JP5532599B2 - 固体撮像素子の製造方法及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子及びその製造方法、並びに、その固体撮像素子を用いた撮像装置に関するものである。

近年、ビデオカメラやデジタル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ＣＭＯＳ型等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。

カラー画像を得るためには、カラーフィルタが各画素の光電変換部の上に配置される。カラーフィルタの組み合わせとしては、Ｒ、Ｇ、Ｂを用いる系や、補色系などが用いられる。また、カラーフィルタの色配列としては、ベイヤー配列などが周知である。

ところで、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に、撮像レンズの焦点調節状態を検出する必要がある。その検出のために、通常は、固体撮像素子とは別個に焦点検出素子が設けられる。これに対し、焦点検出方式としていわゆる瞳分割位相差方式を採用し焦点検出素子としても兼用できるように構成された固体撮像素子も、提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に開示された固体撮像素子では、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とは別に、焦点調節状態を示す焦点検出用信号（「ＡＦ信号」とも称す。）を生成する焦点検出用画素（「ＡＦ用画素」とも称す。）が複数配置されている。この固体撮像素子では、１つのＡＦ用画素は、２分割された光電変換部を有している。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。これにより、周知の瞳分割位相差方式が実現されている。

この固体撮像素子では、ＡＦ用画素は、固体撮像素子の有効画素領域に均一に配置されるのではなく、上下、左右に或いは中央などに局所的に配置されている。これにより、ＡＦ用の信号を効率的に生成し、且つ、出来る限り撮像用画素を増大させることができる。
特開２００２−７６３１７号公報

前述した特許文献１に開示されたような固体撮像素子においても、カラー画像を得るためには、一般的な固体撮像素子と同様に、例えば、各画素にベイヤー配列に従ってＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のカラーフィルタを設ければよい。このとき、撮像用画素のみならず、ＡＦ用画素にもＲ，Ｇ，Ｂのいずれかのカラーフィルタを設けると、ＡＦ用画素には波長域の限られた光しか入射しなくなり、ＡＦ用画素に対する入射光量が低減し、ひいては焦点検出の精度が低下する。これに対し、ＡＦ用画素にはＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタを設けなければ、ＡＦ用画素においては、青い成分である短い波長の光から、赤い成分である長い波長の光まで入射されるので、ＡＦ用画素に対する入射光量が増大し、ひいては焦点検出の精度が高まる。

ところが、本発明者の研究の結果、前述した特許文献１に開示されたような固体撮像素子において、例えば、撮像用画素にベイヤー配列に従ってＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタを設ける一方、ＡＦ用画素にカラーフィルタを設けない場合には、次のような不都合が生ずることが判明した。すなわち、この場合には、その固体撮像素子を用いて実際に撮像すると、均一な輝度を持つ被写体を撮像したにも拘わらずに、ＡＦ用画素周辺の撮像用画素の出力が、他の撮像用画素の出力よりも大きくなってしまうという現象が発生し、これにより画質が低下してしまうことが判明した。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、焦点検出用画素周辺の撮像用画素出力と他の撮像用画素出力との差を低減することができ、より高画質な画像信号を得ることができる固体撮像素子及びその製造方法、並びに、その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。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、前記現象の発生原因の１つを突き止めるに至った。その原因究明の結果として得られた、前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。なお、前記現象の発生原因と、以下の態様によっていかにして前記目的が達成されるのかについては、後に、本発明の実施の形態と比較例とを比較しつつ詳細に説明する。

第１の態様による固体撮像素子の製造方法は、光学系により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複数の撮像用画素と、前記光学系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複数の焦点検出用画素と、互いに異なる色のカラーフィルタが前記複数の撮像用画素のそれぞれに対応して形成された、所定の色配列を有するカラーフィルタ層と、を備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記互いに異なる色のカラーフィルタを色毎に、前記撮像用画素に対応して順次形成する各色のカラーフィルタ形成工程と、前記各色のカラーフィルタ形成工程のうち最初のカラーフィルタ形成工程の後であって、前記各色のカラーフィルタ形成工程のうち最後のカラーフィルタ形成工程の前に、前記焦点検出用画素に対応して前記カラーフィルタ層と同じレイヤにおいて、前記撮像用画素に対する入射光量よりも大きい光透過特性を有する所定の層を形成する工程と、を備えたものである。

前記第１の態様において、前記所定の層の光透過特性は、前記複数のカラーフィルタの光透過特性と異なることが好ましい。また、前記第１の態様において、前記所定の層は、透明フィルタ、シアン色フィルタ又はイエローフィルタであってもよい。

第２の態様による固体撮像素子の製造方法は、前記第１の態様において、前記所定の層の厚さは、前記所定の層を形成する工程の前に行われるカラーフィルタ形成工程で形成されるカラーフィルタの厚さ（以下、「基準厚さ」と呼ぶ。）の±１０％の範囲内にあるものである。

この第２の態様において、前記所定の層の厚さは、前記基準厚さの±５％の範囲であることがより好ましく、前記基準厚さと実質的に等しいことがより一層好ましい。

第３の態様による固体撮像素子の製造方法は、光学系により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複数の撮像用画素と、前記光学系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複数の焦点検出用画素と、互いに異なる色のカラーフィルタが前記複数の撮像欧画素のそれぞれに対応して形成された、所定の色配列を有するカラーフィルタ層と、を備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記互いに異なる色のカラーフィルタをその色毎に、前記撮像用画素に対応して順次形成する各色のカラーフィルタ形成工程と、前記各色のカラーフィルタ形成工程のうち最初のカラーフィルタ形成工程の後であって、前記各色のカラーフィルタ形成工程のうち最後のカラーフィルタ形成工程の前に、前記カラーフィルタ層と同じレイヤにおいて前記焦点検出用画素に対応して所定の層を形成する工程と、前記最後のカラーフィルタ形成工程の後に、前記所定の層を除去する工程と、を備えたものである。

前記第３の態様において、前記所定の層は、例えば、レジスト等であってもよい。

第４の態様による固体撮像素子の製造方法は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記互いに異なる色のカラーフィルタは、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタであり、前記最初のカラーフィルタ形成工程は、前記緑色カラーフィルタを形成する工程であるものである。

第５の態様による固体撮像素子の製造方法は、前記第４の態様において、前記所定の層は、感光性材料からなる層又は前記緑色カラーフィルタのいずれかであるものである。

第６の態様による固体撮像素子は、光学系により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複数の撮像用画素と、前記光学系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複数の焦点検出用画素と、互いに異なる色のカラーフィルタが前記複数の撮像用画素のそれぞれに対応して形成された、所定の色配列を有するカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層と同じレイヤにおいて、前記複数の焦点検出用画素に対応して、前記撮像用画素に対する入射光量よりも大きい光透過特性を有するとともに、前記カラーフィルタ層上には延在しない所定の層と、を備えるものである。

第７の態様による固体撮像素子は、前記第６の態様において、前記所定の層の厚さは、前記複数の撮像用画素に設けられた前記互いに異なる色のカラーフィルタのうちの少なくとも１つのカラーフィルタの厚さの±１０％の範囲内にあるものである。

この第７の態様において、前記所定の層の厚さは、前記少なくとも１つのカラーフィルタの厚さの±５％の範囲であることがより好ましく、前記少なくとも１つのカラーフィルタの厚さと実質的に等しいことがより一層好ましい。

第８の態様による固体撮像素子は、前記第７の態様において、前記互いに異なる色のカラーフィルタは、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタからなり、前記少なくとも１つのカラーフィルタは緑色カラーフィルタであるものである。

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、前記所定の層は、透明フィルタ、シアン色フィルタ又はイエローフィルタであるものである。

第１０の態様による撮像装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態様による製造方法により製造された固体撮像素子、又は、前記第６乃至第９のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記複数の焦点検出用画素の少なくとも一部の画素からの前記焦点検出用信号に基づいて、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、焦点検出用画素周辺の撮像用画素出力と他の撮像用画素出力との差を低減することができ、より高画質な画像信号を得ることができる固体撮像素子及びその製造方法、並びに、その固体撮像素子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その製造方法並びに撮像装置について、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の実施の形態によ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、被写体像を結像する光学系としての撮影レンズ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、撮影レンズ２により結像された被写体像を光電変換する固体撮像素子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、被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号、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。なお、撮像用信号は、自動露光用の信号（測光信号）として用いられる場合もある。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、露光演算部１４、記録部１１、画像圧縮部１２、画像処理部１３、ストロボ発光制御部１５なども接続される。ストロボ発光制御部１５は、内蔵又は外付けのストロボ１６の発光を制御する。本実施の形態では、ストロボ１６は、プリ発光時には、赤色光の波長範囲に属する所定波長の単色光を発する。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。

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。画素２０がマトリクス状に配置されている有効画素領域（撮像領域）を符号３１で示している。図２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、本実施の形態では、画素数はそれよりもはるかに多くなっている。画素数は特に限定されるものではない。

本実施の形態では、固体撮像素子３は、画素として後述する撮像用画素２０Ａと、焦点検出用信号を生成する焦点検出用画素（以下、「ＡＦ用画素」と称する。）２０Ｒ，２０Ｌ，２０Ｕ，２０Ｄとを有している。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。その具体的な回路構成や構造は、後述する。これらの画素２０は、周辺回路の駆動信号に従って、撮像用信号又は焦点検出用信号を出力する。

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２０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回路）２７、ＣＤＳ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。

画素２０から出力された信号は、ＣＤＳ回路２７にて所定のノイズ除去が施される。そして、水平走査回路２２の駆動信号により水平信号線２８及び出力アンプ２９を介して外部に信号が出力される。

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、左右に配置された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。もっとも、焦点検出領域の配置は、このような例に限らない。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。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。

図４は、図３における焦点検出領域３２，３３の交差部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。撮像用画素２０Ａに設けられているカラーフィルタの色を区別しないで分類すると、固体撮像素子３は、１種類の撮像用画素２０Ａと、４種類のＡＦ用画素２０Ｒ，２０Ｌ，２０Ｕ，２０Ｄとを有している。以下の説明において、ＡＦ用画素の種類を区別しない場合は、ＡＦ用画素に符号２０Ｆを付す場合がある。

図５（ａ）は撮像用画素２０Ａの主要部を模式的に示す概略平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。撮像用画素２０Ａは、シリコン基板４０に設けられた光電変換部としてのフォトダイオード４１と、フォトダイオード４１上にオンチップで形成されたマイクロレンズ４２と、フォトダイオード４１の光入射側に設けられた赤色（Ｒ）カラーフィルタ５０Ｒ、緑色（Ｇ）カラーフィルタ５０Ｇ又は青色（Ｂ）カラーフィルタ５０Ｂとを備えている。図４には、各撮像用画素２０Ａに設けられたカラーフィルタの色を、Ｒ，Ｇ，Ｂとして示している。また、図５に示すように、マイクロレンズ４２の略焦点面には、遮光部としての金属層等の遮光層４３が形成されている。遮光層４３は、必要に応じて配線層を兼ねる。遮光層４３には、撮像用画素２０Ａにおいて、当該撮像用画素２０Ａのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形の開口４３ａが形成されている。画素２０Ａのフォトダイオード４１は、開口４３ａを通過した光を有効に受光し得る大きさを有している。なお、基板４０と遮光層４３との間には、層間絶縁膜４４が形成されている。層間絶縁膜４４中には、遮光層４３の下方において、図示しない配線層が配置されている。遮光層４３とカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂとの間には、シリコン酸化膜等からなる平坦化層４５が形成されている。カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂとマイクロレンズ４２との間には、シリコン酸化膜等からなる平坦化層４６が形成されている。

本実施の形態では、画素２０Ａにおいて、マイクロレンズ４２の略焦点面に配置された遮光層４３に前記開口４３ａが形成されていることによって、画素２０Ａのフォトダイオード４１は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から実質的に偏心していない前記射出瞳の領域（開口４３ａのマイクロレンズ４２による投影像に相当）からの光束を受光して光電変換することになる。

図６（ａ）はＡＦ用画素２０Ｒの主要部を模式的に示す概略平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）中のＸ３−Ｘ４線に沿った概略断面図である。図６において、図５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。この点は、後述する図７乃至図９についても同様である。

ＡＦ用画素２０Ｒが撮像用画素２０Ａと異なる所は、以下に説明する点のみである。ＡＦ用画素２０Ｒでは、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０Ｒのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）の右側（＋Ｘ側）半分の大きさの長方形の開口４３ｂが形成されている。また、ＡＦ用画素２０Ｒでは、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに代えて、所定の層（以下、説明の便宜上、「ダミー層」と呼ぶ。）５０Ｗが形成されている。図４には、各ＡＦ用画素２０Ｒ（及び各ＡＦ用画素２０Ｌ，２０Ｕ，２０Ｄ）にダミー層５０Ｗが設けられていることを、Ｗとして示している。なお、画素２０Ｒのフォトダイオード４１は、画素２０Ａのフォトダイオード４１と同じ大きさを有している。このように本実施の形態では開口４３ｂは開口４３ａの半分であるが、これに限定されず、例えば、開口４３ｂは、当該ＡＦ用画素２０Ｒのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）の右側（＋Ｘ側）４０％程度又は６０％程度の大きさの長方形の開口としてもよい。なお、ＡＦ用画素２０Ｒの開口４３ｂはＡＦ用画素２０Ｌの後述する開口４３ｃと同じ大きさを有することが好ましく、ＡＦ用画素２０Ｕの後述する開口４３ｄはＡＦ用画素２０Ｄの後述する開口４３ｅと同じ大きさを有することが好ましい。

画素２０Ｒにおいて、遮光層４３に前記開口４３ｂが形成されていることによって、画素２０Ｒのフォトダイオード４１は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から−Ｘ方向へ実質的に偏心した前記射出瞳の領域（部分瞳）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。

ダミー層５０Ｗは、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂと同じレイヤに形成されている。ダミー層５０Ｗは、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ上には及んでいない。

ダミー層５０Ｗの光透過特性は、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの光透過特性と異なっている。本実施の形態では、ダミー層５０Ｗの光透過特性は、ダミー層５０Ｗに代えてカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂのいずれを配置した場合よりも、ＡＦ用画素２０Ｒのフォトダイオード４１に対する入射光量が大きくなるような光透過特性を持っている。その具体例としては、ダミー層５０Ｗとして、透明フィルタ、シアン色フィルタ、イエローフィルタなどを採用すればよい。透明フィルタの材料例として、アクリル樹脂やフッ素系アクリル樹脂などを挙げることができる。ダミー層５０Ｗとして透明フィルタを用いると、フォトダイオード４１に対する入射光量が最も大きくなる。ダミー層５０Ｗとしてシアン色フィルタを用いると、長波長域の成分が低減されるので、その長波長成分に起因する影響を低減することができる。ダミー層５０Ｗとしてイエローフィルタを用いると、短波長域の成分が低減されるので、その短波長成分に起因する影響を低減することができる。

図７（ａ）はＡＦ用画素２０Ｌの主要部を模式的に示す概略平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＸ５−Ｘ６線に沿った概略断面図である。ＡＦ用画素２０Ｌが撮像用画素２０Ａと異なる所は、ＡＦ用画素２０Ｌにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０Ｌのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）のちょうど左側（−Ｘ側）半分の大きさの長方形の開口４３ｃが形成されている点と、ＡＦ用画素２０Ｒと同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに代えて、ダミー層５０Ｗが設けられている点のみである。画素２０Ｌにおいて、遮光層４３に前記開口４３ｃが形成されていることによって、画素２０Ｌのフォトダイオード４１は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から＋Ｘ方向へ実質的に偏心した前記射出瞳の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。

図８（ａ）はＡＦ用画素２０Ｕの主要部を模式的に示す概略平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＹ１−Ｙ２線に沿った概略断面図である。ＡＦ用画素２０Ｕが撮像用画素２０Ａと異なる所は、ＡＦ用画素２０Ｕにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０Ｕのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）のちょうど上側（＋Ｙ側）半分の大きさの長方形の開口４３ｄが形成されている点と、ＡＦ用画素２０Ｒと同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに代えて、ダミー層５０Ｗが設けられている点のみである。画素２０Ｕにおいて、遮光層４３に前記開口４３ｄが形成されていることによって、画素２０Ｕのフォトダイオード４１は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から−Ｙ方向へ実質的に偏心した前記射出瞳の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。

図９（ａ）はＡＦ用画素２０Ｄの主要部を模式的に示す概略平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）中のＹ３−Ｙ４線に沿った概略断面図である。ＡＦ用画素２０Ｄが撮像用画素２０Ａと異なる所は、ＡＦ用画素２０Ｄにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０Ｄのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）のちょうど下側（−Ｙ側）半分の大きさの長方形の開口４３ｅが形成されている点と、ＡＦ用画素２０Ｒと同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに代えて、ダミー層５０Ｗが設けられている点のみである。画素２０Ｄにおいて、遮光層４３に前記開口４３ｅが形成されていることによって、画素２０Ｄのフォトダイオード４１は、撮影レンズ２の射出瞳の中心から＋Ｙ方向へ実質的に偏心した前記射出瞳の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。

本実施の形態では、各撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０Ｇは、図４に示すように、ベイヤー配列に従って配列されている。

本実施の形態では、図３中のＸ軸方向に延びた各焦点検出領域３２，３６，３７はそれぞれ一画素行の領域となっており、図３中のＹ軸方向に延びた各焦点検出領域３３〜３５はそれぞれ一画素列の領域となっている。図４には、焦点検出領域３２が一画素行の領域であるとともに焦点検出領域３３が一画素列の領域であることが明示されている。そして、ＡＦ用画素２０Ｒ，２０Ｌは、各焦点検出領域３２，３６，３７において、同一の行において順次隣り合うように一直線状に配置されている。また、ＡＦ用画素２０Ｕ，２０Ｄは、各焦点検出領域３３〜３５において、同一の列において順次隣り合うように一直線状に配置されている。もっとも、ＡＦ用画素２０Ｒ，２０Ｌ，２０Ｕ，２０Ｄの配置は、このような配置に限られない。

図１０は、図４中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。図１０も図６乃至図９と同様に断面形状を模式的に示している。しかし、図１０では、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ及びダミー層５０Ｗの断面形状は、実際の形状により近い形状で記載している。

本実施の形態では、Ｒのカラーフィルタ５０ＲはＧのカラーフィルタ５０Ｇよりも厚くされ、Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの厚さとＢのカラーフィルタ５０Ｂの厚さとはほぼ等しくされている。もっとも、各カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ間の厚さの関係は、このような関係に限られない。

本実施の形態では、ダミー層５０Ｗの厚さは、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇの厚さの±１０％の範囲であることが好ましく、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇの厚さの±５％の範囲であることがより好ましく、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇの厚さと実質的に等しいことがより一層好ましい。

図１１は、図１中の固体撮像素子３の２×２個の画素２０を示す回路図である。図１１が示す２×２個の画素２０は、焦点検出領域３３（図４参照）の一部を含んでおり、２個のＡＦ用画素２０Ｆ（ＡＦ用画素２０ＵとＡＦ用画素２０Ｄ）及び２個の撮像用画素２０Ａである。

本実施の形態では、いずれの画素２０（撮像用画素２０Ａ、ＡＦ用画素２０Ｒ、ＡＦ用画素２０Ｌ、ＡＦ用画素２０Ｕ、ＡＦ用画素２０Ｄ）も、同一の回路構成を有している。各画素は、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、前述した電荷を受け取って前述した電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョン（ＦＤ）８１と、ＦＤ８１の電位に応じた信号を出力する増幅部としての画素アンプ８２と、フォトダイオード４１からＦＤ８１に電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタ８３と、ＦＤ８１の電位をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタ８４と、当該画素２０を選択する選択部としての選択トランジスタ８５と、を備えている。なお、図１０において、Ｖｄｄは電源である。この画素２０の回路構成は、ＣＭＯＳ固体撮像素子の単位画素の回路構成として一般的なものである。

本実施の形態では、転送トランジスタ８３、画素アンプ８２、リセットトランジスタ８４、選択トランジスタ８５は、いずれもＮＭＯＳトランジスタで構成されている。

各画素２０の転送トランジスタ８３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を介して駆動信号φＴＧが供給される。各画素２０の選択トランジスタ８５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を介して駆動信号φＳが供給される。各画素２０のリセットトランジスタ８４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を介して駆動信号φＦＤＲが供給される。

なお、図面には示していないが、各画素２０の図１１に示す回路や図２中の他の回路も、シリコン基板４０に搭載されている。

図１２は、固体撮像素子３の動作例を示すタイミングチャートである。この例は、ローリングシャッタの場合の例を示している。なお、ここでは、撮像用信号を出力することで説明する。しかし、焦点検出用信号を出力する場合も、読み出す領域（行、列）が限定されるだけであり、基本的に同じである。

まず、選択行のφＦＤＲがハイとなっている間にφＴＧがハイ、ローとされることによりフォトダイオード４１がリセットされる。所定時間経過後に、φＳがハイとされて、選択行の選択トランジスタ８５がオンとされる。φＳがハイの開始時点から一定時間だけφＦＤＲがハイにされてＦＤ８１のレベルが基準レベルにリセットされ、その後φＦＤＲがローにされる。次いで、ＦＤ８１の基準レベルに応じたレベル（ダークレベル）が、画素アンプ８２から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７に蓄積される。

次いで、φＴＧが再度ハイ、ローとされる。これにより、フォトダイオード４１に蓄積されていた電荷がＦＤ８１に転送される。その後、基準レベルとこの電荷による信号の重畳された信号に応じたレベルの信号が、画素アンプ８２から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７に蓄積される。そして、ＣＤＳ回路２７によって、ここで蓄積された信号と先のダークレベルとの差分を取ることで得た撮像用信号が出力される。そして、順次各列の撮像用信号が水平信号線に出力される。

その後、次の行が選択されて同様に信号が出力されていく。

図１３は、固体撮像素子３の他の動作例を示すタイミングチャートである。この例は、全画素同時に露光する場合の例を示している。まず、全行のφＦＤＲがハイとされている状態で全行同時にφＴＧがハイとされる。これにより、全画素２０のフォトダイオード４１に蓄積されていた電荷が同時にリセットされる。なお、φＴＧがローにされた時点からφＴＧが再度ハイとされるまでの時間が、露光時間となる。

所定時間経過後、選択行のφＳがハイとされる。次いで、φＴＧが再度ハイ、ローとされる（この動作は全行同時に行われる。）。これにより、全行同時に、フォトダイオード４１に蓄積されていた電荷がＦＤ８１に転送される。選択行においては、この電荷による信号に応じたレベルの信号が、画素アンプ８２から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７に蓄積される。ここでは、ＣＤＳ回路２７は、ダークレベルを利用した相関二重サンプリング処理（ＣＤＳ処理）は行わず、単に、前記電荷による信号に応じたレベルの信号を一時的に蓄積する回路として用いられる。そして、順次各列の撮像用信号が水平信号線に出力される。

その後、次の行が選択されて同様に信号が出力されていく。

ここでは、簡略化のため、ＣＤＳ処理を行わないものとして説明した。しかしながら、全画素同時に露光する場合であっても、ＣＤＳ処理を行うことが好ましいことは、言うまでもない。この場合には、例えば、前記特許文献１（特開平１１−１７７０７６号公報）に開示されているように、フォトダイオード４１とＦＤ８１との間に、フォトダイオード４１からの電荷を一時的に蓄積する蓄積部（容量）を設け、転送トランジスタ８３の代わりに、フォトダイオード４１から前記蓄積部に電荷を転送する第１の転送トランジスタ、及び、前記蓄積部からＦＤ８１に電荷を転送する第２の転送トランジスタを設ければよい。

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、説明する。

操作部９ａのレリーズ釦の半押し操作が行われると、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２０Ａ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１１又は図１２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。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、先に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領域を設定する。また、先に得られた被写体の位置及び形状に従って、被写体に対する露光状態を精度良く検出するのに最適な測光領域（すなわち、ＡＥ（自動露光）用信号を取得する撮像用画素）を設定する。さらに、マイクロプロセッサ９は、前記認識結果等に基づいて、焦点検出のため及びＡＥ用測光情報の取得のための、撮影条件（絞り、焦点調節状態、シャッタ時間等）を設定する。

引き続いて、マイクロプロセッサ９は、先に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、先に設定したシャッタ時間等の条件でかつ先に設定した焦点検出領域のＡＦ用画素２０Ｆの画素列の座標及び先に設定した測光領域の撮像用画素２０Ａ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、焦点検出用信号及び測光用信号を読み出し、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、前述した図１１又は図１２に示す動作と同様の動作によって、焦点検出用信号及び測光用信号を読み出す。

次に、マイクロプロセッサ９は、先に取得されメモリ７に格納された全画素の信号のうちから、先に設定した焦点検出領域のＡＦ用画素２０Ｆ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。また、マイクロプロセッサ９は、先に取得されメモリ７に格納された全画素の信号のうちから、先に設定した測光領域の撮像用画素からの信号（測光用信号）をピックアップし、それらの信号に基づいて、本撮影時に最適な露光量を露光演算部１４に演算させる。

次いで、マイクロプロセッサ９は、先に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。また、マイクロプロセッサ９は、先に演算された露光量に応じた絞り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。

次に、マイクロプロセッサ９は、操作部９ａのレリーズ釦の全押し操作に同期して、本撮影のために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。このとき、前述した図１１又は図１２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。

次いで、マイクロプロセッサ９は、必要に応じて、ＡＦ用画素２０Ｆ位置に相当する撮像用信号を周囲の撮像用信号から補間処理により求める。、そして、マイクロプロセッサ９は、補間処理により求められたＡＦ画素２０Ｆ位置に相当する撮像用信号と、撮像用画素２０Ａから読み出された撮像用信号とを画像信号としてメモリ７に蓄積させる。

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。これにより、一連の動作を終了する。

前述した動作例の説明では、ＡＥ動作やＡＦ動作を、昼間のような明るい環境下において固体撮像素子３の出力から行うものとして説明した。例えば、夜間のような暗い環境下においてストロボ発光により撮影する場合には、ストロボ１６の本発光前に、ストロボ発光制御部１５はストロボ１６をプリ発光させる。このプリ発光時に固体撮像素子３から焦点検出用信号及び測光用信号が読み出され、読み出された焦点検出用信号に基づいて焦点検出演算部１０がデフォーカス量を算出し、読み出された測光用信号に基づいて露光演算部１４が最適な露光量を演算する。その後、レンズ制御部２ａは、このデフォーカス量に応じて合焦状態となるように撮影レンズ２を調節するとともに、前記露光量に応じた絞りとなるように撮影レンズ２の絞りを調整する。また、撮像制御部４は露光演算部１４で得られた露光量に応じたシャッタ時間を設定し、露光演算部１４はこの露光量に応じたストロボ１６の調光情報をストロボ発光制御部１５に供給する。そして、ストロボ発光制御部１５は、その調光情報に応じた調光状態となるようにストロボ１６を本発光させ、その本発光時に、固体撮像素子３の撮像用画素２０Ａから撮像用信号が読み出され、その信号は信号処理部５及びＡ／Ｄ変換部６を経て画像データとしてメモリ７に格納される。

本実施の形態で用いられている固体撮像素子３のＡＦ用画素２０Ｆには、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂではなく、前述した光透過特性を有するダミー層５０Ｗが設けられている。したがって、この固体撮像素子３によれば、ダミー層５０Ｗに代えてカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂのいずれを配置した場合よりも、ＡＦ用画素２０Ｆに対する入射光量が増大し、ひいては焦点検出の精度が高まる。

また、本実施の形態で用いられている固体撮像素子３は、前述したように、ＡＦ用画素２０Ｆにダミー層５０Ｗが設けられているので、本発明の第２の実施の形態として説明する製造方法によって製造することができる。したがって、ＡＦ用画素２０Ｆ周辺の撮像用画素２０Ａと他の撮像用画素２０Ａとの間で、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇ同士の厚さの差のみならず、Ｒのカラーフィルタ５０Ｒ同士の厚さの差やＢのカラーフィルタ５０Ｂ同士の厚さの差も低減することができる。この点については、後述する本発明の第２の実施の形態の説明を参照されたい。その結果、この固体撮像素子３によれば、Ｇの撮像用画素２０Ａに関してのみならず、Ｒの撮像用画素２０ＡやＢの撮像用画素２０Ａに関しても、均一な輝度を持つ被写体を撮像した場合における焦点検出用画素２０Ｆ周辺の撮像用画素２０Ａの出力と他の撮像用画素２０Ａの出力との差を、低減することができる。よって、この固体撮像素子３によれば、焦点検出の精度を高めつつ、高画質な画像信号を得ることができる。

［第２の実施の形態］

次に、本発明の第２の実施の形態による製造方法として、前記第１の実施の形態による電子カメラ１で用いられている固体撮像素子３を製造する製造方法について、図１４及び図１５を参照して説明する。

図１４及び図１５は、本実施の形態による製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図であり、図１０に対応している。ただし、図１４及び図１５では、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ及びダミー層５０Ｗの断面形状は、図１０に比べて簡略化して示している。

シリコン基板４０上に、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、平坦化層４５までの構造（カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ、ダミー層５０Ｗ、平坦化層４６及びマイクロレンズ４２を除いた残りの構造であって、図２及び図１１に示す回路を含む。）を、複数の固体撮像素子３の分だけ一括して作製する（図１４（ａ））。

次に、平坦化層４５上に、Ｇの撮像用画素２０Ａに対応して、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇを形成する（図１４（ｂ））。このＧのカラーフィルタ５０Ｇの形成工程では、平坦化層４５上にカラーフィルタ５０Ｇ（ここでは、カラーレジスト）を回転塗布した後、そのカラーフィルタ５０ＧをＧの撮像用画素２０Ａに対応してパターニングする。このパターニングは、回転塗布したカラーフィルタ５０Ｇに対する露光・現像により行う。

ところで、平坦化層４５上に何も形成されていない状態で平坦化層４５上に最初に形成される層は、いずれの箇所においても精度良く膜厚を均一にすることができる。ベイヤー配列ではカラーフィルタ５０Ｇが市松模様状に配置されるので、Ｇの各画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｇの膜厚を特に均一にすることが好ましい。そこで、本実施の形態では、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ及びダミー層５０Ｗのうち、カラーフィルタ５０Ｇを最初に形成しているのである。

次いで、平坦化層４５上に、ＡＦ用画素２０Ｆに対応して、ダミー層５０Ｗを形成する（図１４（ｃ））。このダミー層５０Ｗの形成工程では、図１４（ｂ）に示す状態の基板上にダミー層５０Ｗを回転塗布した後、そのダミー層５０ＷをＡＦ用画素２０Ｆに対応してパターニングする。このパターニングは、ダミー層５０Ｗの材料が感光性材料であれば、カラーフィルタ５０Ｇの場合と同様に、回転塗布したダミー層５０Ｗに対する露光・現像により行う。ダミー層５０Ｗの材料が感光性材料でなければ、フォトリソエッチング法により、回転塗布したダミー層５０Ｗをパターニングする。

その後、図１４（ｃ）に示す状態の基板上に、カラーフィルタ５０Ｒ（ここでは、カラーレジスト）を回転塗布する（図１５（ａ））。図１５（ａ）では、簡略化して、カラーフィルタ５０Ｒの上面の高さはカラーフィルタ５０Ｇ上やダミー層５０Ｗ上でもそれらのない箇所でも同一であるものとして記載している。しかし、実際には、カラーフィルタ５０Ｒ上及びダミー層５０Ｗ上でのカラーフィルタ５０Ｒの上面の高さは、カラーフィルタ５０Ｒ及びダミー層５０Ｗのない箇所でのカラーフィルタ５０Ｒの上面の高さよりも、高くなる。

引き続いて、回転塗布したカラーフィルタ５０ＲをＲの撮像用画素２０Ａに対応してパターニングする（図１５（ｂ））。このパターニングは、回転塗布したカラーフィルタ５０Ｒに対する露光・現像により行う。

以上説明したカラーフィルタ５０Ｒの回転塗布及びパターニング（露光・現像）によって、カラーフィルタ５０ＲをＲの撮像用画素２０Ａに対応して形成する工程が構成されている。

次に、平坦化層４５上に、Ｂの撮像用画素２０Ａに対応して、Ｂのカラーフィルタ５０Ｂを形成する（図示せず）。このＢのカラーフィルタ５０Ｂの形成工程では、図１５（ｂ）に示す状態の基板上に、カラーフィルタ５０Ｂ（ここでは、カラーレジスト）を回転塗布した後、そのカラーフィルタ５０ＢをＢの撮像用画素２０Ａに対応してパターニングする。このパターニングは、回転塗布したカラーフィルタ５０Ｂに対する露光・現像により行う。

なお、Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの形成工程と、Ｂのカラーフィルタ５０Ｒの形成工程との順序は、逆にしてもよい。

次いで、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ及びダミー層５０Ｗを覆うように、平坦化層４６を形成する（図１５（ｃ））。

その後、熱リフロー法やエッチバック法などによって、平坦化層４６上に、各画素２０に対応してマイクロレンズ４２を形成する。最後に、この基板を個々のチップに分離することで、前述した固体撮像素子３が完成する（特に図１０参照）。

ここで、前記固体撮像素子３と比較される比較例による固体撮像素子１０３について説明する。図１６は、この比較例による固体撮像素子１０３の一部を模式的に示す概略断面図であり、図１０に対応している。図１６において、図１０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。

この比較例による固体撮像素子１０３が前記固体撮像素子３と異なる所は、ＡＦ用画素２０Ｆにはダミー層５０Ｗが形成されておらず、ダミー層５０Ｗが形成されていた箇所には平坦化層４６が埋め込まれている点と、撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂの断面形状である。その断面形状について説明すると、前記固体撮像素子３では、ＡＦ用画素２０Ｆから遠い位置のＲ，Ｂの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂのみならず、ＡＦ用画素２０Ｆの周辺のＲ，Ｂの撮像用画素２０Ａのラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂも、厚さがほぼ一定である。これに対し、比較例による固体撮像素子１０３では、ＡＦ用画素２０Ｆから遠い位置のＲ，Ｂの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂの厚さはほぼ一定であるものの、ＡＦ用画素２０Ｆの周辺のＲ，Ｂの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂの厚さは、ＡＦ用画素２０Ｆに近づくにつれて薄くなっている。図１０及び図１６にはそれぞれ、各固体撮像素子３，１０３における、ＡＦ用画素２０Ｆの両側（＋Ｙ側と−Ｙ側）に隣接する２つのＲの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒの断面形状が現れている。

次に、この比較例による固体撮像素子１０３の製造方法について、図１７を参照して説明する。図１７は、この製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図であり、図１６に対応している。ただし、図１７では、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇの断面形状は、図１６に比べて簡略化して示している。

この比較例による固体撮像素子１０３の製造方法では、まず、固体撮像素子３の前述した製造方法で説明した図１４（ｂ）に示す状態までの工程を行う。

次に、図１４（ｂ）に示す状態の基板上に、カラーフィルタ５０Ｒ（ここでは、カラーレジスト）を回転塗布する（図１７（ａ））。この回転塗布の際に、図１７（ａ）に示すように、カラーフィルタ５０Ｒの厚さが均一にならない。これは、ベイヤー配列において本来Ｇのカラーフィルタ５０Ｇが配置されるべき箇所のＡＦ用画素２０Ｆにおいて、Ｇのカラーフィルタ５０もダミー層５０Ｗも配置されていないことに起因する。すなわち、カラーフィルタ５０Ｒの回転塗布の際に、ベイヤー配列において本来Ｇのカラーフィルタ５０Ｇが配置されるべき箇所のＡＦ用画素２０Ｆにおいて、Ｇのカラーフィルタ５０もダミー層５０Ｗも配置されていないことから、その箇所において、カラーフィルタ５０Ｒの材料となる薬液への抵抗が小さくなるため、図１７（ａ）に示すように、その箇所に向けてカラーフィルタ５０Ｒの厚さが薄くなるのである。一方、ＡＦ用画素２０Ｆから遠いほど、ＡＦ用画素２０ＦにおいてＧのカラーフィルタ５０もダミー層５０Ｗも配置されていないことの影響が低下する。したがって、ＡＦ用画素２０Ｆから十分に遠い位置では、回転塗布したカラーフィルタ５０Ｒの厚さは比較的厚い一定の厚さとなる。

引き続いて、回転塗布したカラーフィルタ５０ＲをＲの撮像用画素２０Ａに対応してパターニングする（図１７（ｂ））。このパターニングは、回転塗布したカラーフィルタ５０Ｒに対する露光・現像により行う。このパターニング後のカラーフィルタ５０Ｒの断面形状は、図１７（ａ）に示すように、カラーフィルタ５０Ｒの回転塗布時の厚さ分布に従ったものとなる。したがって、ＡＦ用画素２０Ｆの周辺のＲの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒの厚さは、ＡＦ用画素２０Ｆに近づくにつれて薄くなっている。

次に、図１７（ｂ）に示す状態の基板上に、カラーフィルタ５０Ｂ（ここでは、カラーレジスト）を回転塗布する（図示せず）。このとき、カラーフィルタ５０Ｒの回転塗布時と同様に、カラーフィルタ５０Ｂの厚さが均一にならない。次いで、回転塗布したカラーフィルタ５０ＢをＢの撮像用画素２０Ａに対応してパターニングする。このパターニングは、回転塗布したカラーフィルタ５０Ｂに対する露光・現像により行う。

次いで、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ、及び平坦化層４５の露出部分を覆うように、平坦化層４６を形成する（図１７（ｃ））。

その後、熱リフロー法やエッチバック法などによって、平坦化層４６上に、各画素２０に対応してマイクロレンズ４２を形成する。最後に、この基板を個々のチップに分離することで、前述した比較例による固体撮像素子１０３が完成する（特に図１６参照）。

本発明者は、このような製造方法によって、前記比較例による固体撮像素子１０３を実際に製造した。そして、本発明者は、製造した固体撮像素子１０３を、図３中のＡ−Ａ’線に相当する断面で切断し、その断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した。これにより、Ｒ，Ｇのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇの断面形状が図１６に示すような形状であることが確認された。さらに、本発明者は、製造した固体撮像素子１０３について、図３中のＡ−Ａ’線の延長線に相当する断面における各Ｒの撮像用画素２０ＡのＲのカラーフィルタ５０Ｒの膜厚（中央部の膜厚）を測定した。図１８はその測定結果を示す。図１８の横軸は、ＡＦ用画素２０Ｆからの各Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの距離（画素数）を示している。ここで、左側は＋Ｙ側、右側は−Ｙ側を示している。例えば、「左側３行目」は、ＡＦ用画素２０Ｆから＋Ｙ側に３個目の撮像用画素２０ＡのＲのカラーフィルタ５０Ｒを示している。図１８の縦軸は、各Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの規格化後の膜厚を示している。図１８は、ＡＦ用画素２０Ｆの周辺のＲの撮像用画素２０ＡのＲのカラーフィルタ５０Ｒの厚さがＡＦ用画素２０Ｆに近づくにつれて薄くなることを示しており、先ほどの説明を裏付けている。

この比較例による固体撮像素子１０３では、以上のように、ＡＦ用画素２０Ｆから遠い位置のＲ，Ｂの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂの厚さはほぼ一定であるものの、ＡＦ用画素２０Ｆの周辺のＲ，Ｂの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂの厚さは、ＡＦ用画素２０Ｆに近づくにつれて薄くなっている。そして、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂの厚さが薄くなるほど、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂによる光の減衰量が少なくなる。したがって、比較例による固体撮像素子１０３では、均一な輝度を持つ被写体を撮像したにも拘わらずに、ＡＦ用画素２０Ｆ周辺のＲ，Ｂの撮像用画素２０Ａの出力が、他のＲ，Ｂの撮像用画素の出力よりも大きくなってしまうという現象が生じ、これにより画質が低下してしまうのである。

これに対し、本発明の第２の実施の形態による製造方法では、前記固体撮像素子３を製造するに際し、前述したように、Ｇの撮像用画素２０Ａに対応してＧのカラーフィルタ５０Ｇを形成した（図１４（ｂ））後に、ＡＦ用画素２０Ｆに対応してダミー層５０Ｗを形成し（図１４（ｃ））、その後に、Ｒの撮像用画素２０Ａに対応してＲのカラーフィルタ５０Ｒを形成する（図１５（ａ）（ｂ））とともにＢの撮像用画素２０Ａに対応してＢのカラーフィルタ５０Ｂを形成している。

したがって、本実施の形態によれば、ダミー層５０Ｗによって、Ｒ，Ｂのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂの回転塗布時におけるカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂの材料となる薬液への抵抗が、ＡＦ用画素２０Ｆの付近から、ＡＦ用画素２０Ｆから離れた箇所に渡って、前述した比較例に比べて均一化される。このため、本実施の形態によれば、ＡＦ用画素２０Ｆ周辺の撮像用画素２０Ａと他の撮像用画素２０Ａとの間で、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇ同士の厚さの差のみならず、Ｒのカラーフィルタ５０Ｒ同士の厚さの差やＢのカラーフィルタ５０Ｂ同士の厚さの差も低減することができる。その結果、本実施の形態により製造された固体撮像素子３では、Ｇの撮像用画素２０Ａに関してのみならず、Ｒの撮像用画素２０ＡやＢの撮像用画素２０Ａに関しても、均一な輝度を持つ被写体を撮像した場合における焦点検出用画素２０Ｆ周辺の撮像用画素２０Ａの出力と他の撮像用画素２０Ａの出力との差を、低減することができ、高画質な画像信号を得ることができる。なお、図１５（ａ）（ｂ）は、ダミー層５０Ｗによる前記抵抗の均一化によって、Ｒのカラーフィルタ５０Ｒに、比較例の図１７（ａ）（ｂ）に示すような厚さの傾きが生じないことを示している。

なお、ダミー層５０ＷによるＲ，Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの回転塗布時の薬液に対する抵抗の均一化効果を高めるためには、形成するダミー層５０Ｗの厚さは、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇの厚さに近いほど好ましい。したがって、形成するダミー層５０Ｗの厚さは、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇの厚さの±１０％の範囲であることが好ましく、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇの厚さの±５％の範囲であることがより好ましく、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇの厚さと実質的に等しいことがより一層好ましい。

本実施の形態による製造方法は、例えば、次のように変形してもよい。すなわち、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇの形成→Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの形成→ダミー層５０Ｗの形成→Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの形成の順序で、これらを行ってもよい。この場合には、ダミー層５０ＷによるＢのカラーフィルタ５０Ｂの回転塗布時の薬液に対する抵抗の均一化効果が得られないので、Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの膜厚の均一化効果を得ることができない。しかし、この場合であっても、ダミー層５０ＷによるＲのカラーフィルタ５０Ｒの回転塗布時の薬液に対する抵抗の均一化効果が得られるので、Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの膜厚の均一化効果は得ることができる。よって、この場合であっても、前記比較例よりも高い画質の画像信号を得ることができる。

また、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇの形成→Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの形成→ダミー層５０Ｗの形成→Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの形成の順序で、これらを行ってもよい。この場合には、ダミー層５０ＷによるＲのカラーフィルタ５０Ｒの回転塗布時の薬液に対する抵抗の均一化効果が得られないので、Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの膜厚の均一化効果を得ることができない。しかし、この場合であっても、ダミー層５０ＷによるＢのカラーフィルタ５０Ｂの回転塗布時の薬液に対する抵抗の均一化効果が得られるので、Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの膜厚の均一化効果は得ることができる。よって、この場合であっても、前記比較例よりも高い画質の画像信号を得ることができる。

［第３の実施の形態］

図１９は、本発明の第３の実施の形態による製造方法により製造される固体撮像素子２０３の一部を模式的に示す概略断面図であり、図１０及び図１６に対応している。図１９において、図１０及び図１６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。

図１９に示す固体撮像素子２０３が図１６に示す固体撮像素子１０３と異なる所は、撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂの断面形状である。その断面形状について説明すると、図１６に示す固体撮像素子１０３では、ＡＦ用画素２０Ｆから遠い位置のＲ，Ｂの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂの厚さはほぼ一定であるものの、ＡＦ用画素２０Ｆの周辺のＲ，Ｂの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂの厚さは、ＡＦ用画素２０Ｆに近づくにつれて薄くなっている。これに対し、図１９に示す固体撮像素子２０３では、ＡＦ用画素２０Ｆから遠い位置のＲ，Ｂの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂのみならず、ＡＦ用画素２０Ｆの周辺のＲ，Ｂの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒのカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｂも、厚さがほぼ一定である。図１６及び図１９にはそれぞれ、各固体撮像素子１０３，２０３における、ＡＦ用画素２０Ｆの両側（＋Ｙ側と−Ｙ側）に隣接する２つのＲの撮像用画素２０Ａのカラーフィルタ５０Ｒの断面形状が現れている。

次に、本発明の第３の実施の形態による製造方法として、図１９に示す固体撮像素子２０３の製造方法について、図２０を参照して説明する。図２０は、本実施の形態による製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図であり、図１９に対応している。ただし、図２０では、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ及びダミー層５０Ｗの断面形状は、図１９に比べて簡略化して示している。

本実施の形態による製造方法では、まず、固体撮像素子３の前述した製造方法で説明した、図１５（ｃ）に示す工程の直前の工程まで（すなわち、Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの形成工程後のＢのカラーフィルタ５０Ｂの形成工程まで）行う。

次に、ダミー層５０Ｗ以外の領域を覆うようにレジスト３００を形成し、レジスト３００をマスクにしてドライエッチングを行うことで、ダミー層５０Ｗを除去する（図２０（ａ））。次いで、レジスト３００を除去する（図２０（ｂ））。

引き続いて、カラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ、及び平坦化層４５の露出部分を覆うように、平坦化層４６を形成する（図２０（ｃ））。

その後、熱リフロー法やエッチバック法などによって、平坦化層４６上に、各画素２０に対応してマイクロレンズ４２を形成する。最後に、この基板を個々のチップに分離することで、図１９に示す固体撮像素子２０３が完成する。

本実施の形態によっても、前記第２の実施の形態と同様の理由で、前記第２の実施の形態と同様の利点が得られる。本実施の形態により製造した図１９に示す固体撮像素子２０３は、前記第１の実施の形態による電子カメラ１において、固体撮像素子３の代わりに用いることができる。

ところで、本実施の形態では、前記第２の実施の形態と異なり、ダミー層５０Ｗは、最終的に除去されて、図１９に示す固体撮像素子２０３において残らない。したがって、本実施の形態では、ダミー層５０Ｗの光透過特性は全く問題にならない。よって、本実施の形態では、例えば、コストや加工精度の点のみを考慮して、ダミー層５０Ｗの材料を選択すればよい。その観点から、例えば、通常のフォトリソグラフィに使用されるポジ型レジスト膜は、ダミー層５０Ｗとして好適である。

本実施の形態による製造方法は、例えば、次のように変形してもよい。すなわち、Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの形成工程と、Ｂのカラーフィルタ５０Ｒの形成工程との順序は、逆にしてもよい。また、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇの形成→Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの形成→ダミー層５０Ｗの形成→Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの形成→ダミー層５０Ｗの除去の順序で、これらを行ってもよい。さらに、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇの形成→Ｒのカラーフィルタ５０Ｒの形成→ダミー層５０Ｗの形成→Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの形成→ダミー層５０Ｗの除去の順序で、これらを行ってもよい。

［第４の実施の形態］

図２１は、本発明の第４の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子３０３の画素の配置を模式的に示す一部拡大概略平面図であり、図４に対応している。図１９において、図４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、基本的に、固体撮像素子３に代えて固体撮像素子３０３が用いられている点のみである。固体撮像素子３０３が固体撮像素子３と異なる所は、以下に説明する点のみである。

固体撮像素子３０３では、固体撮像素子３において、全てのＡＦ用画素２０Ｒ，２０ＬがそれぞれＡＦ用画素２０Ｈで置き換えられ、全てのＡＦ用画素２０Ｕ，２０ＤがそれぞれＡＦ用画素２０Ｖで置き換えられている。

図２２（ａ）はＡＦ用画素２０Ｈの主要部を模式的に示す概略平面図、図２２（ｂ）は図２２（ａ）中のＸ７−Ｘ８線に沿った概略断面図である。図２３（ａ）はＡＦ用画素２０Ｖの主要部を模式的に示す概略平面図、図２３（ｂ）は図２３（ａ）中のＹ５−Ｙ６線に沿った概略断面図である。図２４は、固体撮像素子３０３の２×２個の画素を示す回路図である。図２４が示す２×２個の画素は、焦点検出領域３３（図２１参照）の一部を含んでおり、２個のＡＦ用画素２０Ｆ（ここでは、２個のＡＦ用画素２０Ｖ）及び２個の撮像用画素２０Ａである。図２２乃至図２４において、図５、図６及び図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。

ＡＦ用画素２０ＨとＡＦ用画素２０Ｖは、同一の回路構成を有している。ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖが撮像用画素２０Ａと回路構成上異なる所は、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つのフォトダイオード４１ａ，４１ｂを有する点と、これに伴い、１つの転送トランジスタ８３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８３ａ，８３ｂを有する点のみである。転送トランジスタ８３ａはフォトダイオード４１ａからＦＤ８１へ電荷を転送し、転送トランジスタ８３ｂはフォトダイオード４１ｂからＦＤ８１へ電荷を転送する。

図２２、図２３及び図５から理解される通り、ＡＦ用画素２０Ｈでは、フォトダイオード４１ａ，４１ｂは、フォトダイオード４１に相当するフォトダイオードを−Ｘ側と＋Ｘ側に２分割することによって構成されている。ＡＦ用画素２０Ｖでは、フォトダイオード４１ａ，４１ｂは、フォトダイオード４１に相当するフォトダイオードを＋Ｙ側と−Ｙ側に２分割することによって構成されている。

図２２及び図２３に示すように、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖには、ＡＦ用画素２０Ｒ，２０Ｌ，２０Ｕ，２０Ｄと同じく、ダミー層５０Ｗが設けられている。

撮像用画素２０Ａの転送トランジスタ８３及びＡＦ用画素２０Ｖ，２０Ｈの一方の転送トランジスタ８３ａ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８３ｂ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を介して駆動信号φＴＧＢが供給される。

図２５は、固体撮像素子３０３の動作例を示すタイミングチャートである。この例は、ローリングシャッタの場合に、撮像用信号を得る例を示している。この動作例は、前記第１の実施の形態において説明した図１２に示す動作と同様である。φＴＧＡを図１２中のφＴＧと同一にしている。この例では、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖ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２５にはφＴＧＢを記載していない。

図２６は、固体撮像素子３０３の他の動作例を示すタイミングチャートである。この例は、ローリングシャッタの場合に、焦点検出用信号を得る例を示している。図２６に示す動作が図２５に示す動作と異なる所は、２つのフォトダイオード４１ａ，４１ｂから信号を別々に読み出す点である。すなわち、図２６に示す動作では、φＳがハイとなり選択されている間は、ＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖに関しては、一方のフォトダイオード４１ａの電荷を読み、次いで他方のフォトダイオード４１ｂの電荷を読むようになっている。

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。また、本実施の形態によれば、ＡＦ用画素として、それぞれ２つのフォトダイオード４１ａ，４１ｂを持つＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖが用いられているので、焦点検出用信号を得る場所の分布密度が高まる。したがって、焦点検出の精度がより高まる。

なお、固体撮像素子３０３も、前述した固体撮像素子３の製造方法と同様の製造方法によって製造することができる。また、前記第３の実施の形態による製造方法と同様の製造方法によって、前記固体撮像素子３０３においてＡＦ用画素２０Ｈ，２０Ｖにおいてダミー層５０Ｗを取り除いたような固体撮像素子を製造することができる。その固体撮像素子は、本実施の形態による電子カメラ１において固体撮像素子３０３に代えて用いることができる。

以上、本発明の各実施の形態及びそ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、本発明は、撮像用画素２０Ａのカラーフィルタとして、補色系のカラーフィルタが用いられた固体撮像素子及びその製造方法についても、適用することができる。

本発明の第１の実施の形態によ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における焦点検出領域の交差部付近を拡大した概略拡大図である。 図４中の撮像用画素の主要部を模式的に示す図である。 図４中の所定のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。 図４中の他の所定のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。 図４中の更に他の所定のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。 図４中の更に他の所定のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。 図４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２×２個の画素を示す回路図である。 図１中の固体撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。 図１中の固体撮像素子の他の動作例を示すタイミングチャートである。 図１中の固体撮像素子を製造する本発明の第２の実施の形態による製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図である。 図１４に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。 比較例による固体撮像素子の一部を模式的に示す概略断面図である。 図１６に示す固体撮像素子の製造方法の一部の工程を模式的に示す概略断面図である。 比較例による固体撮像素子のＲのカラーフィルタの膜厚の測定結果を示す図である。 本発明の第３の実施の形態による製造方法により製造される固体撮像素子一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製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図である。 本発明の第４の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素の配置を模式的に示す一部拡大概略平面図である。 図２１中の所定のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。 図２１中の他のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。 図２１に示す固体撮像素子の２×２個の画素を示す回路図である。 図２１に示す固体撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。 図２１に示す固体撮像素子の他の動作例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

３，２０３，３０３ 固体撮像素子
２０Ａ 撮像用画素
２０Ｒ，２０Ｌ，２０Ｕ，２０Ｄ，２０Ｈ，２０Ｖ ＡＦ用画素
５０Ｒ 赤色カラーフィルタ
５０Ｇ 緑色カラーフィルタ
５０Ｂ 青色カラーフィルタ
５０Ｗ ダミー層（所定の層）

Claims (3)

1. 光学系により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複数の撮像用画素と、前記光学系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複数の焦点検出用画素と、互いに異なる色のカラーフィルタが前記複数の撮像用画素のそれぞれに対応して形成された、所定の色配列を有するカラーフィルタ層と、を備えた固体撮像素子の製造方法であって、
   前記互いに異なる色のカラーフィルタをその色毎に、前記撮像用画素に対応して順次形成する各色のカラーフィルタ形成工程と、
   前記各色のカラーフィルタ形成工程のうち最初のカラーフィルタ形成工程の後であって、前記各色のカラーフィルタ形成工程のうち最後のカラーフィルタ形成工程の前に、前記カラーフィルタ層と同じレイヤにおいて前記焦点検出用画素に対応して所定の層を形成する工程と、
   前記最後のカラーフィルタ形成工程の後に、前記所定の層を除去する工程と、
   を備えたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
2. 前記互いに異なる色のカラーフィルタは、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタであり、
   前記最初のカラーフィルタ形成工程は、前記緑色カラーフィルタを形成する工程であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の製造方法により製造された固体撮像素子と、
   前記複数の焦点検出用画素の少なくとも一部の画素からの前記焦点検出用信号に基づいて、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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