【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に測距機能と撮像機能を兼ね備えた固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の位相差検出方式を用いた焦点検出装置を組み込んだ固体撮像装置としては、次のようなものが提案されている。図７を用いてその例を説明する。１０１、１０２は視点Ａと呼ぶ領域を通過する光束の代表、１０３、１０４は視点Ｂと呼ぶ領域を通過する光束の代表である。視点Ａを通過した光束を捕らえる光電変換部Ａ１０６、視点Ｂを通過した光束を捕らえる光電変換部Ｂ１０７の二つの受光部に対して一つのマイクロレンズ１０５が設けられている。それぞれの対において視点Ａの光束を捕らえた像データＡ（１），・・・，Ａ（ｋ），Ａ（ｋ＋１），・・・，Ａ（Ｎ）、視点Ｂの光束を捕らえた像データＢ（１），・・・，Ｂ（ｋ），Ｂ（ｋ＋１），・・・，Ｂ（Ｎ）が得られ、それらの相関演算を行うことによりデフォーカス量を検出し、光学系を所望の状態に変化させ、焦点検出を行うことができる。
【０００３】
このような位相差検出方式を用いた焦点検出装置を組み込んだ固体撮像装置の画素の平面図を図８に示す。マイクロレンズ２００は図７中のマイクロレンズ１０５に対応し、光電変換部Ａ２０１、Ｂ２０２はそれぞれ図７中の光電変換部Ａ１０６、Ｂ１０７に対応する。また、本図においては画素内でマイクロレンズ、光電変換部以外の要素は省略している。
【０００４】
図８の画素の等価回路図の一例を図９に示す。図９において、光電変換部Ａ５０１、光電変換部Ｂ５０２それぞれの一端は、転送ＭＯＳトランジスタＡ５０３、転送ＭＯＳトランジスタＢ５０４を介して浮遊拡散部容量Ｃｆｄおよびソースフォロア入力ＭＯＳトランジスタ５０５のゲートに接続され、ソースフォロア入力ＭＯＳトランジスタのドレインは選択ＭＯＳトランジスタ５０６のソースに接続され、またソースは垂直信号線５０８へと接続されている。選択ＭＯＳトランジスタ５０６のドレインは電源５０９に接続されている。リセットＭＯＳトランジスタ５０７は光電変換部や浮遊拡散領域に蓄積された電荷のリセットに用いる。本回路は光電変換部に蓄積された電荷に応じて浮遊拡散部に生じた電圧振幅をソースフォロア回路で電荷増幅して垂直信号線により読み出すものである。
【０００５】
図９の等価回路図で示される画素において、測距時には転送ＭＯＳトランジスタＡにより光電変換部Ａでの光電変換結果を読み出した後に転送ＭＯＳトランジスタＢにより光電変換部Ｂでの光電変換結果を読み出すことによりこれらを独立に読み出すことが可能であり、撮像時には転送ＭＯＳトランジスタＡ、Ｂを同時にオンすることにより光電変換部Ａ、Ｂでの光電変換結果を加算して読み出すことが可能である。また、例えば、光電変換部が複数個に分割された画素において複数個の光電変換部の各々に対して信号線を設けることにより光電変換結果を独立に読み出し、加算は画素外で行うという方法等、他の方法を用いることができるものである。これにより、測距時には光電変換部が複数個に分割された画素において、各々の光電変換部は光電変換結果を独立に読み出し、撮像時には加算して読み出すことにより、測距・撮像両機能を有する固体撮像装置を構成することができる。
【０００６】
なお本発明に関連する構成の等価回路が、特許文献１の第７図に開示されている。ただし等価回路図の具体的な実現方法は示されておらず、光電変換部に対応して転送用絶縁ゲート型トランジスタが設けられた構成の開示はない。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２９７７０６０号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述の測距機能と撮像機能を兼ね備えた固体撮像装置においては、撮像機能のみを備えた固体撮像装置と比較して浮遊拡散部の容量が大きくなることに起因して感度が低下するという問題点がある。以下これを説明する。測距機能と撮像機能を兼ね備えた固体撮像装置においては、一画素内で光電変換部が分割されており、前述のように撮像時には両光電変換部からの光信号は共通の浮遊拡散部に読み出される。
【０００９】
画素の平面図の一例を図１０に示す。図１０においては、画素領域６００内に光電変換部６０３，６０４、転送スイッチ（転送ＭＯＳトランジスタ）６０５，６０６、浮遊拡散部６０７、マイクロレンズ６０２、素子分離領域６０３が示されている。浮遊拡散部６０７は図示されないソースフォロアアンプに接続される。このように、一つの浮遊拡散部が２つの光電変換部に繋がっているために、図１１の平面図に示される光電変換部が分割されていない固体撮像装置と比較して浮遊拡散部の面積が大きくなり、その容量も大きくなる。
【００１０】
図１１において、画素領域７００内に光電変換部７０３、転送スイッチ（転送ＭＯＳトランジスタ）７０４、浮遊拡散部７０５、マイクロレンズ７０２、素子分離領域７０１が示されている。
【００１１】
ここで、光電変換部で発生する光電荷量をＱＰＤ、浮遊拡散部の容量をＣＦＤとした場合、光電荷ΔＱＰＤによって浮遊拡散部に生じる電圧振幅ΔＶＦＤは、ΔＶＦＤ＝ΔＱＰＤ／ＣＦＤで与えられるために、光電荷ΔＱＰＤが同じであっても容量ＣＦＤが大きくなると感度が低下するという問題が生じる。また、図１０に示される画素においては浮遊拡散部の面積が大きいことに付随して光電変換部の面積が小さくなり、これによる感度および飽和電荷量の低下も問題となる。
【００１２】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、測距機能と撮像機能を兼ね備えた固体撮像装置において浮遊拡散部の容量を減少させることによる感度向上および光電変換部の面積を増加させることによる感度向上および飽和電荷量の増大を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用】
上述の問題を解決する手段として、本発明は、複数の光電変換部に分割された光電変換素子と、各光電変換部に対してそれぞれに設けられた転送用絶縁ゲート型トランジスタと、該転送用絶縁ゲート型トランジスタから信号電荷を受ける一つの浮遊拡散部と、を含む画素を二次元状に配列した固体撮像装置において、
前記複数の光電変換部のうち隣接する二つの光電変換部を第一及び第二の光電変換部とし、該第一及び第二の光電変換部に対応して設けられた前記転送用絶縁ゲート型トランジスタを第一及び第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタとするとき、前記第一及び第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタは隣接して配され、
前記第一の光電変換部は前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタを介して前記浮遊拡散部に信号電荷を転送し、前記第二の光電変換部は前記第一及び第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタを介して前記浮遊拡散部に信号電荷を転送してなる固体撮像装置を提供する。
【００１４】
本発明においては、例えば図１に示すように、第一の光電変換部からの光電荷は前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタによって制御される転送チャネルおよび前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタによって制御される転送チャネルを介して前記浮遊拡散部に読み出され、前記第二の光電変換部からの光電荷は前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタによって制御される転送チャネルを介して前記浮遊拡散部に読み出されるように構成することによって浮遊拡散部容量の減少、光電変換部面積の増加を実現することが可能である。
【００１５】
本発明では、第一の光電変換部からの光電荷は第一の転送スイッチ（絶縁ゲート型トランジスタ）の下に形成される転送チャネルおよび第二の転送スイッチの下に形成される転送チャネルを介して浮遊拡散部に読み出され、第二の光電変換部からの光電荷は第二の転送スイッチの下に形成される転送チャネルを介して浮遊拡散部に読み出される。このように第一の光電変換部と第二の光電変換部で転送チャネルを共有することによって、浮遊拡散部を二つの光電変換部に繋ぐために大きくする必要がなくなる。
【００１６】
さらに、本発明において第一、第二の転送ＭＯＳトランジスタおよびその駆動配線を２層ポリシリコン構造により構成することにより、光電変換部の面積および開口面積を増加させることにより高感度な固体撮像装置を実現することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態を図１を用いて説明する。図１は、本発明の第一の実施形態の画素領域の構成を示す平面図である。図１は図３の等価回路図で示される画素のうち光電変換部、転送ＭＯＳトランジスタを示した平面図である。
【００１９】
画素領域１０内に、第一及び第二の光電変換部１３，１４、光電変換部１３，１４からの信号電荷を転送する、隣接して配された第一及び第二の転送ＭＯＳトランジスタ１６，１７、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部１５、マイクロレンズ１２、素子分離領域１１が示されている。
【００２０】
浮遊拡散部１５は第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６にのみ繋がっているおり、図１０と比較して浮遊拡散部の面積が小さくなっている。
【００２１】
図３において、第一の光電変換部３０１は第一の転送ＭＯＳトランジスタ３０３を介して、第二の光電変換部３０２は第二及び第一の転送ＭＯＳトランジスタ３０４，３０３を介して浮遊拡散部容量Ｃｆｄおよびソースフォロア入力ＭＯＳトランジスタ３０５のゲートに接続される。ソースフォロア入力ＭＯＳトランジスタ３０５のドレインは選択ＭＯＳトランジスタ３０６のソースに接続され、またソースは垂直信号線３０８へと接続されている。選択ＭＯＳトランジスタ３０６のドレインは電源３０９に接続されている。リセットＭＯＳトランジスタ３０７は光電変換部に蓄積された電荷をリセットに用いる。本回路は光電変換部に蓄積された電荷に応じて浮遊拡散部に生じた電圧振幅をソースフォロア回路で電荷増幅して垂直信号線により読み出すものである。
【００２２】
本構造では、第一、第二の転送ＭＯＳトランジスタ１６，１７を２層ポリゲート構造によって構成することにより光電変換部面積および開口面積を増加させることが可能となる。
【００２３】
また、第一、第二の転送ＭＯＳトランジスタの駆動配線を２層ポリシリコン構造によって構成することにより光電変換部面積および開口面積を増加させることが可能となる。
【００２４】
この効果は第一、第二の転送ＭＯＳトランジスタの駆動配線を多層配線によって構成することによっても得られるものであるが、その場合、デバイスの高さの増加につながり、斜入射光に対する感度低下を引き起こすので、上記の２層ポリシリコン構造とすることが望ましい。
【００２５】
また、図１で示される画素には一つのマイクロレンズ１２が設けられており、第一の光電変換部１３と第二の光電変換部１４での光電変換結果を加算して読み出すことにより撮像を、独立に読み出して相関演算を行うことにより測距を行うことが可能である。
【００２６】
次に、本発明において撮像を行う際の光電変換部の光電荷を転送する方法を述べる。まず、第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６、第二の転送ＭＯＳトランジスタ１７にパルスが与えられていない場合の、図１におけるＢ−Ｄ−Ｃ−Ｅ、Ａ−Ｃ−Ｅに沿ったポテンシャル状況および光電変換部における信号電荷の様子を図２（ａ）に示す。この場合、信号パルスφＴＸ１，φＴＸ２がゲート電極に印加される第一、第二の転送ＭＯＳトランジスタ１６，１７の下には転送チャネルが形成されておらず、信号電荷は浮遊拡散部に転送されない。
【００２７】
撮像を行う際は、第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６、第二の転送ＭＯＳトランジスタ１７に同時にパルスを与える。このときの図１におけるＢ−Ｄ−Ｃ−Ｅ、Ａ−Ｃ−Ｅに沿ったポテンシャル状況および信号電荷が転送される様子を図２（ｂ）に示す。本例における光電荷転送は、第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６と第二の転送ＭＯＳトランジスタ１７の間隔を微細にすることで第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６によって制御される転送チャネルと第二の転送ＭＯＳトランジスタ１７によって制御される転送チャネルとの間にポテンシャル障壁を低減させることによって実現される。
【００２８】
また、本例においては第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６によって制御される転送チャネルの電位は第二の転送ＭＯＳトランジスタ１７によって制御される転送チャネルの電位よりも深くなっており、第一の光電変換部１３からの光電荷は第二の転送ＭＯＳトランジスタ１７によって制御される転送チャネルに洩れ込むことなく、また、第二の光電変換部１４からの光電荷は残されることなく浮遊拡散部１５に転送される。このような読み出しは第二の転送ＭＯＳトランジスタ１７によって制御される転送チャネルの電位が第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６によって制御される転送チャネルの電位よりも低くなるような構造を形成することによって実現される。例えば、本構造は、第一、第二の転送ＭＯＳトランジスタのチャネル部の不純物濃度を異ならせることによって実現される。
【００２９】
あるいは、第二の転送ＭＯＳトランジスタ１７に与える電圧を第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６に与える電圧よりも高くすることによっても実現可能である。また、光電変換部はリセット時に完全空乏するため、第一、第二の光電変換部１３，１４において残像やノイズは発生しない。
【００３０】
次に、測距を行う際の光電変換部の光電荷を転送する方法を述べる。測距を行う際は、まず、第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６にパルスを与える。このときの図１におけるＢ−Ｄ−Ｃ−Ｅ、Ａ−Ｃ−Ｅに沿ったポテンシャル状況および信号電荷が転送される様子を図２（ｃ）に示す。第一の光電変換部１３からの信号電荷は第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６を介して浮遊拡散部１５に読み出される。第二の転送ＭＯＳトランジスタ１７には電圧はパルスが与えられていないため、第二の光電変換部１４からの信号電荷は読み出されず、また、第一の光電変換部１３からの信号電荷が第二の光電変換部１４に洩れ込むこともない。
【００３１】
浮遊拡散部１５に読み出された信号電荷を増幅部で増幅して読み出し、浮遊拡散のレベル変化をリセットした後に、再び第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６および第二の転送ＭＯＳトランジスタ１７にパルスを与える。このときの図１におけるＢ−Ｄ−Ｃ−Ｅ、Ａ−Ｃ−Ｅに沿ったポテンシャル状況および信号電荷が転送される様子を図２（ｄ）に示す。このとき第二の光電変換部１４の信号電荷は第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６による転送チャネルおよび第二の転送ＭＯＳトランジスタ１７による転送チャネルを介して浮遊拡散部１５に読み出される。
【００３２】
また、次のような読み出しを行っても測距を行うことが可能である。まず、第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６にパルスを与え、第一の光電変換部１３からの信号電荷を第一の転送ＭＯＳトランジスタ１６を介して浮遊拡散部１５に読み出す。浮遊拡散部１５のレベル変化を出力線に読み出した後に第一、第二の転送ＭＯＳトランジスタ１６，１７にパルスを与えることにより、第二の光電変換部１４からの信号電荷は浮遊拡散部１５にて第一の光電変換部１３からの信号電荷に加算される。加算された信号と第一の光電変換部からの信号の差分をとることにより第二の光電変換部１４からの信号を得ることが可能である。差分は、チップ内外のいずれで行ってもよい。
【００３３】
（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態を図４を用いて説明する。図４は、本発明の第二の実施形態の画素領域の構成を示す平面図である。本図は図５の等価回路図で示される画素のうち光電変換部、転送ＭＯＳトランジスタを示した平面図である。
【００３４】
画素領域２０内に、第一、第二及び第三の光電変換部２３，２４，２５、光電変換部からの信号電荷を転送する第一、第二及び第三の転送ＭＯＳトランジスタ２７，２８，２９、転送された信号電荷を蓄積する浮遊拡散部２６、マイクロレンズ２２、素子分離領域２１が示されている。
【００３５】
図５において、第一の光電変換部４０１は第一の転送ＭＯＳトランジスタ４０４を介して、第二の光電変換部４０２は第二及び第一の転送ＭＯＳトランジスタ４０５，４０４を介して、第三の光電変換部３０３は第三、第二及び第一の転送ＭＯＳトランジスタ４０６，４０５，４０４を介して、浮遊拡散部容量Ｃｆｄおよびソースフォロア入力ＭＯＳトランジスタ４０７のゲートに接続される。ソースフォロア入力ＭＯＳトランジスタ４０７のドレインは選択ＭＯＳトランジスタ４０８のソースに接続され、またソースは垂直信号線４１０へと接続されている。選択ＭＯＳトランジスタ３０８のドレインは電源４１１に接続されている。リセットＭＯＳトランジスタ４０９は光電変換部に蓄積された電荷をリセットに用いる。本回路は光電変換部に蓄積された電荷に応じて浮遊拡散部に生じた電圧振幅をソースフォロア回路で電荷増幅して垂直信号線により読み出すものである。
【００３６】
本構造においては、第一の転送ＭＯＳトランジスタ４０４、第二の転送ＭＯＳトランジスタ４０５、第三の転送ＭＯＳトランジスタ４０６が２層ポリゲート構造によって構成されている。本構造は図１で示される構造と同様、浮遊拡散部は第一の転送ＭＯＳトランジスタにのみ繋がっている。本実施形態においても、図６に示す視点Ａの光束を捕らえた像データＡ（１）・・・Ａ（Ｎ）、視点Ｂの光束を捕らえた像データＢ（１）・・・Ｂ（Ｎ）の相関演算を行うことによりデフォーカス量を検出し、光学系を所望の状態に変化させ、焦点検出を行うことができる。像データＣ（１）・・・Ｃ（Ｎ）は撮像のみに用いられるものである。
【００３７】
本実施形態では、光束が最も集中している画素中央付近に第二の光電変換部２４を設けることにより、より感度の高い撮像が可能となる。本実施形態は、第一の転送ＭＯＳトランジスタ、第二の転送ＭＯＳトランジスタの駆動配線を２層ポリ構造により構成し、第三の転送ＭＯＳトランジスタの駆動配線を多層配線技術により構成する、或いは、第一の転送ＭＯＳトランジスタを多層配線技術により構成し、第二の転送ＭＯＳトランジスタ、第三の転送ＭＯＳトランジスタの駆動配線を２層ポリ構造により構成することによって実現される。
【００３８】
なお、以上説明した実施形態は光電変換素子を２、３分割した例を取りあげたが、光電変換素子を４分割以上した場合にも適用できることは勿論である。
【００３９】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の好適な実施の態様は以下に説明する態様である。
【００４０】
（実施態様１） 複数の光電変換部に分割された光電変換素子と、各光電変換部に対してそれぞれに設けられた転送用絶縁ゲート型トランジスタと、該転送用絶縁ゲート型トランジスタから信号電荷を受ける一つの浮遊拡散部と、を含む画素を二次元状に配列した固体撮像装置において、
前記複数の光電変換部のうち隣接する二つの光電変換部を第一及び第二の光電変換部とし、該第一及び第二の光電変換部に対応して設けられた前記転送用絶縁ゲート型トランジスタを第一及び第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタとするとき、前記第一及び第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタは隣接して配され、前記第一の光電変換部は前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタを介して前記浮遊拡散部に信号電荷を転送し、前記第二の光電変換部は前記第一及び第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタを介して前記浮遊拡散部に信号電荷を転送してなる固体撮像装置。
【００４１】
（実施態様２） 少なくとも第一の光電変換部と第二の光電変換部とに分割された光電変換素子と、前記第一の光電変換部、第二の光電変換部それぞれに設けられた第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタ、第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタと、信号電荷を受ける一つの浮遊拡散部と、該浮遊拡散部に接続された増幅部と、を含む画素を二次元状に配列した固体撮像装置において、
前記第一及び第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタは隣接して配され、前記第一の光電変換部は前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタを介して前記浮遊拡散部に接続され、前記第二の光電変換部は前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタおよび第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタを介して前記浮遊拡散部に接続される構造を有することを特徴とする固体撮像装置。
【００４２】
（実施態様３） 前記第一及び第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極は２層ポリゲート構造により構成されていることを特徴とする実施態様１又は２に記載の固体撮像装置。
【００４３】
（実施態様４） 少なくとも第一の光電変換部と第二の光電変換部と第三の光電変換部に分割された光電変換素子と、前記第一の光電変換部、第二の光電変換部、第三の光電変換部それぞれに設けられた第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタ、第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタ、第三の転送用絶縁ゲート型トランジスタと、信号電荷を受ける一つの浮遊拡散部と、該浮遊拡散部に接続された増幅部と、を含む画素を二次元状に配列した固体撮像装置において、
前記第一、第二及び第三の転送用絶縁ゲート型トランジスタは隣接して配され、前記第一の光電変換部は前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタを介して前記浮遊拡散部に接続され、前記第二の光電変換部は前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタおよび前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタを介して前記浮遊拡散部に接続され、前記第三の光電変換部は前記第三の転送用絶縁ゲート型トランジスタ、前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタおよび前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタを介して前記浮遊拡散部に接続される構造を有することを特徴とする固体撮像装置。
【００４４】
（実施態様５） 前記第一、第二及び第三の転送用絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極は２層ポリゲート構造により構成されていることを特徴とする実施態様４に記載の固体撮像装置。
【００４５】
（実施態様６） 前記浮遊拡散部の電位をリセットするためのリセット用絶縁ゲート型トランジスタを有することを特徴とする実施態様１から５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【００４６】
（実施態様７） 前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタによって制御される転送チャネルの電位が前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタによって制御される転送チャネルの電位よりも浅くなるように転送チャネル領域が構成されていることを特徴とする実施態様１から６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【００４７】
（実施態様８） 一つの画素に対して一つのマイクロレンズを画素上に設けたことを特徴とする実施態様１から７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【００４８】
（実施態様９） 前記第二の光電変換部からの信号電荷は前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタによって制御される転送チャネルおよび前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタによって制御される転送チャネルを介して前記浮遊拡散部に読み出され、前記第一の光電変換部からの信号電荷は前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタによって制御される転送チャネルを介して前記浮遊拡散部に読み出されることを特徴とする実施態様１から８のいずれかに記載の固体撮像装置。
【００４９】
（実施態様１０） 前記リセット用絶縁ゲート型トランジスタにより前記浮遊拡散部および前記光電変換部がリセットされることを特徴とする実施態様６から９のいずれかに記載の固体撮像装置。
【００５０】
（実施態様１１） 前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタによって制御される転送チャネルの電位が前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタによって制御される転送チャネルの電位よりも浅くなるように第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタと第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタに与える電圧を変えることを特徴とする実施態様１から１０のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【００５１】
（実施態様１２） 前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタおよび第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタに同時にパルスを供給することによって第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタ下および第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタ下に転送チャネルを形成し前記第一の光電変換部と前記第二の光電変換部からの信号を前記浮遊拡散部にて加算するように制御することを特徴とする実施態様１から１０のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【００５２】
（実施態様１３） 前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタにパルスを供給することによって第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタ下に転送チャネルを形成し第一の光電変換部からの信号電荷によって生じる前記浮遊拡散部のレベル変化を読み出し、前記浮遊拡散部のレベル変化をリセットした後に前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタおよび前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタにパルスを供給することによって前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタおよび前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタ下に転送チャネルを形成し第二の光電変換部からの信号電荷によって生じる前記浮遊拡散部のレベル変化を読み出すように制御することを特徴とする実施態様１から１０のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【００５３】
（実施態様１４） 前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタにパルスを供給することによって第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタ下に転送チャネルを形成し第一の光電変換部からの信号電荷によって生じる浮遊拡散部のレベル変化を第１信号として読み出した後に、前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタおよび前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタにパルスを供給することによって前記第一の転送用絶縁ゲート型トランジスタおよび前記第二の転送用絶縁ゲート型トランジスタ下に転送チャネルを形成し前記第二の光電変換部からの信号電荷を浮遊拡散部にて第一の光電変換部からの信号電荷に加算して第２信号として読み出すことを特徴とする実施態様１から１０のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。
【００５４】
（実施態様１５） 前記第１信号と前記第２信号とを差分演算することを特徴とする実施態様１４に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、浮遊拡散部の面積を小さくすること、および、光電変換部の面積を大きくするが可能となる。これにより高感度な撮像、測距兼用の固体撮像装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態の固体撮像装置の構成を説明する平面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態の固体撮像装置の動作を説明するためのポテンシャル図である。
【図３】本発明の第一の実施形態の固体撮像装置の等価回路図である。
【図４】本発明の第二の実施形態の固体撮像装置の構成を説明する平面図である。
【図５】本発明の第二の実施形態の固体撮像装置の等価回路図である。
【図６】本発明の構成において、入射する光束がマイクロレンズを介して光電変換部に入射する状態を示す図である。
【図７】従来の構成において、入射する光束がマイクロレンズを介して光電変換部に入射する状態を示す図である。
【図８】従来の固体撮像装置の構成を説明する平面図である。
【図９】従来の固体撮像装置の等価回路図である。
【図１０】従来の固体撮像装置の構成を説明する平面図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の構成を説明する平面図である。
【符号の説明】
１０ 画素領域
１１ 素子分離領域
１２ マイクロレンズ
１３ 第一の光電変換部
１４ 第二の光電変換部
１５ 浮遊拡散部
１６ 第一の転送ＭＯＳトランジスタ
１７ 第二の転送ＭＯＳトランジスタ
２０ 画素領域
２１ 素子分離領域
２２ マイクロレンズ
２３ 第一の光電変換部
２４ 第二の光電変換部
２５ 第三の光電変換部
２６ 浮遊拡散部
２７ 第一の転送ＭＯＳトランジスタ
２７ 第二の転送ＭＯＳトランジスタ
２７ 第三の転送ＭＯＳトランジスタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device mainly having both a distance measuring function and an imaging function.
[0002]
[Prior art]
The following has been proposed as a solid-state imaging device incorporating a focus detection device using a conventional phase difference detection method. An example will be described with reference to FIG. 101 and 102 are representatives of light beams passing through an area called viewpoint A, and 103 and 104 are representatives of light beams passing through an area called viewpoint B. One microlens 105 is provided for two light receiving units, a photoelectric conversion unit A106 that captures a light beam that has passed through the viewpoint A and a photoelectric conversion unit B107 that captures a light beam that has passed through the viewpoint B. Image data A (1),..., A (k), A (k + 1),..., A (N), capturing the luminous flux of the viewpoint A in each pair, and image data capturing the luminous flux of the viewpoint B , B (k), B (k + 1),..., B (N) are obtained, and by performing a correlation operation on them, the defocus amount is detected and a desired optical system is obtained. And focus detection can be performed.
[0003]
FIG. 8 is a plan view of a pixel of a solid-state imaging device incorporating a focus detection device using such a phase difference detection method. The microlens 200 corresponds to the microlens 105 in FIG. 7, and the photoelectric conversion units A201 and B202 correspond to the photoelectric conversion units A106 and B107 in FIG. 7, respectively. In this figure, elements other than the microlens and the photoelectric conversion unit in the pixel are omitted.
[0004]
FIG. 9 shows an example of an equivalent circuit diagram of the pixel in FIG. In FIG. 9, one end of each of a photoelectric conversion unit A501 and a photoelectric conversion unit B502 is connected to a floating diffusion unit capacitance Cfd and a gate of a source follower input MOS transistor 505 via a transfer MOS transistor A503 and a transfer MOS transistor B504. The drain of the input MOS transistor is connected to the source of the selection MOS transistor 506, and the source is connected to the vertical signal line 508. The drain of the selection MOS transistor 506 is connected to the power supply 509. The reset MOS transistor 507 is used for resetting the charge stored in the photoelectric conversion unit and the floating diffusion region. In this circuit, the voltage amplitude generated in the floating diffusion portion in accordance with the charge accumulated in the photoelectric conversion portion is charge-amplified by a source follower circuit and read out by a vertical signal line.
[0005]
In the pixel shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 9, at the time of distance measurement, the transfer MOS transistor A reads the photoelectric conversion result at the photoelectric conversion unit A, and then the transfer MOS transistor B reads the photoelectric conversion result at the photoelectric conversion unit B. Can be read out independently of each other, and at the time of imaging, by turning on the transfer MOS transistors A and B at the same time, it is possible to add and read the results of photoelectric conversion in the photoelectric conversion units A and B. Further, for example, a method in which a signal line is provided for each of a plurality of photoelectric conversion units in a pixel in which the photoelectric conversion unit is divided into a plurality of parts to read out the photoelectric conversion results independently, and the addition is performed outside the pixels. , Other methods can be used. Accordingly, in a pixel in which the photoelectric conversion unit is divided into a plurality of parts at the time of distance measurement, each photoelectric conversion unit independently reads out the photoelectric conversion result, and adds and reads out the result at the time of imaging, thereby having both functions of distance measurement and imaging. A solid-state imaging device can be configured.
[0006]
An equivalent circuit having a configuration related to the present invention is disclosed in FIG. 7 of Patent Document 1. However, no specific method of realizing the equivalent circuit diagram is shown, and there is no disclosure of a configuration in which a transfer insulated gate transistor is provided corresponding to a photoelectric conversion unit.
[0007]
[Patent Document 1]
Patent No. 2977060
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the solid-state imaging device having both the distance measuring function and the imaging function described above, the sensitivity is reduced due to an increase in the capacity of the floating diffusion unit as compared with the solid-state imaging device having only the imaging function. There is. This will be described below. In a solid-state imaging device having both the distance measurement function and the imaging function, the photoelectric conversion unit is divided within one pixel, and the optical signals from both photoelectric conversion units are read out to the common floating diffusion unit during imaging as described above. It is.
[0009]
FIG. 10 shows an example of a plan view of a pixel. FIG. 10 shows photoelectric conversion units 603 and 604, transfer switches (transfer MOS transistors) 605 and 606, floating diffusion units 607, microlenses 602, and element isolation regions 603 in the pixel region 600. The floating diffusion unit 607 is connected to a source follower amplifier (not shown). As described above, since one floating diffusion unit is connected to two photoelectric conversion units, the area of the floating diffusion unit is smaller than that of the solid-state imaging device in which the photoelectric conversion unit shown in the plan view of FIG. 11 is not divided. And its capacity also increases.
[0010]
FIG. 11 shows a photoelectric conversion unit 703, a transfer switch (transfer MOS transistor) 704, a floating diffusion unit 705, a microlens 702, and an element isolation region 701 in a pixel region 700.
[0011]
Here, when the amount of photocharge generated in the photoelectric conversion unit is QPD and the capacitance of the floating diffusion unit is CFD, the voltage amplitude ΔVFD generated in the floating diffusion unit by the photocharge ΔQPD is given by ΔVFD = ΔQPD / CFD. However, even if the photocharge ΔQPD is the same, there is a problem that the sensitivity is reduced when the capacitance CFD is increased. In addition, in the pixel shown in FIG. 10, the area of the photoelectric conversion unit is reduced in association with the large area of the floating diffusion unit, and the sensitivity and the amount of saturated charge are also reduced.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. In a solid-state imaging device having both a ranging function and an imaging function, the sensitivity is improved by reducing the capacitance of a floating diffusion unit and the area of a photoelectric conversion unit is reduced. To increase the sensitivity and the amount of saturation charge by increasing the amount of
[0013]
Means and action for solving the problem
As means for solving the above problems, the present invention provides a photoelectric conversion element divided into a plurality of photoelectric conversion units, a transfer insulated gate transistor provided for each photoelectric conversion unit, In a solid-state imaging device in which pixels including one floating diffusion portion receiving a signal charge from an insulated gate transistor and two-dimensionally including pixels
Two adjacent photoelectric conversion units among the plurality of photoelectric conversion units are first and second photoelectric conversion units, and the transfer insulating gate type provided corresponding to the first and second photoelectric conversion units. When the transistor is a first and second transfer insulated gate transistors, the first and second transfer insulated gate transistors are arranged adjacent to each other,
The first photoelectric conversion unit transfers a signal charge to the floating diffusion unit via the first transfer insulated gate transistor, and the second photoelectric conversion unit performs the first and second transfer insulation. Provided is a solid-state imaging device that transfers a signal charge to the floating diffusion unit via a gate transistor.
[0014]
In the present invention, for example, as shown in FIG. 1, the photocharge from the first photoelectric conversion unit is controlled by the first transfer insulated gate transistor and the second transfer insulated gate transistor. The charge is read out to the floating diffusion unit via a transfer channel controlled by a transistor, and the photoelectric charge from the second photoelectric conversion unit is transferred via a transfer channel controlled by the second insulated gate transistor for transfer. It is possible to reduce the capacitance of the floating diffusion portion and increase the area of the photoelectric conversion portion by configuring so as to be read out by the floating diffusion portion.
[0015]
According to the present invention, the photocharge from the first photoelectric conversion unit passes through a transfer channel formed below the first transfer switch (insulated gate transistor) and a transfer channel formed below the second transfer switch. And read out to the floating diffusion unit, and the photoelectric charge from the second photoelectric conversion unit is read out to the floating diffusion unit via a transfer channel formed below the second transfer switch. Thus, by sharing the transfer channel between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, it is not necessary to increase the size of the floating diffusion unit to connect the two photoelectric conversion units.
[0016]
Further, according to the present invention, the first and second transfer MOS transistors and their drive wirings are formed of a two-layer polysilicon structure, so that the area of the photoelectric conversion unit and the opening area thereof are increased to realize a high-sensitivity solid-state imaging device. It can be realized.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a pixel region according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a plan view showing a photoelectric conversion unit and a transfer MOS transistor among the pixels shown in the equivalent circuit diagram of FIG.
[0019]
In the pixel region 10, the first and second photoelectric conversion units 13 and 14 and the first and second transfer MOS transistors 16 and 16 disposed adjacent to each other, which transfer the signal charges from the photoelectric conversion units 13 and 14, respectively. 17, a floating diffusion portion 15 for accumulating the transferred signal charges, a microlens 12, and an element isolation region 11 are shown.
[0020]
The floating diffusion section 15 is connected only to the first transfer MOS transistor 16, and the area of the floating diffusion section is smaller than that of FIG.
[0021]
In FIG. 3, the first photoelectric conversion unit 301 is via a first transfer MOS transistor 303, and the second photoelectric conversion unit 302 is via a second and a first transfer MOS transistor 304, 303 and has a floating diffusion unit capacitance. Cfd and the gate of the source follower input MOS transistor 305 are connected. The drain of the source follower input MOS transistor 305 is connected to the source of the selection MOS transistor 306, and the source is connected to the vertical signal line 308. The drain of the selection MOS transistor 306 is connected to the power supply 309. The reset MOS transistor 307 uses the charge stored in the photoelectric conversion unit for reset. In this circuit, the voltage amplitude generated in the floating diffusion portion in accordance with the charge accumulated in the photoelectric conversion portion is charge-amplified by a source follower circuit and read out by a vertical signal line.
[0022]
In this structure, by forming the first and second transfer MOS transistors 16 and 17 with a two-layer poly gate structure, it is possible to increase the area of the photoelectric conversion unit and the area of the opening.
[0023]
Further, by forming the drive wiring of the first and second transfer MOS transistors with a two-layer polysilicon structure, it is possible to increase the area of the photoelectric conversion unit and the area of the opening.
[0024]
This effect can also be obtained by configuring the drive wirings of the first and second transfer MOS transistors with multilayer wirings. In this case, however, this leads to an increase in the height of the device and a decrease in sensitivity to oblique incident light. Therefore, it is desirable to adopt the above-described two-layer polysilicon structure.
[0025]
Further, one micro lens 12 is provided in the pixel shown in FIG. 1, and an image is taken by adding and reading the photoelectric conversion results of the first photoelectric conversion unit 13 and the second photoelectric conversion unit 14. The distance can be measured by independently reading and performing a correlation operation.
[0026]
Next, a method of transferring the photocharge of the photoelectric conversion unit when performing imaging in the present invention will be described. First, when no pulse is given to the first transfer MOS transistor 16 and the second transfer MOS transistor 17, the potential situation along the BCDCE and ACE in FIG. FIG. 2A shows the state of the signal charges in the conversion unit. In this case, no transfer channel is formed under the first and second transfer MOS transistors 16 and 17 to which the signal pulses φTX1 and φTX2 are applied to the gate electrodes, and the signal charge is not transferred to the floating diffusion portion.
[0027]
When performing imaging, a pulse is applied to the first transfer MOS transistor 16 and the second transfer MOS transistor 17 simultaneously. FIG. 2B shows a potential state along the BDCE and ACE in FIG. 1 and a state in which signal charges are transferred at this time. The photo charge transfer in the present example is performed by making the distance between the first transfer MOS transistor 16 and the second transfer MOS transistor 17 fine, and thereby controlling the transfer channel controlled by the first transfer MOS transistor 16 and the second transfer MOS transistor. This is realized by reducing a potential barrier between the transfer channel controlled by the transistor 17 and the transfer channel.
[0028]
In this example, the potential of the transfer channel controlled by the first transfer MOS transistor 16 is deeper than the potential of the transfer channel controlled by the second transfer MOS transistor 17, and the first photoelectric conversion unit 13 is transferred to the floating diffusion unit 15 without leaking into the transfer channel controlled by the second transfer MOS transistor 17 and without leaving the photoelectric charge from the second photoelectric conversion unit 14. You. Such reading is realized by forming a structure in which the potential of the transfer channel controlled by the second transfer MOS transistor 17 is lower than the potential of the transfer channel controlled by the first transfer MOS transistor 16. You. For example, this structure is realized by making the impurity concentrations of the channel portions of the first and second transfer MOS transistors different.
[0029]
Alternatively, it can be realized by making the voltage applied to the second transfer MOS transistor 17 higher than the voltage applied to the first transfer MOS transistor 16. Further, since the photoelectric conversion unit is completely depleted at the time of reset, no afterimage or noise occurs in the first and second photoelectric conversion units 13 and 14.
[0030]
Next, a method of transferring the photoelectric charge of the photoelectric conversion unit when performing distance measurement will be described. When performing distance measurement, first, a pulse is applied to the first transfer MOS transistor 16. FIG. 2C shows a potential state along the BDCE and ACE in FIG. 1 and a state in which signal charges are transferred at this time. The signal charges from the first photoelectric conversion unit 13 are read out to the floating diffusion unit 15 via the first transfer MOS transistor 16. Since no pulse is given to the second transfer MOS transistor 17, the signal charge from the second photoelectric conversion unit 14 is not read out, and the signal charge from the first photoelectric conversion unit 13 is Does not leak into the photoelectric conversion unit 14.
[0031]
The signal charge read out to the floating diffusion unit 15 is amplified and read by the amplifying unit, and after resetting the level change of the floating diffusion, a pulse is again supplied to the first transfer MOS transistor 16 and the second transfer MOS transistor 17. . FIG. 2D shows a potential state along the BDCE and ACE in FIG. 1 and a state in which signal charges are transferred at this time. At this time, the signal charges of the second photoelectric conversion unit 14 are read out to the floating diffusion unit 15 via the transfer channel by the first transfer MOS transistor 16 and the transfer channel by the second transfer MOS transistor 17.
[0032]
Further, the distance measurement can be performed even if the following readout is performed. First, a pulse is given to the first transfer MOS transistor 16, and the signal charge from the first photoelectric conversion unit 13 is read out to the floating diffusion unit 15 via the first transfer MOS transistor 16. By applying a pulse to the first and second transfer MOS transistors 16 and 17 after reading the level change of the floating diffusion unit 15 to the output line, the signal charge from the second photoelectric conversion unit 14 is transmitted to the floating diffusion unit 15. Is added to the signal charge from the first photoelectric conversion unit 13. The signal from the second photoelectric conversion unit 14 can be obtained by taking the difference between the added signal and the signal from the first photoelectric conversion unit. The difference may be made inside or outside the chip.
[0033]
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a plan view showing a configuration of a pixel region according to the second embodiment of the present invention. This figure is a plan view showing a photoelectric conversion unit and a transfer MOS transistor among the pixels shown in the equivalent circuit diagram of FIG.
[0034]
In the pixel area 20, first, second and third photoelectric conversion units 23, 24 and 25, first, second and third transfer MOS transistors 27, 28, which transfer signal charges from the photoelectric conversion units. 29, a floating diffusion portion 26 for accumulating transferred signal charges, a microlens 22, and an element isolation region 21 are shown.
[0035]
In FIG. 5, the first photoelectric conversion unit 401 is connected via a first transfer MOS transistor 404, and the second photoelectric conversion unit 402 is connected via a second and first transfer MOS transistors 405, 404 to a third transfer unit. The photoelectric conversion unit 303 is connected to the floating diffusion unit capacitance Cfd and the gate of the source follower input MOS transistor 407 via the third, second, and first transfer MOS transistors 406, 405, and 404. The drain of the source follower input MOS transistor 407 is connected to the source of the selection MOS transistor 408, and the source is connected to the vertical signal line 410. The drain of the selection MOS transistor 308 is connected to the power supply 411. The reset MOS transistor 409 uses the charge stored in the photoelectric conversion unit for reset. In this circuit, the voltage amplitude generated in the floating diffusion portion in accordance with the charge accumulated in the photoelectric conversion portion is charge-amplified by a source follower circuit and read out by a vertical signal line.
[0036]
In this structure, the first transfer MOS transistor 404, the second transfer MOS transistor 405, and the third transfer MOS transistor 406 have a two-layer poly gate structure. In this structure, as in the structure shown in FIG. 1, the floating diffusion portion is connected only to the first transfer MOS transistor. Also in the present embodiment, image data A (1)... A (N) capturing light flux at viewpoint A and image data B (1)... B (N) capturing light flux at viewpoint B shown in FIG. By performing the correlation operation of (2), the amount of defocus can be detected, the optical system can be changed to a desired state, and focus detection can be performed. The image data C (1)... C (N) is used only for imaging.
[0037]
In the present embodiment, by providing the second photoelectric conversion unit 24 near the center of the pixel where the light flux is most concentrated, imaging with higher sensitivity can be performed. In the present embodiment, the drive wirings of the first transfer MOS transistor and the second transfer MOS transistor are configured by a two-layer poly structure, and the drive wirings of the third transfer MOS transistor are configured by a multilayer wiring technique. This is realized by forming one transfer MOS transistor by a multi-layer wiring technique and forming drive wirings of the second transfer MOS transistor and the third transfer MOS transistor by a two-layer poly structure.
[0038]
Although the above-described embodiment has been described by taking an example in which the photoelectric conversion element is divided into two or three, it is needless to say that the present invention can be applied to a case where the photoelectric conversion element is divided into four or more.
[0039]
The embodiments of the present invention have been described above, but the preferred embodiments of the present invention are the following.
[0040]
(Embodiment 1) A photoelectric conversion element divided into a plurality of photoelectric conversion units, a transfer insulated gate transistor provided for each photoelectric conversion unit, and a signal charge from the transfer insulated gate transistor. In a solid-state imaging device in which pixels including one receiving floating diffusion portion and are arranged two-dimensionally,
Two adjacent photoelectric conversion units among the plurality of photoelectric conversion units are first and second photoelectric conversion units, and the transfer insulating gate type provided corresponding to the first and second photoelectric conversion units. When the transistor is a first and second transfer insulated gate type transistors, the first and second transfer insulated gate type transistors are arranged adjacently, the first photoelectric conversion unit is the first A signal charge is transferred to the floating diffusion unit via a transfer insulated gate transistor, and the second photoelectric conversion unit transmits a signal to the floating diffusion unit via the first and second transfer insulated gate transistors. A solid-state imaging device that transfers electric charges.
[0041]
(Embodiment 2) A photoelectric conversion element divided into at least a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit, and a first photoelectric conversion unit provided in each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit. A pixel including the transfer insulated gate transistor for transfer, the second transfer insulated gate transistor, one floating diffusion unit for receiving signal charges, and an amplification unit connected to the floating diffusion unit is two-dimensionally formed. In an arrayed solid-state imaging device,
The first and second transfer insulated gate transistors are disposed adjacent to each other, and the first photoelectric conversion unit is connected to the floating diffusion unit via the first transfer insulated gate transistor, A solid-state imaging device having a structure in which a second photoelectric conversion unit is connected to the floating diffusion unit via the second insulated gate transistor for transfer and the first insulated gate transistor for transfer.
[0042]
(Embodiment 3) The solid-state imaging device according to Embodiment 1 or 2, wherein the gate electrodes of the first and second insulated gate transistors for transfer have a two-layer polygate structure.
[0043]
(Embodiment 4) At least a photoelectric conversion element divided into a first photoelectric conversion unit, a second photoelectric conversion unit, and a third photoelectric conversion unit, the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, A first transfer insulated gate transistor, a second transfer insulated gate transistor, a third transfer insulated gate transistor provided in each of the third photoelectric conversion units, and one floating diffusion receiving a signal charge Unit, and an amplification unit connected to the floating diffusion unit, in a solid-state imaging device in which pixels including two-dimensionally arranged,
The first, second, and third transfer insulated gate transistors are disposed adjacent to each other, and the first photoelectric conversion unit is connected to the floating diffusion unit via the first transfer insulated gate transistor. The second photoelectric conversion unit is connected to the floating diffusion unit via the second transfer insulated gate transistor and the first transfer insulated gate transistor, the third photoelectric conversion unit It has a structure connected to the floating diffusion portion via the third transfer insulated gate transistor, the second transfer insulated gate transistor, and the first transfer insulated gate transistor. Solid-state imaging device.
[0044]
(Embodiment 5) The solid-state imaging device according to Embodiment 4, wherein the gate electrodes of the first, second, and third transfer insulated gate transistors have a two-layer polygate structure.
[0045]
(Embodiment 6) The solid-state imaging device according to any one of Embodiments 1 to 5, further comprising a reset insulated gate transistor for resetting the potential of the floating diffusion portion.
[0046]
(Embodiment 7) The transfer channel is controlled so that the potential of the transfer channel controlled by the second transfer insulated gate transistor is shallower than the potential of the transfer channel controlled by the first transfer insulated gate transistor. The solid-state imaging device according to any one of Embodiments 1 to 6, wherein an area is configured.
[0047]
(Eighth Embodiment) The solid-state imaging device according to any one of the first to seventh embodiments, wherein one microlens is provided for one pixel on the pixel.
[0048]
(Embodiment 9) The signal charge from the second photoelectric conversion unit is a transfer channel controlled by the first transfer insulated gate transistor and a transfer channel controlled by the second transfer insulated gate transistor. And the signal charge from the first photoelectric conversion unit is read out to the floating diffusion unit via a transfer channel controlled by the first insulated gate transistor for transfer. The solid-state imaging device according to any one of the first to eighth embodiments, wherein:
[0049]
(Embodiment 10) The solid-state imaging device according to any one of Embodiments 6 to 9, wherein the floating diffusion section and the photoelectric conversion section are reset by the reset insulated gate transistor.
[0050]
Embodiment 11 The first transfer gate controlled by the second transfer insulated gate transistor has a lower potential than the transfer channel controlled by the first transfer insulated gate transistor. 11. The driving method for a solid-state imaging device according to any one of embodiments 1 to 10, wherein a voltage applied to the transfer insulated gate transistor and the second transfer insulated gate transistor is changed.
[0051]
Embodiment 12 By simultaneously supplying a pulse to the first transfer insulated gate transistor and the second transfer insulated gate transistor, the first transfer insulated gate transistor and the second transfer insulated gate transistor are simultaneously supplied. A transfer channel is formed under a gate type transistor, and control is performed such that signals from the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are added in the floating diffusion unit. 11. The driving method of the solid-state imaging device according to any one of 10.
[0052]
(Thirteenth embodiment) A pulse is supplied to the first transfer insulated gate transistor to form a transfer channel below the first transfer insulated gate transistor, which is generated by a signal charge from the first photoelectric conversion unit. By reading the level change of the floating diffusion unit and supplying a pulse to the first transfer insulated gate transistor and the second transfer insulated gate transistor after resetting the level change of the floating diffusion unit, A transfer channel is formed below the first transfer insulated gate transistor and the second transfer insulated gate transistor, and a level change of the floating diffusion portion caused by signal charges from the second photoelectric conversion portion is read. 11. The driving method for a solid-state imaging device according to any one of the first to tenth aspects, wherein: .
[0053]
(Embodiment 14) By supplying a pulse to the first transfer insulated gate transistor, a transfer channel is formed below the first transfer insulated gate transistor, and the transfer channel is generated by a signal charge from the first photoelectric conversion unit. After reading out the level change of the floating diffusion section as a first signal, a pulse is supplied to the first transfer insulated gate transistor and the second transfer insulated gate transistor, whereby the first transfer insulation gate transistor is supplied. A transfer channel is formed below the gate transistor and the second transfer insulated gate transistor, and the signal charge from the second photoelectric conversion unit is added to the signal charge from the first photoelectric conversion unit by the floating diffusion unit. 11. The method for driving a solid-state imaging device according to any one of embodiments 1 to 10, wherein the readout is performed as a second signal.
[0054]
(Embodiment 15) The method of driving a solid-state imaging device according to embodiment 14, wherein a difference operation is performed between the first signal and the second signal.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the area of the floating diffusion portion and increase the area of the photoelectric conversion portion. As a result, it is possible to realize a solid-state imaging device that is capable of both high-sensitivity imaging and ranging.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a potential diagram for explaining an operation of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a state in which an incident light beam enters a photoelectric conversion unit via a microlens in the configuration of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a state in which an incident light beam enters a photoelectric conversion unit via a microlens in a conventional configuration.
FIG. 8 is a plan view illustrating a configuration of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 10 is a plan view illustrating a configuration of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 11 is a plan view illustrating a configuration of a conventional solid-state imaging device.
[Explanation of symbols]
10 pixel area
11 Device isolation area
12 micro lens
13 First photoelectric conversion unit
14 Second photoelectric conversion unit
15 Floating diffusion part
16 First transfer MOS transistor
17 Second transfer MOS transistor
20 pixel area
21 Device isolation area
22 micro lens
23 First photoelectric conversion unit
24 Second photoelectric conversion unit
25 Third photoelectric conversion unit
26 Floating diffusion part
27 First transfer MOS transistor
27 Second transfer MOS transistor
27 Third transfer MOS transistor
