JP7391041B2 - 固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
1.第1の実施形態
1.1 CMOSイメージセンサ
1.2 単位画素
1.3 単位画素の平面レイアウト
1.3.1 第2面の平面レイアウト
1.3.2 第1面及び第2面の平面レイアウト
1.4 カラーフィルタの平面レイアウト
1.4.1 大画素に対するカラーフィルタの平面レイアウト
1.4.2 小画素に対するカラーフィルタの平面レイアウト
1.4.2.1 大画素からの漏れ電流の流出先
1.4.2.2 大画素と小画素との組合せ
1.5 作用・効果
2.第2の実施形態
2.1 作用・効果
3.第3の実施形態
3.1 作用・効果
4.第4の実施形態
4.1 カラーフィルタ配列の例
4.2 作用・効果
5.第5の実施形態
5.1 第1例
5.2 第2例
5.3 第3例
5.4 第4例
5.5 第5例
5.6 第6例
5.7 第7例
5.8 第8例
5.9 第9例
5.10 第10例
5.11 第11例
5.12 第12例
5.13 第13例
5.14 第14例
5.15 第15例
5.16 作用・効果
6.第6の実施形態
7.移動体への応用例
まず、第1の実施形態に係る固体撮像装置及び電子機器について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、第1の実施形態に係るCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)型の固体撮像装置(以下、単にCMOSイメージセンサという)の概略構成例を示すブロック図である。ここで、CMOSイメージセンサとは、CMOSプロセスを応用して、または、部分的に使用して作成されたイメージセンサである。例えば、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10は、裏面照射型のCMOSイメージセンサで構成されている。
図2は、本実施形態に係る単位画素の概略構成例を示す回路図である。図2に示すように、単位画素100は、第1光電変換素子101、第2光電変換素子102、第1転送トランジスタ103、第2転送トランジスタ104、第3転送トランジスタ105、第4転送トランジスタ106、FD(フローティングディフュージョン)部107、リセットトランジスタ108、増幅トランジスタ109、及び、選択トランジスタ110を備える。第1転送トランジスタ103は、例えば、請求の範囲における第1転送ゲートに相当し、第2~第4転送トランジスタ104~106の少なくとも1つは、例えば、請求の範囲における第2転送ゲートに相当する。また、増幅トランジスタ109は、例えば、請求の範囲における増幅ゲートに相当し、選択トランジスタ110は、例えば、請求の範囲における選択ゲートに相当し、リセットトランジスタ108は、例えば、請求の範囲におけるリセットゲートに相当する。
つづいて、図2に例示した単位画素100の平面レイアウトについて説明する。
図3は、本実施形態に係る単位画素の平面レイアウト例を示す模式図である。なお、図3では、単位画素100が、いわゆる裏面照射型のCMOSイメージセンサである場合が例示されている。
図4は、本実施形態に係る単位画素の平面レイアウト例を示す模式図であって、シリコン基板の第2面における平面レイアウトと、第1面における平面レイアウトを重畳した模式図である。すなわち、図4には、図3に例示した第2面の平面レイアウトに加え、第1面に形成された光電変換素子およびオンチップレンズの平面レイアウトが記載されている。なお、図4において点線で囲まれた領域が、図2に示した単位画素100の1つ分の領域に相当する。
距離ab=r1×2 (1)
距離ac=距離bc=距離ab×√2/2 (2)
r2≦r1×(√2-1) (3)
図7は、本実施形態に係るカラーフィルタ配列の平面レイアウト例を示す平面図であって、図6に示す第1面における第1光電変換素子101、第2光電変換素子102、第1オンチップレンズ151、第2オンチップレンズ152及び画素間遮光部181の平面レイアウトに加えて、単位画素100の第1面において各画素に設けられた第1カラーフィルタ121R、121G1、121G2及び121B、並びに、第2カラーフィルタ122R、122G1~122G3、122B1及び122B2の平面レイアウトを抽出した図である。なお、以下の説明において、第1カラーフィルタを区別しない場合、その符号を121とする。同様に、第2カラーフィルタを区別しない場合、その符号を122とする。
大画素に対する第1カラーフィルタ121は、図7に示すように、例えば、ベイヤー配列の規則に従って第1面に配列している。したがって、ベイヤー配列の繰返しの単位となる2×2画素の計4つの大画素では、緑色(G)の波長成分を透過する2つの第1カラーフィルタ121G1及び121G2が対角に位置し、これと交差するように、青色(B)の波長成分を透過する第1カラーフィルタ121Bと赤色(R)の波長成分を透過する第1カラーフィルタ121Rとが対角に位置するように配列している。
本実施形態において、小画素に対して設けられる第2カラーフィルタ122は、基本的には、大画素に対して設けられる第1カラーフィルタ121と同様に、ベイヤー配列やX-Trans(登録商標)型の配列やクワッドベイヤー配列やホワイトRGB配列などのカラーフィルタ配列と同じ波長成分を透過するカラーフィルタの組合せで構成される。例えば、第2カラーフィルタ122に対してベイヤー配列を適用した場合には、配列の繰返しの単位が、緑色(G)の波長成分を透過する2つの第2カラーフィルタ122G1及び122G2と、赤色(R)の波長成分を透過する1つの第2カラーフィルタ122Rと、青色(B)の波長成分を透過する1つの第2カラーフィルタ122Bとで構成される。
ここで、大画素である第1光電変換素子101から漏れ出した電荷の流出先について説明する。上述したように、第1光電変換素子101が大面積であり、第2光電変換素子102が小面積であることから、第1光電変換素子101は、第2光電変換素子102よりも感度が高い。そのため、第1光電変換素子101と第2光電変換素子102とでは、第1光電変換素子101の方が先に飽和することとなる。
そこで本実施形態では、大画素からの漏れ電流の流出先となる小画素(本例では、大画素に対して右上に位置する小画素)の第2カラーフィルタ122を、大画素の第1カラーフィルタ121と同じ波長成分を透過する第2カラーフィルタ122とする。すなわち、大画素と、この大画素からの漏れ電流の流出先となる小画素とに対して、同じ波長成分を透過するカラーフィルタを設けることとする。
以上のように、本実施形態によれば、大画素からの漏れ電流の流出先となる小画素の第2光電変換素子102に、大画素の第1光電変換素子101に設けられた第1カラーフィルタ121と同じ波長成分を透過する第2カラーフィルタ122が設けられる。これにより、大画素から漏れ出した漏れ電流がこの大画素と同じ波長成分の光に基づいて電荷を発生させる小画素に流入することとなるため、異なる波長成分の光により発生した電荷が小画素に流入することを低減することができる。それにより、小画素における漏れ電流による影響が低減されるため、小画素から読み出した画像データにおけるノイズ比(S/N比)を向上することが可能となる。
次に、第2の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。上述した第1の実施形態では、大画素からの漏れ電流の流出先となる小画素が1つである場合を例示した。ただし、大画素からの漏れ電流の流出先となる小画素が1つであるとは限らない。
以上のように、本実施形態によれば、大画素からの漏れ電流の流出先となる小画素が2つ以上存在する場合、流出先候補に近接する画素トランジスタのうちで最も低電位の画素トランジスタに近接する小画素に、漏れ電流の発生源である大画素の第1カラーフィルタ121と同じ波長成分を透過する第2カラーフィルタ122が設けられる。これにより、第1の実施形態と同様に、大画素から漏れ出した漏れ電流がこの大画素と同じ波長成分の光に基づいて電荷を発生させる小画素に流入することとなるため、異なる波長成分の光により発生した電荷が小画素に流入することを低減することができる。それにより、小画素における漏れ電流による影響が低減されるため、小画素から読み出した画像データにおけるノイズ比(S/N比)を向上することが可能となる。
また、第2の実施形態では、大画素からの漏れ電流の流出先となる小画素が2つ以上存在する場合について例示したが、逆に、大画素からの漏れ電流の流出先となる小画素が1つも存在しない場合もあり得る。
以上のように、本実施形態によれば、大画素からの漏れ電流の流出先となる小画素が存在しない場合、大画素の周囲に配置された画素トランジスタのうちで最も低電位の画素トランジスタに近接する小画素に、漏れ電流の発生源である大画素の第1カラーフィルタ121と同じ波長成分を透過する第2カラーフィルタ122が設けられる。これにより、上述した実施形態と同様に、大画素から漏れ出した漏れ電流がこの大画素と同じ波長成分の光に基づいて電荷を発生させる小画素に流入することとなるため、異なる波長成分の光により発生した電荷が小画素に流入することを低減することができる。それにより、小画素における漏れ電流による影響が低減されるため、小画素から読み出した画像データにおけるノイズ比(S/N比)を向上することが可能となる。
上述した実施形態では、大画素に対して設けられる第1カラーフィルタ121の繰返しの単位を構成する要素と、小画素に対して設けられる第2カラーフィルタ122の繰返しの単位を構成する要素とが同じである場合を例示した。例えば、カラーフィルタ配列にベイヤー配列を採用した場合には、大画素に対して設けられる第1カラーフィルタ121の繰返しの単位を構成する要素として、赤色(R)の波長成分を透過する1つの第1カラーフィルタ121Rと、緑色(G)の波長成分を透過する2つの第1カラーフィルタ121Gと、青色(B)の波長成分を透過する1つの第1カラーフィルタ121Bとが含まれ、同様に、小画素に対して設けられる第2カラーフィルタ122の繰返しの単位を構成する要素として、赤色(R)の波長成分を透過する1つの第2カラーフィルタ122Rと、緑色(G)の波長成分を透過する2つの第2カラーフィルタ122Gと、青色(B)の波長成分を透過する1つの第2カラーフィルタ122Bとが含まれる場合を例示した。
以下に、大画素に適用するカラーフィルタ配列と、小画素に適用するカラーフィルタ配列とについて、例を挙げて説明する。なお、以下の説明では、単位画素の平面レイアウトとして、第1の実施形態において図3~図6を用いて説明した平面レイアウトを引用するが、これに限定されず、例えば、第2の実施形態において図14を用いて説明した単位画素の平面レイアウトや、第3の実施形態において図15を用いて説明した単位画素の平面レイアウトなど、種々変形することが可能である。
以上のように、本実施形態によれば、大画素のうちで最も感度が高い大画素からの漏れ電流の流出先となる小画素に対して、小画素のうちで最も感度の高い小画素が配置され、2番目に感度が高い大画素に対しては、残りの小画素のうちで最も感度が高い小画素が選択されるというように、感度の高さ順に、大画素と小画素とが組み合わせられる。これにより、小画素における漏れ電流による影響を最小限に抑えることが可能となるため、小画素から読み出した画像データにおけるノイズ比(S/N比)を向上することが可能となる。
上述した第1~第3の実施形態では、大画素及び小画素に対して設定されるカラーフィルタ配列をRGGBのベイヤー配列とした場合を例示したが、本実施形態では、その他のカラーフィルタ配列を適用した場合について、幾つか例を挙げて説明する。
図17は、本実施形態の第1例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図17に示すように、第1例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がRYYCy(赤色、黄色、黄色、シアン)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図18は、本実施形態の第2例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図18に示すように、第2例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がRCCC(赤色、シアン、シアン、シアン)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図19は、本実施形態の第3例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図19に示すように、第3例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がRCCB(赤色、クリア、クリア、青色)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図20は、本実施形態の第4例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図20に示すように、第4例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がRGBGry(赤色、緑色、青色、グレイ)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図21は、本実施形態の第5例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図21に示すように、第5例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がRGryYCy(赤色、グレイ、黄色、シアン)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図22は、本実施形態の第6例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図22に示すように、第6例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がRGryCC(赤色、グレイ、クリア、クリア)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図23は、本実施形態の第7例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図23に示すように、第7例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がRGryCB(赤色、グレイ、クリア、青色)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図24は、本実施形態の第8例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図24に示すように、第8例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がGBRBl(緑色、青色、赤色、黒色)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図25は、本実施形態の第9例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図25に示すように、第9例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がRBlYCy(赤色、黒色、黄色、シアン)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図26は、本実施形態の第10例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図26に示すように、第10例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がRBlCC(赤色、黒色、クリア、クリア)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図27は、本実施形態の第11例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図27に示すように、第11例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がRBlCB(赤色、黒色、クリア、青色)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図28は、本実施形態の第12例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図28に示すように、第12例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がGBIRG(緑色、青色、赤外、緑色)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図29は、本実施形態の第13例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図29に示すように、第13例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がGYMCy(緑色、黄色、マゼンタ、シアン)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図30は、本実施形態の第14例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図30に示すように、第14例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がIRCCC(赤外、クリア、クリア、クリア)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
図31は、本実施形態の第15例に係る単位画素の平面レイアウト例を示す図である。図31に示すように、第15例では、大画素と小画素とのそれぞれに、繰返しの単位を構成する要素がIRCCB(赤外、クリア、クリア、青色)の2×2画素の計4つの画素の組合せであるカラーフィルタ配列が適用されている。
以上で例示したようなカラーフィルタ配列を採用した場合でも、大画素からの漏れ電流の流出先となる小画素の第2光電変換素子102に、大画素の第1光電変換素子101に設けられた第1カラーフィルタ121と同じ波長成分を透過する第2カラーフィルタ122を設けることで、大画素から漏れ出した漏れ電流がこの大画素と同じ波長成分の光に基づいて電荷を発生させる小画素に流入することとなるため、異なる波長成分の光により発生した電荷が小画素に流入することを低減することができる。それにより、小画素における漏れ電流による影響が低減されるため、小画素から読み出した画像データにおけるノイズ比(S/N比)を向上することが可能となる。
上述した実施形態では、入射光に対する入射面の面積差により、感度の高い大画素と、感度の低い小画素とを設け、感度の高い大画素に対して感度の低い小画素を組み合わせる場合を例示したが、画素に対して感度差を設定する方法は、面積差による方法に限定されない。
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
(1)
それぞれ第1の感度を備え、2次元格子状に配列する複数の第1光電変換素子と、
それぞれ前記第1の感度よりも低い第2の感度を備え、前記複数の第1光電変換素子の間それぞれに配置されて2次元格子状に配列する複数の第2光電変換素子と、
それぞれ前記複数の第2光電変換素子のうちの1つを含み、前記複数の第2光電変換素子それぞれで発生した電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域と、
前記複数の第1光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第1カラーフィルタと、
前記複数の第2光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第2カラーフィルタと、
を備え、
前記複数の第1光電変換素子それぞれにおいて最も近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第2カラーフィルタは、当該電荷蓄積領域に最も近接する前記第1光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第1カラーフィルタと同一の波長成分を透過させる
固体撮像装置。
(2)
前記複数の第1光電変換素子それぞれにおいて最も近接する前記電荷蓄積領域が2つ以上存在する場合、当該2つ以上の電荷蓄積領域それぞれに近接するトランジスタのうち、前記第1及び第2光電変換素子に電荷を発生させる蓄積期間中に与えられる電位が最も低電位であるトランジスタに近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第2カラーフィルタは、当該電荷蓄積領域に最も近接する前記第1光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第1カラーフィルタと同一の前記波長成分を透過させる前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
前記複数の第1光電変換素子それぞれに対して前記複数の電荷蓄積領域が隣接していない場合、前記複数の第1光電変換素子それぞれの周囲に存在するトランジスタのうち、前記第1及び第2光電変換素子に電荷を発生させる蓄積期間中に与えられる電位が最も低電位であるトランジスタに近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第2カラーフィルタは、当該電荷蓄積領域に最も近接する前記第1光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第1カラーフィルタと同一の前記波長成分を透過させる前記(1)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記複数の電荷蓄積領域それぞれは、前記複数の第2光電変換素子のうちの1つに加え、当該第2光電変換素子で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部と、当該第2光電変換素子と当該電荷蓄積部とを接続するノードとを含む前記(1)~(3)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(5)
前記電荷蓄積部は、第1面側に前記第1及び第2光電変換素子が形成された半導体基板における前記第1面とは反対側の第2面上に形成されたポリシリコン電極を電荷蓄積層とする構造を備える前記(4)に記載の固体撮像装置。
(6)
前記複数の第1光電変換素子それぞれの前記受光面は、第1の面積を有し、
前記複数の第2光電変換素子それぞれの前記受光面は、前記第1の面積よりも小さい第2の面積を有する
前記(1)~(5)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(7)
前記複数の第1光電変換素子それぞれは、所定の不純物が第1の濃度で拡散された領域よりなり、
前記複数の第2光電変換素子それぞれは、前記所定の不純物が前記第1の濃度よりも低い第2の濃度で拡散された領域よりなる
前記(1)~(5)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(8)
前記複数の第1カラーフィルタは、ベイヤー配列、X-Trans(登録商標)型配列、クワッドベイヤー配列及びホワイトRGB型配列のうちの1つに従って配列している前記(1)~(7)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(9)
前記複数の第1カラーフィルタは、可視光に対してブロードな光透過特性を備えるカラーフィルタを含む前記(1)~(8)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(10)
前記複数の第1カラーフィルタは、可視光に対してブロードな光透過特性を備え、且つ、可視光の80%(パーセント)以下を透過するカラーフィルタを含む前記(1)~(9)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(11)
前記複数の第1カラーフィルタは、RGB三原色に対して補色の関係にある色の波長成分を透過させるカラーフィルタを含む前記(1)~(10)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(12)
前記複数の第1カラーフィルタのうちの少なくとも1つは、遮光膜である前記(1)~(11)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(13)
前記複数の第1カラーフィルタは、赤外光を透過するカラーフィルタを含む前記(1)~(12)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(14)
電荷を蓄積する浮遊拡散領域と、
前記第1光電変換素子に発生した電荷を前記浮遊拡散領域へ転送する第1転送ゲートと、
前記電荷蓄積領域に蓄積されている電荷を前記浮遊拡散領域へ転送する第2転送ゲートと、
前記浮遊拡散領域に蓄積している電荷の量に応じた電圧値の電圧信号を信号線に発生させる増幅ゲートと、
前記増幅ゲートと前記信号線との接続を制御する選択ゲートと、
前記浮遊拡散領域に蓄積されている電荷の放出を制御するリセットゲートと、
を備える前記(1)~(13)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(15)
それぞれ第1の感度を備え、2次元格子状に配列する複数の第1光電変換素子と、
それぞれ前記第1の感度よりも低い第2の感度を備え、前記複数の第1光電変換素子の間それぞれに配置されて2次元格子状に配列する複数の第2光電変換素子と、
それぞれ前記複数の第2光電変換素子のうちの1つを含み、前記複数の第2光電変換素子それぞれで発生した電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域と、
前記複数の第1光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第1カラーフィルタと、
前記複数の第2光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第2カラーフィルタと、
を備え、
前記複数の第1カラーフィルタは、第1の波長成分を透過する第3カラーフィルタと、前記第1の波長成分とは異なる第2の波長成分を透過する第4カラーフィルタとを含み、
前記複数の第2カラーフィルタは、第3の波長成分を透過する第5カラーフィルタと、前記第3の波長成分とは異なる第4の波長成分を透過する第6カラーフィルタとを含み、
可視光域においてブロードな光強度の白色光が入射した場合に前記受光面に前記第3カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量は、前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第4カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量よりも多く、
前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第5カラーフィルタが設けられた前記第2光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量は、前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第6カラーフィルタが設けられた前記第2光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量よりも多く、
前記受光面に前記第4カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子に最も近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面には、前記第5カラーフィルタが設けられている
固体撮像装置。
(16)
複数の単位画素が行列方向に配列した画素アレイ部と、
前記複数の単位画素における読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路により駆動された前記読出し対象の単位画素から画素信号を読み出す処理回路と、
前記駆動回路及び前記処理回路を制御する制御部と、
を備え、
前記画素アレイ部は、
それぞれ第1の感度を備え、2次元格子状に配列する複数の第1光電変換素子と、
それぞれ前記第1の感度よりも低い第2の感度を備え、前記複数の第1光電変換素子の間それぞれに配置されて2次元格子状に配列する複数の第2光電変換素子と、
それぞれ前記複数の第2光電変換素子のうちの1つを含み、前記複数の第2光電変換素子それぞれで発生した電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域と、
前記複数の第1光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第1カラーフィルタと、
前記複数の第2光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第2カラーフィルタと、
を含み、
前記複数の第1光電変換素子それぞれにおいて最も近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第2カラーフィルタは、当該電荷蓄積領域に最も近接する前記第1光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第1カラーフィルタと同一の波長成分を透過させる
電子機器。
(17)
複数の単位画素が行列方向に配列した画素アレイ部と、
前記複数の単位画素における読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路により駆動された前記読出し対象の単位画素から画素信号を読み出す処理回路と、
前記駆動回路及び前記処理回路を制御する制御部と、
を備え、
前記画素アレイ部は、
それぞれ第1の感度を備え、2次元格子状に配列する複数の第1光電変換素子と、
それぞれ前記第1の感度よりも低い第2の感度を備え、前記複数の第1光電変換素子の間それぞれに配置されて2次元格子状に配列する複数の第2光電変換素子と、
それぞれ前記複数の第2光電変換素子のうちの1つを含み、前記複数の第2光電変換素子それぞれで発生した電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域と、
前記複数の第1光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第1カラーフィルタと、
前記複数の第2光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第2カラーフィルタと、
を含み、
前記複数の第1カラーフィルタは、第1の波長成分を透過する第3カラーフィルタと、前記第1の波長成分とは異なる第2の波長成分を透過する第4カラーフィルタとを含み、
前記複数の第2カラーフィルタは、第3の波長成分を透過する第5カラーフィルタと、前記第3の波長成分とは異なる第4の波長成分を透過する第6カラーフィルタとを含み、
可視光域においてブロードな光強度の白色光が入射した場合に前記受光面に前記第3カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量は、前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第4カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量よりも多く、
前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第5カラーフィルタが設けられた前記第2光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量は、前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第6カラーフィルタが設けられた前記第2光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量よりも多く、
前記受光面に前記第4カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子に最も近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面には、前記第5カラーフィルタが設けられている
電子機器。
11 画素アレイ部
12 垂直駆動回路
13 カラム処理回路
14 水平駆動回路
15 システム制御部
18 信号処理部
19 データ格納部
100、200、300 単位画素
101、101B、101Bl、101C、101Cy、101G、101G1、101G2、101Gry、101IR、101R、101Y 第1光電変換素子
102 第2光電変換素子
103 第1転送トランジスタ
104 第2転送トランジスタ
105 第3転送トランジスタ
106 第4転送トランジスタ
1061 ゲート電極
107 FD部
108 リセットトランジスタ
109 増幅トランジスタ
110 選択トランジスタ
111 電荷蓄積部
112、113 ノード
121、121B、121Bl、121C、121Cy、121G、121G1、121G2、121Gry、121IR、121R、121Y 第1カラーフィルタ
122、122B、122B1、122B2、122Bl、122C、122Cy、122G、122G1、122G2、122G3、122Gry、122IR、122R、122Y 第2カラーフィルタ
131 電流源
140 シリコン基板
141 N-拡散領域
142 N拡散領域
143 P-拡散領域
144 P+拡散領域
145 N+拡散領域
146 P拡散領域
147 シリコン酸化膜
148 ポリシリコン電極
151 第1オンチップレンズ
152 第2オンチップレンズ
181 画素間遮光部
LD 画素駆動線
VSL 垂直信号線
Claims (16)
- それぞれ第1の感度を備え、2次元格子状に配列する複数の第1光電変換素子と、
それぞれ前記第1の感度よりも低い第2の感度を備え、前記複数の第1光電変換素子の間それぞれに配置されて2次元格子状に配列する複数の第2光電変換素子と、
それぞれ前記複数の第2光電変換素子のうちの1つを含み、前記複数の第2光電変換素子それぞれで発生した電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域と、
前記複数の第1光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第1カラーフィルタと、
前記複数の第2光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第2カラーフィルタと、
を備え、
前記複数の第1光電変換素子それぞれにおいて最も近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第2カラーフィルタは、当該電荷蓄積領域に最も近接する前記第1光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第1カラーフィルタと同一の波長成分を透過させ、
前記複数の第1光電変換素子それぞれにおいて最も近接する前記電荷蓄積領域が2つ以上存在する場合、当該2つ以上の電荷蓄積領域それぞれに近接するトランジスタのうち、前記第1及び第2光電変換素子に電荷を発生させる蓄積期間中に与えられる電位が最も低電位であるトランジスタに近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第2カラーフィルタは、当該電荷蓄積領域に最も近接する前記第1光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第1カラーフィルタと同一の前記波長成分を透過させる、
固体撮像装置。 - それぞれ第1の感度を備え、2次元格子状に配列する複数の第1光電変換素子と、
それぞれ前記第1の感度よりも低い第2の感度を備え、前記複数の第1光電変換素子の間それぞれに配置されて2次元格子状に配列する複数の第2光電変換素子と、
それぞれ前記複数の第2光電変換素子のうちの1つを含み、前記複数の第2光電変換素子それぞれで発生した電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域と、
前記複数の第1光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第1カラーフィルタと、
前記複数の第2光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第2カラーフィルタと、
を備え、
前記複数の第1光電変換素子それぞれにおいて最も近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第2カラーフィルタは、当該電荷蓄積領域に最も近接する前記第1光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第1カラーフィルタと同一の波長成分を透過させ、
前記複数の第1光電変換素子それぞれに対して前記複数の電荷蓄積領域が隣接していない場合、前記複数の第1光電変換素子それぞれの周囲に存在するトランジスタのうち、前記第1及び第2光電変換素子に電荷を発生させる蓄積期間中に与えられる電位が最も低電位であるトランジスタに近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第2カラーフィルタは、当該電荷蓄積領域に最も近接する前記第1光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第1カラーフィルタと同一の前記波長成分を透過させる、
固体撮像装置。 - 前記複数の電荷蓄積領域それぞれは、前記複数の第2光電変換素子のうちの1つに加え、当該第2光電変換素子で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部と、当該第2光電変換素子と当該電荷蓄積部とを接続するノードとを含む請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
- 前記電荷蓄積部は、第1面側に前記第1及び第2光電変換素子が形成された半導体基板における前記第1面とは反対側の第2面上に形成されたポリシリコン電極を電荷蓄積層とする構造を備える請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の第1光電変換素子それぞれの前記受光面は、第1の面積を有し、
前記複数の第2光電変換素子それぞれの前記受光面は、前記第1の面積よりも小さい第2の面積を有する
請求項1~4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の第1光電変換素子それぞれは、所定の不純物が第1の濃度で拡散された領域よりなり、
前記複数の第2光電変換素子それぞれは、前記所定の不純物が前記第1の濃度よりも低い第2の濃度で拡散された領域よりなる
請求項1~4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の第1カラーフィルタは、ベイヤー配列、X-Trans(登録商標)型配列、クワッドベイヤー配列及びホワイトRGB型配列のうちの1つに従って配列している請求項1~6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の第1カラーフィルタは、可視光に対してブロードな光透過特性を備えるカラーフィルタを含む請求項1~7のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の第1カラーフィルタは、可視光に対してブロードな光透過特性を備え、且つ、可視光の80%(パーセント)以下を透過するカラーフィルタを含む請求項1~8のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の第1カラーフィルタは、RGB三原色に対して補色の関係にある色の波長成分を透過させるカラーフィルタを含む請求項1~9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の第1カラーフィルタのうちの少なくとも1つは、遮光膜である請求項1~10のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の第1カラーフィルタは、赤外光を透過するカラーフィルタを含む請求項1~11のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 電荷を蓄積する浮遊拡散領域と、
前記第1光電変換素子に発生した電荷を前記浮遊拡散領域へ転送する第1転送ゲートと、
前記電荷蓄積領域に蓄積されている電荷を前記浮遊拡散領域へ転送する第2転送ゲートと、
前記浮遊拡散領域に蓄積している電荷の量に応じた電圧値の電圧信号を信号線に発生させる増幅ゲートと、
前記増幅ゲートと前記信号線との接続を制御する選択ゲートと、
前記浮遊拡散領域に蓄積されている電荷の放出を制御するリセットゲートと、
を備える請求項1~12のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - それぞれ第1の感度を備え、2次元格子状に配列する複数の第1光電変換素子と、
それぞれ前記第1の感度よりも低い第2の感度を備え、前記複数の第1光電変換素子の間それぞれに配置されて2次元格子状に配列する複数の第2光電変換素子と、
それぞれ前記複数の第2光電変換素子のうちの1つを含み、前記複数の第2光電変換素子それぞれで発生した電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域と、
前記複数の第1光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第1カラーフィルタと、
前記複数の第2光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第2カラーフィルタと、
を備え、
前記複数の第1カラーフィルタは、第1の波長成分を透過する第3カラーフィルタと、前記第1の波長成分とは異なる第2の波長成分を透過する第4カラーフィルタとを含み、
前記複数の第2カラーフィルタは、第3の波長成分を透過する第5カラーフィルタと、前記第3の波長成分とは異なる第4の波長成分を透過する第6カラーフィルタとを含み、
可視光域においてブロードな光強度の白色光が入射した場合に前記受光面に前記第3カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量は、前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第4カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量よりも多く、
前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第5カラーフィルタが設けられた前記第2光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量は、前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第6カラーフィルタが設けられた前記第2光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量よりも多く、
前記受光面に前記第3カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子に最も近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面には、前記第5カラーフィルタが設けられており、
前記受光面に前記第4カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子に最も近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面には、前記第6カラーフィルタが設けられている、
固体撮像装置。 - 複数の単位画素が行列方向に配列した画素アレイ部と、
前記複数の単位画素における読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路により駆動された前記読出し対象の単位画素から画素信号を読み出す処理回路と、
前記駆動回路及び前記処理回路を制御する制御部と、
を備え、
前記画素アレイ部は、
それぞれ第1の感度を備え、2次元格子状に配列する複数の第1光電変換素子と、
それぞれ前記第1の感度よりも低い第2の感度を備え、前記複数の第1光電変換素子の間それぞれに配置されて2次元格子状に配列する複数の第2光電変換素子と、
それぞれ前記複数の第2光電変換素子のうちの1つを含み、前記複数の第2光電変換素子それぞれで発生した電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域と、
前記複数の第1光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第1カラーフィルタと、
前記複数の第2光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第2カラーフィルタと、
を含み、
前記複数の第1光電変換素子それぞれにおいて最も近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第2カラーフィルタは、当該電荷蓄積領域に最も近接する前記第1光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第1カラーフィルタと同一の波長成分を透過させ、
前記複数の第1光電変換素子それぞれにおいて最も近接する前記電荷蓄積領域が2つ以上存在する場合、当該2つ以上の電荷蓄積領域それぞれに近接するトランジスタのうち、前記第1及び第2光電変換素子に電荷を発生させる蓄積期間中に与えられる電位が最も低電位であるトランジスタに近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第2カラーフィルタは、当該電荷蓄積領域に最も近接する前記第1光電変換素子の前記受光面に対して設けられた前記第1カラーフィルタと同一の前記波長成分を透過させる、
電子機器。 - 複数の単位画素が行列方向に配列した画素アレイ部と、
前記複数の単位画素における読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路により駆動された前記読出し対象の単位画素から画素信号を読み出す処理回路と、
前記駆動回路及び前記処理回路を制御する制御部と、
を備え、
前記画素アレイ部は、
それぞれ第1の感度を備え、2次元格子状に配列する複数の第1光電変換素子と、
それぞれ前記第1の感度よりも低い第2の感度を備え、前記複数の第1光電変換素子の間それぞれに配置されて2次元格子状に配列する複数の第2光電変換素子と、
それぞれ前記複数の第2光電変換素子のうちの1つを含み、前記複数の第2光電変換素子それぞれで発生した電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域と、
前記複数の第1光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第1カラーフィルタと、
前記複数の第2光電変換素子それぞれの受光面に対して一対一に設けられた複数の第2カラーフィルタと、
を含み、
前記複数の第1カラーフィルタは、第1の波長成分を透過する第3カラーフィルタと、前記第1の波長成分とは異なる第2の波長成分を透過する第4カラーフィルタとを含み、
前記複数の第2カラーフィルタは、第3の波長成分を透過する第5カラーフィルタと、前記第3の波長成分とは異なる第4の波長成分を透過する第6カラーフィルタとを含み、
可視光域においてブロードな光強度の白色光が入射した場合に前記受光面に前記第3カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量は、前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第4カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量よりも多く、
前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第5カラーフィルタが設けられた前記第2光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量は、前記白色光が入射した場合に前記受光面に前記第6カラーフィルタが設けられた前記第2光電変換素子が単位時間あたりに発生させる電荷の量よりも多く、
前記受光面に前記第3カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子に最も近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面には、前記第5カラーフィルタが設けられており、
前記受光面に前記第4カラーフィルタが設けられた前記第1光電変換素子に最も近接する前記電荷蓄積領域に含まれる前記第2光電変換素子の前記受光面には、前記第6カラーフィルタが設けられている、
電子機器。
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