JP2015026675A - 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】位相差画素において遮光膜による不要な反射を抑制することができるようにする。
【解決手段】固体撮像素子は、光電変換素子の受光面を遮光膜により撮像画素よりも大きく遮光した位相差画素を備える。位相差画素は、遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に光吸収膜を有し、受光面に入射される透過対象の光軸上には光吸収膜が設けられていない。本開示の技術は、例えば、位相差画素を有する固体撮像素子等に適用できる。
【選択図】図３

Description

本開示は、固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器に関し、特に、位相差画素において遮光膜による不要な反射を抑制することができるようにする固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器に関する。
行列状に２次元配置された複数の画素の一部に位相差画素を設けた電子機器が開発されている（例えば、特許文献１）。位相差画素では、受光領域の一部が遮光膜で遮光されており、位相差画素から出力される信号から、レンズのフォーカスズレを検出することができる。
特開２０１０−１６０３１３号公報
しかしながら、位相差画素の遮光膜が反射率の高い金属などで構成されている場合、遮光膜に当たった光が散乱して、隣接画素に混色したり、レンズ鏡筒内にまで散乱することがあり、フレアや赤色玉ゴーストが発生することがあった。
また、散乱した光が位相差画素のフォトダイオードに入射することで、本来、遮光したい光が光電変換されてしまうため、位相差を低下させてしまうこともあった。位相差が低下すると、位相差検出によるAF制御精度が低下し、電子機器のフォーカス速度に対して影響を与えることになる。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、位相差画素において遮光膜による不要な反射を抑制することができるようにするものである。
本開示の第１の側面の固体撮像素子は、光電変換素子の受光面を遮光膜により撮像画素よりも大きく遮光した位相差画素を備え、前記位相差画素は、前記遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に光吸収膜を有し、前記受光面に入射される透過対象の光軸上には前記光吸収膜が設けられていない。
本開示の第２の側面の固体撮像素子の製造方法は、位相差画素の画素領域に、光電変換素子の受光面を撮像画素よりも大きく遮光した遮光膜を形成し、前記受光面に入射される透過対象の光軸上には光吸収膜を形成せずに、前記遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に前記光吸収膜を形成する。
本開示の第３の側面の電子機器は、光電変換素子の受光面を遮光膜により撮像画素よりも大きく遮光した位相差画素を備え、前記位相差画素は、前記遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に光吸収膜を有し、前記受光面に入射される透過対象の光軸上には前記光吸収膜が設けられていない固体撮像素子を備える。
本開示の第１及び第３の側面においては、光電変換素子の受光面を遮光膜により撮像画素よりも大きく遮光した位相差画素が設けられ、前記位相差画素では、前記遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に光吸収膜が設けられ、前記受光面に入射される透過対象の光軸上には前記光吸収膜が設けられていない。
本開示の第２の側面においては、位相差画素の画素領域に、光電変換素子の受光面を撮像画素よりも大きく遮光した遮光膜が形成され、前記受光面に入射される透過対象の光軸上には光吸収膜を形成せずに、前記遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に前記光吸収膜が形成される。
固体撮像素子及び電子機器は、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。
本開示の第１乃至第３の側面によれば、位相差画素において遮光膜による不要な反射を抑制することができる。
本開示に係る固体撮像素子の概略構成を示す図である。 図１の画素アレイ部のみを示した図である。 撮像画素と位相差画素の断面構成図である。 撮像画素と位相差画素の一般的な断面構成図である。 図１の位相差画素の画素構造と一般的な画素構造との違いを説明する図である。 撮像画素と位相差画素の製造方法について説明する図である。 位相差画素の第２乃至第４の実施の形態を示す図である。 位相差画素の第５及び第６の実施の形態を示す図である。 位相差画素の第６の実施の形態で注意すべき点を説明する図である。 位相差画素の第６の実施の形態で注意すべき点を説明する図である。 位相差画素の第６の実施の形態で注意すべき点を説明する図である。 遮光膜と光吸収膜との被り量について説明する図である。 位相差画素の第５及び第６の実施の形態の変形例を示す図である。 本開示に係る位相差画素の構成を説明する図である。 位相差画素の第７乃至第９の実施の形態を示す図である。 射出瞳補正を行った画素アレイ部の構成について説明する図である。 射出瞳補正を行った画素アレイ部の構成について説明する図である。 遮光膜の配置例を示す図である。 本開示に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本開示に係る撮像装置のその他の構成例を示すブロック図である。 本開示に係る固体撮像素子の基板構成例を示す図である。 本開示に係る撮像装置としてのデジタル一眼レフカメラの外観構成を示す正面図である。 本開示の固体撮像素子を搭載したカプセル内視鏡の断面構成を示す図である。 本開示の固体撮像素子を含むスマートフォンの外観構成を示す図である。
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．固体撮像素子の概略構成例
２．位相差画素の第１の実施の形態（光吸収膜を有する構成）
３．位相差画素の第２乃至第４の実施の形態（光吸収膜とホワイトフィルタを有する構成）
４．位相差画素の第５及び第６の実施の形態（隣接する色フィルタを延伸する構成）
５．位相差画素の第７乃至第９の実施の形態（光吸収膜と色フィルタを有する構成）
６．固体撮像素子の射出瞳補正の例
７．遮光膜の配置例
８．電子機器への適用例
＜１．固体撮像素子の概略構成例＞
図１は、本開示に係る固体撮像素子の概略構成を示している。
図１の固体撮像素子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。
画素アレイ部３において、行列状に２次元配置された画素２には、画像生成用の信号を生成する撮像画素２Aと、焦点検出用の信号を生成する位相差画素２Bとがある。撮像画素２Aと位相差画素２Bの違いについては後述する。
画素２は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、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。
また、画素２は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、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、共有画素では、複数の単位画素を構成するフォトダイオード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。
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、また固体撮像素子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。
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。
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。
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。
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。
以上のように構成される固体撮像素子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。
＜画素アレイ部の一部拡大図＞
図２は、図１の画素アレイ部３のみを示した図である。
図２の画素アレイ部３では、位相差画素２Bが黒丸で示されている。そして、図２では、画素アレイ部３内において、撮像画素２Aのみが配置されている領域２１と、撮像画素２Aと位相差画素２Bの両方が配置されている領域２２の拡大図が示されている。
領域２１および領域２２において、各撮像画素２A内に示される「R」、「G」、および「B」の文字は、画素内に形成されている色フィルタの色を示している。具体的には、「R」が赤色を表し、「G」が緑色を表し、「B」が青色を表す。従って、画素アレイ部３の各撮像画素２Aの色フィルタは、いわゆるベイヤ配列で配置されている。なお、以下では、「R」の色フィルタが配置された撮像画素２AをR画素、「G」の色フィルタが配置された撮像画素２AをG画素、「B」の色フィルタが配置された撮像画素２AをB画素ともいう。
領域２２では、ベイヤ配列で「B」の色フィルタが配置される撮像画素２Aの一部が位相差画素２Bに置き換えられて配置されている。
位相差画素２Bには、例えば、遮光方向を左右方向（水平方向）とした場合、フォトダイオードの受光面の右側半分が遮光されたタイプAと、左側半分が遮光されたタイプBの２種類があり、これら２種類が対となって画素アレイ部３の所定の位置に配置されている。
図２の領域２２では、タイプAの位相差画素２Bについては「PA」と表示され、タイプBの位相差画素２Bについては「PB」と表示されている。
タイプAからの画素信号とタイプBの画素信号とでは、開口部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、撮影レンズを調整（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。
＜２．位相差画素の第１の実施の形態＞
＜画素の断面構成図＞
撮像画素２Aと位相差画素２Bが隣り合う図２の領域２３の断面構成について、図３を参照して説明する。即ち、図３は、図１の固体撮像素子１の撮像画素２Aと位相差画素２Bの断面構成を示す図である。
固体撮像素子１は、半導体基板１２の、例えば、P型（第１導電型）の半導体領域４１に、N型（第２導電型）の半導体領域４２を画素２ごとに形成することにより、フォトダイオードPDが、画素単位に形成されている。
半導体基板１２の表面側（図中下側）には、フォトダイオードPD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（いずれも図示せず）。
半導体基板１２の裏面側（図中上側）の界面には、例えば、シリコン酸化膜などによる反射防止膜（絶縁層）４３が形成されている。
反射防止膜４３の上側の一部には、遮光膜４４が形成されている。より具体的には、撮像画素２Aでは、フォトダイオードPD全面に光が入射されるように、反射防止膜４３上の画素境界のみに遮光膜４４が形成されている。一方、位相差画素２Bでは、フォトダイオードPDの受光面が撮像画素２Aよりも大きく遮光されるように、遮光膜４４が形成されている。すなわち、位相差画素２Bでは、画素境界に加えて、フォトダイオードPDの受光面の片側半分（図３では、左側半分）も遮光されるように遮光膜４４が形成されている。
遮光膜４４は、光を遮光する材料であればよいが、遮光性が強く、かつ微細加工、例えばエッチングで精度よく加工できる材料が望ましい。遮光膜４４は、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Al）、銅（Cu）、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)などの金属膜で形成することができる。
遮光膜４４を含む反射防止膜４３の上には、撮像画素２Aでは、色フィルタ４５が形成されている。色フィルタ４５は、例えば顔料や染料などの色素を含んだ感光性樹脂を回転塗布することによって形成される。この撮像画素２Aに配置されている色フィルタ４５は、図２の領域２３からも明らかなように緑色（G）の光のみを透過させるフィルタである。なお、図２以降の各図では、緑色（G）の色フィルタ４５については色フィルタ４５Gと示し、青色（B）の色フィルタ４５については色フィルタ４５Bと示している。赤色（R）の色フィルタ４５については色フィルタ４５Rと示す。
色フィルタ４５の上には、オンチップレンズ（マイクロレンズ）４７が形成されている。オンチップレンズ４７は、例えば、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、またはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料で形成される。
一方、位相差画素２Bでは、遮光膜４４の上側に、光吸収膜４６が形成されている。この光吸収膜４６は、例えば、色フィルタ４５と同一の材料で形成することができ、図２を参照して説明したように、本実施の形態では、「B」の色フィルタが配置される位置に位相差画素２Bは配置されているので、青色（B）の色フィルタ４５と同一の材料で形成されている。そして、遮光膜４４が形成されていない開口部分と光吸収膜４６の上側に、オンチップレンズ４７が形成されている。
撮像画素２Aと位相差画素２Bは以上のように構成されており、固体撮像素子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固体撮像素子である。
参考のため、一般的な画素構造を有する撮像画素５１Aと位相差画素５１Bの構造を図４に示す。図４以降の各図面において、図３と対応する部分については同一の符号を付してあり、図３の画素構造と異なる部分に注目して説明する。
撮像画素５１Aの画素構造は、上述した固体撮像素子１の撮像画素２Aの画素構造と同一である。
これに対して、位相差画素５１Bの画素構造を、上述した固体撮像素子１の位相差画素２Bの画素構造を比較すると、図４の位相差画素５１Bでは、遮光膜４４の上側に、光吸収膜４６が形成されていない点が異なる。
図５を参照して、固体撮像素子１の位相差画素２Bの画素構造と、一般的な位相差画素５１Bの画素構造との違いについてさらに説明する。
図５Aは、図３に示した固体撮像素子１の画素構造を示し、図５Bは、図４に示した一般的な画素構造を示している。
図５Bに示される一般的な位相差画素５１Bでは、遮光膜４４の上側には光吸収膜４６が形成されていないため、位相差画素５１Bに入射された大きな光量の光はそのまま遮光膜４４に照射される。遮光膜４４は、一般に金属膜で形成され、反射率が高いため、図５Bに示されるように、大きな光量の光が散乱し、隣接する撮像画素５１Aに入射して、混色の原因となることがあった。
また、本来遮光したいはずの遮光膜４４に当たった光が位相差画素５１BのフォトダイオードPDに入射することもあった。この場合、本来遮光したいはずの光が光電変換されてしまうため、位相差信号に誤差が発生し、位相差検出によるAF制御の精度が低下することとなる。
あるいはまた、遮光膜４４に当たった光がオンチップレンズ４７の外側に散乱することも起こり得る。遮光膜４４に当たった光がオンチップレンズ４７の外側に散乱した場合、オンチップレンズ４７の外側に散乱した光が、オンチップレンズ４７よりさらに外側の光学系のIRカットフィルタなどで反射されて、フォトダイオードPDに再び入射されることで、フレアや赤色玉ゴーストが発生し得る。
なお、一般的な位相差画素５１Bでは、色フィルタ４５に相当するものが形成されていない場合のほかに、透明な（ホワイトの）色フィルタ４５が形成されている場合もある。この場合も、透明な色フィルタ４５は光を減光させないため、上記と同様の状況となる。
これに対して、固体撮像素子１の位相差画素２Bでは、遮光膜４４の上に光吸収膜４６が形成されているため、遮光対象の入射光は吸収され、遮光膜４４に当たる光の光量は低減される。これにより、遮光膜４４が反射率の高い金属膜で構成されている場合であっても、遮光膜４４に当たった光が散乱して、隣接画素に混色したり、レンズ鏡筒内にまで散乱することを抑制し、フレアや赤色玉ゴーストの発生を低減することができる。
また、遮光膜４４に当たって散乱した光が位相差画素２BのフォトダイオードPDに入射することで、本来、遮光したい光が光電変換され、位相差を低下させてしまうリスクも低減することができるので、AF制御精度やフォーカス速度を向上させることができる。
光吸収膜４６は、反射防止膜よりも光を吸収する効果が大きい材料で形成される。したがって、反射防止膜では反射を防ぐことができても、隣接画素や位相差画素自体に光が伝搬するリスクがあるが、光吸収膜４６では、そのリスクを低減することができる。
位相差画素２Bは、上述したように、撮像画素２Aであれば青色（B）の色フィルタ４５が配置される画素位置に配置されており、光吸収膜４６は、青色の色フィルタ４５と同一の材料で形成されている。
青色の色フィルタ材料で形成された光吸収膜４６は、例えば、緑色の色フィルタ材料よりも光をより減光することができる。また、オンチップレンズ４７の外側に散乱した光は、オンチップレンズ４７より外側のIRカットフィルタなどで反射されて、フォトダイオードPDに再び入射しやすいが、青色の光はそのリスクが低い。すなわち、オンチップレンズ４７の外側に散乱した光がフォトダイオードPDに再び入射しにくい。
以上のようなメリットから、位相差画素５１Bがベイヤ配列の青色の色フィルタ４５の画素位置に配置され、光吸収膜４６が青色の色フィルタ４５と同一の材料で形成されている。
ただし、位相差画素２Bは、撮像画素２Aであれば緑色や赤色の色フィルタ４５が配置される画素位置に配置されても良く、光吸収膜４６が、緑色や赤色の色フィルタ材料で形成されても良い。
また、光吸収膜４６は、緑色、赤色、青色以外の色、例えば黒色の顔料や染料などを含んだ感光性樹脂材料（黒色の色フィルタ）や、赤外フィルタで形成してもよい。ただし、撮像画素２Aで使用する色フィルタ４５と異なる材料で光吸収膜４６を形成すると、製造工程数が増えるためコストの上昇に注意する必要がある。
＜画素の製造方法＞
次に、図６を参照して、撮像画素２Aと位相差画素２Bの製造方法について説明する。
なお、図６では、フォトダイオードPDが形成されている半導体基板１２の表面側の多層配線層の図示が省略されている。
まず、図６Aに示されるように、半導体基板１２の裏面側に、反射防止膜４３と遮光膜４４が順に形成される。
そして、各撮像画素２Aの色フィルタ４５を、緑色（G）、青色（B）、赤色（R）の順に形成するものとすると、まず、図６Bに示されるように、反射防止膜４３と遮光膜４４の上側全面に、緑色の色フィルタ４５Gが形成される。
そして、G画素となる領域のみにレジスト（不図示）をリソグラフィでパターニングすることにより、図６Cに示されるように、G画素となる撮像画素２A以外の緑色の色フィルタ４５Gが除去される。
次に、B画素となる撮像画素２Aの反射防止膜４３と遮光膜４４の上側全面に、青色の色フィルタ（不図示）が形成される。これにより、図６Dに示されるように、位相差画素２Bの反射防止膜４３と遮光膜４４の上側全面にも、光吸収膜４６としての青色の色フィルタが形成される。そして、図６Eに示されるように、位相差画素２Bの遮光膜４４の上部以外の光吸収膜４６が、リソグラフィでパターニングされる。
同様に、R画素となる撮像画素２Aの反射防止膜４３と遮光膜４４の上側全面に、赤色の色フィルタが形成される（不図示）。
最後に、図６Fに示されるように、撮像画素２Aと位相差画素２Bの両方に、オンチップレンズ４７が形成される。オンチップレンズ４７は、例えば、感光性の樹脂材料をリソグラフィでパターン加工した後に、リフロー処理でレンズ形状に変形させることで形成することができる。
以上の製造方法によれば、B画素となる撮像画素２Aに対して青色の色フィルタ４５を形成する工程において、位相差画素２Bの光吸収膜４６も同時に形成することができるので、工程数を増やすことなく、光吸収膜４６を形成することができる。
＜３．位相差画素の第２乃至第４の実施の形態＞
位相差画素２Bのその他の実施の形態について説明する。
位相差画素２Bには、撮像画素２Aの色フィルタ４５に相当する層に、透明な色フィルタ（以下、ホワイトフィルタという。）を形成する場合がある。
そこで、図７A乃至図７Cは、ホワイトフィルタが形成される場合の光吸収膜４６の配置例を示している。
図３に示した位相差画素２Bの画素構造を、位相差画素２Bの第１の実施の形態と呼ぶことにすると、図７A乃至図７Cは、位相差画素２Bの第２乃至第４の実施の形態を示している。
図７Aに示される第２の実施の形態では、撮像画素２Aの色フィルタ４５と同一層となる位相差画素２Bの部分のうちの光吸収膜４６が形成されていない部分に、ホワイトフィルタ６１が形成されている。
図７Bに示される第３の実施の形態では、撮像画素２Aの色フィルタ４５と同一層となる位相差画素２Bの部分にホワイトフィルタ６１が形成され、そのホワイトフィルタ６１と遮光膜４４が積層されている部分のホワイトフィルタ６１上面に、光吸収膜４６が形成されている。
図７Cに示される第４の実施の形態では、撮像画素２Aの色フィルタ４５と同一層となる位相差画素２Bの部分に光吸収膜４６とホワイトフィルタ６１が形成されている。ここで、光吸収膜４６は遮光膜４４の上面を覆うように形成されており、その光吸収膜４６を覆うようにホワイトフィルタ６１が形成されている。
＜４．位相差画素の第５及び第６の実施の形態＞
図８A及び図８Bは、位相差画素２Bの第５及び第６の実施の形態を示している。
図８Aの位相差画素２Bは、隣接する撮像画素２Aの色フィルタ４５を位相差画素２Bの遮光膜４４上まで延伸して第１の光吸収膜４６−１とし、その上に、さらに第１の光吸収膜４６−１とは異なる色フィルタを第２の光吸収膜４６−２として積層する例を示している。このように光吸収膜４６として複数の色フィルタを積層させることにより、遮光膜４４による光の反射を大幅に低減することができる。
なお、光吸収膜４６として複数の色フィルタを積層させる場合の色の組み合わせとしては、膜厚にもよるが、赤色と青色の組み合わせであれば、ほぼ全ての波長帯の光を吸収することができる。そこで、例えば、延伸して形成する第１の光吸収膜４６−１を赤色の色フィルタとし、その上の第２の光吸収膜４６−２を青色の色フィルタとすることができる。ただし、その他の色の組み合わせでも適用可能であることは言うまでもない。撮像画素２Aの色フィルタ４５として利用している色を組み合わせれば、製造時の工程数を増加させることなく形成することができる。
また、勿論、図８Bに示されるように、隣接する撮像画素２Aの色フィルタ４５を位相差画素２Bの遮光膜４４上まで延伸して、１層で光吸収膜４６を形成してもよい。
図３に示した第１の実施の形態のように、隣接する撮像画素２Aの色フィルタ４５と、位相差画素２Bの光吸収膜４６とを異なる色の色フィルタで形成するのではなく、隣接する撮像画素２Aの色フィルタ４５を延伸して光吸収膜４６を形成する構造では、色フィルタの微細加工を避けることができるというメリットがある。
具体的には、例えば、位相差画素２Bの画素サイズ（画素幅）が1.4μｍであり、位相差画素２Bでは、フォトダイオードPDの受光面を１／２に遮光するものとすると、図３に示した第１の実施の形態では、光吸収膜４６を0.7μｍ程度の幅で形成する必要がある。色フィルタ４５は大きなサイズで形成する方が、製造時のバラツキを抑え、安定的に製造することができる。また、色フィルタのサイズが小さい孤立パターンとなると、剥がれリスクも高くなる。
したがって、図８Bに示すように、隣接する撮像画素２Aの色フィルタ４５を延伸して光吸収膜４６とすることにより、製造バラツキを抑えるとともに、剥がれリスクも低減することができ、特に、画素が微細化した場合に有効である。
なお、隣接する撮像画素２Aの色フィルタ４５を延伸して光吸収膜４６を形成する場合には、以下に示す点に注意が必要である。
位相差画素２Bは、例えば、右側半分が遮光されたタイプAと左側半分が遮光されたタイプBの対で画素アレイ部３内に配置されるが、対となる２個の位相差画素２Bに延伸される色フィルタ４５の色が異なる色である場合にデメリットが発生する。
図９は、隣接する撮像画素２Aの色フィルタ４５を延伸して光吸収膜４６を形成する場合に注意すべき配置例を示している。
例えば、図９Aに示されるように、右側半分が遮光膜４４とされたタイプAの位相差画素２BがR画素の間に配置され、左側半分が遮光膜４４とされたタイプBの位相差画素２Bが、G画素の間に配置された例を想定する。
この場合、図９Bに示されるように、R画素に隣接する位相差画素２Bの光吸収膜４６は、右隣のR画素の色フィルタ４５が延伸されることにより形成される。また、G画素に隣接する位相差画素２Bの光吸収膜４６は、左隣のG画素の色フィルタ４５が延伸されることにより形成される。
したがって、対となる一方の位相差画素２Bの光吸収膜４６が赤色の色フィルタで形成され、他方の位相差画素２Bの光吸収膜４６が緑色の色フィルタで形成されるため、対となる２個の位相差画素２Bに延伸される色フィルタの色が異なる。
遮光膜４４を覆う光吸収膜４６に入射された光が、位相差画素２BのフォトダイオードPDに全く入らなければ問題とはならないが、実際には、図１０に示されるように、光吸収膜４６に入射された光の一部が位相差画素２BのフォトダイオードPDに入射されることがある。その場合、対となる位相差画素２Bで光吸収膜４６としての色フィルタの色が異なると、位相差特性に対して差分を生じさせる一因となる。
図１１は、位相差画素２Bの光吸収膜４６を異なる色の色フィルタにして、光の入射角に対する信号出力を比較したグラフを示している。
図１１の横軸は位相差画素２Bに対する光の入射角を表し、縦軸は信号出力を表している。図１１において、光吸収膜４６として用いた色フィルタの色の違いは実線と破線で表されており、例えば、実線は赤色の色フィルタ、破線は青色の色フィルタを光吸収膜４６として用いた例を示している。
図１１の例では、光吸収膜４６として異なる色の色フィルタを用いた場合、実線と破線で示されるように特性は異なり、破線で示される位相差画素２Bの方が混色が大きくなっている。
以上のように、隣接する撮像画素２Aの色フィルタ４５を延伸して位相差画素２Bの光吸収膜４６を形成する場合、図９に示したような、対となる２個の位相差画素２Bで光吸収膜４６として異なる色の色フィルタを用いるような配置は、位相差特性に対して差分を生じさせる一因となるため好ましくない。
従って、対となる２個の位相差画素２Bで光吸収膜４６として用いる色フィルタの色は統一することが望ましく、例えば、図２に示したように、隣接する撮像画素２Aの色フィルタ４５が同色となるような位置に位相差画素２Bの対を配置するのが望ましい。
＜遮光膜と光吸収膜の被り量＞
次に、図１２を参照して、遮光膜４４と、その上面に形成される光吸収膜４６との被り量について検討する。
遮光膜４４に入射される光は光吸収膜４６で確実に吸収すべきであるが、フォトダイオードPDに入射される光については、光吸収膜４６に当たらない方が望ましい。なぜなら、フォトダイオードPDに入射される光が光吸収膜４６に当たってしまうと、減光してしまうからである。
そのため、図１２Aに示されるように、光吸収膜４６の遮光方向の線幅ｈが遮光膜４４よりも短くなるように、遮光膜４４と光吸収膜４６との被り量をオフセットさせることが望ましい。ここで、遮光膜４４の端面から光吸収膜４６の端面までの遮光方向のオフセット量ｙの最適値について検討する。
図１２Bは、図１２Aの遮光膜４４と光吸収膜４６を拡大した図である。
いま遮光膜４４の上端に焦点が合うようにオンチップレンズ４７が設計されており、固体撮像素子１の前面に配置される光学レンズのF値や屈折率などによって決定される、位相差画素２Bに対する光の入射角の最大値（最大入射角）をθ、光吸収膜４６の高さ（厚み）をｄとすると、オフセット量ｙは、ｙ＝ｄ・tanθで表すことができる。
したがって、例えば、最大入射角θ＝40度、光吸収膜４６の高さｄ＝100nmである場合には、オフセット量ｙは84nmとなる。また例えば、最大入射角θ＝8度、光吸収膜４６の高さｄ＝100nmである場合には、オフセット量ｙは14nmとなる。このように、オフセット量ｙは、最大入射角θによって大きく異なる。
そして、最大入射角θは、画角となる画素アレイ部３の中心部分と外周部分とによっても異なる。いま画素アレイ部３において、像高０割の位置である画角の中心部分の最大入射角θが8度、像高１０割の位置である画角の外周部分の最大入射角θが４０度であるとする。この場合、画角の中心部分の位相差画素２Bのオフセット量ｙを14nmとし、画角の外周部分の位相差画素２Bのオフセット量ｙが84nmとなるように、画角外周にいくほど徐々にオフセット量ｙを大きく（線幅ｈを小さく）して、画素アレイ部３内の各位相差画素２Bの画素位置で、オフセット量ｙを変化させてもよい。
また、右側半分が遮光されたタイプAと左側半分が遮光されたタイプBの位相差画素２Bでもオフセット量ｙを変えて、個々に最適な設計を行うことができる。
さらに、オフセット量ｙは、リソグラフィ工程の合わせズレの精度も考慮して設計してもよい。
＜第５及び第６の実施の形態の変形例＞
図１３は、図８に示した位相差画素２Bの第５及び第６の実施の形態の変形例を示している。
図１３Aは、図８Aに示した第５の実施の形態に対して、オフセット量ｙを調整した例を示している。
上述したように、最適なオフセット量ｙは光吸収膜４６の高さｄによっても変わる。図８Aに示したように、第１の光吸収膜４６−１と第２の光吸収膜４６−２を積層する場合には、下層の第１の光吸収膜４６−１のスペースｙ１と、上層の第２の光吸収膜４６−２のスペースｙ２とで最適な値が異なる。したがって、図１３Aに示されるように、オンチップレンズ４７に近い層ほど、スペースｙを広くする（線幅ｈを小さくする）ように形成することができる。
図１３Bは、図８Bに示した第６の実施の形態に対して、オフセット量ｙを調整した例を示している。
図１３Bでは、オンチップレンズ４７に近い位置ほど、スペースｙが広くなる（線幅ｈが小さくなる）ように、光吸収膜４６がテーパ（斜面）形状に形成されている。このような形状は、例えば、光吸収膜４６としての色フィルタを遮光膜４４上に形成後、２００°以上の高温でリフローすることにより形成することができる。
なお、通常、一定以上の高温を色フィルタにかけると、色フィルタの特性が変異し、色フィルタとして機能しなくなる可能性があるが、光吸収膜４６としての用途であれば問題はない。製造の順番としては、位相差画素２Bの遮光膜４４上に光吸収膜４６としての色フィルタを形成、リフロー処理した後で、撮像画素２Aに対して、R,G,Bの色フィルタ４５を形成すればよい。
光吸収膜４６の配置位置は、遮光膜４４に可能な限り近い方が望ましい。その方が、遮光膜４４に入射する遮光対象の光と、光吸収膜４６に入射する光が、より一致するからである。したがって、上述した複数の実施の形態のように、遮光膜４４の直上に光吸収膜４６を形成する形態が最も望ましい。
しかしながら、光吸収膜４６の配置場所は、遮光膜４４の直上に配置する形態のみに必ずしも限定されない。例えば、図１４に示されるように、光吸収膜４６が遮光膜４４の直上に配置されなくてもよい。換言すれば、光吸収膜４６は、フォトダイオードPDに入射する光の光軸上には存在せず、遮光膜４４に入射する光の光軸上に存在していればよい。
なお、遮光膜４４と光吸収膜４６との間には、金属膜と色フィルタの密着性向上、または、バリア層の目的で、SiO2やSINなどの膜が挿入される場合もある。この場合、遮光膜４４と光吸収膜４６との距離が例えば３００nm以下となるように、遮光膜４４と光吸収膜４６を近接させることが好ましい。
＜５．位相差画素の第７乃至第９の実施の形態＞
図１５A乃至図１５Cは、位相差画素２Bの第７乃至第９の実施の形態を示している。
上述した各実施の形態では、位相差画素２Bが全波長域の光を受光して位相差を検出する例について説明した。換言すれば、撮像画素２Aの色フィルタ４５に相当する部分がオンチップレンズ４７の透明材料で埋め込まれていたり、ホワイトフィルタ６１が形成されている例について説明した。
しかしながら、位相差画素２Bは全波長域の光を受光して位相差を検出するのではなく、例えば、緑色などの特定波長の光を受光して位相差を検出するものでもよい。
図１５A乃至図１５Cに示される位相差画素２Bは、図７A乃至図７Cに示した位相差画素２Bのホワイトフィルタ６１の代わりに、緑色の色フィルタ７１を配置した画素構造を示している。
位相差画素２BのフォトダイオードPDに入射される光である透過対象の光軸上に形成される色フィルタ７１は、遮光膜４４に入射する光である遮光対象の光軸上に形成されている光吸収膜４６としての色フィルタとは異なる色のフィルタとされる。
図１５A乃至図１５Cの例では、光吸収膜４６は青色の色フィルタで形成されており、透過対象の光軸上に形成される色フィルタ７１は、緑色のフィルタとなっているが、色の組み合わせは、この例に限られない。
＜６．固体撮像素子の射出瞳補正の例＞
固体撮像素子１は、射出瞳補正を行う構成とすることができる。
図１６及び図１７を参照して、射出瞳補正を行った画素アレイ部３の構成について説明する。
図１６に示される画素アレイ部３内の各所に配置された位相差画素２Bのうち、画素アレイ部３の中心部の領域８１の位相差画素２Bと、画素アレイ部３の周辺部の領域８２の位相差画素２Bの構造が、図１７に示されている。
図１７Aは、画素アレイ部３の周辺部の領域８２の位相差画素２Bの構造を示しており、図１７Bは、画素アレイ部３の中心部の領域８１の位相差画素２Bの構造を示している。
なお、図１７では、図１６において「PA」及び「PB」と表示されている一対の位相差画素２Bを、便宜的に、横に並べて示している。
画素アレイ部３の中心部の領域８１では、光学レンズ（図示せず）からの入射光の主光線の入射角が０度となるので、射出瞳補正は行われていない。すなわち、図１７Bに示されるように、位相差画素２Bのオンチップレンズ４７の光学中心は、フォトダイオードPDの中心と一致するように配置されている。
一方、画素アレイ部３の周辺部の領域８２では、光学レンズからの入射光の主光線の入射角がレンズの設計に応じて所定の角度となるので、射出瞳補正が行われている。すなわち、図１７Aに示されるように、位相差画素２Bのオンチップレンズ４７の光学中心が、フォトダイオードPDの中心より、画素アレイ部３の中心側にずらして配置されている。
なお、オンチップレンズ４７の光学中心と、フォトダイオードPDの中心との関係についてのみ述べたが、遮光膜４４や光吸収膜４６も同様に、入射光の主光線の傾きに応じてずらして配置される。また、上述したように、遮光膜４４と光吸収膜４６のオフセット量ｙも画素アレイ部３内の画素位置に応じて異なる。
＜７．遮光膜の配置例＞
図１８は、位相差画素２Bにおける遮光膜４４の配置例を示す図である。
上述した各実施の形態では、遮光方向を左右方向（水平方向）とする位相差画素２Bの例について説明した。具体的には、図１８Aに示されるように、一対の位相差画素２Bが、右側半分に遮光膜４４を配置したタイプAと、左側半分に遮光膜４４を配置したタイプBとで構成される例について説明した。
しかしながら、遮光膜４４の遮光方向はこれに限られない。
例えば、本開示の技術は、遮光方向を上下方向（垂直方向）とする位相差画素２Bについても適用可能である。遮光方向を上下方向とする位相差画素２Bでは、図１８Bに示されるように、一対の位相差画素２Bが、上側半分に遮光膜４４を配置したタイプAと、下側半分に遮光膜４４を配置したタイプBとで構成される。
また、本開示の技術は、遮光方向を斜め方向とする位相差画素２Bについても適用可能である。遮光方向を斜め方向とする位相差画素２Bでは、図１８Cに示されるように、一対の位相差画素２Bが、右上半分に遮光膜４４を配置したタイプAと、左下半分に遮光膜４４を配置したタイプBとで構成される。あるいは、一対の位相差画素２Bが、右下半分に遮光膜４４を配置したタイプAと、左上半分に遮光膜４４を配置したタイプBとで構成されてもよい。
さらには、画素アレイ部３内に、図１８A乃至図１８Cの各位相差画素２Bが混在していてもよい。
＜８．電子機器への適用例＞
本開示の技術は、固体撮像素子への適用に限られるものではない。即ち、本開示の技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有するスマートフォン（多機能携帯電話機）等の携帯端末や、カプセル内視鏡、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像素子を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
＜撮像装置の構成例＞
図１９は、本開示の固体撮像素子を搭載した撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図１９に示される撮像装置１００は、光学レンズ１１１、光学フィルタ１１２、固体撮像素子１１３、A/D変換部１１４、クランプ部１１５、位相差検出部１１６、レンズ制御部１１７、欠陥補正部１１８、デモザイク部１１９、LM（リニアマトリクス）/WB（ホワイトバランス）/ガンマ補正部１２０、輝度クロマ信号生成部１２１、およびI/F（インタフェース）部１２２から構成される。
光学レンズ１１１は、固体撮像素子１１３に入射する被写体光の焦点距離の調整を行う。光学レンズ１１１の後段には、固体撮像素子１１３に入射する被写体光の光量調整を行う絞り（図示せず）が設けられている。光学レンズ１１１の具体的な構成は任意であり、例えば、光学レンズ１１１は複数のレンズにより構成されていてもよい。
光学レンズ１１１を透過した被写体光は、例えば、赤外光以外の光を透過するIRカットフィルタ等として構成される光学フィルタ１１２を介して固体撮像素子１１３に入射される。
固体撮像素子１１３は、画素単位で被写体光を電気信号に変換し、その電気信号を、A/D変換部１１４に供給する。この固体撮像素子１１３には、上述した固体撮像素子１の構成が採用される。
すなわち、固体撮像素子１１３は、撮像画素２Aと位相差画素２Bとが混在する画素アレイ部３を有し、位相差画素２Bは、遮光膜４４に入射される遮光対象の光の光軸上に光吸収膜４６が設けられ、フォトダイオードPDに入射される透過対象の光軸上には光吸収膜４６が設けられていない構成を有している。
これにより、位相差画素２Bにおいて遮光膜４４による不要な反射を抑制することができるので、フレアや赤色玉ゴーストの発生リスクを低減することができる。また、AF制御精度やフォーカス速度を向上させ、撮像画像の高画質化を図ることができる。
A/D変換部１１４は、固体撮像素子１１３から供給されるRGBの電気信号（アナログ信号）をデジタルデータ（画素データ）に変換する。A/D変換部１１４は、そのデジタルの画素データ（RAWデータ）をクランプ部１１５に供給する。
クランプ部１１５は、A/D変換部１１４から出力されてきた画素データから、黒色と判定されるレベルである黒レベルを減算する。そして、クランプ部１１５は、黒レベル減算後の画素データ（画素値）のうち、撮像画素２Aの画素データを欠陥補正部１１８に出力し、位相差画素２Bの画素データを位相差検出部１１６に出力する。
位相差検出部１１６は、クランプ部１１５からの画素データに基づいて位相差検出処理行うことで、フォーカスを合わせる対象の物体（合焦対象物）に対してフォーカスが合っているか否か判定する。位相差検出部１１６は、フォーカスエリアにおける物体にフォーカスが合っている場合、合焦していることを示す情報を合焦判定結果としてレンズ制御部１１７に供給する。また、位相差検出部１１６は、合焦対象物にフォーカスが合っていない場合、フォーカスのずれの量（デフォーカス量）を算出し、その算出したデフォーカス量を示す情報を合焦判定結果としてレンズ制御部１１７に供給する。
レンズ制御部１１７は、光学レンズ１１１の駆動を制御する。具体的には、レンズ制御部１１７は、位相差検出部１１６から供給された合焦判定結果に基づいて、光学レンズ１１１の駆動量を算出し、その算出した駆動量に応じて光学レンズ１１１を移動させる。
欠陥補正部１１８は、欠陥画素の画素データを補正する。すなわち、欠陥補正部１１８には、クランプ部１１５から撮像画素２Aの画素データのみが供給されるため、位相差画素２Bが欠陥画素と判定される。欠陥補正部１１８は、位相差画素２Bの画素位置の画素データを、その周辺の撮像画素２Aの画素データに基づいて補正する処理を行う。欠陥補正部１１８における補正処理では、固体撮像素子１１３として上述した固体撮像素子１の構成が採用されているため、隣接する撮像画素２Aへの混色が抑制されることにより、欠陥補正精度が向上する。欠陥補正部１１８は、欠陥画素補正処理後の全画素に相当する画素データをデモザイク部１１９に供給する。
デモザイク部１１９は、欠陥補正部１１８からの画素データに対してデモザイク処理を行い、色情報の補完等を行ってRGBデータに変換する。デモザイク部１１９は、デモザイク処理後の画像データをLM/WB/ガンマ補正部１２０に供給する。
LM/WB/ガンマ補正部１２０は、デモザイク部１１９からの画像データに対して、色特性の補正を行う。具体的には、LM/WB/ガンマ補正部１２０は、規格で定められた原色（RGB）の色度点と実際のカメラの色度点の差を埋めるために、マトリクス係数を用いて画像データの各色信号を補正し、色再現性を変化させる処理を行う。また、LM/WB/ガンマ補正部１２０は、画像データの各チャンネルの値について白に対するゲインを設定することで、ホワイトバランスを調整する。さらに、LM/WB/ガンマ補正部１２０は、画像データの色と出力デバイス特性との相対関係を調節して、よりオリジナルに近い表示を得るためのガンマ補正を行う。LM/WB/ガンマ補正部１２０は、補正後の画像データを輝度クロマ信号生成部１２１に供給する。
輝度クロマ信号生成部１２１は、LM/WB/ガンマ補正部１２０から供給された画像データから輝度信号（Ｙ）と色差信号（Cr,Cb）とを生成する。輝度クロマ信号生成部１２１は、輝度クロマ信号（Y,Cr,Cb）を生成すると、その輝度信号と色差信号をI/F部１２２に供給する。
I/F部１２２は、供給された画像データ（輝度クロマ信号）を、撮像装置１００の外部（例えば、画像データを記憶する記憶デバイスや、画像データの画像を表示する表示デバイス等）に出力する。
図２０は、撮像装置のその他の構成例を示すブロック図である。
なお、図２０において、図１９と対応する部分については同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図２０に示される撮像装置２００は、光学レンズ１１１、光学フィルタ１１２、AF用固体撮像素子２１１、A/D変換部２１２、クランプ部２１３、位相差検出部１１６、レンズ制御部１１７、固体撮像素子２２１、A/D変換部２２２、クランプ部２２３、デモザイク部１１９、LM/WB/ガンマ補正部１２０、輝度クロマ信号生成部１２１、およびI/F部１２２から構成される。
すなわち、図２０の撮像装置２００では、複数の位相差画素２Bのみで構成されるAF用固体撮像素子２１１と、複数の撮像画素２Aのみで構成される固体撮像素子２２１とが設けられ、AF用の画素信号の生成と、画像生成用の画素信号の生成とが別系統となっている。
具体的には、AF用固体撮像素子２１１は、位相差画素２Bで光電変換して得られる電気信号を、A/D変換部２１２に供給する。A/D変換部２１２は、AF用固体撮像素子２１１から供給されるアナログ信号の電気信号をデジタルの画素信号に変換して、クランプ部２１３に供給する。クランプ部２１３は、A/D変換部２１２から出力されてきた画素データから黒レベルを減算し、黒レベル減算後の画素データ（画素値）を位相差検出部１１６に出力する。
一方、固体撮像素子２２１は、撮像画素２Aで光電変換して得られる電気信号を、A/D変換部２２２に供給する。A/D変換部２２２は、固体撮像素子２２１から供給されるアナログ信号の電気信号をデジタルの画素信号に変換して、クランプ部２２３に出力する。クランプ部２２３は、A/D変換部２２２から出力されてきた画素データから黒レベルを減算し、黒レベル減算後の画素データ（画素値）をデモザイク部１１９に出力する。
撮像装置２００では、図１９の欠陥補正部１１８が省略されている。
以上の構成を有する撮像装置２００においても、AF用固体撮像素子２１１が、本開示の位相差画素２Bを有することにより、遮光膜４４による不要な反射を抑制し、隣接画素（位相差画素２B）への不要な信号の入射を抑制することができるため、位相差検出精度を向上させることができる。また、AF制御精度やフォーカス速度を向上させ、撮像画像の高画質化を図ることができる。
＜基板構成例＞
上述した固体撮像素子１１３やAF用固体撮像素子２１１は、図２１に示される固体撮像素子２４１乃至２４３の基板構成を採用して構成することができる。
図２１上段に示される固体撮像素子２４１は、１つの半導体チップ２６１内に、画素領域２６２と、制御回路２６３と、信号処理回路を含むロジック回路２６４とを搭載して構成される。
図２１中段に示される固体撮像素子２４２は、第１の半導体チップ部２７１と第２の半導体チップ部２７２とから構成される。第１の半導体チップ部２７１には、画素領域２７３と制御回路２７４が搭載され、第２の半導体チップ部２７２には、信号処理回路を含むロジック回路２７５が搭載される。そして、第１の半導体チップ部２７１と第２の半導体チップ部２７２が相互に電気的に接続されることで、１つの半導体チップとしての固体撮像素子２４２が構成される。
図２１下段に示される固体撮像素子２４３は、第１の半導体チップ部２８１と第２の半導体チップ部２８２とから構成される。第１の半導体チップ部２８１には、画素領域２８３が搭載され、第２の半導体チップ部２８２には、制御回路２８４と、信号処理回路を含むロジック回路２８５が搭載される。そして、第１の半導体チップ部２８１と第２の半導体チップ部２８２が相互に電気的に接続されることで、１つの半導体チップとしての固体撮像素子２４３が構成される。
＜デジタル一眼レフカメラの外観構成＞
図２２は、本開示の撮像装置としてのデジタル一眼レフカメラの外観構成を示す正面図である。
デジタル一眼レフカメラ３００（以下、単に、カメラ３００という）は、カメラボディ３１０と、カメラボディ３１０に着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ３１１を備えている。
図２２において、カメラボディ３１０の正面側には、正面略中央に交換レンズ３１１が装着されるマウント部３２１、マウント部３２１の右横に配置されたレンズ交換ボタン３２２、および、把持可能とするためのグリップ部３２３が設けられている。
また、カメラボディ３１０の上面側には、正面左上部に配置されたモード設定ダイアル３２４、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル３２５、および、グリップ部３２３の上面に配置されたシャッターボタン３２６が設けられている。
また、図示はしないが、カメラボディ３１０の背面側には、LCD（Liquid Crystal Display）、各種のボタンやキー、EVF（Electronic View Finder)等が備えられている。
＜カプセル内視鏡への適用例＞
図２３は、本開示の固体撮像素子を搭載したカプセル内視鏡の断面構成を示す図である。
カプセル内視鏡４００は、例えば両端面が半球状で中央部が円筒状の筐体４１０内に、体腔内の画像を撮影するためのカメラ（超小型カメラ）４１１、カメラ４１１により撮影された画像データを記録するためのメモリ４１２、および、カプセル内視鏡４００が被験者の体外に排出された後に、記録された画像データをアンテナ４１４を介して外部へ送信するための無線送信機４１３を備えている。
さらに、筐体４１０内には、CPU（Central Processing Unit)４１５およびコイル（磁力・電流変換コイル）４１６が設けられている。
CPU４１５は、カメラ４１１による撮影、およびメモリ４１２へのデータ蓄積動作を制御するとともに、メモリ４１２から無線送信機４１３による筐体４１０外のデータ受信装置（図示せず）へのデータ送信を制御する。コイル４１６は、カメラ４１１、メモリ４１２、無線送信機４１３、アンテナ４１４および後述する光源４１１ｂへの電力供給を行う。
さらに、筐体４１０には、カプセル内視鏡４００をデータ受信装置にセットした際に、これを検知するためのリード（磁気）スイッチ４１７が設けられている。このリードスイッチ４１７がデータ受信装置へのセットを検知し、データの送信が可能になった時点で、コイル４１６から無線送信機４１３への電力供給が開始される。
カメラ４１１は、例えば体腔内の画像を撮影するための対物光学系を含む固体撮像素子４１１ａと、体腔内を照明する複数（ここでは２個）の光源４１１ｂを有している。固体撮像素子４１１ａには上述した固体撮像素子１の構成が採用されており、光源４１１ｂは、例えばLED（Light Emitting Diode）で構成される。
＜スマートフォンの外観構成＞
図２４は、本開示の固体撮像素子を含むスマートフォンの外観構成を示す図である。
スマートフォン５００は、スピーカ５１１、ディスプレイ５１２、操作ボタン５１３、マイクロフォン５１４、撮像部５１５などを有している。
スマートフォン５００で電話機能が実行される場合、マイクロフォン５１４から取得された送話音声が通信部（図示せず）を介して基地局に送信され、相手からの受話音声が、通信部からスピーカ５１１に供給されて音響再生される。
ディスプレイ５１２は、例えばLCD（Liquid Crystal Display）からなり、電話待ち受け画面等の所定の画面を表示する。ディスプレイ５１２には、タッチパネルが重畳されており、ユーザの指などによるディスプレイ５１２への操作入力を検知することができる。スマートフォン５００は、検知されたユーザの操作入力に応じて、所定の処理、例えば、アプリケーションの実行等を行うことができる。
撮像部５１５は、固体撮像素子と光学レンズ等からなり、ユーザの操作入力に基づいて被写体を撮像し、その被写体の撮像画像データを内部メモリ等に記憶する。撮像部５１５の固体撮像素子として、上述した固体撮像素子１の構成を採用することにより、隣接画素への不要な反射が抑制された画素信号を生成することができ、撮像画像の高画質化を図ることができる。
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。
例えば、上述した例では、位相差画素２Bから出力される信号を、オートフォーカスの制御に用いたが、オートフォーカス制御以外の用途、例えば、奥行き検出センサや３Dセンサなどにおいて奥行き情報のための信号として用いることも可能である。
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素子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素子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。
また、本開示の技術は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像素子への適用に限らず、赤色外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像素子や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像素子（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
光電変換素子の受光面を遮光膜により撮像画素よりも大きく遮光した位相差画素を備え、
前記位相差画素は、前記遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に光吸収膜を有し、前記受光面に入射される透過対象の光軸上には前記光吸収膜が設けられていない
固体撮像素子。
（２）
前記光吸収膜は、所定の色フィルタで形成されている
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記光吸収膜は、前記撮像画素で利用されている色フィルタの一つで形成されている
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記光吸収膜は、青色の色フィルタである
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
前記光吸収膜は、隣接する前記撮像画素の色フィルタを延伸することにより形成されている
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
前記光吸収膜は、前記撮像画素で利用されている複数の色フィルタを積層して構成されている
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
前記光吸収膜は、赤外フィルタまたは黒色の色フィルタである
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
前記受光面に入射される透過対象の光軸上には、前記光吸収膜とは異なる色の色フィルタが設けられている
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）
前記受光面に入射される透過対象の光軸上には、ホワイトフィルタが設けられている
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１０）
前記光吸収膜は、前記遮光膜の上に形成されている
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１１）
前記光吸収膜の遮光方向の線幅が、前記遮光膜よりも短くなるようにオフセットされている
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）
前記光吸収膜のオフセット量は、最大入射角に応じて決定されている
前記（１１）に記載の固体撮像素子。
（１３）
前記光吸収膜のオフセット量は、画素アレイ部内の位置に応じて異なる
前記（１１）または（１２）に記載の固体撮像素子。
（１４）
前記光吸収膜のオフセット量は、前記遮光膜からの高さに応じて異なる
前記（１１）乃至（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）
前記光吸収膜は、所定の膜を介して前記遮光膜の上に形成されている
前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１６）
前記位相差画素と前記撮像画素とが混在している
前記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１７）
前記位相差画素のみで構成されている
前記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１８）
前記遮光膜は金属膜である
前記（１）乃至（１７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１９）
位相差画素の画素領域に、光電変換素子の受光面を撮像画素よりも大きく遮光した遮光膜を形成し、
前記受光面に入射される透過対象の光軸上には光吸収膜を形成せずに、前記遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に前記光吸収膜を形成する
固体撮像素子の製造方法。
（２０）
光電変換素子の受光面を遮光膜により撮像画素よりも大きく遮光した位相差画素を備え、
前記位相差画素は、前記遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に光吸収膜を有し、前記受光面に入射される透過対象の光軸上には前記光吸収膜が設けられていない
固体撮像素子
を備える電子機器。
１ 固体撮像素子， ２ 画素， ２a 撮像画素， ２ｂ 位相差画素， ３ 画素アレイ部， ４４ 遮光膜， ４５ 色フィルタ， ４６ 光吸収膜， ４７ オンチップレンズ， １１３ 固体撮像素子， ２１１ AF用固体撮像素子， １００，２００ 撮像装置

Claims (20)

  1. 光電変換素子の受光面を遮光膜により撮像画素よりも大きく遮光した位相差画素を備え、
    前記位相差画素は、前記遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に光吸収膜を有し、前記受光面に入射される透過対象の光軸上には前記光吸収膜が設けられていない
    固体撮像素子。
  2. 前記光吸収膜は、所定の色フィルタで形成されている
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 前記光吸収膜は、前記撮像画素で利用されている色フィルタの一つで形成されている
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 前記光吸収膜は、青色の色フィルタである
    請求項３に記載の固体撮像素子。
  5. 前記光吸収膜は、隣接する前記撮像画素の色フィルタを延伸することにより形成されている
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  6. 前記光吸収膜は、前記撮像画素で利用されている複数の色フィルタを積層して構成されている
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  7. 前記光吸収膜は、赤外フィルタまたは黒色の色フィルタである
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  8. 前記受光面に入射される透過対象の光軸上には、前記光吸収膜とは異なる色の色フィルタが設けられている
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  9. 前記受光面に入射される透過対象の光軸上には、ホワイトフィルタが設けられている
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  10. 前記光吸収膜は、前記遮光膜の上に形成されている
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  11. 前記光吸収膜の遮光方向の線幅が、前記遮光膜よりも短くなるようにオフセットされている
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  12. 前記光吸収膜のオフセット量は、最大入射角に応じて決定されている
    請求項１１に記載の固体撮像素子。
  13. 前記光吸収膜のオフセット量は、画素アレイ部内の位置に応じて異なる
    請求項１１に記載の固体撮像素子。
  14. 前記光吸収膜のオフセット量は、前記遮光膜からの高さに応じて異なる
    請求項１１に記載の固体撮像素子。
  15. 前記光吸収膜は、所定の膜を介して前記遮光膜の上に形成されている
    請求項１０に記載の固体撮像素子。
  16. 前記位相差画素と前記撮像画素とが混在している
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  17. 前記位相差画素のみで構成されている
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  18. 前記遮光膜は金属膜である
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  19. 位相差画素の画素領域に、光電変換素子の受光面を撮像画素よりも大きく遮光した遮光膜を形成し、
    前記受光面に入射される透過対象の光軸上には光吸収膜を形成せずに、前記遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に前記光吸収膜を形成する
    固体撮像素子の製造方法。
  20. 光電変換素子の受光面を遮光膜により撮像画素よりも大きく遮光した位相差画素を備え、
    前記位相差画素は、前記遮光膜に入射される遮光対象の光軸上に光吸収膜を有し、前記受光面に入射される透過対象の光軸上には前記光吸収膜が設けられていない
    固体撮像素子
    を備える電子機器。
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