極５３ａ及び上部電極５４ａは、いずれも画素単位に形成されており、下部電極５３ａは、透明絶縁膜５１を貫通する金属配線５５により半導体基板１２の導電性プラグ４４と接続されている。金属配線５５は、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Al）、銅（Cu）などの材料で形成される。
【００４１】
上部電極５４ａの上面には、シリコン窒化膜（SiN）、シリコン酸窒化膜（SiON）、炭化珪素（SiC）等の無機膜により、高屈折率層５６が形成されている。また、高屈折率層５６の上には、オンチップレンズ５７が形成されている。オンチップレンズ５７の材料には、例えば、シリコン窒化膜（SiN）、または、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が用いられる。本画素構造では、光電変換膜５２と、オンチップレンズ５７までの距離が近くなるために、位相差画素２PA及び２PBにおいて光入射角依存性がとりにくくなるため、高屈折率層５６は、屈折角を大きくし、集光効率を高める効果がある。高屈折率層５６とオンチップレンズ５７は同一の材料で形成することができる。
【００４２】
通常画素２Xは、以上のように構成されている。
【００４３】
したがって、上述した通常画素２Xが２次元配置されている固体撮像装置１は、画素トランジスタが形成される半導体基板１２の表面側と反対側の裏面側から光が入射される裏面照射型のCMOS固体撮像装置である。
【００４４】
また、固体撮像装置１は、緑色の光については半導体基板（シリコン層）１２の外側に形成された光電変換膜５２で光電変換し、青色と赤色の光については半導体基板１２内のフォトダイオードPD１及びPD２で光電変換する縦方向分光型の固体撮像装置である。
【００４５】
次に、位相差画素２P（２PA及び２PB）の画素構造について説明する。なお、位相差画素２Pの画素構造の説明では、通常画素２Xと異なる部分についてのみ説明する。
【００４６】
位相差画素２Pでは、通常画素２Xにおいて画素単位に形成されていた上部電極５４ａが、第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃの２つに分かれて形成されている点が、通常画素２Xと異なる。位相差画素２Pのその他の構造は、通常画素２Xと同様である。
【００４７】
なお、以下において、上部電極５４ａ、第１上部電極５４ｂ、及び第２上部電極５４ｃのそれぞれを特に区別する必要がない場合には、単に、上部電極５４と称する。
【００４８】
図３は、上部電極５４の平面形状を示す平面図である。
【００４９】
図３に示されるように、通常画素２Xの上部電極５４ａは、画素内で１つの矩形領域とされているのに対して、位相差画素２Pでは、水平方向（紙面の左右方向）に２つに分割されて、第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃとされている。
【００５０】
図３に示されるように、上部電極５４ａ、第１上部電極５４ｂ、及び第２上部電極５４ｃのそれぞれには、所定のバイアス電圧を印加するための制御配線６１が接続されている。具体的には、上部電極５４ａには、所定のバイアス電圧を印加するための制御配線６１ａが接続され、第１上部電極５４ｂには、所定のバイアス電圧を印加するための制御配線６１ｂが接続され、第２上部電極５４ｃには、所定のバイアス電圧を印加するための制御配線６１ｃが接続されている。従って、制御配線６１は、第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃそれぞれに設けられているので、同一画素内の第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃに対して、異なるバイアス電圧を印加することが可能である。
【００５１】
制御配線６１の配線位置と、制御配線６１と上部電極５４とのコンタクト位置は、光電変換膜５２による光電変換を出来るだけ邪魔しない位置、換言すれば、光電変換膜５２への光の入射を邪魔しない位置に配置される。
【００５２】
なお、図３の例では、位相差画素２Pにおいて、第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃが、水平方向（紙面の左右方向）に２つに分割されて形成された例を示しているが、図４に示されるように、垂直方向（紙面の上下方向）に２つに分割されて形成されてもよい。また、図５に示されるように、対角線方向（紙面の斜め方向）に２つに分割されて形成されてもよい。
【００５３】
通常画素２Xの上部電極５４ａは、画素毎に分離されて形成されているが、必ずしも画素毎に分離する必要はなく、隣接する通常画素２Xで連続して形成されていてもよい。光電変換膜５２の光電変換領域は上部電極５４ａと下部電極５３ａで挟まれた領域となるため、下部電極５３ａが画素単位に分離されているので、隣接する通常画素２Xで連続して形成しても問題はない。
【００５４】
図４及び図５では、制御配線６１が省略されているが、制御配線６１は、上部電極５４ａ、第１上部電極５４ｂ、及び第２上部電極５４ｃのそれぞれが独立に制御可能に配線されていればよい。
【００５５】
さらに、図３乃至図５は、第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃを有する位相差画素２Pが、垂直方向、水平方向、または対角線方向の一定の方向に整列配置されているが、位相差画素２Pは、画素アレイ部３内にランダムに配置されていてもよい。また、画素アレイ部３内に、第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃが水平方向に分割された位相差画素２P、第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃが垂直方向に分割された位相差画素２P、第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃが対角線方向に分割された位相差画素２Pを混在させて配置させてもよい。
【００５６】
即ち、本開示では、位相差画素２Pの配置、並びに、位相差画素２P内の第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃの配置及び形状は、限定されず、位相差画素２P内において、第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃの領域が、入射光の光軸に対して非対称性を持ち、かつ、画素対となる位相差画素２PAの第１上部電極５４ｂと位相差画素２PBの第２上部電極５４ｃが互いに対称な配置とされていればよい。
【００５７】
位相差画素２PAの第１上部電極５４ｂの領域から得られる信号と、位相差画素２PBの第２上部電極５４ｃの領域から得られる信号とでは、上部電極５４の形成位置の違いにより、像のずれが発生する。この像のずれから、位相ずれ量を算出してデフォーカス量を算出し、結像レンズを調整（移動）することで、オートフォーカスを達成することができる。
【００５８】
また、１つの位相差画素２Pの第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃが互いに対称な配置とされている場合には、１つの位相差画素２Pのみから１組の位相差信号を取得することができる。
【００５９】
なお、図２に示した画素構造では、光電変換膜５２は緑色の光を光電変換するため、位相差画素２Pから出力されるG信号を焦点検出用の信号として用いることになるが、光電変換膜５２で、何色の光を光電変換するかは任意に選択可能である。すなわち、縦方向分光型の固体撮像装置において、半導体基板１２の外側に形成された光電変換膜５２で何色の光を光電変換し、半導体基板１２内のフォトダイオードPD１及びPD２で何色の光を光電変換するかは、適宜決定することができる。
【００６０】
＜２．２  位相差信号取得時の第１の駆動方法＞
次に、図６を参照して、第１構成例に係る画素２において位相差信号を取得する第１の駆動方法について説明する。
【００６１】
図６は、位相差信号を取得する場合の各画素２の上部電極５４へのバイアス電圧の設定方法を説明する図である。
【００６２】
位相差信号を取得する場合には、図６に示されるように、画素対となる位相差画素２PA及び２PBのうちの位相差画素２PAでは、第１上部電極５４ｂに対してHighのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してLowのバイアス電圧が印加される。
【００６３】
他方、画素対となる位相差画素２PA及び２PBのうちの位相差画素２PBでは、第１上部電極５４ｂに対してLowのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してHighのバイアス電圧が印加される。
【００６４】
上部電極５４にHighのバイアス電圧が印加された場合、上部電極５４と下部電極５３ａで挟まれた光電変換膜５２の領域（光電変換領域）内に入射された光に応じて電荷が生成される。一方、上部電極５４にLowのバイアス電圧が印加された場合には、光電変換膜５２に光が入射されても電荷は生成されない。
【００６５】
従って、位相差画素２PAでは、画素内の左側半分の光電変換領域で光電変換された信号（以下、左開口信号という。）を取得することができ、位相差画素２PBでは、画素内の右側半分の光電変換領域で光電変換された信号（以下、右開口信号という。）を取得することができる。すなわち、画素対となる位相差画素２PAと２PBとで、光電変換領域が光軸に対して対称な位置関係にある１組の位相差信号を取得することができるので、この２つの信号の位相差を検出することでデフォーカス量を算出し、結像レンズを調整（移動）することで、オートフォーカスを達成することができる。
【００６６】
なお、図６の例では、通常画素２Xの上部電極５４ａに対してもHighのバイアス電圧が印加されており、通常画素２Xからも信号を取得することができるが、通常画素２Xの信号は使用されない。したがって、位相差信号を取得する場合には、通常画素２Xの上部電極５４ａに対してはLowのバイアス電圧を印加するのでもよい。
【００６７】
＜２．３  画像信号取得時の駆動方法＞
次に、図７を参照して、第１構成例に係る画素２において画像信号を取得する駆動方法について説明する。
【００６８】
図７は、画像信号を取得する場合の各画素２の上部電極５４へのバイアス電圧の設定方法を説明する図である。
【００６９】
画像信号を取得する場合には、図７に示されるように、画素対となる位相差画素２PA及び２PBのいずれにおいても、第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃに対してHighのバイアス電圧が印加される。また、通常画素２Xの上部電極５４ａに対してもHighのバイアス電圧が印加される。
【００７０】
位相差画素２Pの第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃの合計面積は、通常画素２Xの上部電極５４ａの面積とほぼ同じ面積であり、位相差画素２Pにおいても、通常画素２Xと同様の信号を出力することができる。
【００７１】
これにより、画素アレイ部３の位相差画素２Pと通常画素２Xの全画素で、画像信号を生成し、出力することができる。
【００７２】
位相差画素２P及び通常画素２Xの各上部電極５４へのバイアス電圧の制御は、例えば、垂直駆動回路４が行う。位相差信号を取得するタイミングは、任意に決定することができる。例えば、数フレームの画像信号の取得に対して１回の割合で位相差信号を取得してもよいし、画像信号取得と位相差信号取得とを交互に行ってもよい。
【００７３】
以上のように、固体撮像装置１の画素２の第１構成例によれば、位相差信号取得時には、画素対となる位相差画素２PA及び２PBで、第１上部電極５４ｂに対応する左開口信号と、第２上部電極５４ｃに対応する右開口信号とからなる１組の位相差信号が得られるように、上部電極５４に対してバイアス電圧が印加される。
【００７４】
そして、画像信号取得時には、画素アレイ部３の位相差画素２Pと通常画素２Xの全画素で画像信号が得られるように、上部電極５４に対してバイアス電圧が印加される。
【００７５】
従って、半導体基板１２の外部に設けた光電変換膜５２（光電変換部）を用いることで高感度に位相差を検出することができるので、オートフォーカス精度を向上させることができる。また、上部電極５４に印加するバイアス電圧を制御するだけで位相差信号を得ることができ、画像信号を取得する場合には、位相差画素２Pからも通常画素２Xと同様の画像信号を生成することもできる。換言すれば、位相差画素２Pが欠陥画素とならずに、位相差画素２Pでも画像信号を取得することができる。
【００７６】
なお、上述した位相差信号取得時の駆動では、１つの位相差画素２P内において、第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃの一方にはHighのバイアス電圧が印加され、他方にはLowのバイアス電圧が印加されることになる。このとき、Highのバイアス電圧が印加された側の上部電極５４（第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃの一方）に対応する光電変換膜５２からの電荷出力により下部電極５３ａの電位が変化したときに、Lowのバイアス電圧が印加されている側の上部電極５４（第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃの他方）と下部電極５３ａの電位差が大きくなり、Lowのバイアス電圧が印加されている側の領域でリーク電流が流れる恐れがある。
【００７７】
このリーク電流の電流量は非常に小さいため、画像に影響を及ぼすことはないが、リーク電流を限りなく抑制するためには、電荷蓄積側の下部電極５３ａの電位の変化に従って、Lowバイアス電圧印加側の上部電極５４の電位を変化させればよい。即ち、Lowのバイアス電圧が印加されている側の上部電極５４と下部電極５３ａの電位差が一定となるように、Lowバイアス電圧印加側の上部電極５４の電位を変化させればよい。この制御を実現するためには、電荷保持部４５の電位をモニターし、電荷保持部４５の電位に応じてLowのバイアス電圧が印加されている側の上部電極５４の印加電圧を変化させる電圧制御回路が追加される。
【００７８】
＜２．４  位相差信号取得時の第２の駆動方法＞
次に、図８及び図９を参照して、第１構成例に係る画素２において位相差信号を取得する第２の駆動方法について説明する。
【００７９】
図８及び図９は、位相差信号を取得する場合の各画素２の上部電極５４へのバイアス電圧の設定方法を説明する図である。
【００８０】
上述した第１の駆動方法は、画素対となる位相差画素２PA及び２PBのそれぞれにおいて、分割された光電変換領域のうちの片側一方のみが使用される駆動方法であった。すなわち、位相差画素２PAでは、第１上部電極５４ｂに対応する左側半分の光電変換領域のみが使用され、位相差画素２PBでは、第２上部電極５４ｃに対応する右側半分の光電変換領域のみが使用された。
【００８１】
これに対して、第２の駆動方法では、位相差信号の読み出しが２回実行され、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれにおいて、分割された光電変換領域の両方が使用される。
【００８２】
例えば、１回目の位相差信号の読み出し動作では、図８に示されるように、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれにおいて、第１上部電極５４ｂに対してHighのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してLowのバイアス電圧が印加される。これにより、１回目の位相差信号の読み出し動作において、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれから、左開口信号が得られる。
【００８３】
そして、２回目の位相差信号の読み出し動作では、図９に示されるように、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれにおいて、第１上部電極５４ｂに対してLowのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してHighのバイアス電圧が印加される。これにより、２回目の位相差信号の読み出し動作において、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれから、右開口信号が得られる。
【００８４】
なお勿論、１回目の位相差信号の読み出し動作において、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれから右開口信号を取得し、２回目の位相差信号の読み出し動作において、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれから、左開口信号を取得する順番としてもよい。即ち、右開口信号と左開口信号の取得順番は問われない。
【００８５】
以上の駆動により、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれで、光電変換領域が光軸に対して対称な位置関係にある１組の位相差信号を取得することができる。その結果、第２の駆動方法では、位相差検出に用いる画素数を第１の駆動方法よりも増加させることができるので、より高精度にオートフォーカスを実行することができる。
【００８６】
＜３．画素の第２構成例＞
＜３．１  画素の断面構造図＞
次に、図１０を参照して、第１の実施の形態に係る固体撮像装置１の画素２の第２構成例について説明する。
【００８７】
図１０は、第２構成例における画素２の断面構造を示している。
【００８８】
なお、図１０においては、上述した第１構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
【００８９】
第２構成例の画素構造を、図２に示した第１構成例の画素構造と比較すると、第１構成例における位相差画素２PAの第２上部電極５４ｃと位相差画素２PBの第１上部電極５４ｂが、第３上部電極５４ｄに置き換えられている。第３上部電極５４ｄは、位相差画素２PAと位相差画素２PBに跨るように一つの領域で形成されている。
【００９０】
従って、図２に示した第１構成例の画素構造では、位相差画素２PAと位相差画素２PBは、必ずしも隣接する必要はないが、第２構成例の画素構造では、位相差画素２PAと位相差画素２PBは、画素アレイ部３内において隣接して配置される必要がある。
【００９１】
第２構成例における第３上部電極５４ｄ以外のその他の構造は、第１構成例の画素構造と同様である。
【００９２】
＜３．２  位相差信号取得時の駆動方法＞
次に、図１１を参照して、第２構成例に係る画素２において位相差信号を取得する駆動方法について説明する。
【００９３】
図１１は、位相差信号を取得する場合の各画素２の上部電極５４へのバイアス電圧の設定方法を説明する図である。
【００９４】
位相差信号を取得する場合には、図１１に示されるように、位相差画素２PAの第１上部電極５４ｂと位相差画素２PBの第２上部電極５４ｃに対して、Highのバイアス電圧が印加される。また、第３上部電極５４ｄに対してLowのバイアス電圧が印加される。
【００９５】
これにより、位相差画素２PAでは、左開口信号を取得することができ、位相差画素２PBでは、右開口信号を取得することができる。すなわち、画素対となる位相差画素２PAと２PBとで対称な光電変換領域の信号を取得することができるので、画素対となる位相差画素２PAと２PBとで、光電変換領域が光軸に対して対称な位置関係にある１組の位相差信号を取得することができ、オートフォーカスを達成することができる。
【００９６】
この駆動方法によれば、第１構成例の第１の駆動方法と同様の位相差信号を得ることができるが、第１構成例においてLowのバイアス電圧が印加される２つの上部電極５４、即ち、位相差画素２PAの第２上部電極５４ｃと位相差画素２PBの第１上部電極５４ｂが、第２構成例では１つの第３上部電極５４ｄで構成されているので、バイアス電圧を供給する制御配線６１が、第１構成例よりも少なくて済む。したがって、第２構成例によれば、第１構成例よりも制御配線６１の配線数を減らすことができ、配線レイアウトが容易となる。
【００９７】
なお、第２構成例において画像信号を取得する場合には、画素アレイ部３内の全画素の上部電極５４に対してHighのバイアス電圧が印加される。これにより、画素アレイ部３の位相差画素２Pと通常画素２Xの全画素で、画像信号を生成し、出力することができる。
【００９８】
＜４．画素の第３構成例＞
＜４．１  画素の断面構造図＞
次に、図１２を参照して、第１の実施の形態に係る固体撮像装置１の画素２の第３構成例について説明する。
【００９９】
図１２は、第３構成例における画素２の断面構造を示している。
【０１００】
図１２以降の説明においても、それまでに説明した各実施の形態と対応する部分については同一の符号を付すこととし、その部分の説明は適宜省略する。
【０１０１】
第３構成例の画素構造を、図２に示した第１構成例の画素構造と比較すると、第３構成例では、通常画素２Xにおいても、位相差画素２Pと同様に、上部電極５４が、第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃの２つの領域に分割されて形成されている。
【０１０２】
第３構成例における上部電極５４以外のその他の構造は、第１構成例の画素構造と同様である。
【０１０３】
このように、画素アレイ部３内の全画素の上部電極５４を分割形成することで、画素パターンの連続性が高くなり、上部電極５４を形成するための加工工程における均一性を高くすることができる。
【０１０４】
＜４．２  位相差信号取得時の駆動方法＞
次に、図１３を参照して、第３構成例に係る画素２において位相差信号を取得する駆動方法について説明する。
【０１０５】
図１３は、位相差信号を取得する場合の各画素２の上部電極５４へのバイアス電圧の設定方法を説明する図である。
【０１０６】
位相差信号を取得する場合には、図１３に示されるように、画素対となる位相差画素２PA及び２PBのうちの位相差画素２PAでは、第１上部電極５４ｂに対してHighのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してLowのバイアス電圧が印加される。
【０１０７】
他方、画素対となる位相差画素２PA及び２PBのうちの位相差画素２PBでは、第１上部電極５４ｂに対してLowのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してHighのバイアス電圧が印加される。
【０１０８】
通常画素２Xの第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃに対しても、Highのバイアス電圧が印加される。ただし、位相差信号を取得する場合には、この通常画素２Xの信号は使用されないので、通常画素２Xの第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃに対してはLowのバイアス電圧を印加するのでもよい。
【０１０９】
これにより、位相差画素２PAでは、左開口信号を取得することができ、位相差画素２PBでは、右開口信号を取得することができるので、画素対となる位相差画素２PAと２PBとで、光電変換領域が光軸に対して対称な位置関係にある１組の位相差信号を取得することができ、オートフォーカスを達成することができる。
【０１１０】
なお、図１３で説明した駆動方法は、第１構成例に係る画素２において図６を参照して説明した位相差信号を取得する第１の駆動方法と同じであるが、第３構成例においても、図８及び図９を参照して説明した位相差信号を取得する第２の駆動方法も可能である。
【０１１１】
＜４．３  画像信号取得時の駆動方法＞
次に、図１４を参照して、第３構成例に係る画素２において画像信号を取得する駆動方法について説明する。
【０１１２】
図１４は、画像信号を取得する場合の各画素２の上部電極５４へのバイアス電圧の設定方法を説明する図である。
【０１１３】
画像信号を取得する場合には、図１４に示されるように、画素アレイ部３内の全画素の上部電極５４に対してHighのバイアス電圧が印加される。これにより、画素アレイ部３の位相差画素２Pと通常画素２Xの全画素で、画像信号を生成し、出力することができる。
【０１１４】
第３構成例では、位相差画素２Pと通常画素２Xが同じ画素構造を有している。したがって、図１３の説明では、便宜上、位相差画素２Pと通常画素２Xを分けて説明したが、画素アレイ部３内のどの画素２でも、位相差画素２Pとして位相差信号を取得することができる。換言すれば、画素アレイ部３内の全画素のうち、図１３の位相差画素２PA及び２PBのように、バイアス電圧を制御した画素２が、位相差画素２Pとなる。
【０１１５】
従って、第３構成例によれば、任意の画素２から位相差信号を取得することができる。また、位相差検出に用いる画素数を増加させることができるので、より高精度にオートフォーカスを実行することができる。
【０１１６】
＜５．画素の第４構成例＞
＜５．１  画素の断面構造図＞
次に、図１５を参照して、第１の実施の形態に係る固体撮像装置１の画素２の第４構成例について説明する。
【０１１７】
図１５は、第４構成例における画素２の断面構造を示している。
【０１１８】
第４構成例の画素構造を、図２に示した第１構成例の画素構造と比較すると、第４構成例では、第１構成例における位相差画素２PA及び２PBの下部電極５３ａが、第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃに対応して２つの領域に分割されて、第１下部電極５３ｂと第２下部電極５３ｃに置き換えられている。なお、以下では、下部電極５３ａ、第１下部電極５３ｂ、及び第２下部電極５３ｃのそれぞれを特に区別する必要がない場合には、単に、下部電極５３と称する。
【０１１９】
また、下部電極５３ａが、第１下部電極５３ｂと第２下部電極５３ｃの２つの領域に分割されたのに伴い、金属配線５５、導電性プラグ４４、及び電荷保持部４５も、第１下部電極５３ｂと第２下部電極５３ｃのそれぞれに対応して形成されている。すなわち、第１下部電極５３ｂに対して、金属配線５５ｂ、導電性プラグ４４ｂ、及び電荷保持部４５ｂが設けられ、第２下部電極５３ｃに対して、金属配線５５ｃ、導電性プラグ４４ｃ、及び電荷保持部４５ｃが設けられている。
【０１２０】
＜５．２  位相差信号取得時の駆動方法＞
次に、図１６を参照して、第４構成例に係る画素２において位相差信号を取得する駆動方法について説明する。
【０１２１】
図１６は、位相差信号を取得する場合の各画素２の上部電極５４へのバイアス電圧の設定方法を説明する図である。
【０１２２】
位相差信号を取得する場合には、図１６に示されるように、画素対となる位相差画素２PA及び２PBのうちの位相差画素２PAでは、第１上部電極５４ｂに対してHighのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してLowのバイアス電圧が印加される。
【０１２３】
他方、画素対となる位相差画素２PA及び２PBのうちの位相差画素２PBでは、第１上部電極５４ｂに対してLowのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してHighのバイアス電圧が印加される。
【０１２４】
通常画素２Xの上部電極５４ａに対しても、Highのバイアス電圧が印加される。ただし、位相差信号を取得する場合には、この通常画素２Xの信号は使用されないので、通常画素２Xの上部電極５４ａに対してはLowのバイアス電圧を印加するのでもよい。
【０１２５】
これにより、位相差画素２PAでは、左開口信号を取得することができ、位相差画素２PBでは、右開口信号を取得することができるので、画素対となる位相差画素２PAと２PBとで、光電変換領域が光軸に対して対称な位置関係にある１組の位相差信号を取得することができ、オートフォーカスを達成することができる。
【０１２６】
なお、図１６で説明した駆動方法は、第１構成例に係る画素２において図６を参照して説明した位相差信号を取得する第１の駆動方法と同じであるが、第４構成例においても、図８及び図９を参照して説明した位相差信号を取得する第２の駆動方法も可能である。
【０１２７】
第４構成例の画素構造によれば、下部電極５４も、第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃに対応して第１下部電極５３ｂと第２下部電極５３ｃに分割されている。これにより、位相差信号取得時に、位相差画素２P内の第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃに異なるバイアス電圧が印加された際に、Lowのバイアス電圧が印加される側の上部電極５４と下部電極５３間に流れるリーク電流を完全に抑制することができる。
【０１２８】
＜５．３  画像信号取得時の駆動方法＞
次に、図１７を参照して、第４構成例に係る画素２において画像信号を取得する駆動方法について説明する。
【０１２９】
図１７は、画像信号を取得する場合の各画素２の上部電極５４へのバイアス電圧の設定方法を説明する図である。
【０１３０】
画像信号を取得する場合には、図１７に示されるように、画素アレイ部３内の全画素の上部電極５４に対してHighのバイアス電圧が印加される。
【０１３１】
位相差画素２Pから取得されるべき画像信号は、画素内で分割されている２つの光電変換領域で得られた信号、即ち、右開口信号と左開口信号を加算（合成）したものに相当するが、この加算処理は、位相差画素２P内で行ってもよいし、画素アレイ部３より後段のカラム信号処理回路５や出力回路７などで行うこともできる。
【０１３２】
＜位相差画素の回路図＞
図１８は、加算処理を位相差画素２P内で行う場合の位相差画素２Pの回路図を示している。ただし、図１８は、光電変換膜５２で生成される電荷（信号電荷）を出力する部分の回路図のみであり、フォトダイオードPD１及びPD２で生成される電荷（信号電荷）を出力する部分の回路図は省略されている。
【０１３３】
図１８では、第１下部電極５３ｂと第１上部電極５４ｂで挟まれた光電変換膜５２が光電変換部６２ｂであり、第１下部電極５３ｃと第１上部電極５４ｃで挟まれた光電変換膜５２が光電変換部６２ｃである。
【０１３４】
光電変換部６２ｂで生成された電荷は電荷保持部４５ｂで保持され、光電変換部６２ｃで生成された電荷は電荷保持部４５ｃで保持される。
【０１３５】
電荷保持部４５ｂは、スイッチ素子としてのMOSトランジスタ６３ｂを介して、電荷合成部（電荷蓄積部）６４と接続されており、電荷保持部４５ｃも、MOSトランジスタ６３ｃを介して、電荷合成部６４と接続されている。MOSトランジスタ６３ｂは、制御信号TRXbによりオンまたはオフされ、MOSトランジスタ６３ｃは、制御信号TRXcによりオンまたはオフされる。
【０１３６】
位相差画素２Pが位相差信号を出力する場合には、MOSトランジスタ６３ｂとMOSトランジスタ６３ｃとが異なるタイミングでオンされ、光電変換部６２ｂで生成された電荷と、光電変換部６２ｃで生成された電荷は、別々に出力される。即ち、左開口信号と右開口信号が順番に出力される。
【０１３７】
一方、位相差画素２Pが画像信号を出力する場合には、MOSトランジスタ６３ｂとMOSトランジスタ６３ｃとが同時にオンされ、光電変換部６２ｂで生成された電荷と、光電変換部６２ｃで生成された電荷が、電荷合成部６４で合成されて、出力される。
【０１３８】
リセットトランジスタ６５は、リセット信号RSTによりオンされたとき、電荷合成部６４に保持されている電荷が定電圧源VDDに排出されることで、電荷合成部６４の電位をリセットする。
【０１３９】
増幅トランジスタ６６は、電荷合成部６４の電位に応じた画素信号を出力する。すなわち、増幅トランジスタ６６は定電流源としての負荷MOS（不図示）とソースフォロワ回路を構成し、電荷合成部６４に保持されている電荷に応じたレベルを示す信号が、増幅トランジスタ６６から選択トランジスタ６７を介してカラム信号処理回路５（図１）に出力される。負荷MOSは、例えば、カラム信号処理回路５内に設けられている。
【０１４０】
選択トランジスタ６７は、選択信号SELにより位相差画素２Pが選択されたときオンされ、位相差画素２Pの信号を、垂直信号線９を介してカラム信号処理回路５に出力する。制御信号TRXb及びTRXc、リセット信号RST、並び選択信号SELは、例えば、垂直駆動回路４によって制御される。
【０１４１】
上述した説明は、位相差信号と画像信号を時分割で取得する場合の説明である。しかし、画像信号取得時の駆動を１回実行し、後段の出力回路７や固体撮像装置１の後段のISP(Image Signal Processor)などで、左開口信号及び右開口信号をそのまま位相差信号として用いるとともに、左開口信号と右開口信号の加算信号を画像信号として用いるようにすることもできる。
【０１４２】
＜６．画素の第５構成例＞
＜６．１  画素の断面構造図＞
次に、図１９を参照して、第１の実施の形態に係る固体撮像装置１の画素２の第５構成例について説明する。
【０１４３】
図１９は、第５構成例における画素２の断面構造を示している。
【０１４４】
第５構成例では、位相差画素２P及び通常画素２Xのいずれにおいても、上部電極５４が、第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃの２つの領域に分割されて形成されている。また、下部電極５３も、第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃに対向して、第１下部電極５３ｂと第２下部電極５３ｃの２つの領域に分割されて形成されている。
【０１４５】
さらに、通常画素２Xの金属配線５５、導電性プラグ４４、及び電荷保持部４５も、第１下部電極５３ｂと第２下部電極５３ｃのそれぞれに対応して形成されている。すなわち、第１下部電極５３ｂに対して、金属配線５５ｂ、導電性プラグ４４ｂ、及び電荷保持部４５ｂが設けられ、第２下部電極５３ｃに対して、金属配線５５ｃ、導電性プラグ４４ｃ、及び電荷保持部４５ｃが設けられている。
【０１４６】
つまり、第５構成例では、全画素で、光電変換膜５２による光電変換領域が２つに分割されている。
【０１４７】
このように、画素アレイ部３内の全画素の下部電極５３及び上部電極５４を分割形成することで、画素パターンの連続性が高くなり、下部電極５３形成以降の加工工程における均一性を高くすることができる。
【０１４８】
＜６．２  位相差信号取得時の第１の駆動方法＞
次に、図２０を参照して、第５構成例に係る画素２において位相差信号を取得する第１の駆動方法について説明する。
【０１４９】
図２０は、位相差信号を取得する場合の各画素２の上部電極５４へのバイアス電圧の設定方法を説明する図である。
【０１５０】
位相差信号を取得する場合には、図２０に示されるように、画素対となる位相差画素２PA及び２PBのうちの位相差画素２PAでは、第１上部電極５４ｂに対してHighのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してLowのバイアス電圧が印加される。
【０１５１】
他方、画素対となる位相差画素２PA及び２PBのうちの位相差画素２PBでは、第１上部電極５４ｂに対してLowのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してHighのバイアス電圧が印加される。
【０１５２】
通常画素２Xの第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃに対しても、Highのバイアス電圧が印加される。ただし、位相差信号を取得する場合には、この通常画素２Xの信号は使用されないので、通常画素２Xの第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃに対してはLowのバイアス電圧を印加するのでもよい。
【０１５３】
これにより、位相差画素２PAでは、左開口信号を取得することができ、位相差画素２PBでは、右開口信号を取得することができるので、画素対となる位相差画素２PAと２PBとで、光電変換領域が光軸に対して対称な位置関係にある１組の位相差信号を取得することができ、オートフォーカスを達成することができる。
【０１５４】
なお、第５構成例では、位相差画素２Pと通常画素２Xが同じ画素構造を有している。したがって、図２０の説明では、便宜上、位相差画素２Pと通常画素２Xを分けて説明したが、画素アレイ部３内のどの画素２でも、位相差画素２Pとして位相差信号を取得することができる。換言すれば、画素アレイ部３内の全画素のうち、図２０の位相差画素２PA及び２PBのように、バイアス電圧を制御した画素２が、位相差画素２Pとなる。
【０１５５】
＜６．３  画像信号取得時の駆動方法＞
次に、図２１を参照して、第５構成例に係る画素２において画像信号を取得する駆動方法について説明する。
【０１５６】
図２１は、画像信号を取得する場合の各画素２の上部電極５４へのバイアス電圧の設定方法を説明する図である。
【０１５７】
画像信号を取得する場合には、図２１に示されるように、画素アレイ部３内の全画素の上部電極５４に対してHighのバイアス電圧が印加される。位相差画素２Pと通常画素２Xのそれぞれにおいて、画素内で分割されている２つの光電変換領域で得られた信号、即ち、右開口信号と左開口信号が、電荷合成部６４または出力回路７などで加算（合成）されることで、画像信号が生成される。その結果、画素アレイ部３の位相差画素２Pと通常画素２Xの全画素で、画像信号を生成し、出力することができる。
【０１５８】
従って、第５構成例によれば、任意の画素２から位相差信号を取得することができる。また、位相差検出に用いる画素数を増加させることができるので、より高精度にオートフォーカスを実行することができる。
【０１５９】
また、第５構成例の画素構造によれば、各画素２の下部電極５４が、第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃに対応して第１下部電極５３ｂと第２下部電極５３ｃに分割されている。これにより、位相差信号取得時に、位相差画素２内の第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃに異なるバイアス電圧が印加された際に、Lowのバイアス電圧が印加される側の上部電極５４と下部電極５３間に流れるリーク電流を完全に抑制することができる。
【０１６０】
＜６．４  位相差信号取得時の第２の駆動方法＞
次に、図２２及び図２３を参照して、第５構成例に係る画素２において位相差信号を取得する第２の駆動方法について説明する。
【０１６１】
図２２及び図２３は、位相差信号を取得する場合の各画素２の上部電極５４へのバイアス電圧の設定方法を説明する図である。
【０１６２】
第２の駆動方法は、図８及び図９を参照して説明した第１構成例の第２の駆動方法と同様である。
【０１６３】
すなわち、例えば、１回目の位相差信号の読み出し動作では、図２２に示されるように、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれにおいて、第１上部電極５４ｂに対してHighのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してLowのバイアス電圧が印加される。これにより、１回目の位相差信号の読み出し動作において、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれから、左開口信号が得られる。
【０１６４】
そして、２回目の位相差信号の読み出し動作では、図２３に示されるように、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれにおいて、第１上部電極５４ｂに対してLowのバイアス電圧が印加され、第２上部電極５４ｃに対してHighのバイアス電圧が印加される。これにより、２回目の位相差信号の読み出し動作において、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれから、右開口信号が得られる。
【０１６５】
なお、１回目の位相差信号の読み出し動作において、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれから右開口信号を取得し、２回目の位相差信号の読み出し動作において、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれから、左開口信号を取得する順番としてもよい。即ち、右開口信号と左開口信号の取得順番は問われない。
【０１６６】
また、図２２及び図２３の例では、通常画素２Xの第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃに対してもHighのバイアス電圧が印加されており、通常画素２Xからも信号を取得することができるが、通常画素２Xの信号は使用されない。したがって、位相差信号を取得する場合には、通常画素２Xの第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃに対してはLowのバイアス電圧を印加するのでもよい。
【０１６７】
以上の駆動により、位相差画素２PA及び２PBのそれぞれで、光電変換領域が光軸に対して対称な位置関係にある１組の位相差信号を取得することができる。その結果、第２の駆動方法では、位相差検出に用いる画素数を第１の駆動方法よりも増加させることができるので、より高精度にオートフォーカスを実行することができる。
【０１６８】
また、上述した説明では、他の実施の形態と同様に、位相差信号と画像信号を時分割で取得するようにしたが、画像信号取得時の駆動を１回実行し、後段の出力回路７や固体撮像装置１の後段のISP(Image Signal Processor)などで、左開口信号及び右開口信号をそのまま位相差信号として用いるとともに、左開口信号と右開口信号の加算信号を画像信号として用いるようにすることもできる。
【０１６９】
第２乃至第５構成例においても、図３乃至図５を参照して説明したように、第１上部電極５４ｂ及び第２上部電極５４ｃの配置及び形状は任意である。また、上述した例では、第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃの領域が、等分に瞳分割された例について説明したが、１組の位相差信号を取得する第１上部電極５４ｂと第２上部電極５４ｃが、入射光の光軸に対して非対称性を持ち、かつ、互いに対称な配置とされていれば、任意の分割比で瞳分割したものでもよい。
【０１７０】
＜７．画素の第６構成例＞
＜７．１  画素の断面構造図＞
上述した第１乃至第５構成例では、各画素２が、半導体基板１２の基板外に、G（緑色）の光を光電変換する第１の光電変換部を有し、基板内に、B（青色）の光を光電変換する第２の光電変換部と、R（赤色）の光を光電変換する第３の光電変換部を備え、固体撮像装置１が、Gの信号を用いて位相差を検出する構成とされていた。
【０１７１】
本開示の光電変換膜５２を下部電極５３と上部電極５４で挟み込んで構成した光電変換部を用いた位相差検出方式は、上述した縦方向分光型以外の画素構造にも適用することができる。
【０１７２】
そこで、図２４を参照して、縦方向分光型以外の画素構造の例である、画素２の第６構成例について説明する。
【０１７３】
図２４は、第６構成例における画素２の断面構造を示している。
【０１７４】
第６構成例の画素構造を、図２に示した第１構成例の画素構造と比較すると、第６構成例では、半導体基板１２内にフォトダイオードPD１およびPD２が形成されていない。また、第１構成例では、光電変換膜５２が、緑色の波長光を光電変換する材料で形成されていたが、第６構成例では、いわゆるパンクロマチック膜と呼ばれる、可視光の全波長帯の光を光電変換する光電変換膜５２Aが形成されており、オンチップレンズ５７と光電変換膜５２Aとの間に、カラーフィルタ８１が形成されている。
【０１７５】
カラーフィルタ８１は、例えば、R（赤色）、G（緑色）、または、B（青色）の各色がベイヤ配列となるように形成されている。これにより、光電変換膜５２Aは、カラーフィルタ８１を通過してきた所定の波長（色）の光を光電変換する。例えば、位相差画素２Pのカラーフィルタ８１はG（緑色）の色であり、位相差を検出する左開口信号と右開口信号は同色の信号に設定される。
【０１７６】
なお、カラーフィルタ８１は、例えば、R（赤色）、G（緑色）、B（青色）または、W(白色)の各色の組み合わせが規則的に配列された構成とすることもできる。W(白色)のカラーフィルタ８１は、可視光の全波長帯の光を透過させる膜である。
【０１７７】
このような画素構造においても、図６を参照して説明した第１の駆動方法による位相差信号の取得や、図７を参照して説明した駆動方法による画像信号の取得、図８及び図９を参照して説明した第２の駆動方法による位相差信号の取得が可能である。
【０１７８】
従って、半導体基板１２の外部に設けた光電変換膜５２A（光電変換部）を用いることで高感度に位相差を検出することができるので、オートフォーカス精度を向上させることができる。
【０１７９】
また、上部電極５４に印加するバイアス電圧を制御するだけで位相差信号を得ることができ、画像信号を取得する場合には、位相差画素２Pからも通常画素２Xと同様の画像信号を生成することができる。換言すれば、位相差画素２Pが欠陥画素とならずに、位相差画素２Pでも画像信号を取得することができる。
【０１８０】
なお、図２４では、下部電極５３と上部電極５４の構成については、上述した第１構成例を適用したが、その他の第２乃至第５構成例の構成についても同様に適用することができることは言うまでもない。
【０１８１】
＜８．電子機器への適用例＞
上述した固体撮像装置１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えたオーディオプレーヤといった各種の電子機器に適用することができる。
【０１８２】
図２５は、本開示に係る電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【０１８３】
図２５に示される撮像装置９０は、光学ユニット９１、固体撮像装置９４、制御回路９５、信号処理回路９６、モニタ９７、およびメモリ９８を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
【０１８４】
光学ユニット９１は、１枚または複数枚の結像レンズ９２や絞り９３などを有して構成され、被写体からの光（入射光）を固体撮像装置９４に導き、固体撮像装置９４の受光面に結像させる。
【０１８５】
固体撮像装置９４は、上述した固体撮像装置１により構成される。固体撮像装置９４は、結像レンズ９２や絞り９３を介して受光面に結像される光に応じて、一定期間、信号電荷を蓄積する。固体撮像装置９４に蓄積された信号電荷は、制御回路９５から供給される駆動信号（タイミング信号）に従って転送される。固体撮像装置９４は、それ単体でワンチップとして構成されてもよいし、光学ユニット９１や信号処理回路９６などと一緒にパッケージングされたカメラモジュールの一部として構成されてもよい。
【０１８６】
制御回路９５は、固体撮像装置９４の転送動作およびシャッタ動作を制御する駆動信号を出力して、固体撮像装置９４を駆動する。また、制御回路９５は、固体撮像装置９４から得られる画素信号（位相差信号または画像信号）に基づいて、光学ユニット９１の結像レンズ９２や絞り９３を調整する。
【０１８７】
信号処理回路９６は、固体撮像装置９４から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路９６が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ９７に供給されて表示されたり、メモリ９８に供給されて記憶（記録）されたりする。
【０１８８】
上述したように、固体撮像装置９４として、上述した各実施の形態に係る固体撮像装置１を用いることで、高感度に位相差を検出することができるので、オートフォーカス精度を向上させることができる。従って、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などの撮像装置９０においても、撮像画像の高画質化を図ることができる。
【０１８９】
＜９．固体撮像装置の第２の実施の形態＞
ところで、近年、レンズ交換式のデジタルカメラが急速に普及してきている。レンズ交換式のデジタルカメラとは、図２５に示した撮像装置９０において、ユーザが光学ユニット９１を交換することができるカメラである。この場合、制御回路９５は、装着された光学ユニット９１（の結像レンズ９２）を識別するレンズIDを光学ユニット９１から検出することができる。
【０１９０】
レンズ交換式カメラに用いられる固体撮像装置１では、射出瞳距離の短い結像レンズ９２から、射出瞳距離の長い結像レンズ９２まで、様々な種類のレンズに対応することが必要である。
【０１９１】
しかし、高像高まで高い光分離度にして位相差オートフォーカス性能を得ようとすると、対応するレンズ種の数だけ瞳分割が必要となり、位相差画素の配置数が多くなってしまう。位相差画素が、通常画素と同じように画像信号を出力することができない場合には、その画素は欠陥画素となり、隣接画素からの補間等により画像信号を求めなければならないため、画素アレイ部内の位相差画素の配置数は少ない方が良い。
【０１９２】
そこで、以下では、固体撮像装置１の第２の実施の形態として、画素アレイ部３に位相差画素を配置する数を少なくすることができる画素構造について説明する。
【０１９３】
図２６は、本開示に係る固体撮像装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【０１９４】
図２６においても、図１に示した第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
【０１９５】
固体撮像装置１の第２の実施の形態では、画素アレイ部３内に、画素１００が行列状に２次元配置されている。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位相差画素１００Pとがあり、また、位相差画素１００Pには、電荷生成領域が光軸に対して対称な位置関係にある位相差画素１００PA及び１００PBとがある。
【０１９６】
上述した固体撮像装置１の第１の実施の形態では、上部電極５４に印加させるバイアス電圧を制御することによって、位相差画素２Pも、通常画素２Xと同様に、画像生成用の信号（画像信号）を出力することが可能であった。
【０１９７】
しかしながら、第２の実施の形態では、位相差画素１００Pは通常画素１００Xと同様の画像生成用の信号（画像信号）を出力することはできないが、画素アレイ部３内の位相差画素１００Pの配置数を従来より少なくすることができる構成とされている。
【０１９８】
第２の実施の形態では、例えば、図２６に示されるように、画素アレイ部３内の行列状に配置された通常画素１００Xに対して、所定の画素行の一部または全部の通常画素１００Xが位相差画素１００Pに置き換えられた構成とされている。第２の実施の形態における固体撮像装置１のその他の構成は、上述した第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１９９】
＜１０．画素の第１構成例＞
＜１０．１  画素の断面構造図＞
図２７を参照して、第２の実施の形態に係る固体撮像装置１の画素１００の第１構成例について説明する。
【０２００】
図２７には、通常画素１００Xと位相差画素１００PAの断面構造が示されている。
【０２０１】
図２７の説明では、初めに、通常画素１００Xの画素構造について説明し、その後、位相差画素１００PAについて、通常画素１００Xと異なる部分についてのみ説明する。
【０２０２】
通常画素１００Xの画素構造について説明する。
【０２０３】
半導体基板１２の第１導電型（例えば、P型）の半導体領域１１１内に、第２導電型（例えば、N型）の半導体領域１１２及び１１３を深さ方向に積層して形成することにより、PN接合によるフォトダイオードPD１およびPD２が、深さ方向に形成されている。半導体領域１１２を電荷蓄積領域とするフォトダイオードPD１は、青色の光を受光して光電変換する光電変換部であり、半導体領域１１３を電荷蓄積領域とするフォトダイオードPD２は、赤色の光を受光して光電変換する光電変換部である。
【０２０４】
フォトダイオードPD１の半導体領域１１２の一部は、半導体基板１２の表面側に達するように延長して形成された延長部１１２ａを有する。フォトダイオードPD１の半導体領域１１２は、そこに蓄積された電荷を読み出す画素トランジスタTr１のソース／ドレイン領域の一方を兼用する。画素トランジスタTr１は、ソース／ドレイン領域の一方である半導体領域１１２と、ソース／ドレイン領域の他方である第２導電型の半導体領域１１４と、ゲート電極１１５で構成されている。フォトダイオードPD２の半導体領域１１３に対しても、半導体領域１１３に蓄積された電荷を読み出すための画素トランジスタが形成されているが、図示が省略されている。
【０２０５】
また、半導体基板１２には、後述する光電変換膜１３５で光電変換された電荷を基板表面側（図中下側）に取り出すための導電性プラグ１２１が、半導体基板１２（の半導体領域４１）を貫通して形成されている。なお、図示は省略されているが、導電性プラグ１２１の外周は、SiO2若しくはSiN等の絶縁膜で絶縁されている。
【０２０６】
導電性プラグ１２１は、半導体領域１１１内に第２導電型（例えば、N型）の半導体領域で形成された電荷保持部１２２と接続されている。電荷保持部１２２は、光電変換膜１３５で光電変換された電荷を、読み出されるまでの間、一時的に保持する。電荷保持部１２２に保持された電荷は、画素トランジスタTr３によって読み出される。画素トランジスタTr３は、ゲート電極１２４と、ソース／ドレイン領域としての第２導電型の半導体領域１２３と電荷保持部１２２とで構成される。
【０２０７】
半導体基板１２の裏面側（図中上側）の界面には、反射防止膜１３１が形成されており、その反射防止膜１３１上の画素境界部分に、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Al）、銅（Cu）などの導電性の材料により、遮光膜１３２A及び１３２Bが形成されている。遮光膜１３２Aは、それと同一材料で形成されたコンタクト部１３２Pを介して下部電極１３４と接続されるとともに、導電性プラグ１２１とも接続されている。これにより、遮光膜１３２Aは、光電変換膜１３５で生成された電荷を、導電性プラグ１２１に伝送する機能も有する。なお、遮光膜１３２Aと遮光膜１３２Bは、電気的に分離されている。
【０２０８】
遮光膜１３２A及び１３２Bと反射防止膜１３１の上側は、絶縁膜１３３で平坦化されており、その絶縁膜１３３上に、下部電極１３４、光電変換膜１３５、及び上部電極１３６が、その順番で形成されている。
【０２０９】
光電変換膜１３５と、その上下の下部電極１３４及び上部電極１３６は、緑色の波長光を光電変換する光電変換部を構成する。
【０２１０】
上部電極１３６の上面にはパッシベーション膜１３７が形成され、さらにパッシベーション膜１３７の上面に、高屈折率層１３８及びオンチップレンズ１３９が形成されている。高屈折率層１３８及びオンチップレンズ１３９は同一の材料で形成することができる。
【０２１１】
通常画素１００Xの半導体領域１１１乃至１１３は、第１の実施の形態の通常画素２Xの半導体領域４１乃至４３に対応し、通常画素１００Xの下部電極１３４、光電変換膜１３５、及び上部電極１３６は、第１の実施の形態の通常画素２Xの下部電極５３ａ、光電変換膜５２、及び上部電極５４ａにそれぞれ対応する。各膜の材料は、上述した第１の実施の形態と同様の材料を用いることができる。
【０２１２】
従って、通常画素１００Xの画素構造も、第１の実施の形態の通常画素２Xと同様に、緑色の光については半導体基板（シリコン層）１２の外側に形成された光電変換膜１３５で光電変換し、青色と赤色の光については半導体基板１２内のフォトダイオードPD１及びPD２で光電変換する縦方向分光型の画素構造である。
【０２１３】
ただし、第１の実施の形態の通常画素２Xでは、上部電極５４ａが画素単位に分離されて形成されていたのに対して、第２の実施の形態の通常画素１００Xでは、上部電極１３６は画素アレイ部３の全面に連続的に形成されている。
【０２１４】
次に、位相差画素１００PAの画素構造について説明する。なお、位相差画素１００PAの画素構造の説明では、通常画素１００Xと異なる部分についてのみ説明する。
【０２１５】
位相差画素１００PAでは、通常画素１００Xにおいて画素境界部分に形成されている遮光膜１３２Bが、遮光膜１３２Cに置き換えられている。遮光膜１３２Cは、フォトダイオードPD１及びPD２の受光領域の片側（図２７では左側）半分を覆うように形成されている。したがって、フォトダイオードPD１及びPD２の平面方向の受光領域は、半導体領域１１２及び１１３の右側半分の領域となる。
【０２１６】
また、位相差画素１００PAでは、下部電極１３４Aが、通常画素１００Xの下部電極１３４の右側半分に相当する領域だけに形成されている。換言すれば、下部電極１３４Aが、遮光膜１３２A及び１３２Cの開口領域の上側だけに形成されている。通常画素１００Xの下部電極１３４の左側半分に相当する下部電極１３４Aが形成されていない領域には、絶縁膜１３３が埋め込まれている。
【０２１７】
位相差画素１００PAのその他の構造は、通常画素１００Xと同様である。
【０２１８】
以上のように構成される位相差画素１００PAでは、R,G,Bの入射光を光電変換する３層の光電変換部の光電変換領域が、入射光の光軸に対して非対称な平面領域となるように構成されている。より具体的には、光電変換膜１３５が上部電極１３６と下部電極１３４Aで挟まれた領域は、画素の右側半分の領域である。また、遮光膜１３２A及び１３２Cの開口部分であるフォトダイオードPD１及びPD２の受光領域も、画素の右側半分の領域である。
【０２１９】
なお、図示は省略するが、位相差画素１００PAと画素対を構成する位相差画素１００PBは、R,G,Bの入射光を光電変換する３層の光電変換部の光電変換領域が、位相差画素１００PAと光軸に対して対称な位置関係にある、画素の左側半分の領域となるように構成されている。
【０２２０】
従って、位相差画素１００PAでは、右開口信号を取得することができ、位相差画素１００PBでは、左開口信号を取得することができるので、画素対となる位相差画素１００PAと１００PBとで、光電変換領域が光軸に対して対称な位置関係にある１組の位相差信号を取得することができる。この位相差信号を用いてオートフォーカスを達成することができる。
【０２２１】
また、上述した例は、画素対となる位相差画素１００PAと１００PBにおいて、３層の光電変換部の電荷が生成される電荷生成領域が、水平方向（紙面の左右方向）に対称に形成された例を示しているが、第１の実施の形態と同様に、垂直方向（紙面の上下方向）や対角線方向（紙面の斜め方向）に対称に形成される構造とすることも勿論可能である。
【０２２２】
＜１０．２  受光角度分布特性＞
図２８を参照して、通常画素１００Xと位相差画素１００PAの受光角度分布特性について説明する。
【０２２３】
図２８A及び図２８Bでは、通常画素１００Xと位相差画素１００PAにおける入射光の集光状態が太線の実線で示されている。
【０２２４】
図２８Cは、通常画素１００XにおけるR,G,Bそれぞれの入射光の受光角度分布を示しており、図２８Dは、位相差画素１００PAにおけるR,G,Bそれぞれの入射光の受光角度分布を示している。受光角度分布の横軸は光の入射角度を表し、縦軸は入射された光に応じた画素の感度（出力値）を表す。
【０２２５】
通常画素１００Xでは、図２８Cに示されるように、R,G,Bそれぞれの光電変換部は、幅広い入射角に対して十分な受光感度を有している。
【０２２６】
これに対して、位相差画素１００PAは、画素の右側半分の領域のみが電荷生成領域となるため、図２８Dに示されるように、入射角０°より右側の感度が高く、入射角０°より左側の感度が低くなり、入射角０°付近では、感度がリニアに変化する受光感度特性を有する。
【０２２７】
また、感度がリニアに変化する領域である入射角０°付近の感度変化の傾きは、B信号が最も急峻となり、G信号が最も緩やかとなる。これは、図２８Bに示されるように、R,G,Bの３層の光電変換部の高さ方向（深さ方向）の位置が異なることにより、Gの光電変換部における入射光の集光スポット径φGと、Bの光電変換部における入射光の集光スポット径φBが異なるためである。
【０２２８】
入射光の集光スポット径が小さいB信号の感度変化の傾きは急峻となり、光の分離性能（光分離度）が高い。入射光の集光スポット径が大きいG信号の感度変化の傾きは緩やかとなり、光の分離性能（光分離度）はBの光よりも低くなる。
【０２２９】
しかしながら、感度がリニアに変化する入射角度の範囲内では、光の分離性能は良好であるので、焦点検出用の信号として利用することができる。
【０２３０】
感度がリニアに変化する入射角の範囲は、光の分離性能が高いB信号では、例えば、±５度（degree）程度であるのに対して、光の分離性能が低いG信号では、±２０度（degree）程度となり、G信号は、B信号より広い入射角に対応することができる。
【０２３１】
固体撮像装置１の第２の実施の形態では、１つの位相差画素１００Pにおいて、集光スポット径が異なる複数の光電変換部を用いて、複数種類（２種類以上）の位相差信号を取得することで、射出瞳距離の短い結像レンズ９２から射出瞳距離の長い結像レンズ９２まで、幅広い種類のレンズに対応することができる。そして、１つの位相差画素１００Pで幅広い種類のレンズに対応することができることにより、画素アレイ部３内の位相差画素１００Pの配置数を減らすことができ、欠陥画素扱いとなる画素数を少なくすることができる。
【０２３２】
また、１つの位相差画素１００Pで幅広い種類のレンズに対応することができることにより、瞳分割の種類数を減らすことができるので、信号処理を複雑化し負荷が高くなることや、動画時の加算、間引きの配列自由度を損なうこと、また補正痕による画質劣化が起こるという問題を軽減することができる。
【０２３３】
なお、固体撮像装置１の第２の実施の形態では、１つの位相差画素１００Pにおいて、G信号とB信号の２つの位相差信号を検出する構成としたが、位相差信号としてはG信号のみを検出する構成としてもよい。この場合でも、Gの光電変換部が半導体基板１２よりもオンチップレンズ１３９に近い層に形成されていることにより、Gの光電変換部における入射光の集光スポット径φGは大きくなるので、幅広い種類のレンズに対応することができる。
【０２３４】
＜１１．画素の第２構成例＞
図２９を参照して、第２の実施の形態に係る固体撮像装置１の画素１００の第２構成例について説明する。
【０２３５】
図２９は、第２構成例における位相差画素１００PAの断面構造を示している。
【０２３６】
なお、以下説明する第２乃至第５構成例では、図２７に示した第１構成例と異なる点についてのみ説明する。また、第２乃至第５構成例において、通常画素１００Xの構成は図２７に示した第１構成例と同じであるため、その説明は省略する。
【０２３７】
第２構成例では、緑色の光を光電変換する光電変換部の一部を構成する光電変換膜１３５Aと上部電極１３６Aが、第１構成例の光電変換膜１３５と上部電極１３６から変更されている。即ち、第２構成例では、光電変換膜１３５Aと上部電極１３６Aについても、下部電極１３４Aに向かい合う領域である、右側半分に相当する領域のみ形成されている。遮光膜１３２C及び１３２Aの上側の光電変換膜１３５Aと上部電極１３６Aが除かれた部分には、絶縁膜１３３が埋め込まれている。
【０２３８】
以上のような位相差画素１００PAの第２構成例においても、１つの位相差画素１００Pにおいて、集光スポット径が異なる複数の光電変換部を用いて、複数種類（２種類以上）の位相差信号を取得することで、射出瞳距離の短い結像レンズ９２から、射出瞳距離の長い結像レンズ９２まで、幅広い種類のレンズに対応することができる。そして、１つの位相差画素１００Pで幅広い種類のレンズに対応することができることにより、画素アレイ部３内の位相差画素１００Pの配置数を減らすことができ、欠陥画素扱いとなる画素数を少なくすることができる。
【０２３９】
＜１２．画素の第３構成例＞
図３０を参照して、第２の実施の形態に係る固体撮像装置１の画素１００の第３構成例について説明する。
【０２４０】
図３０は、第３構成例における位相差画素１００PAの断面構造を示している。
【０２４１】
第３構成例では、光電変換膜１３５Aと上部電極１３６Aが、図２９に示した第２構成例と同様に、下部電極１３４Aに対応して、右側半分に相当する領域のみ形成された構造となっている。遮光膜１３２C及び１３２Aの上側の光電変換膜１３５Aと上部電極１３６Aが除かれた部分には、絶縁膜１３３が埋め込まれている。
【０２４２】
従って、第３構成例においても、１つの位相差画素１００Pにおいて、集光スポット径が異なる複数の光電変換部を用いて、複数種類（２種類以上）の位相差信号を取得することで、射出瞳距離の短い結像レンズ９２から、射出瞳距離の長い結像レンズ９２まで、幅広い種類のレンズに対応することができる。そして、１つの位相差画素１００Pで幅広い種類のレンズに対応することができることにより、画素アレイ部３内の位相差画素１００Pの配置数を減らすことができ、欠陥画素扱いとなる画素数を少なくすることができる。
【０２４３】
また、第３構成例では、フォトダイオードPD１及びPD２の左側半分を遮光する遮光膜１３２Cが、GNDに接続されており、また、遮光膜１３２Cと同一材料のコンタクト部１３２Qを介して、その上の下部電極１３４とも接続されている。
【０２４４】
これにより、下部電極１３４A、光電変換膜１３５A、及び、上部電極１３６Aで構成されるGの光電変換部以外で生成される電荷であって、位相差信号として使用しない不要な電荷を、GNDに排出することができる。
【０２４５】
＜１３．画素の第４構成例＞
図３１を参照して、第２の実施の形態に係る固体撮像装置１の画素１００の第４構成例について説明する。
【０２４６】
図３１は、第４構成例における位相差画素１００PAの断面構造を示している。
【０２４７】
第４構成例では、オンチップレンズ１３９下の高屈折率層１３８が省略または薄く形成されるとともに（図３１では省略されている）、遮光膜１３２A及び１３２Cの上側の絶縁膜１３３が厚く形成されている。これにより、第４構成例では、第１構成例と比較して、光電変換膜１３５、下部電極１３４A、及び上部電極１３６からなるGの光電変換部の層位置が、オンチップレンズ１３９に近い位置に移動されている。その結果、Gの光電変換部における入射光の集光スポット径φGは、第１構成例と比較して大きくなるので、より広い入射角の範囲に対応したものとなる。
【０２４８】
このように、Gの光電変換部の層位置を調整することで、Gの位相差信号と、Bの位相差信号（またはRの位相差信号）のレンズ対応範囲を調整することができる。
【０２４９】
＜１４．画素の第５構成例＞
図３２を参照して、第２の実施の形態に係る固体撮像装置１の画素１００の第５構成例について説明する。
【０２５０】
図３２は、第５構成例における位相差画素１００PAの断面構造を示している。
【０２５１】
第５構成例では、半導体基板１２の外側に、GとBの光を光電変換する２つの光電変換部が形成され、半導体基板１２内に、Rの光を光電変換する光電変換部が形成されている。
【０２５２】
具体的には、光電変換膜１３５と、その上下の下部電極１３４A及び上部電極１３６により、Gの光を光電変換する第１の光電変換部が形成され、その下層に、光電変換膜１６２と、その上下の下部電極１６１A及び上部電極１６３により、Bの光を光電変換する第２の光電変換部が形成されている。上部電極１６３と第１の光電変換部の下部電極１３４Aと、第２の光電変換部の上部電極１６３の間は絶縁膜１６４で分離されている。下部電極１３４A及び下部電極１６１Aは、通常画素１００Xの下部電極１３４の右側半分に相当する領域のみ形成されている。
【０２５３】
第２の光電変換部で生成された電荷も、第１の光電変換部におけるコンタクト部１３２P、遮光膜１３２A、及び導電性プラグ１２１と同様に、半導体基板１２の表面側（図中下側）に伝送される構造とされている。
【０２５４】
Gの光を光電変換する光電変換膜１３５の材料としては、上述したように、例えば、ローダーミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等を含む有機光電変換材料を用いることができる。Bの光を光電変換する光電変換膜１６２の材料としては、上述したように、例えば、クマリン系色素、トリス−８−ヒドリキシキノリンＡｌ（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を含む有機光電変換材料を用いることができる。
【０２５５】
また、半導体基板１２内の第１導電型（例えば、P型）の半導体領域１１１には、第１構成例のフォトダイオードPD１に対応する半導体領域１１２が省略され、フォトダイオードPD２に対応する半導体領域１１３が、半導体基板１２の反射防止膜１３１界面から深さ方向に形成されている。フォトダイオードPD２の平面方向の受光領域は、遮光膜１３２Cにより、半導体領域１１２の右側半分の領域となっている。
【０２５６】
第５構成例では、R,G,Bの３層の光電変換部の集光スポット径の大きさを比較すると、集光スポット径は、それぞれの高さ方向（深さ方向）の位置が異なることにより、Gの光電変換部、Bの光電変換部、Rの光電変換部の順で大きくなる。これにより、光分離度が３段階に分けられるので、各光電変換部で得られる位相差信号を適宜選択することで、射出瞳距離の短い結像レンズ９２から射出瞳距離の長い結像レンズ９２まで、幅広い種類のレンズに対応することができる。
【０２５７】
＜１５．位相差画素の配置例＞
固体撮像装置１の第２の実施の形態で採用される位相差画素１００Pの画素構造によれば、１画素に、集光スポット径が異なる複数の光電変換部を備えることにより、射出瞳距離の短い結像レンズ９２から射出瞳距離の長い結像レンズ９２まで、幅広い種類のレンズに対応することが可能となる点について、図を参照して具体的に説明する。
【０２５８】
例えば、図３３に示されるように、画素アレイ部３に対応する撮像領域１８１が、複数のAF（オートフォーカス）エリア１８２に分割されているとする。AFエリア１８２は、オートフォーカスを実行するときに、デフォーカス量を算出する単位である。例えば、撮像領域１８１内の１つ以上のAFエリア１８２のデフォーカス量に注目して、結像レンズ９２の位置を制御することができる。
【０２５９】
図３４は、撮像領域１８１のなかの１つのAFエリア１８２に含まれる位相差画素１００Pの配置例を示している。
【０２６０】
図３４A乃至図３４Fでは、１つのAFエリア１８２に、複数の画素１００が行列状に２次元配置されており、その行列状に配置された複数の画素１００のうちの、位相差画素１００P（１００PAまたは１００PBのいずれか）が配置されている画素行が破線で示されている。なお、破線で示されている画素行の全画素が位相差画素１００Pであってもよいし、破線で示されている画素行において数画素おきに位相差画素１００Pが配置される配置方法でもよい。
【０２６１】
本開示の位相差画素１００Pを、例えば、シリコン層に形成されたフォトダイオードPDの受光領域の右半分または左半分を遮光膜で遮光したような構造の位相差画素（以下、基準位相差画素と称する。）と比較する。
【０２６２】
位相差画素の構造として基準位相差画素を採用した場合、レンズ交換式カメラのレンズ種類を、例えば、図３４Aに示されるように、“レンズ瞳１”から“レンズ瞳１０”の１０段階に分類して、それぞれのレンズ種類に対応するように瞳分割を行った位相差画素を１つのAFエリア１８２に配置する必要があった。“レンズ瞳１”乃至“レンズ瞳１０”は、“レンズ瞳１”、“レンズ瞳２”、“レンズ瞳３”、・・・となるほど、射出瞳距離が長い結像レンズである。
【０２６３】
これに対して、位相差画素の構造として本開示の位相差画素１００Pを採用することにより、レンズ交換式カメラのレンズ種類を、例えば、図３４Bに示されるように、 “レンズ瞳A１”、“レンズ瞳A３”、“レンズ瞳A５”、“レンズ瞳A７”、“レンズ瞳A９”の５段階に分類することができ、それぞれの結像レンズに対応するように瞳分割を行った位相差画素１００Pが、１つのAFエリア１８２に配置される。
【０２６４】
ここで、“レンズ瞳A１”は、例えば、図３４Aの“レンズ瞳１”と“レンズ瞳２”をカバーするレンズ種類であり、レンズ瞳A３”は、例えば、図３４Aの“レンズ瞳３”と“レンズ瞳４”をカバーするレンズ種類であり、レンズ瞳A５”は、例えば、図３４Aの“レンズ瞳５”と“レンズ瞳６”をカバーするレンズ種類であり、レンズ瞳A７”は、例えば、図３４Aの“レンズ瞳７”と“レンズ瞳８”をカバーするレンズ種類であり、レンズ瞳A９”は、例えば、図３４Aの“レンズ瞳９”と“レンズ瞳１０”をカバーするレンズ種類である。
【０２６５】
従って、この例では、位相差画素１００Pが集光スポット径の異なる複数の光電変換部を備えることにより、基準位相差画素を採用した場合と比較して、位相差画素１００Pの配置数を１／２に減らすことができている。
【０２６６】
さらに、位相差画素１００PのGの光電変換部の集光スポット径を大きくする、すなわち、感度がリニアに変化する入射角度の範囲を広くすることで、レンズ交換式カメラのレンズ種類を、例えば、図３４Cに示されるように、 “レンズ瞳B１”、“レンズ瞳B４”、“レンズ瞳B７”、“レンズ瞳B１０”の４段階に分類したり、図３４Dに示されるように、“レンズ瞳C１”、“レンズ瞳C５”、“レンズ瞳C９”の３段階に分類させるようにすることもできる。
【０２６７】
図３４Cに示されるように、レンズ種類を“レンズ瞳B１”、“レンズ瞳B４”、“レンズ瞳B７”、“レンズ瞳B１０”の４段階に分類した場合には、基準位相差画素を採用した場合と比較して、位相差画素１００Pの配置数を２／５に減らすことができる。また、図３４Dに示されるように、レンズ交換式カメラのレンズ種類を“レンズ瞳C１”、“レンズ瞳C５”、“レンズ瞳C９”の３段階に分類した場合には、基準位相差画素を採用した場合と比較して、位相差画素１００Pの配置数を３／１０に減らすことができる。
【０２６８】
ただし、感度がリニアに変化する入射角度の範囲を広くし、感度変化の傾きが緩やかになるほど、光の分離性能は低下する。そこで、例えば、図３４E及び図３４Fに示されるように、同じレンズ種類に対応する位相差画素１００Pを複数行配置させるようにして、同じレンズ種類に対応する複数行の位相差画素１００Pの加算信号を、位相差の検出に用いることで、焦点検出精度を向上させることもできる。
【０２６９】
図３４Eは、レンズ種類を“レンズ瞳C１”、“レンズ瞳C５”、“レンズ瞳C９”の３段階に分類し、１種類のレンズ種類に対応する位相差画素１００Pの配置数を３倍に増やした例を示している。
【０２７０】
図３４Fは、レンズ種類を全ての結像レンズ９２に対応可能な１種類（“レンズ瞳D５”）のみとし、位相差画素１００Pの配置数を１０倍に増やした例を示している。
【０２７１】
＜１６．フォーカス制御処理＞
図３５のフローチャートを参照して、図２５の固体撮像装置９４として第２の実施の形態に係る固体撮像装置１が搭載されている撮像装置９０によって実行されるフォーカス制御処理について説明する。
【０２７２】
初めに、ステップＳ１において、制御回路９５は、装着された光学ユニット９１（の結像レンズ９２）を識別するレンズIDを光学ユニット９１から検出する。
【０２７３】
ステップＳ２において、制御回路９５は、ユーザにより設定された撮影フォーマットを識別する。ユーザは、撮影フォーマットとして、例えば、水平方向×垂直方向の画素数が約４０００×約２０００の画素数を有する高解像度の４Kフォーマットや、水平方向×垂直方向の画素数が約２０００×約１０００の画素数のHDフォーマットなどを選択して設定することができる。
【０２７４】
ステップＳ３において、制御回路９５は、固体撮像装置９４を駆動し、撮像を開始させる。
【０２７５】
ステップＳ４において、制御回路９５は、撮像領域１８１（図３３）を所定数に分割したAFエリア１８２のなかから、所定のAFエリアを選択する。AFエリアは、例えば、ユーザによって指定されたAFエリアに基づいて選択したり、顔が含まれるAFエリアなど、撮像された画像の特徴に基づいて選択することができる。なお、撮像領域１８１全体に対応する全てのAFエリア１８２を選択することもできる。
【０２７６】
ステップＳ５において、制御回路９５は、検出されたレンズID及び選択されたAFエリアに基づいて、焦点検出に使用する位相差画素１００Pを決定する。例えば、検出されたレンズIDに対応して、図３４Dに示した “レンズ瞳C１”、“レンズ瞳C５”、“レンズ瞳C９”の３種類の瞳分割の位相差画素１００Pが、選択されたAFエリア１８２に配置されている場合には、制御回路９５は、検出されたレンズIDに基づいて、“レンズ瞳C１”、“レンズ瞳C５”、または“レンズ瞳C９”のいずれかの位相差画素１００Pを、焦点検出に使用する位相差画素１００Pに決定する。
【０２７７】
ステップＳ６において、制御回路９５は、選択した位相差画素１００PのG信号とB信号の左右信号差を解析する。すなわち、制御回路９５は、画素対となる２つの位相差画素１００PA及び１００PBの左開口信号と右開口信号を、入射光の集光スポット径が大きいG信号と、入射光の集光スポット径が小さいB信号のそれぞれについて取得し、左開口信号と右開口信号の信号差（レベル差）を算出する。
【０２７８】
ステップＳ７において、制御回路９５は、G信号とB信号のうち、左右の信号差が小さい信号を位相差の検出に用いるため、G信号とB信号のどちらが左右の信号差が大きいかを判定する。
【０２７９】
ステップＳ７で、B信号の左右信号差がG信号の左右信号差以下であると判定された場合、処理はステップＳ８に進み、制御回路９５は、B信号の左右の信号差が同レベルになるように、B信号の左右の信号差を補正する。
【０２８０】
ステップＳ９において、制御回路９５は、左右の信号差が補正されたB信号の左右の開口信号に基づいて位相差を検出し、合焦方向とずれ量を算出する。図３４Eや図３４Fに示したように、検出されたレンズIDに対応するレンズ種類が複数行配置されている場合には、制御回路９５は、左開口信号及び右開口信号それぞれについて、複数行の信号を加算した左右の開口信号に基づいて位相差を検出する。これにより、位相差の検出精度を向上させることができる。
【０２８１】
一方、ステップＳ７で、B信号の左右信号差がG信号の左右信号差より大きいと判定された場合、処理はステップＳ１０に進み、制御回路９５は、G信号の左右の信号差が同レベルになるように、G信号の左右の信号差を補正する。
【０２８２】
ステップＳ１１において、制御回路９５は、左右の信号差が補正されたG信号の左右の開口信号に基づいて位相差を検出し、合焦方向とずれ量を算出する。図３４Eや図３４Fに示したように、検出されたレンズIDに対応するレンズ種類が複数行配置されている場合には、制御回路９５は、左開口信号及び右開口信号それぞれについて、複数行の信号を加算した左右の開口信号に基づいて位相差を検出する。これにより、位相差の検出精度を向上させることができる。
【０２８３】
ステップＳ９またはステップＳ１１の後、ステップＳ１２において、制御回路９５は、算出された合焦方向とずれ量に基づいて、結像レンズ９２を移動制御する。すなわち、制御回路９５は、算出された合焦方向に、算出されたずれ量だけ結像レンズ９２を移動させる。
【０２８４】
位相差オートフォーカスに加えて、コントラスト法によるオートフォーカスも行う場合には、ステップＳ１３として、制御回路９５は、位相差検出による調整後のレンズ位置を基準に結像レンズ９２を僅かに前後に移動させ、撮像画像のコントラスト変化が極大となるレンズ位置を探索する。コントラスト法によるオートフォーカスを行わない場合、ステップＳ１３の処理は省略される。
【０２８５】
そして、ステップＳ１４において、制御回路９５は、最終的な合焦位置を決定し、処理を終了する。コントラスト法によるオートフォーカスを行う場合には、撮像画像のコントラスト変化が極大となるレンズ位置が、最終的な合焦位置に決定される。コントラスト法によるオートフォーカスを行わない場合には、ステップＳ１２の処理により結像レンズ９２を移動したレンズ位置が最終的な合焦位置に決定される。
【０２８６】
以上のように、フォーカス制御処理によれば、撮像装置９０の固体撮像装置９４（第２の実施の形態に係る固体撮像装置１）は、スポット径が異なる複数種類の位相差信号（G信号とB信号）を取得することができるので、そのなかから、最適な位相差信号を選択して、位相差を検出することができる。
【０２８７】
なお、上述したフォーカス制御処理によれば、G信号とB信号のうち、左右の信号差が小さい信号を、位相差の検出信号に使用する例について説明した。しかしながら、撮像領域１８１の中心付近の領域、換言すれば、光軸中心に近い像高の低い領域については結像レンズ９２の違いによる影響を受けにくい。そこで、選択されたAFエリアが撮像領域１８１の中心領域に該当する場合には、光分離度が高いB信号を常に使用するようにして、選択されたAFエリアが撮像領域１８１の周辺領域に該当する場合に、G信号とB信号のうち、左右の信号差が小さい信号を、位相差の検出信号に使用するようにしてもよい。
【０２８８】
また、G信号とB信号のいずれか一方の信号のみを使うのではなく、G信号とB信号を所定の比率で合成した信号を位相差の検出信号に使用するようにしてもよい。この場合の合成比率は、例えば、選択されたAFエリアごとに予め決定された値や、撮像領域１８１中心から位相差画素１００Pまでの距離に応じた値などとすることができる。
【０２８９】
＜１７．固体撮像装置の基板構成例＞
図１及び図２６の固体撮像装置１は、図３６Aに示されるように、１枚の半導体基板１２に、複数の画素２または画素１００が配列されている画素領域２２１と、画素２または画素１００を制御する制御回路２２２と、画素信号の信号処理回路を含むロジック回路２２３とが形成された構成とされている。
【０２９０】
しかしながら、固体撮像素子１は、図３６Bに示されるように、画素領域２２１と制御回路２２２が形成された第１の半導体基板２３１と、ロジック回路２２３が形成された第２の半導体基板２３２とを積層した積層構造により形成することも可能である。第１の半導体基板２３１と第２の半導体基板２３２は、例えば、貫通ビアやCu-Cuの金属結合により電気的に接続される。
【０２９１】
あるいはまた、固体撮像素子１は、図３６Cに示されるように、画素領域２２１のみが形成された第１の半導体基板２４１と、制御回路２２２とロジック回路２２３が形成された第２の半導体基板２４２とを積層した積層構造により形成することも可能である。第１の半導体基板２４１と第２の半導体基板２４２は、例えば、貫通ビアやCu-Cuの金属結合により電気的に接続される。
【０２９２】
図３６A乃至図３６Cのいずれの基板構成であっても、固体撮像装置１として、上述した各実施の形態に係る構成を用いることで、位相差の検出精度を向上させることができる。従って、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などの撮像装置９０においても、撮像画像の高画質化を図ることができる。
【０２９３】
上述した例では、第１導電型をP型、第２導電型をN型として、電子を信号電荷とした固体撮像装置について説明したが、本開示の技術は正孔を信号電荷とする固体撮像装置にも適用することができる。すなわち、第１導電型をN型とし、第２導電型をP型として、前述の各半導体領域を逆の導電型の半導体領域で構成することができる。
【０２９４】
本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示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。
【０２９５】
例えば、上述した複数の実施の形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。
【０２９６】
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なく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
【０２９７】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素を有し、
前記上部電極は、第１上部電極と第２上部電極に分割されている
固体撮像装置。
（２）
前記第１上部電極と前記第２上部電極には、異なる電圧が印加される
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記異なる電圧は、前記光電変換膜で電荷が生成される第１の電圧と、前記光電変換膜で電荷が生成されない第２の電圧である
前記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記第１の電圧が前記第１上部電極に印加され、かつ、前記第２の電圧が前記第２上部電極に印加された後、前記第１の電圧が前記第２上部電極に印加され、かつ、前記第２の電圧が前記第１上部電極に印加される
前記（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記第２の電圧は、前記下部電極との電位差が一定となるように制御される
前記（３）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記光電変換膜で電荷が生成されるための電圧が、前記第１上部電極と前記第２上部電極に印加され、
前記第１上部電極及び前記第２上部電極と前記下部電極とで挟まれた前記光電変換部から、信号が出力される
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）
前記第１上部電極と前記下部電極で挟まれた前記光電変換部から出力された第１の信号か、または、前記第２上部電極と前記下部電極で挟まれた前記光電変換部から出力された第２の信号の少なくとも一方が、位相差信号として利用される
前記（６）に記載の固体撮像装置。
（８）
前記画素は、画素アレイ部に行列状に２次元配置されている画素の一部である
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）
前記画素は、画素アレイ部に行列状に２次元配置されている画素の全てである
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０）
前記下部電極も、前記第１上部電極と前記第２上部電極に対向して、第１下部電極と第２下部電極に分割されている
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１１）
前記画素は、前記第１下部電極と接続されている第１電荷保持部と、前記第２下部電極と接続されている第２電荷保持部を有する
前記（１０）に記載の固体撮像装置。
（１２）
前記画素は、前記第１電荷保持部に保持されている電荷と、前記第２電荷保持部に保持されている電荷を合成する電荷合成部を有する
前記（１１）に記載の固体撮像装置。
（１３）
前記画素は、前記第１電荷保持部と前記電荷合成部との間、及び、前記第２電荷保持部と前記電荷合成部との間に、スイッチ素子を有する
前記（１２）に記載の固体撮像装置。
（１４）
前記第１上部電極と前記第２上部電極のいずれか一方は、隣りの画素に跨るように形成されている
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１５）
前記光電変換部は、所定の色の光を光電変換する
前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１６）
前記光電変換部は半導体基板の外に形成されており、半導体基板内に、前記光電変換部が光電変換する色と異なる色の光を光電変換する他の光電変換部をさらに有する
前記（１５）に記載の固体撮像装置。
（１７）
前記光電変換部はカラーフィルタを通過した光を光電変換する
前記（１）乃至（１６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１８）
前記第１上部電極と前記第２上部電極は、光軸に対して対称となるように形成されている
前記（１）乃至（１７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１９）
光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素を有し、前記上部電極が第１上部電極と第２上部電極に分割されている固体撮像装置が、
前記第１上部電極と前記第２上部電極に異なる電圧を印加する
固体撮像装置の駆動方法。
（２０）
光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造の光電変換部を含む画素を有し、
前記上部電極が第１上部電極と第２上部電極に分割されている固体撮像装置
を備える電子機器。
【０２９８】
（B１）
画素内の高さ方向の位置が異なる第１の光電変換部と第２光電変換部を備え、
前記第１の光電変換部と第２光電変換部の少なくとも一方は、半導体基板外に形成されており、
前記第１の光電変換部と第２光電変換部のそれぞれは、位相差信号を出力する
固体撮像装置。
（B２）
前記第１の光電変換部と第２光電変換部では、入射光の集光スポット径が異なる
前記（B１）に記載の固体撮像装置。
（B３）
前記第１の光電変換部と第２光電変換部では、入射光の分離度が異なる
前記（B１）または（B２）に記載の固体撮像装置。
（B４）
前記第１の光電変換部は、光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造により半導体基板の外に形成されている
前記（B１）乃至（B３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（B５）
前記第１の光電変換部の前記下部電極と同一層に形成されている電極膜であって、前記位相差信号を出力しない電極膜はGNDに接続されている
前記（B４）に記載の固体撮像装置。
（B６）
前記第１の光電変換部と第２光電変換部は、光電変換膜を上部電極と下部電極により上下で挟む構造により半導体基板外に形成されている
前記（B１）乃至（B３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（B７）
前記下部電極は、入射光の光軸に対して非対称な領域で形成されている
前記（B４）または（B６）に記載の固体撮像装置。
（B８）
前記上部電極は、前記下部電極に向かい合う領域に形成されている
前記（B７）に記載の固体撮像装置。
（B９）
前記光電変換膜は、前記下部電極に向かい合う領域に形成されている
前記（B７）または（B８）に記載の固体撮像装置。
（B１０）
前記第２の光電変換部は、前記半導体基板に形成されている
前記（B４）または（B５）に記載の固体撮像装置。
（B１１）
前記第２の光電変換部の電荷生成領域は、遮光膜により、入射光の光軸に対して非対称な領域とされている
前記（B１０）に記載の固体撮像装置。
（B１２）
前記画素内に、第３の光電変換部をさらに備える
前記（B１）乃至（B１１）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（B１３）
画素内の高さ方向の位置が異なる第１の光電変換部と第２光電変換部を備え、前記第１の光電変換部と第２光電変換部の少なくとも一方は、半導体基板外に形成されており、
前記第１の光電変換部と第２光電変換部のそれぞれから出力される位相差信号の少なくとも一方を選択して、位相差を検出する
固体撮像装置の信号処理方法。
（B１４）
画素内の高さ方向の位置が異なる第１の光電変換部と第２光電変換部を備え、
前記第１の光電変換部と第２光電変換部の少なくとも一方は、半導体基板外に形成されており、
前記第１の光電変換部と第２光電変換部のそれぞれは、位相差信号を出力する
固体撮像装置
を備える電子機器。
【符号の説明】
【０２９９】
１  固体撮像装置，  ２  画素，  ２X  通常画素，  ２P  位相差画素，  ３  画素アレイ部，  ４  垂直駆動回路，  ５  カラム信号処理回路，  ７  出力回路，  １２  半導体基板，  ４５ｂ,４５ｃ  電荷保持部，  ５２,５２A  光電変換膜，  ５３（５３ａ乃至５３ｃ）  下部電極，  ５４（５４a乃至５４ｄ）  上部電極，  ６１  制御配線，  ６３ｂ,６３ｃ  MOSトランジスタ，  ６４  電荷合成部，  ８１  カラーフィルタ，  ９０  撮像装置，  ９１  光学ユニット，  ９２  結像レンズ，  ９４  固体撮像装置，  ９５  制御回路，  ９６  信号処理回路，  １００  画素，  １００X  通常画素，  １００P  位相差画素，  １１１  半導体領域，  １１２,１１３  半導体領域，  PD１,PD２  フォトダイオード，  １３４,１３４A  下部電極，  １３５,１３５A  光電変換膜，  １３６,１３６A  上部電極，  １３２C,１３２Q  遮光膜，  １６１A  下部電極，  １６２  光電変換膜，  １６３  上部電極
【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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【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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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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