JP2009158800A - 固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２分割された光電変換部を持つ画素によって焦点検出可能とし、しかも、焦点検出精度をより高める。
【解決手段】固体撮像素子は、２次元状に配置された複数の画素を基板５１上に備える。一部の画素２０Ｈは、基板５１の法線方向から見た平面視において分割線により分割される一方側の領域及び他方側の領域にそれぞれ存し各々が入射光を光電変換する第１の光電変換部４２及び第２の光電変換部４３を有する。基板５１上に形成された層間膜５６〜５８に、間隙９１が、前記平面視において前記分割線に沿って形成される。光電変換部４２を構成する半導体領域と光電変換部４３を構成する半導体領域との間に、間隙７１が形成される。
【選択図】図１７

Description

本発明は、

近年、ビデオカメラや電子スチルカメラ等の撮像装置が広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ型や増幅型などの固体撮像素子が使用されている。これらの固体撮像素子では、入射光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部を有する画素が、マトリクス状に複数配置されている。増幅型の固体撮像素子では、画素の光電変換部にて生成・蓄積された信号電荷を画素に設けられた増幅部に導き、増幅部で増幅した信号を画素から出力する。

カメラなどの撮像装置では、自動焦点調節を実現するため、撮影レンズの焦点調節状態を検出する必要がある。従来は、固体撮像素子とは別個に焦点検出素子が設けられていた。しかし、その場合には、焦点検出素子やこれに光を導く焦点検出用光学系の分だけ、コストが増大したり装置が大型となったりする。

そこで、近年、焦点検出方式としていわゆる瞳分割位相差方式（瞳分割方式又は位相差方式などと呼ばれる場合もある。）を採用しつつ、焦点検出素子としても用いることができるように構成した固体撮像素子が提案されている（例えば、下記特許文献１）。瞳分割位相差方式は、撮影レンズの通過光束を瞳分割して一対の分割像を形成し、そのパターンズレ（位相シフト量）を検出することで、撮影レンズのデフォーカス量を検出するものである。

特許文献１に開示された固体撮像素子では、２分割された光電変換部を有する複数の画素が、設けられている。２分割された光電変換部の一方部分と他方部分との間にはフローティングディフュージョンが配置され、このフローティングディフュージョンによって光電変換部が２分割されている。このような光電変換部上に、マイクロレンズが画素に対して１対１に設けられている。２分割された光電変換部は、マイクロレンズによって撮影レンズの射出瞳と略結像関係（すなわち、略共役）となる位置に配置されている。以上述べた関係から、各画素において、２分割された光電変換部の一方部分は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から所定方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。また、各画素において、２分割された光電変換部の他方部分は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域であって前記射出瞳の中心から反対方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。

特許文献１に開示された固体撮像素子では、焦点検出時には、２分割された光電変換部を持つ各画素の２分割光電変換部の一方部分の信号及び他方部分の信号が、異なるタイミングで前記フローティングディフュージョンに転送されて、それぞれ個別に読み出される。そして、瞳分割位相差方式の原理に従って、それらの信号に基づいて、撮影レンズの焦点調節状態が検出される。

ところで、下記特許文献２には、各画素の光電変換部が２分割されおらず焦点検出機能を有していない通常の固体撮像素子において、光電変換部への集光効率を高めるために、基板上に形成された層間膜に、間隙が、前記基板の法線方向から見た平面視で前記光電変換部を囲むように形成された固体撮像素子が開示されている。

また、下記特許文献３には、各画素の光電変換部が２分割されおらず焦点検出機能を有していない固体撮像素子であって、各画素の露光時間が一定となる全画素同時の電子シャッタ動作を実現するために、各画素において、光電変換部と増幅部との間に当該光電変換部からの電荷を一時的に蓄積する電荷格納部を設けた固体撮像素子が開示されている。そして、特許文献３に開示された固体撮像素子では、前記電荷格納部への光入射を低減してその光入射による偽信号の発生を抑えるために、基板上に形成された層間膜に、間隙が、前記基板の法線方向から見た平面視で前記電荷格納部を囲むように形成されている。
特開２００３−２４４７１２号公報 特開２００３−６０１７９号公報 特開２００７−１５７９１２号公報

しかしながら、本発明者の研究の結果、前記特許文献１に開示されたような固体撮像素子では、２分割された光電変換部の各部分間で、光信号の分離及び電気信号の分離が必ずしも十分ではなく、これに起因して、焦点検出精度が低下してしまうことが判明した。

すなわち、前記特許文献１に開示されたような光電変換部では、２分割された光電変換部の一方部分は、撮影レンズの射出瞳の一方側からの光のみを受光すべきであるのに、当該射出瞳の他方側からの光も漏れ光や迷光などとして受光してしまい、同様に、２分割された光電変換部の他方部分は、撮影レンズの射出瞳の他方側からの光のみを受光すべきであるのに、当該射出瞳の一方側からの光も漏れ光や迷光などとして受光してしまうため、２分割された光電変換部の各部分間で光信号の分離が必ずしも十分ではなく、その結果、焦点検出精度が低下してしまうのである。

また、前記特許文献１に開示されたような光電変換部では、２分割された光電変換部の一方部分が光電変換して生成した電子は、当該一方部分の電荷蓄積層に蓄積されるのみならず、クロストーク成分として２分割された光電変換部の他方部分の電荷蓄積層にも蓄積されてしまい、同様に、２分割された光電変換部の他方部分が光電変換して生成した電子は、当該他方部分の電荷蓄積層に蓄積されるのみならず、クロストーク成分として２分割された光電変換部の一方部分の電荷蓄積層にも蓄積されてしまうため、２分割された光電変換部の各部分間で電気信号の分離が必ずしも十分ではなく、その結果、焦点検出精度が低下してしまうのである。

なお、前記特許文献１，２に開示された固体撮像素子では、層間膜に形成した間隙により光を反射させて、集光効率を高めたり偽信号の発生を抑えているが、焦点検出機能を有していない固体撮像素子（各画素の光電変換部が２分割されていない固体撮像素子）を前提とするものであり、引用文献１，２は、そのような間隙の形成位置を工夫することで焦点検出精度の向上に寄与し得る点については、何ら開示も示唆もしていない。

本発明は、前述した本発明者の研究の結果として新たに見出された、前記特許文献１に開示されたような固体撮像素子の問題点を解決すること、すなわち、２分割された光電変換部を持つ画素を備えることで焦点検出可能であり、しかも、焦点検出精度をより高めることができる固体撮像素子を提供すること、を目的する。また、本発明は、このような固体撮像素子を用いた撮像装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像素子は、２次元状に配置された複数の画素を基板上に備え、前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記基板の法線方向から見た平面視において分割線により分割される一方側の領域及び他方側の領域にそれぞれ存し各々が入射光を光電変換する第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有し、前記基板上に形成された層間膜に、間隙が、前記平面視において前記分割線に沿って形成されたものである。

本発明の第２の態様による固体撮像素子は、前記少なくとも一部の画素にはマイクロレンズが設けられ、前記マイクロレンズは、被写体像を当該固体撮像素子に結像させる光学系の射出瞳を、前記間隙における光入射側の端部付近の高さ位置において結像させるものである。

本発明の第３の態様による固体撮像素子は、前記第１又は第２の態様において、前記基板上に形成された層間膜に、間隙が、前記平面視において、前記少なくとも一部の画素の前記第１及び第２の光電変換部の有効受光領域をそれぞれ囲むように、前記分割線に沿った箇所以外にも形成されたものである。

本発明の第４の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素において、前記第１の光電変換部を構成する半導体領域と前記第２の光電変換部を構成する半導体領域との間に、間隙が形成されたものである。

本発明の第５の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素において、前記第１の光電変換部を構成する半導体領域と前記第２の光電変換部を構成する半導体領域との間に、絶縁材料からなる分離部が形成されたものである。

本発明の第６の態様による固体撮像素子は、２次元状に配置された複数の画素を基板上に備え、前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記基板の法線方向から見た平面視において分割線により分割される一方側の領域及び他方側の領域にそれぞれ存し各々が入射光を光電変換する第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有し、前記少なくとも一部の画素において、前記第１の光電変換部を構成する半導体領域と前記第２の光電変換部を構成する半導体領域との間に、間隙が形成されたものである。

本発明の第７の態様による固体撮像素子は、２次元状に配置された複数の画素を基板上に備え、前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記基板の法線方向から見た平面視において分割線により分割される一方側の領域及び他方側の領域にそれぞれ存し各々が入射光を光電変換する第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有し、前記少なくとも一部の画素において、前記第１の光電変換部を構成する半導体領域と前記第２の光電変換部を構成する半導体領域との間に、絶縁材料からなる分離部が形成されたものである。

本発明の第８の態様による固体撮像素子は、前記第６又は第７の態様において、前記少なくとも一部の画素にはマイクロレンズが設けられ、前記マイクロレンズは、被写体像を当該固体撮像素子に結像させる光学系の射出瞳を、前記第１及び第２の光電変換部の付近の高さ位置において結像させるものである。

本発明の第９の態様による固体撮像素子は、前記第６乃至第８のいずれかの態様において、前記基板上に形成された層間膜に、間隙が、前記平面視において、前記少なくとも一部の画素の前記分割線に沿った箇所を除いて前記少なくとも一部の画素の前記第１及び第２の光電変換部の有効受光領域をそれぞれ囲むように、形成されたものである。

本発明の第１０の態様による撮像装置は、前記第１乃至第９のいずれかの態様による固体撮像素子と、被写体像を前記固体撮像素子に結像させる光学系と、前記少なくとも一部の画素の前記第１の光電変換部からの信号及び前記第２の光電変換部からの信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部と、前記検出処理部からの前記検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節を行う調節部と、を備えたものである。

本発明によれば、２分割された光電変換部を持つ画素を備えることで焦点検出可能でありしかも焦点検出精度をより高めることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。

以下、本発明による固体撮像素子及び撮像装置について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置としての電子カメラ１を示す概略ブロック図である。電子カメラ１には、撮影レンズ２が装着される。この撮影レンズ２は、レンズ制御部２ａによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ２の像空間には、固体撮像素子３の撮像面が配置される。

固体撮像素子３は、撮像制御部４の指令によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子３から出力される信号は、画像用の信号、焦点検出用の信号のいずれかである。いずれにおいても信号は、信号処理部５、及びＡ／Ｄ変換部６を介して処理された後、メモリ７に一旦蓄積される。メモリ７は、バス８に接続される。バス８には、レンズ制御部２ａ、撮像制御部４、マイクロプロセッサ９、焦点演算部（検出処理部）１０、記録部１１、画像圧縮部１２及び画像処理部１３なども接続される。上記マイクロプロセッサ９には、レリーズ釦などの操作部９ａが接続される。また、上記の記録部１１には記録媒体１１ａが着脱自在に装着される。この電子カメラ１の動作については、後に、図１３を参照して説明する。

図２は、図１中の固体撮像素子３の概略構成を示す回路図である。固体撮像素子３は、マトリクス状に配置された複数の画素２０と、画素２０から信号を出力するための周辺回路とを有している。図において、画素数は、横に４行縦に４行の１６個の画素を示している。しかし、これに限られるものではない。本実施の形態では、画素として後述する５種類の画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈを有しているが、図２ではそれらのいずれであるかを区別することなく、符号２０で示している。これらの画素２０は、周辺回路の駆動信号に従って撮像用信号、及び、焦点検出用信号のいずれかを出力する。又、すべての画素２０は、同時に光電変換部がリセットされて露光の時間とタイミングが同一にされることが可能となっている。

周辺回路は、垂直走査回路２１、水平走査回路２２、これらと接続されている駆動信号線２３，２４、画素からの信号を受け取る垂直信号線２５、垂直信号線２５と接続される定電流源２６及び相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）２７、相関二重サンプリング回路２７から出力される信号を受け取る水平信号線２８、出力アンプ２９等からなる。

垂直走査回路２１及び水平走査回路２２は、電子カメラ１の撮像制御部４からの指令に基づいて駆動信号を出力する。各画素２０は、垂直走査回路２１から出力される駆動信号を所定の駆動信号線２３から受け取って駆動され、撮像用信号又は焦点検出用信号を垂直信号線２５に出力する。垂直走査回路２１から出力される駆動信号は複数あり、それに伴い駆動配線２３も複数ある。これらについては後述する。

図３は、図１中の固体撮像素子３（特にその有効画素領域３１）を模式的に示す概略平面図である。本実施の形態では、図３に示すように、固体撮像素子３の有効画素領域３１には、中央に配置された十字状をなす２つの焦点検出領域３２，３３と、両側に配置された２つの焦点検出領域３４，３５と、上下に配置された２つの焦点検出領域３６，３７とが、設けられている。なお、図３に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。また、Ｘ軸方向のうち矢印の向きを＋Ｘ方向又は＋Ｘ側、その反対の向きを−Ｘ方向又は−Ｘ側と呼び、Ｙ軸方向についても同様とする。ＸＹ平面と平行な平面が固体撮像素子３の撮像面（受光面）と一致している。Ｘ軸方向の並びを行、Ｙ軸方向の並びを列とする。なお、入射光は図３の紙面手前側から奥側に入射する。これらの点は、後述する図についても同様である。なお、本願明細書では、Ｘ軸方向を左右方向、＋Ｘ側を右側、−Ｘ側を左側、Ｙ軸方向を上下方向、＋Ｙ側を上側、−Ｙ側を下側と呼ぶ場合がある。

図４は、図３における焦点検出領域３５の付近を拡大した概略拡大図であり、画素配置を模式的に示している。図５は、図３における焦点検出領域３６の付近を拡大した概略拡大図であり、画素配置を模式的に示している。前述したように、固体撮像素子３は、画素２０として、５種類の画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈを有している。図４及び図５において、画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈには、それぞれ符号「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」、「Ｖ」、「Ｈ」を付している。

画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、撮影レンズ２によって結像される被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する撮像用画素である。本実施の形態では、画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにはそれぞれ対応する色のカラーフィルタ（図示せず）が設けられることで、画素２０Ｒは赤色の撮像用信号、画素２０Ｇは緑色の撮像用信号、画素２０Ｂは青色の撮像用信号をそれぞれ出力するように構成されている。一方、画素２０Ｖ，２０Ｈは、撮影レンズ２の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を出力する焦点検出用画素（以下、「ＡＦ用画素」という。）であり、画素２０Ｖ，２０Ｈにはカラーフィルタは設けられていない。ＡＦ用画素２０Ｖ，２０Ｈに対する入射光量を増大させ焦点検出精度を高めるためには、画素２０Ｖ，２０Ｈにはカラーフィルタを設けないことが好ましいが、本発明では必ずしもこれに限定されるものではない。

本実施の形態では、図４及び図５に示すように、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは基本的にベイヤー配列に従って配列され、Ｙ軸方向に延びた焦点検出領域３５には１画素置きにＡＦ用画素２０Ｖが配置され、Ｘ軸方向に延びた焦点検出領域３６には１画素置きにＡＦ用画素２０Ｈが配置されている。焦点検出領域３３，３４は焦点検出領域３５と同様であり、焦点検出領域３２，３７は焦点検出領域３６と同様である。もっとも、このような配置に限定されるものではなく、例えば、焦点検出領域３３〜３５の画素を全てＡＦ用画素２０Ｖとしたり、焦点検出領域３２，３６，３７の画素を全てＡＦ用画素２０Ｈとしてもよい。また、本発明では、白黒用として構成してもよく、その場合には撮像用画素にカラーフィルタを設けなくてよい。また、カラー用として構成する場合であっても、前述したようなベイヤー配列に限定されるものではない。

図６は、図１中の固体撮像素子３の撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを示す回路図である。これらの画素は同一の回路構成を有している。各撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオード４１と、所定部位としてのフローティング拡散部４４と、フォトダイオード４１からフローティング拡散部４４へ電荷を転送する転送トランジスタ４５と、フローティング拡散部４４の電荷量に応じた信号を出力する増幅部としての画素アンプ４８と、フローティング拡散部４４の電荷を排出するリセット部としてのリセットトランジスタ４９と、画素アンプ４８の信号を当該画素から出力する選択スイッチとしての選択トランジスタ５０とを有している。なお、図６において、ＶＤＤは電源であり、２３５は電源ＶＤＤに接続するための電源配線である。

図７は、図１中の固体撮像素子３のＡＦ用画素２０Ｖ，２０Ｈを示す回路図である。これらの画素は同一の回路構成を有している。図７において、図６中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。ＡＦ用画素２０Ｖ，２０Ｈが撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂと回路構成上異なる所は、１つの光電変換部としての１つのフォトダイオード４１に代えて、それを２つに分割したような２つの光電変換部としての２つのフォトダイオード４２，４３を有する点と、これに伴い、１つの転送トランジスタ４５に代えて、互いに独立して作動し得る２つの転送トランジスタ４６，４７を有する点のみである。転送トランジスタ４６はフォトダイオード４２からフローティング拡散部４４へ電荷を転送し、転送トランジスタ４７はフォトダイオード４３からフローティング拡散部４４へ電荷を転送する。

本実施の形態では、転送トランジスタ４５〜４７、画素アンプ４８、リセットトランジスタ４９、選択トランジスタ５０は、いずれもＮＭＯＳトランジスタで構成されている。

撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの転送トランジスタ４５及びＡＦ用画素２０Ｖ，２０Ｈの一方の転送トランジスタ４６のゲート電極は、画素行ごとに共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線２３のうちの配線２３１を介して駆動信号φＴＧＡが供給される。ＡＦ用画素２０Ｖ，２０Ｈの他方の転送トランジスタ４７のゲート電極は、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線２３のうちの配線２３２を介して駆動信号φＴＧＢが供給される。

画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈの選択トランジスタ５０のゲート電極は、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線２３のうちの配線２３３を介して駆動信号φＳが供給される。画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈのリセットトランジスタ４９のゲート電極は、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線２３のうちの配線２３４を介して駆動信号φＲが供給される。

なお、図６及び図７において、フォトダイオード４１，４２，４３の一方の端子、及び、フローティング拡散部４４の一方の端子は、便宜的に接地として記載されている。しかし、本実施の形態では、実際は、後述する図９及び図１１から理解されるとおりＰ型ウエル層５２の電位となる。

図８は、図１中の固体撮像素子３のＡＦ用画素２０Ｈの主要部を模式的に示す概略平面図である。理解を容易にするため、図８において、マイクロレンズ６６は一点鎖線で示し、間隙７１〜７７にはハッチングを付している。図９は、図８中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。図９には、典型的な光線の様子も示している。

図９に示すように、Ｎ型のシリコン基板５１上にＰ型ウエル５２が形成されている。Ｐ型ウエル５２に電荷蓄積層であるＮ型層（Ｎ^＋）５３が形成されることで、フォトダイオード４２，４３が構成されている。これらのフォトダイオード４２，４３は、高濃度のＰ型層（Ｐ^＋＋）５４を基板表面側に付加した構造を有し、フォトダイオードとなっている。この点は、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのフォトダイオード４１についても同様である。図面には示していないが、Ｐ型ウエル５２には、前述したトランジスタのソース／ドレインやフローティング拡散部４４等が形成されている。

図８に示すように、２つのフォトダイオード４２，４３は、基板５１の法線方向（Ｚ軸方向）から見た平面視においてＹ軸方向の分割線Ｂ−Ｂ’により分割される−Ｘ側の領域及び＋Ｘ側の領域に、それぞれ配置されている。そして、図８及び図９に示すように、入射光をフォトダイオード４２，４３に導く一つのマイクロレンズ６６が、配置されている。本実施の形態では、図９に示すように、マイクロレンズ６６は、図１中の撮影レンズ２の射出瞳を、フォトダイオード４２，４３の付近の高さ位置（Ｚ軸方向位置）において結像させるように設計されている。図８に示すように、マイクロレンズ６６は、その光軸が分割線Ｂ−Ｂ’とフォトダイオード４２，４３のＹ軸方向の中心線との交点を通るように、配置されている。このため、マイクロレンズ６６から導かれる入射光は、瞳分割されて各フォトダイオード４２，４３に入射される。すなわち、画素２０Ｈでは、フォトダイオード４２は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から＋Ｘ側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光し、フォトダイオード４３は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から−Ｘ側へ偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に有効に受光する。なお、例えば、有効画素領域の中心部の画素では、マイクロレンズ６６をその光軸が前記交点を通るように配置する一方、有効画素領域の周辺部の画素では、マイクロレンズ６６をその光軸が前記交点からずれた位置を通るように配置してもよい。

そして、本実施の形態では、図８及び図９に示すように、ＡＦ用画素２０Ｈにおいて、フォトダイオード４２を構成する半導体領域とフォトダイオード４３を構成する半導体領域との間に、間隙７１が形成されている。図８に示すように、間隙７１は、Ｚ軸方向から見た平面視において分割線Ｂ−Ｂ’に沿って形成されている。シリコン表面からの間隙７１の深さ（Ｚ軸方向の深さ）は、例えば、１μｍ程度、５μｍ程度、１０μｍ程度などにすることができる。間隙７１の幅は、例えば、０．１μｍ以上であってもよい。本実施の形態では、間隙７１内は、空気が存在するか又は真空に近い状態になっている。もっとも、本発明では、間隙７１内に酸化シリコンなどの絶縁材料を埋め込んでもよい（後述する第２及び第３も同様。）。この場合、当該絶縁材料は、フォトダイオード４２を構成する半導体領域とフォトダイオード４３を構成する半導体領域との間を電気的に分離する分離部となる。

図９に示すように、基板５１上には、ゲート絶縁膜等となるシリコン酸化膜５５、及び、例えばシリコン酸化膜からなる層間膜５６〜５８が、下側（基板５１側）から順に形成されている。図面には示していないが、シリコン酸化膜５５と層間膜５６との間には、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、図９に示すように、１層目のアルミニウム配線層５９、２層目のアルミニウム配線層６０及び３層目のアルミニウム配線層６１が形成され、これらによって、図２に示す回路の配線がなされている。３層目のアルミニウム配線層６１は、各画素の有効受光領域以外を覆う遮光膜となっている。

そして、本実施の形態では、図８及び図９に示すように、層間膜５６〜５８には、間隙７２〜７６が形成されている。図８に示すように、間隙７２はＺ軸方向から見た平面視でフォトダイオード４２の左辺に沿って形成され、間隙７３は前記平面視でフォトダイオード４２の上辺に沿って形成され、間隙７４はＺ軸方向から見た平面視でフォトダイオード４２の下辺に沿って形成され、間隙７５はＺ軸方向から見た平面視でフォトダイオード４３の右辺に沿って形成され、間隙７６は前記平面視でフォトダイオード４３の上辺に沿って形成され、間隙７７はＺ軸方向から見た平面視でフォトダイオード４３の下辺に沿って形成されている。このように、間隙７２〜７７が、分割線Ｂ−Ｂ’線に沿った箇所を除いて、フォトダイオード４２，４３の有効受光領域をそれぞれ囲んでいる。

また、本実施の形態では、図９に示すように、３層目のアルミニウム配線層６１より上側の位置において、窒化シリコン膜等の絶縁膜６２、平坦化層６３，６５及びマイクロレンズ６６が設けられている。ＡＦ用画素２０Ｈでは、平坦化層６３，６５間にカラーフィルタは設けられていない。

以上、図１中の固体撮像素子３の画素２０Ｈ（図５参照）の構造について説明した。図１中の固体撮像素子３の画素２０Ｖ（図４参照）の構造は、基本的に、画素２０ＨをＺ軸方向回りに９０゜回転させたものとなっているので、その詳細な説明は省略する。

次に、図１中の固体撮像素子３の撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ（図４及び図５参照）の構造について説明する。図１０は、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの主要部を模式的に示す概略平面図であり、図８に対応している。図１１は、図１０中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図であり、図９に対応している。図１０及び図１１において、図８及び図９中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂが、ＡＦ用画素２０Ｈと主に異なる所は、以下に説明する点のみである。撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂでは、２分割されていた２つのフォトダイオード４２，４３が１つのフォトダイオード４１にまとめられている。これに伴い、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂでは、ＡＦ用画素２０Ｈにおいて分割線Ｂ−Ｂ’線に沿って半導体領域に形成されていた間隙７１は、形成されていない。また、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂでは、ＡＦ用画素２０Ｈの間隙７２〜７７に相当する間隙８１〜８４が、層間膜５６〜５８に形成されている。図１０に示すように、間隙８１はＺ軸方向から見た平面視でフォトダイオード４１の左辺に沿って形成され、間隙８２は前記平面視でフォトダイオード４１の右辺に沿って形成され、間隙８３は前記平面視でフォトダイオード４１の上辺に沿って形成され、間隙８４は前記平面視でフォトダイオード４１の下辺に沿って形成されている。さらに、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂでは、平坦化層６３，６５間に、対応する色のカラーフィルタ６４が設けられている。

本実施の形態による固体撮像素子３は、基本的に、従来の固体撮像素子と同様に半導体製造プロセスを利用して製造することができる。間隙７１に関しては、例えば、Ｐ型ウエル層５２内にフォトダイオード４１〜４３のＮ型層５３などを形成した後、全面にレジストを形成し、フォトリソエッチング法によりこのレジストにおける間隙７１に相当する部分のみを除去し、このレジストをマスクとしてドライエッチングにより間隙７１を形成した後にこのレジストを除去し、その後、通常の手法でシリコン酸化膜５５を形成すればよい。このとき、間隙７１の幅を適当に狭めたりその後に成膜する材料の成膜条件を適宜設定しておくことで、間隙７１が当該材料で埋め込まれないようにすることができる。もっとも、絶縁材料であれば、間隙７１内に入ったとしても、電子の移動を阻止する機能には影響がないので、支障はない。なお、前述したように、本実施の形態を変形して間隙７１内に酸化シリコンなどの絶縁材料を埋め込む場合には、間隙７１の幅を比較的広くし、当該絶縁材料の成膜条件を適宜設定しておくことによって、間隙７１内に絶縁材料を埋め込むことができる。

間隙７２〜７７に関しては、層間膜５８まで作製した後に、層間膜５８上に全面にレジストを形成し、フォトリソエッチング法によりこのレジストにおける間隙７２〜７７に相当する部分のみを除去し、このレジストをマスクとしてドライエッチングにより間隙７２〜７７を形成した後にこのレジストを除去し、その後、通常の手法で絶縁膜６２を形成すればよい。このとき、絶縁膜６２の材料が間隙７２〜７７内に入らないように、間隙７２〜７７の幅や絶縁膜６２の成膜条件を設定する。

なお、間隙７１〜７７の形成方法が、前述したようなドライエッチングに限定されるものでないことは、言うまでもない。

次に、固体撮像素子３の駆動手順の各例について、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は、焦点検出モード（固体撮像素子３から焦点検出用信号を読み出す動作モード）時の固体撮像素子３の駆動手順を示すタイミングチャートである。図１３は、撮像モード（固体撮像素子３から撮像用信号を読み出す動作モード）時の固体撮像素子３の駆動手順を示すタイミングチャートである。なお、各画素に含まれるトランジスタはＮＭＯＳトランジスタであり、ハイレベル（ハイ）の駆動信号を受けてオン状態とされる。

最初に、図１２を参照して焦点検出モード時の駆動手順を説明する。まず、期間Ｔ１において、全行のφＴＧＡ，φＴＧＢがハイにされ、全画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈの転送トランジスタ４５〜４７がオンにされる。このとき、全行のφＲがハイにされて全画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈのリセットトランジスタ４９がオンにされているので、期間Ｔ１において、全画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈのフォトダイオード４１〜４３及びフローティング拡散部４４がリセットされる。全行のφＴＧＡ，φＴＧＢは、期間Ｔ１後にローにされ、全画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈの転送トランジスタ４５〜４７がオフにされる。

期間Ｔ１の後の期間Ｔ２において、メカニカルシャッタ（図示せず）が開かれる。この期間Ｔ２が露光期間となる。

次いで、期間Ｔ３において、１行目のφＳがハイにされる。これにより、１行目の選択トランジスタ５０がオンにされ、１行目の行選択が開始され、１行目の画素アンプ４８によるソースフォロワ読み出しが開始される。

期間Ｔ３の開始時点から所定期間経過した後に期間Ｔ１１が開始される。期間Ｔ１１では、１行目のφＲがローにされて１行目のリセットトランジスタ４９がオフにされ、１行目のフローティング拡散部４４のリセットが終了される。期間Ｔ１１の開始時点から期間Ｔ１４の開始時点までの間に、１行目のダークレベル（フローティング拡散部４４のリセット状態に対応して１行目の画素アンプ４８から出力される信号）が、画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプ（保存）される。このダークレベルは、次回に読み出しされる信号が１行目のφＴＧＡに応答してフォトダイオード４１，４２（図１２では、ＰＤＡと表記）から転送されて来る信号電荷によるものであるため、フォトダイオード４１，４２（ＰＤＡ）に関するダークレベルとして用いられる。

期間Ｔ１４において、１行目のφＴＧＡがハイにされて１行目の転送トランジスタ４５，４６がオンにされる。これにより、１行目の撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのフォトダイオード４１に蓄積されていた信号電荷及び１行目のＡＦ用画素２０Ｖ，２０Ｈの一方のフォトダイオード４２に蓄積されていた信号電荷が、当該画素のフローティング拡散部４４に転送される。そして、期間Ｔ１４の終了時に、１行目のφＴＧＡがローにされて１行目の転送トランジスタ４５，４６がオフにされる。期間Ｔ１４の終了時点から期間Ｔ１１の終了時点（期間Ｔ１２の開始時点）までの間に、１行目のフローティング拡散部４４に転送された電荷による電位変動が画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。すなわち、フォトダイオード４１，４２（ＰＤＡ）の信号読出しが行われる。そして、ＣＤＳ回路２７によって、フォトダイオード４１，４２（ＰＤＡ）に関するこの信号と、フォトダイオード４１，４２（ＰＤＡ）に関する先のダークレベルとの差分信号が取得される。この差分信号のうちＡＦ用画素２０Ｖ，２０Ｈの一方のフォトダイオード４２に関するもののみが、焦点検出用信号として用いられる。

期間Ｔ１２において、１行目のφＲがハイにされて１行目のリセットトランジスタ４９がオンにされ、１行目のフローティング拡散部４４がリセットされる。

期間Ｔ１２の終了時点から期間Ｔ１３が開始される。期間Ｔ１３では、１行目のφＲがローにされて１行目のリセットトランジスタ４９がオフにされ、フローティング拡散部４４のリセットが終了される。期間Ｔ１３の開始時点（期間Ｔ１２の終了時点）から期間Ｔ１５の開始時点までの間に、１行目のダークレベル（フローティング拡散部４４のリセット状態に対応して１行目の画素アンプ４８から出力される信号）が、画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプ（保存）される。このダークレベルは、次回に読み出しされる信号が１行目のφＴＧＢに応答してフォトダイオード４３（図１２では、ＰＤＢと表記）から転送されて来る信号電荷によるものであるため、フォトダイオード４３（ＰＤＢ）に関するダークレベルとして用いられる。

期間Ｔ１５において、１行目のφＴＧＢがハイにされて１行目の転送トランジスタ４７がオンにされる。これにより、１行目のＡＦ用画素２０Ｖ，２０Ｈの他方のフォトダイオード４３に蓄積されていた信号電荷が、当該画素のフローティング拡散部４４に転送される。そして、期間Ｔ１５の終了時に、１行目のφＴＧＢがローにされて１行目の転送トランジスタ４７がオフにされる。期間Ｔ１５の終了時点から期間Ｔ１３の終了時点（期間Ｔ３の終了時点）までの間に、１行目のフローティング拡散部４４に転送された電荷による電位変動が画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。すなわち、フォトダイオード４３（ＰＤＢ）の信号読出しが行われる。そして、ＣＤＳ回路２７によって、フォトダイオード４３（ＰＤＢ）に関するこの信号と、フォトダイオード４３（ＰＤＢ）に関する先のダークレベルとの差分信号が取得される。この差分信号が、焦点検出用信号として用いられる。

その後、期間Ｔ３の終了時点（期間Ｔ１３の終了時点）において、１行目のφＲがハイにされて１行目のリセットトランジスタ４９がオンにされ、１行目のフローティング拡散部４４のリセットが開始されるとともに、１行目のφＳがローにされて１行目の選択トランジスタ５０がオフにされ、１行目の行選択が終了される。

次に、水平帰線期間を経て次の２行目の選択動作の期間Ｔ４へと移行する。２行目以降も１行目と同様な動作が繰り返されるので、ここではその説明は省略する。このようにして、すべての行から信号が読み出されると、焦点検出モードを終了する。

次に、図１３を参照して撮像モード時の駆動手順を説明する。撮像モード時では、ＡＦ用画素２０Ｖ，２０Ｈのフォトダイオード４３からの信号は使用せず意味を持たないため、φＴＧＢは任意でよい。したがって、図１３には、φＴＧＢを記載していない。

撮像モード時には、まず、期間Ｔ２１において、全行のφＴＧＡがハイにされ、全画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈの転送トランジスタ４５，４６がオンにされる。このとき、全行のφＲがハイにされて全画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈのリセットトランジスタ４９がオンにされているので、期間Ｔ２１において、少なくとも画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのフォトダイオード４１及びフローティング拡散部４４がリセットされる。全行のφＴＧＡは、期間Ｔ２１後にローにされ、画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｖ，２０Ｈの転送トランジスタ４５，４６がオフにされる。

期間Ｔ２１の後の期間Ｔ２２において、メカニカルシャッタ（図示せず）が開かれる。この期間Ｔ２２が露光期間となる。

次いで、期間Ｔ２３において、１行目のφＳがハイにされる。これにより、１行目の選択トランジスタ５０がオンにされ、１行目の行選択が開始され、１行目の画素アンプ４８によるソースフォロワ読み出しが開始される。

期間Ｔ２３の開始時点から所定期間経過した後に期間Ｔ３１が開始される。期間Ｔ３１では、１行目のφＲがローにされて１行目のリセットトランジスタ４９がオフにされ、１行目のフローティング拡散部４４のリセットが終了される。期間Ｔ３１の開始時点から期間Ｔ３２の開始時点までの間に、１行目のダークレベル（フローティング拡散部４４のリセット状態に対応して１行目の画素アンプ４８から出力される信号）が、画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプ（保存）される。このダークレベルは、次回に読み出しされる信号が１行目のφＴＧＡに応答してフォトダイオード４１，４２（図１２では、ＰＤＡと表記）から転送されて来る信号電荷によるものであるため、フォトダイオード４１，４２（ＰＤＡ）に関するダークレベルとして用いられる。

期間Ｔ３２において、１行目のφＴＧＡがハイにされて１行目の転送トランジスタ４５，４６がオンにされる。これにより、１行目の撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのフォトダイオード４１に蓄積されていた信号電荷及び１行目のＡＦ用画素２０Ｖ，２０Ｈの一方のフォトダイオード４２に蓄積されていた信号電荷が、当該画素のフローティング拡散部４４に転送される。そして、期間Ｔ３２の終了時に、１行目のφＴＧＡがローにされて１行目の転送トランジスタ４５，４６がオフにされる。期間Ｔ３２の終了時点から期間Ｔ３１の終了時点（期間Ｔ２３の終了時点）までの間に、１行目のフローティング拡散部４４に転送された電荷による電位変動が画素アンプ４８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。すなわち、フォトダイオード４１，４２（ＰＤＡ）の信号読出しが行われる。そして、ＣＤＳ回路２７によって、フォトダイオード４１，４２（ＰＤＡ）に関するこの信号と、フォトダイオード４１，４２（ＰＤＡ）に関する先のダークレベルとの差分信号が取得される。この差分信号のうち撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのフォトダイオード４１に関するもののみが、撮像用信号として用いられる。

その後、期間Ｔ２３の終了時点（期間Ｔ３１の終了時点）において、１行目のφＲがハイにされて１行目のリセットトランジスタ４９がオンにされ、１行目のフローティング拡散部４４のリセットが開始されるとともに、１行目のφＳがローにされて１行目の選択トランジスタ５０がオフにされ、１行目の行選択が終了される。

次に、水平帰線期間を経て次の２行目の選択動作の期間Ｔ２４へと移行する。２行目以降も１行目と同様な動作が繰り返されるので、ここではその説明は省略する。このようにして、すべての行から信号が読み出されると、撮像モードを終了する。

ここで、本実施の形態による電子カメラ１の動作の一例について、図１４及び図１を参照して説明する。図１４は、本実施の形態による電子カメラ１の動作を示す概略フローチャートである。

操作部９ａのレリーズ釦の半押し操作が行われる（ステップＳ１）と、電子カメラ１内のマイクロプロセッサ９は、その半押し操作に同期して撮像制御部４を駆動する。撮像制御部４は、被写体の確認を行うために予め定めた公知の手法により、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのうちの全画素又は所定画素から被写体確認用の撮像信号を読み出し、メモリ７に蓄積する。このとき、全画素を読み出す場合は、例えば、前記図１３に示す動作と同様の動作を行う。そして、画像処理部１３は、その信号から、画像認識技術を利用して被写体を認識する（ステップＳ２）。例えば、顔認識モードの場合、被写体として顔を認識する。このとき、画像処理部１３は、被写体の位置及び形状を得る。

その後、マイクロプロセッサ９は、ステップ２で得られた被写体の位置及び形状に従って、焦点検出領域３２〜３７のうちから、被写体に対する焦点調節状態を精度良く検出するのに最適な、焦点検出に用いるべき、オートフォーカス用ラインセンサに相当する焦点検出領域を設定する（ステップＳ３）。また、マイクロプロセッサ９は、ステップＳ２の認識結果等に基づいて、焦点検出用の撮影条件（絞り、焦点調節状態、シャッタ時間等）を設定する（ステップＳ４）。

引き続いて、マイクロプロセッサ９は、ステップＳ４で設定した絞り等の条件となるようにレンズ制御部２ａを作動させ、ステップＳ４で設定したシャッタ時間等の条件でかつステップＳ３で設定した焦点検出領域のＡＦ用画素２０Ｖ又は２０Ｈの画素列の座標に従って、撮像制御部４を駆動することで、焦点検出用信号を読み出し、メモリ７に蓄積する（ステップＳ５）。このとき、前述した図１２に示す動作と同様の動作によって、焦点検出用信号を読み出す。

次に、マイクロプロセッサ９は、ステップＳ５で取得されメモリ７に格納された全画素の信号のうちから、ステップＳ３で設定した焦点検出領域のＡＦ用画素２０Ｖ又は２０Ｈからの焦点検出用信号をピックアップし、それらの信号に基づいて瞳分割位相差方式に従った演算（焦点調節状態の検出処理）を焦点検出演算部１０に行わせることで、焦点検出演算部１０にデフォーカス量を算出させる（ステップＳ６）。

次いで、マイクロプロセッサ９は、ステップＳ６で算出されたデフォーカス量に応じて合焦状態となるように、レンズ制御部２ａに撮影レンズ２を調節させる。引き続いて、マイクロプロセッサ９は、本撮影のための撮影条件（絞り、シャッタ時間等）を設定する（ステップＳ８）。

次に、マイクロプロセッサ９は、ステップＳ８で設定した絞り等の条件となるようにレンズ制御部２ａを作動させ、操作部９ａのレリーズ釦の全押し操作に同期して、ステップＳ９で設定したシャッタ時間等の条件で撮像制御部４を駆動することで、画像信号を読み出して本撮影を行う（ステップＳ９）。このとき、前述した図１３に示す動作と同様の動作によって、撮像用信号を読み出す。撮像制御部４によって、この撮像用信号は、メモリ７に蓄積される。

その後、マイクロプロセッサ９は、操作部９ａの指令に基づき、必要に応じて画像処理部１３や画像圧縮部１２にて所望の処理を行い、記録部に処理後の信号を出力させ記録媒体１１ａに記録する。

本実施の形態では、前述したように、ＡＦ用画素２０Ｈにおいて、フォトダイオード４２を構成する半導体領域とフォトダイオード４３を構成する半導体領域との間に、間隙７１が形成されている。したがって、フォトダイオード４２が光電変換して生成した電子（フォトダイオード４２の電荷蓄積層５３の下側のＰ型ウエル５２の領域で発生した電子）が、フォトダイオード４３の電荷蓄積層５３の方へ移動しようとしても、その移動が間隙７１によって阻止されて、当該電子はフォトダイオード４３の電荷蓄積層５３に補足されない。同様に、フォトダイオード４３が光電変換して生成した電子（フォトダイオード４３の電荷蓄積層５３の下側のＰ型ウエル５２の領域で発生した電子）が、フォトダイオード４２の電荷蓄積層５３の方へ移動しようとしても、その移動が間隙７１によって阻止されて、当該電子はフォトダイオード４３の電荷蓄積層５３に補足されない。このため、本実施の形態によれば、フォトダイオード４２，４３の間での電子の移動によるクロストーク成分が低減され、フォトダイオード４２，４３の間の電気信号の分離が高まる。以上の点は、ＡＦ用画素２０Ｖについても同様である。したがって、本実施の形態によれば、焦点検出精度が高まる。なお、間隙７１内に絶縁材料を埋め込んだ場合も、同様の利点が得られる。

また、本実施の形態によれば、ＡＦ用画素２０Ｈに関して、間隙７２〜７７が形成されている。間隙７２〜７７内は、空気が存在するか又は真空に近い状態になるが、いずれにせよ、間隙７２〜７７内の屈折率はほぼ１．０となる。一方、層間膜５６〜５８は、例えばシリコン酸化膜であるため、比較的屈折率が大きい。このため、間隙７２〜７７の壁部での臨界角は小さくなる。したがって、層間膜５６〜５８から間隙７２〜７７内へ入射しようとする大部分の光に対して、間隙７２〜７７の壁部が全反射面として作用することになる。よって、ＡＦ用画素２０Ｈにおいて、マイクロレンズ６６を通過した後に間隙７２〜７７の壁部に入射する光は、当該壁部により全反射され、迷光や漏れ光などになることなく、フォトダイオード４２，４３に入射する。このため、フォトダイオード４２，４３への集光効率が高まる。以上の点は、ＡＦ用画素２０Ｖについても同様である。したがって、本実施の形態によれば、ＳＮ比の高い焦点検出用信号を得ることができ、この点からも、焦点検出精度を高めることができる。

さらに、本実施の形態によれば、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂに関して、間隙８１〜８４が形成されているので、間隙８１〜８４の壁部は間隙７２〜７７の壁部と同様に全反射面として作用する。したがって、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂに関して、フォトダイオード４１への集光効率が高まり、これにより高品質の画像を得ることができる。

なお、本実施の形態を次のように変形してもよい。すなわち、必ずしも、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖにおいて間隙７２〜７７を形成しなくてもよいし、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにおいて間隙８１〜８４を形成しなくてもよい。この場合、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖのフォトダイオード４２，４３への集光率の向上や、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのフォトダイオード４１への集光率の向上を図ることはできないが、間隙７１よって、フォトダイオード４２，４３の間の電気信号の分離を高めることはできる。

［第２の実施の形態］

図１５は、本発明の第２の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子のＡＦ用画素２０Ｈの主要部を模式的に示す概略断面図であり、図９に対応している。図１５において、図９中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、前記第１の実施の形態では、ＡＦ用画素２０Ｈにおいて、１つの間隙７１に代えて、並列した２つの間隙７１ａ，７１ｂが、Ｚ軸方向から見た平面視で分割線Ｂ−Ｂ’線（図８参照。）に沿って形成されている点のみである。本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。

［第３の実施の形態］

図１６は、本発明の第３の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子のＡＦ用画素２０Ｈの主要部を模式的に示す概略平面図であり、図８に対応している。図１７は、図１６中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図であり、図９に対応している。図１８は、本発明の第３の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの主要部を模式的に示す概略平面図であり、図１０に対応している。図１９は、図１８中のＥ−Ｅ’線に沿った概略断面図であり、図１１に対応している。

図１６乃至図１９において、図８乃至図１１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。

本実施の形態では、図１６及び図１７に示すように、ＡＦ用画素２０Ｈにおいて、層間膜５６〜５８には、間隙９１も形成されている。間隙９１は、Ｚ軸方向から見た平面視において分割線Ｂ−Ｂ’に沿って形成されている。この点は、ＡＦ用画素２０Ｖについても同様である。

また、前記第１の実施の形態では、図９に示すように、マイクロレンズ６６は、図１中の撮影レンズ２の射出瞳を、フォトダイオード４２，４３の付近の高さ位置（Ｚ軸方向位置）において結像させるように設計されているのに対し、本実施の形態では、図１７に示すように、マイクロレンズ６６は、撮影レンズ２の射出瞳を、間隙９１の上端（＋Ｚ側端部）の付近の高さ位置（Ｚ軸方向位置）（すなわち、層間膜５８の上面付近）において結像させるように設計されている。この点は、ＡＦ用画素２０Ｖについても同様である。

さらに、本実施の形態では、図１９に示すように、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのマイクロレンズ６６も、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖのマイクロレンズ６６と同じ結像特性を持つように設計されている。

本実施の形態では、間隙７２〜７７の場合と同様に、間隙９１の両壁部が全反射面として作用することになる。したがって、本実施の形態によれば、ＡＦ用画素２０Ｈにおいて、間隙９１の両壁部の全反射作用によって、前記第１の実施の形態に比べて、撮影レンズ２の射出瞳の一方側からの光のみを受光すべきフォトダイオード４２が、当該射出瞳の他方側からの光を受光してしまうことが低減され、同様に、撮影レンズ２の射出瞳の他方側からの光のみを受光すべきフォトダイオード４３が、当該射出瞳の一方側からの光を受光してしまうことが低減される。このため、本実施の形態によれば、ＡＦ用画素２０Ｈにおいて、フォトダイオード４２，４３間の光信号の分離が高まる。以上の点は、ＡＦ用画素２０Ｖについても同様である。したがって、本実施の形態によれば、より一層、焦点検出精度が高まる。

なお、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様に、間隙７１によってフォトダイオード４２，４３間の電気信号の分離が高まるという利点、及び、間隙７２〜７７によってフォトダイオード４２，４３への集光効率が高まるという利点が、得られる。

なお、本実施の形態を次のように変形してもよい。すなわち、必ずしも、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖにおいて間隙７２〜７７を形成しなくてもよいし、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにおいて間隙８１〜８４を形成しなくてもよい。この場合、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖのフォトダイオード４２，４３への集光率の向上や、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのフォトダイオード４１への集光率の向上を図ることはできないが、間隙７１よってフォトダイオード４２，４３の間の電気信号の分離を高めることはできるとともに、間隙９１によってフォトダイオード４２，４３の間の光信号の分離を高めることはできる。

［第４の実施の形態］

図２０は、本発明の第４の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子のＡＦ用画素２０Ｈの主要部を模式的に示す概略断面図であり、図１７に対応している。図２０において、図１７中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態が前記第３の実施の形態と異なる所は、ＡＦ用画素２０Ｈにおいて、フォトダイオード４２の半導体領域とフォトダイオード４３の半導体領域との間に間隙７１が形成されていない点のみである。本実施の形態によれば、間隙７１が形成されていないので、フォトダイオード４２，４３の間の電気信号の分離を高めることはできないが、その他は、前記第３の実施の形態と同様の利点が得られる。

なお、本実施の形態を次のように変形してもよい。すなわち、必ずしも、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖにおいて間隙７２〜７７を形成しなくてもよいし、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにおいて間隙８１〜８４を形成しなくてもよい。この場合、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖのフォトダイオード４２，４３への集光率の向上や、撮像用画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂのフォトダイオード４１への集光率の向上を図ることはできないが、間隙９１によってフォトダイオード４２，４３の間の光信号の分離を高めることはできる。

以上、本発明の各実施の形態及びそれらの変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、前述した各実施の形態では、撮像モードにおいて、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖからの信号は、撮像用信号として用いていなかったが、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖにもカラーフィルタを設け、撮像モードにおいて、転送トランジスタ４６，４７（図７参照）を同時にオンすることで、フォトダイオード４２，４３の電荷を両方とも同時にフローティング拡散部４４へ転送し、これにより両信号を加算して読み出せば、その加算信号は撮像用信号として用いることができる。

また、前述した各実施の形態では、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖでは、２つのフォトダイオード４２，４３の分割方向が縦又は横となっていたが、その分割方向は斜め４５度などにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置としての電子カメラを示す概略ブロック図である。 図１中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。 図１中の固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。 図３における所定の焦点検出領域の付近を拡大した概略拡大図である。 図３における他の焦点検出領域の付近を拡大した概略拡大図である。 図１中の固体撮像素子の撮像用画素を示す回路図である。 図１中の固体撮像素子のＡＦ用画素を示す回路図である。 図１中の固体撮像素子のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す概略平面図である。 図８中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。 図１中の固体撮像素子の撮像用画素の主要部を模式的に示す概略平面図である。 図１０中のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。 焦点検出モード時の図１中の固体撮像素子の駆動手順を示すタイミングチャートである。 撮像モード時の図１中の固体撮像素子の駆動手順を示すタイミングチャートである。 第１の実施の形態による電子カメラの動作を示す概略フローチャートである。 本発明の第２の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す概略平面図である。 図１６中のＤ−Ｄ’線に沿った概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子の撮像用画素の主要部を模式的に示す概略平面図である。 図１８中のＥ−Ｅ’線に沿った概略断面図である。 本発明の第４の実施の形態による電子カメラの固体撮像素子のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す概略断面図である。

符号の説明

１ 電子カメラ
３
２０ 画素
２０Ｖ，２０Ｈ 焦点検出用画素（ＡＦ用画素）
２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ 撮像用画素
４２，４３ フォトダイオード
５１ 基板
５６〜５８ 層間膜
７１〜７７，８１〜８４，９１ 間隙

Claims (10)

1. ２次元状に配置された複数の画素を基板上に備え、
   前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記基板の法線方向から見た平面視において分割線により分割される一方側の領域及び他方側の領域にそれぞれ存し各々が入射光を光電変換する第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有し、
   前記基板上に形成された層間膜に、間隙が、前記平面視において前記分割線に沿って形成されたことを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記少なくとも一部の画素にはマイクロレンズが設けられ、
   前記マイクロレンズは、被写体像を当該固体撮像素子に結像させる光学系の射出瞳を、前記間隙における光入射側の端部付近の高さ位置において結像させることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
3. 前記基板上に形成された層間膜に、間隙が、前記平面視において、前記少なくとも一部の画素の前記第１及び第２の光電変換部の有効受光領域をそれぞれ囲むように、前記分割線に沿った箇所以外にも形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子。
4. 前記少なくとも一部の画素において、前記第１の光電変換部を構成する半導体領域と前記第２の光電変換部を構成する半導体領域との間に、間隙が形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子。
5. 前記少なくとも一部の画素において、前記第１の光電変換部を構成する半導体領域と前記第２の光電変換部を構成する半導体領域との間に、絶縁材料からなる分離部が形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子。
6. ２次元状に配置された複数の画素を基板上に備え、
   前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記基板の法線方向から見た平面視において分割線により分割される一方側の領域及び他方側の領域にそれぞれ存し各々が入射光を光電変換する第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有し、
   前記少なくとも一部の画素において、前記第１の光電変換部を構成する半導体領域と前記第２の光電変換部を構成する半導体領域との間に、間隙が形成されたことを特徴とする固体撮像素子。
7. ２次元状に配置された複数の画素を基板上に備え、
   前記複数の画素のうちの少なくとも一部の画素は、前記基板の法線方向から見た平面視において分割線により分割される一方側の領域及び他方側の領域にそれぞれ存し各々が入射光を光電変換する第１の光電変換部及び第２の光電変換部を有し、
   前記少なくとも一部の画素において、前記第１の光電変換部を構成する半導体領域と前記第２の光電変換部を構成する半導体領域との間に、絶縁材料からなる分離部が形成されたことを特徴とする固体撮像素子。
8. 前記少なくとも一部の画素にはマイクロレンズが設けられ、
   前記マイクロレンズは、被写体像を当該固体撮像素子に結像させる光学系の射出瞳を、前記第１及び第２の光電変換部の付近の高さ位置において結像させることを特徴とする請求項６又は７記載の固体撮像素子。
9. 前記基板上に形成された層間膜に、間隙が、前記平面視において、前記少なくとも一部の画素の前記分割線に沿った箇所を除いて前記少なくとも一部の画素の前記第１及び第２の光電変換部の有効受光領域をそれぞれ囲むように、形成されたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の固体撮像素子。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の固体撮像素子と、
    被写体像を前記固体撮像素子に結像させる光学系と、
    前記少なくとも一部の画素の前記第１の光電変換部からの信号及び前記第２の光電変換部からの信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部と、
    前記検出処理部からの前記検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節を行う調節部と、
    を備えたことを特徴とする撮像装置。

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