(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の感光素子がマトリックス状に配列された固体撮像素子であって、
前記感光素子は、同時に輝度成分と色相成分を得るための第１の感光素子と、主として色相成分を得るための色相感光素子とを含み、
前記第１の感光素子は、均一な密度で配置されており、
前記第１の感光素子は、可視光領域全体に分光感度を有し、かつ、緑に対する分光感度が他の色に対する分光感度より高くなっており、
前記色相感光素子は、異なる分光感度を有する複数種類の感光素子であり、
前記複数種類の感光素子は、マゼンタに対して分光感度を有する感光素子と、黄色に対して分光感度を有する感光素子であり、
前記第１の感光素子の数と前記色相感光素子の数が同じである固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記色相感光素子は、カラーフィルタを介して感光する感光素子であり、
前記第１の感光素子は、前記カラーフィルタのいずれかのカラーフィルタと同じ材料のカラーフィルタを介して感光する感光素子であり、
前記第１の感光素子のカラーフィルタの膜厚は、前記色相感光素子のカラーフィルタの膜厚より薄い膜厚である固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像素子であって、
前記複数の感光素子は、正方格子状に配列され、かつ、前記第１の感光素子は、前記正方格子の市松位置に配列されている固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の固体撮像素子であって、
前記第１の感光素子と前記色相感光素子は、それぞれ、同一ピッチの正方格子状に配列され、かつ、それぞれの正方格子は、互いに１／２ピッチだけ行方向及び列方向にずらして配置されている固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の固体撮像素子であって、
前記固体撮像素子は、ＭＯＳ型固体撮像素子である固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の固体撮像素子であって、
前記固体撮像素子は、ＣＣＤ型固体撮像素子である固体撮像素子。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の固体撮像素子を搭載した撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置であって、
前記第１の感光素子からの信号のみを利用してＡＦ動作を行う撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高解像度の輝度成分が得られる固体撮像素子及び撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子から高解像度の輝度成分を得るために、輝度成分抽出用の感光素子のサンプリング点を市松配列にしたものが提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載された固体撮像素子は、受光領域に輝度フィルタ及びカラーフィルタをそれぞれ市松状に配置したものである。この撮像素子を利用する際、輝度フィルタとカラーフィルタより、輝度情報と色情報が区別して検出されるため、色情報に左右されない輝度解像度及び輝度情報の分光特性に左右されない色再現を得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１８３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された撮像素子は、輝度フィルタが全ての色情報を撮像素子の光電変換部へ取り込むため、例えば非常に明るい被写体を撮像する場合、光電変換部に蓄積される電荷が非常に増加し、適正な輝度調整が行われ難くなり、同時に光電変換部に蓄積された電荷が隣りの垂直電荷転送部へ流れ込む現象により混色が発生し、色再現性及び色解像度が低下する場合がある。そのため、明るい被写体を撮像する際は、露出設定変更等の措置を講じる必要がある。また、輝度フィルタが配置された受光領域からは、本質的に色情報が得られないため、受光領域全体にカラーフィルタを配置した撮像素子に比較して、色再現性の低下が避けられない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、色再現性及び色解像度を実質的に低下させることなく、輝度成分の解像度を向上させることを可能とする固体撮像素子を提供することを目的とする。また、撮像時の制限が少ない撮像装置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】
本発明の固体撮像素子は、複数の感光素子がマトリックス状に配列された固体撮像素子であって、前記感光素子は、同時に輝度成分と色相成分を得るための第１の感光素子と、主として色相成分を得るための色相感光素子とを含むものである。
【０００８】
本発明の固体撮像素子は、前記第１の感光素子が、均一な密度で配置されているものを含む。
【０００９】
本発明の固体撮像素子は、前記第１の感光素子が、可視光領域全体に分光感度を有し、かつ、緑に対する分光感度が他の色に対する分光感度より高くなっているものを含む。
【００１０】
本発明の固体撮像素子は、前記色相感光素子が、異なる分光感度を有する複数種類の感光素子であるものを含む。
【００１１】
本発明の固体撮像素子は、前記複数種類の感光素子が、マゼンタに対して分光感度を有する感光素子と、黄色に対して分光感度を有する感光素子であるものを含む。
【００１２】
本発明の固体撮像素子は、前記複数種類の感光素子が、赤色に対して分光感度を有する感光素子と、緑色に対し分光感度を有する感光素子と、青色に対して分光感度を有する感光素子であるものを含む。
【００１３】
本発明の固体撮像素子は、前記複数種類の感光素子が、緑色に対して分光感度を有する感光素子と、シアンに対して分光感度を有する感光素子と、マゼンタに対して分光感度を有する感光素子と、黄色に対して分光感度を有する感光素子であるものを含む。
【００１４】
本発明の固体撮像素子は、前記色相感光素子が、カラーフィルタを介して感光する感光素子であり、前記第１の感光素子は、前記カラーフィルタのいずれかのカラーフィルタと同じ材料のカラーフィルタを介して感光する感光素子であり、前記第１の感光素子のカラーフィルタの膜厚は、前記色相感光素子のカラーフィルタの膜厚より薄い膜厚であるものを含む。
【００１５】
本発明の固体撮像素子は、前記第１の感光素子の数と前記色相感光素子の数が同じであるものを含む。
【００１６】
本発明の固体撮像素子は、前記複数の感光素子が、正方格子状に配列され、かつ、前記第１の感光素子は、前記正方格子の市松位置に配列されているものを含む。
【００１７】
本発明の固体撮像素子は、前記第１の感光素子と前記色相感光素子が、それぞれ、同一ピッチの正方格子状に配列され、かつ、それぞれの正方格子は、互いに１／２ピッチだけ行方向及び列方向にずらして配置されているものを含む。
【００１８】
本発明の固体撮像素子は、前記固体撮像素子が、ＭＯＳ型固体撮像素子であるものを含む。
【００１９】
本発明の固体撮像素子は、前記固体撮像素子が、ＣＣＤ型固体撮像素子であるものを含む。
【００２０】
本発明の固体撮像装置は、上記した固体撮像素子を搭載した撮像装置である。
【００２１】
本発明の固体撮像装置は、前記第１の感光素子からの信号のみを利用してＡＦ動作を行うものを含む。
【発明の効果】
【００２２】
以上の説明から明らかなように、色再現性及び色解像度を実質的に低下させることなく、輝度成分の解像度を向上させることを可能とする固体撮像素子を提供することができ、また撮像時の制限を設けない固体撮像素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態の撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ１と、ＣＣＤ型の固体撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４とを備える。固体撮像素子５の詳細については後述する。
【００２４】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御し、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部９を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００２５】
また、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
【００２６】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部６と、このアナログ信号処理部６から出力された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備え、これらはシステム制御部１１によって制御される。
【００２７】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、測光データを積算しデジタル信号処理部１７が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備え、これらは、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００２８】
図２は、本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図である。なお、図２には、５行５列の範囲しか図示していないが、実際には、図に示す配列が縦横に繰り返される構造となっている。
【００２９】
本実施形態の固体撮像素子の受光領域４６は、正方格子状に縦横に配列形成された図示しない多数のフォトダイオードの個々の表面に、高感度ＧフィルタＨＧと、カラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂとを設けている（ただし、ここでの表面は、半導体基板表面に直接フィルタが設けられていることを示すだけでなく、表面側に所定の間隔を隔てて設けられるものを含む。以下の記載についても同様である。）。高感度ＧフィルタＨＧは、縦横に配列された個々のフォトダイオードのうち、正方格子の市松位置に配置されたフォトダイオードの表面に設けられる。また、カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂは、正方格子の残りの位置に配置されたフォトダイオードの表面上方に設けられる。高感度ＧフィルタＨＧと、カラーフィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の数（ＲＧＢ合計の数）は同一になっている。ただし、ここでの同一は、厳密なものではなく、感光素子周辺部のレイアウトによって高感度ＧフィルタＨＧと、カラーフィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の密度及び数が正確には同一にならないものも含む。なお、以下の記載では、赤色、緑色、青色を単にＲ、Ｇ、Ｂと記載する場合もある。
【００３０】
図２に例示する固体撮像素子１では、偶数行のフォトダイオードの個々の表面に「ＨＧ，Ｇ，ＨＧ，Ｇ，…」と並ぶフィルタが配置され、奇数行のフォトダイオードの個々の表面には、「Ｒ，ＨＧ，Ｂ，ＨＧ，Ｒ，…」と並ぶフィルタと、「Ｂ，ＨＧ，Ｒ，ＨＧ，Ｂ，…」と並ぶフィルタとが交互に配置される。
【００３１】
フィルタＨＧは、可視光領域全体の光を透過するとともに、緑色光の透過率が他の色の光の透過率より高くなっているフィルタである。したがって、高感度ＧフィルタＨＧ下方のフォトダイオードは、可視光領域全体に分光感度を有し、かつ、緑に対する分光感度が他の色に対する分光感度より高いものとなる。したがって、同時に輝度成分及びＧの色相成分を得ることができる。また、カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を透過するフィルタである。したがって、カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂの下方のフォトダイオードは、それぞれ赤色、緑色、青色に対して分光感度を有する色相感光素子となる。
【００３２】
図３は、高感度ＧフィルタＨＧ、カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂの分光特性の一例である。可視光領域において、カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂは、図示のような特性であり、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を透過する。また、高感度ＧフィルタＨＧは、図示のようにカラーフィルタＧの特性を全体にシフトした特性であり、緑色光の透過量がカラーフィルタＧより大きくなっているとともに、他の色の光も透過する。
【００３３】
高感度Ｇフィルタは、図３のような特性となっているので、その下方に配置されるフォトダイオードは、同時に輝度成分と色相成分を得ることができる。また、緑色光以外の光の透過量を少なくしているため、非常に明るい被写体を撮像する場合に生じる、光電変換部であるフォトダイオードに蓄積される電荷の過剰流入を抑制するフィルタとしても機能する。したがって、混色による、色再現性及び色解像度を低下させずに高感度の輝度成分を得ることができる。
【００３４】
図４は、本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の一例の概略断面図である。図４（ａ）は、図２の固体撮像素子の奇数行の概略断面図、図４（ｂ）は、図２の固体撮像素子の偶数行の概略断面図である。
【００３５】
この固体撮像素子は、図４に示すように、ｎ型のシリコン基板３７表面部に光電変換部であるフォトダイオード３８が配列形成され、各フォトダイオード３８の上方には、高感度Ｇフィルタ３９ＨＧ、及びカラーフィルタ３９Ｂ、３９Ｇ、３９Ｒが形成される。高感度Ｇフィルタ３９ＨＧは、透光性領域４０上に、形成される。このフィルタは、カラーフィルタ３９Ｇと同一又は同様の透過特性を有する材料で形成されるので、緑色光の透過量がカラーフィルタ３９Ｇより大きく、かつ、他の色の光のブロック量がカラーフィルタ３９Ｇより小さくなり、図３に示すような特性となる。
【００３６】
カラーフィルタ３９Ｒ、３９Ｇ、３９Ｂは、各感光素子３８上の平坦化膜４２上に直接形成され、高感度Ｇフィルタ３９ＨＧ、及びカラーフィルタ３９Ｂ、３９Ｇ、３９Ｒ上にはマイクロレンズ４１が形成される。なお、透光性領域４０を構成する樹脂膜としては、可視光に対して透光性を有するレジスト材料（例えば、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製Ｃシリーズ）や熱硬化性（非感光性）材料などを用いる。また、図４では省略しているが、シリコン基板３７及びシリコン基板３７の上方には、フォトダイオード３８で光電変換した信号電荷又は信号電荷に基づく信号を読み出すための素子、電極、配線等が設けられる。
【００３７】
図５(ａ)及び図６(ａ)は、本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の他の例の概略断面図である。図５（ａ）は、図５（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図６（ａ）は図６（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。図４の固体撮像素子と異なる点は、高感度Ｇフィルタ３９ＨＧとカラーフィルタ３９Ｇが、同一材料で一体に形成される点である。すなわち、高感度Ｇフィルタ３９ＨＧの下方の透光性領域４０はドライエッチングにより高精度にパターニングした後に、この開口に高感度Ｇフィルタ３９ＨＧとカラーフィルタ３９Ｇを同一材料を充填することにより形成する。なお、図５(ａ)及び図６（ａ）では、フィルタ部分のみを図示し、半導体基板、マイクロレンズ等は省略してある。また、平坦化膜４２上の膜はパッシベーション膜４３である。
【００３８】
次に、図５（ａ）及び図６（ａ）に示す固体撮像素子におけるカラーフィルタの製造工程について、図７ないし図１２を参照して詳細に説明する。これらの図において、赤色のカラーフィルタには“３９Ｒ”、緑色のカラーフィルタには“３９Ｇ”、青色のカラーフィルタには“３９Ｂ”、高感度Ｇのカラーフィルタには“３９ＨＧ”の文字を付している。また、平坦化のためのＣＭＰ処理を行うが、ＲＧＢの各カラーフィルタ材料として、ＣＭＰ処理において研磨レートがレジストと１：１程度となるような材料を用いる。なお、以下の説明では、緑色“Ｇ”を第１の色、赤色“Ｒ”を第２の色、青色“Ｂ”を第３の色として記述する場合もある。また、各図において平坦化膜４２よりも下層は省略している。
【００３９】
まず、図７（ａ）に示すように、平坦化膜４２上に配線層(図示せず)を形成した後、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜４３を形成し、このパッシベーション膜４３上に、図７（ｂ）に示すように、塗布法により透光性領域４０を形成するための樹脂膜を形成する。
【００４０】
そして、図８（ａ）に示すように、フォトリソグラフィにより、レジストパターンＲ１を形成する。この後、図８（ｂ）に示すように、レジストパターンＲ１をマスクとして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、第１の開口Ｏ１を形成する。ここでは、下層の窒化シリコン膜４３がエッチングストッパとして作用する。なお、第１の開口は、緑色カラーフィルタ３９Ｇを形成する部分のみに形成する。
【００４１】
そして、第１の色のカラーフィルタ材料として緑色カラーフィルタ材料を０．５〜２．０μｍとなるように塗布する。このカラーフィルタ材料は感光性を有するものとする。この工程により、緑色カラーフィルタ材料が第１の開口Ｏ１に充填され、レジストパターンＲ１上にも塗布される。そしてこの状態で、熱処理及び部分的に紫外線照射を行うことによって、緑色のカラーフィルタ３９Ｇの部分のみ硬化させ（図８（ｃ））、ＣＭＰにより透光性領域４０上のレジストパターンＲ１及び緑色のカラーフィルタ材料を研磨し、平坦化する（図８（ｄ））。
【００４２】
そして、図８（ｅ）に示すように、図８（ｃ）のカラーフィルタ材料と同一のカラーフィルタ材料を０．１〜１．０μｍとなるように塗布する。そしてこの状態で、熱処理及び紫外線照射を行うことによって、緑色のカラーフィルタ３９Ｇの部分と高感度Ｇフィルタ３９ＨＧの部分（透光性領域４０の上方）のみ硬化させる。この後、所望の膜厚を得るためにＣＭＰを行ってもよい。この工程により、緑色のカラーフィルタ材料が透光性領域４０上と開口Ｏ１に充填された緑色のカラーフィルタ材料上に形成される。このとき、透光性領域４０上方の緑色のカラーフィルタの部分は、硬化した状態である。
【００４３】
図９は、図８の製造工程の（ｃ）以降を変更した一実施例である。図８（ａ）及び図８（ｂ）の工程と同じ工程である図９（ａ）及び図９（ｂ）の工程の後、溶剤またはドライエッチングの条件でレジストパターンＲ１を除去する（図９（ｃ））。この後、図９（ｄ）に示すように、緑色のカラーフィルタ材料を開口Ｏ1と透光性領域４０上に塗布し、図９（ｅ）でＣＭＰによりそれぞれ高感度Ｇフィルタ３９ＨＧと緑色カラーフィルタ３９Ｇを形成する。ここでの高感度Ｇフィルタ３９ＨＧと緑色カラーフィルタ３９Ｇは、図８（ｅ）と同様硬化した状態である。なお、図８、図９は、図５（ｂ）のＡ−Ａ断面を示している。
【００４４】
図８（ｅ）又は図９（ｅ）の後、図１０（ａ）に示すように、赤色のカラーフィルタパターンを形成するためのレジストパターンＲ２をフォトリソグラフィにより形成する。ここでは、赤色のカラーフィルタとなる領域に開口を有する形状となっている。
【００４５】
この後、図１０（ｂ）に示すように、このレジストパターンＲ２をマスクとして異方性ドライエッチングである反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、赤色のカラーフィルタ材料のパターンを形成するための第２の開口Ｏ２を形成する。ここでも下層の窒化シリコン膜４３がエッチングストッパとして作用する。
【００４６】
そして、レジストパターンＲ２を残したまま、赤色のカラーフィルタ材料を膜厚０．５〜２．０μｍとなるように塗布し、熱処理及び紫外線照射を行うことによって、赤色のカラーフィルタ３９Ｒの部分のみ硬化させる（図１０（ｃ））。この後ＣＭＰを行い表面を平坦化して、赤色のカラーフィルタ３９Ｒを形成する（図１１（ａ））。
【００４７】
この後、図１１（ｂ）に示すように、青色のカラーフィルタパターンを形成するためのレジストパターンＲ３をフォトリソグラフィにより形成する。ここでは、青色のカラーフィルタとなる領域に開口を有する形状となっている。
【００４８】
この後、図１１（ｃ）に示すように、このレジストパターンＲ３をマスクとして異方性ドライエッチングである反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、青色のカラーフィルタ材料のパターンを形成するための第３の開口Ｏ３を形成する。ここでも下層の窒化シリコン膜４３がエッチングストッパとして作用する。
【００４９】
そして、レジストパターンＲ３を残したまま、青色のカラーフィルタ材料３９Ｂ（Ｂ）を塗布し、熱処理及び紫外線照射を行うことによって、青色のカラーフィルタ３９Ｒの部分のみ硬化させる（図１２（ａ））。この後ＣＭＰを行い表面を平坦化して、青色のカラーフィルタ３９Ｂを形成する（図１２（ｂ））。
【００５０】
このＣＭＰ処理により、各色のカラーフィルタの表面が平坦であり、残渣もなく高精度のカラーフィルタパターンの形成が可能となる。
【００５１】
そして、このカラーフィルタの上に、可視光に対して透光性のレジスト材料（例えば富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製Ｃシリーズ）を塗布し、平坦化膜４４を形成する。その後、この平坦化膜４４の上に、マイクロレンズ４５をエッチング法又はメルト法等によって形成する(図１２（ｃ）)ことで、図２、図５、図６に示すような固体撮像素子が形成される。
【００５２】
なお、以上説明した製造工程では、平坦化工程にＣＭＰを使用したが、他の方法、例えばレジストエッチバックを使用してもよい。
【００５３】
図１３は、本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図である。なお、図１３の撮像素子は、図２に示されたような正方格子状ではなく、フォトダイオードが市松状に配列されている。なお、図１３には、７行７列の範囲しか図示していないが、実際には、図１３に示す配列が縦横に繰り返される構造となっている。
【００５４】
本実施形態の固体撮像素子の受光領域４７は、市松状に配列形成された図示しない多数のフォトダイオードの個々の表面に、高感度ＧフィルタＨＧと、カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂとを設けている。この配列は、斜め４５°傾けてみると、正方格子状の配列となり、高感度ＧフィルタＨＧは、斜め４５°傾けた正方格子状配列の市松状の配置位置となっているフォトダイオードの表面に設けられ、カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂは、残りの市松状の配置位置となっているフォトダイオードの表面に設けられる。すなわち、図１３に例示する固体撮像素子では、斜め４５°の方向に沿ってフォトダイオードの個々の表面に「Ｇ，ＨＧ，Ｇ，ＨＧ，Ｇ，…」と「Ｒ，ＨＧ，Ｂ，ＨＧ，Ｒ…」とが交互に配置される。
【００５５】
図１３の配列は、見方を変えると、同一ピッチの正方格子状配列が、２つ互いに１／２ピッチだけ行方向及び列方向にずらして配置されていると考えることもできる。このような見方をすると、一方の正方格子状配列となっているフォトダイオードの表面には、高感度ＧフィルタＨＧが配置され、他方の正方格子状配列となっているフォトダイオードの表面には、カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂが、いわゆるベイヤー配列で配置されている。
【００５６】
図１４は、本発明の第３の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図である。なお、図１４には、５行５列の範囲しか図示していないが、実際には、図１４に示す配列が縦横に繰り返される構造となっている。
【００５７】
本実施形態の固体撮像素子の受光領域４８は、正方格子状に縦横に配列形成された図示しない多数のフォトダイオードの個々の表面に、高感度ＧフィルタＨＧと、カラー補色フィルタＣ１、Ｃ２とを設けている。高感度ＧフィルタＨＧは、縦横に配列された個々のフォトダイオードのうち、市松状の配置位置となっているフォトダイオードの表面に設けられ、カラーフィルタＣ１、Ｃ２は、残りの市松状の配置位置となっているフォトダイオードの表面に設けられる。
【００５８】
すなわち、図１４に例示する固体撮像素子では、偶数行のフォトダイオードの個々の表面に「ＨＧ，Ｃ１，ＨＧ，Ｃ１，ＨＧ…」とフィルタが並び、奇数行のフォトダイオードの個々の表面には、「Ｃ２，ＨＧ，Ｃ２，ＨＧ，Ｃ２，…」と並ぶ行とが交互に配置される。
【００５９】
高感度ＧフィルタＨＧは、同時に輝度成分及びＧの色相成分を得るフィルタすなわち輝度＆高感度Ｇフィルタといえるものであり、Ｃ１、Ｃ２の色相成分の光を一定量透過するものである。この高感度ＧフィルタＨＧは、図４に示したカラーフィルタ３９Ｇの材料を薄く形成することにより実現できる。
【００６０】
また、カラーフィルタＣ１、Ｃ２を、それぞれマゼンタ、黄色を透過するものとすると、可視光領域全体に分光感度を有する緑色の色相成分を含むため感度の高い色相情報を得ることができる。
【００６１】
図１５は、本発明の第４の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図である。なお、図１５の撮像素子は、図１３のものと同様、フォトダイオードが市松状に配列されている。なお、図１５には、７行７列の範囲しか図示していないが、実際には、図１５に示す配列が縦横に繰り返される構造となっている。
【００６２】
本実施形態の固体撮像素子の受光領域４９は、市松状に配列形成された図示しない多数のフォトダイオードの個々の表面に、高感度ＧフィルタＨＧと、カラー補色フィルタＣ１、Ｃ２とを設けている。この配列は、斜め４５°傾けてみると、正方格子状の配列となり、高感度ＧフィルタＨＧは、斜め４５°傾けた正方格子状配列の、市松状の配置位置となっているフォトダイオードの表面に設けられ、カラーフィルタＣ１、Ｃ２は、残りの市松状の配置位置となっているフォトダイオードの表面に設けられる。すなわち、図１５に例示する固体撮像素子４８では、斜め４５°の方向に沿ってフォトダイオードの個々の表面に「Ｃ１，ＨＧ，Ｃ１，ＨＧ，Ｃ１…」と「Ｃ２，ＨＧ，Ｃ２，ＨＧ，Ｃ２，…」とが交互に配置される。
【００６３】
図１５の配列は、図１３の配列と同様、同一ピッチの正方格子状配列が、２つ互いに１／２ピッチだけ行方向及び列方向にずらして配置されていると考えることもできる。このような見方をすると、一方の正方格子状配列となっているフォトダイオードの表面には、高感度ＧフィルタＨＧが配置され、他方の正方格子状配列となっているフォトダイオードの表面には、カラーフィルタＣ１、Ｃ２が配置されている。この例でも、カラーフィルタＣ１、Ｃ２を、それぞれマゼンタ、黄色を透過するものを使用できる。
【００６４】
図１６は、本発明の第５の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図である。なお、図１６には、５行５列の範囲しか図示していないが、実際には、図１６に示す配列が縦横に繰り返される構造となっている。
【００６５】
本実施形態の固体撮像素子の受光領域５０は、正方格子状に縦横に配列形成された図示しない多数のフォトダイオードの個々の表面に、高感度ＧフィルタＨＧと、カラーフィルタＧ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｍｇとを設けている。高感度ＧフィルタＨＧは、縦横に配列された個々のフォトダイオードのうち、市松状の配置位置となっているフォトダイオードの表面に設けられ、カラーフィルタＧ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｍｇは、残りの市松状の配置位置となっているフォトダイオードの表面に設けられる。
【００６６】
すなわち、図１６に例示する固体撮像素子では、偶数行のフォトダイオードの個々の表面に「ＨＧ，Ｃｙ，ＨＧ，Ｍｇ，ＨＧ…」とフィルタが並び、奇数行のフォトダイオードの個々の表面には、「Ｇ，ＨＧ，Ｙｅ，ＨＧ，Ｇ，…」と並ぶ行とが交互に配置される。
【００６７】
高感度ＧフィルタＨＧは、同時に輝度成分及びＧの色相成分を得るフィルタすなわち輝度＆高感度Ｇフィルタといえるものであり、図４に示したカラーフィルタ３９Ｇの材料を薄く形成することにより実現できる。カラーフィルタＣｙ、Ｙｅ、Ｍｇは、補色フィルタであり、それぞれシアン、黄色、マゼンタを透過するものである。また、カラーフィルタＧは、緑を透過するものである。
【００６８】
図１７は、本発明の第６の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図である。なお、図１７の撮像素子は、図１３のものと同様、フォトダイオードが市松状に配列されている。なお、図１７には、７行７列の範囲しか図示していないが、実際には、図１７に示す配列が縦横に繰り返される構造となっている。
【００６９】
本実施形態の固体撮像素子の受光領域５１は、市松状に配列形成された図示しない多数のフォトダイオードの個々の表面に、高感度ＧフィルタＨＧと、カラーフィルタＧ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｍｇとを設けている。この配列は、斜め４５°傾けてみると、正方格子状の配列となり、高感度ＧフィルタＨＧは、斜め４５°傾けた正方格子状配列の、市松状の配置位置となっているフォトダイオードの表面に設けられ、カラーフィルタＧ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｍｇは、残りの市松状の配置位置となっているフォトダイオードの表面に設けられる。すなわち、図１７に例示する固体撮像素子４８では、斜め４５°の方向に沿ってフォトダイオードの個々の表面に「ＨＧ，Ｃｙ，ＨＧ，Ｍｇ，ＨＧ…」と「Ｇ，ＨＧ，Ｙｅ，ＨＧ，Ｇ，…」とが交互に配置される。
【００７０】
図１７の配列は、図１３の配列と同様、同一ピッチの正方格子状配列が、２つ互いに１／２ピッチだけ行方向及び列方向にずらして配置されていると考えることもできる。このような見方をすると、一方の正方格子状配列となっているフォトダイオードの表面には、高感度ＧフィルタＨＧが配置され、他方の正方格子状配列となっているフォトダイオードの表面には、カラーフィルタＧ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｍｇが配置されている。図１６のものと同様、カラーフィルタＣｙ、Ｙｅ、Ｍｇは、補色フィルタであって、それぞれシアン、黄色、マゼンタを透過するものであり、また、カラーフィルタＧは、緑を透過するものである。
【００７１】
このように、本発明の固体撮像素子によれば、同時に輝度情報及び色相検出用の専用画素を設けたため、被写体の明るさ及び色によって撮像画像の輝度解像度が大きく左右されることがなくなり、良好な画像を得ることができる。
【００７２】
なお、以上の説明では、高感度ＧフィルタＨＧと、カラーフィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｃｙ，Ｍｇ，Ｙｅ）の数（合計の数）を同一となる配列したが、必ずしも、同一である必要はない。高感度ＧフィルタＨＧの数が多くてもよいし、カラーフィルタの数が多くてもよい。
【００７３】
次に、図１８に基づいて、本発明の実施の形態のＭＯＳ型カラー撮像素子の具体例を説明する。なお、図１８は市松状配列の感光素子を利用した例であるが、正方格子状の配列の固体撮像素子を利用してもよい。図１８（ａ）において、受光領域３には、図１３に示したような、輝度成分及びＧの色相成分を得る高感度ＧフィルタＨＧと、カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂが市松状に配列されている。したがって、各フィルタの下方に配置されたフォトダイオードは、同時に輝度成分と色相成分を得るための第１の感光素子、及び主として色相成分を得るための色相感光素子として機能する。
【００７４】
なお、これらの感光素子（以下便宜的に、ＨＧ，Ｇ，Ｒ，Ｂと記述する。）は、それら自体が各分光感度特性を有する感光素子で形成されたり、同一の感光特性を有するフォトダイオード等の受光エレメント上に、各分光感度特性を有する色フィルタを積層することによって形成してもよい。
【００７５】
この受光領域３に対して、垂直走査回路４と水平走査回路５及び選択回路６が設けられている。更に、各感光素子ＨＧ，Ｇ，Ｒ，Ｂは、図１８（ｂ）の概念図に示すように、垂直走査回路４より延設された選択線Ｌyと選択回路６より延設された呼出し線Ｌxとの間に介設されたスイッチング素子ＳＷに接続されている。
【００７６】
そして、垂直走査回路４が、所定の垂直走査タイミングに同期した垂直走査信号を各選択線Ｌyに供給することにより感光素子ＨＧ，Ｇ，Ｒ，Ｂを選択し、更に、水平走査回路５が所定の水平走査タイミングに同期した水平走査信号で選択回路６中のスイッチング素子を順次にオン・オフ動作させることにより、上記の各選択線Ｌyで選択された感光素子ＨＧ，Ｇ，Ｒ，Ｂに生じている各画素信号が、各呼出し線Ｌxを通じて外部へ読み出される。
【００７７】
次に、図１９に基づいて、本発明の実施の形態のＣＣＤ型カラー固体撮像素子の具体例を説明する。なお、図１９は市松状配列感光素子を利用した例であるが、正方格子状の配列の固体撮像素子を利用してもよい。図１９（ａ）において、受光領域７には、図１３に示したような、輝度成分及びＧの色相成分を得る高感度ＧフィルタＨＧと、カラーフィルタＲ、Ｇ、Ｂが市松状に配列されている。したがって、各フィルタの下方に配置されたフォトダイオードは、同時に輝度成分と色相成分を得るための第１の感光素子、及び主として色相成分を得るための色相感光素子として機能する。
【００７８】
なお、これらの感光素子（以下便宜的に、ＨＧ，Ｇ，Ｒ，Ｂと記述する。）は、それら自体が各分光感度特性を有する感光素子で形成されたり、同一の感光特性を有するフォトダイオード等の受光エレメント上に、各分光感度特性を有する色フィルタを積層することによって形成してもよい。
【００７９】
この固体撮像素子は、図１９（ｂ）の概念図に示すように、各感光素子ＨＧ，Ｇ，Ｒ，Ｂの隣りにトランスファゲート８を介して垂直電荷転送路９が形成され、垂直電荷転送路９の上面に多数の転送電極１１が積層されている。垂直転送回路１０から所定の転送電極１１に供給される４相駆動方式等の垂直転送駆動信号に同期して、各感光素子ＨＧ，Ｇ，Ｒ，Ｂの画素信号が各垂直電荷転送路９によって垂直転送される。
【００８０】
更に、各垂直電荷転送路９の終端部に水平電荷転送路１２が形成されており、各垂直電荷転送路９から垂直転送されてきた各画素信号を、水平転送回路１３より供給される２相駆動方式等の水平転送駆動信号に同期して水平転送することにより画素信号を読み出す。
【００８１】
以上説明した固体撮像素子を、図１に示したデジタルカメラに利用した場合におけるＡＦ（オートフォーカス）動作について説明する。本発明の固体撮像素子における輝度成分と色相成分を得るための第１の感光素子（高感度ＧフィルタＨＧを備えた感光素子）は、被写体からの光量が少ないときでも、比較的大きな信号を出力する。そこで、一般的に扱う信号電荷量が少ない高感度撮影モード時（ＩＳＯ感度を上げて高感度で撮影するとき）には、第１の感光素子のみを利用してＡＦ制御を行うことで、高精度のＡＦ動作が可能となる。なお、このようなＡＦ制御の切り換えは、システム制御部１１によって行う。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態の撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子に設けられたフィルタの分光特性の一例を示す図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の一例の概略断面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の他の例を示す図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の他の例を示す図。
【図７】本発明の第１の実施の形態のカラーフィルタの製造工程を示す図。
【図８】本発明の第１の実施の形態のカラーフィルタの製造工程を示す図。
【図９】本発明の第１の実施の形態のカラーフィルタの製造工程を示す図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態のカラーフィルタの製造工程を示す図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態のカラーフィルタの製造工程を示す図。
【図１２】本発明の第１の実施の形態のカラーフィルタの製造工程を示す図。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図。
【図１５】本発明の第４の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図。
【図１６】本発明の第５の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図。
【図１７】本発明の第６の実施の形態の固体撮像素子の受光領域表面の模式図。
【図１８】本発明の実施の形態のＭＯＳ型カラー撮像素子の具体例の構成を示す図。
【図１９】本発明の実施の形態のＣＣＤ型カラー固体撮像素子の具体例の構成を示す図。
【符号の説明】
【００８３】
３７…ｎ型のシリコン基板
３８…フォトダイオード
３９ＨＧ…輝度成分及び色相成分抽出用の感光素子に設けられるフィルタ
３９Ｒ…赤色の感光素子に設けられるフィルタ
３９Ｇ…緑色の感光素子に設けられるフィルタ
３９Ｂ…青色の感光素子に設けられるフィルタ
Ｃ１，Ｃ２…色相成分抽出用の感光素子に設けられるフィルタ
４０…透光性領域
４１，４５…マイクロレンズ
４２，４４…平坦化膜
４３…パッシベーション膜
４６，４７，４８，４９，５０，５１…受光領域
【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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