JP2008004753A

JP2008004753A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2008004753A
Application number: JP2006172648A
Authority: JP
Inventors: Takashi Murayama; 任村山
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】単板構成にて、可視光とともに赤外光を効率よく受光することができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】第１および第２受光部１１ａ，１１ｂは、水平方向に交互に配列された第１および第２垂直ＣＣＤ１３ａ，１３ｂの間に配設されている。第１受光部１１ａは、半導体層中に深さ方向に積層されたＢ信号電荷蓄積部およびＲ信号電荷蓄積部を備える。Ｂ信号電荷蓄積部は、その界面で青色（Ｂ）光を光電変換してＢ信号電荷を蓄積する。Ｒ信号電荷蓄積部は、その界面で赤色（Ｒ）光を光電変換してＲ信号電荷を蓄積する。第２受光部１１ｂは、半導体層中に深さ方向に積層されたＧ信号電荷蓄積部およびＩＲ信号電荷蓄積部を備える。Ｇ信号電荷蓄積部は、その界面で緑色（Ｇ）光を光電変換してＧ信号電荷を蓄積する。ＩＲ信号電荷蓄積部は、その界面で赤外（ＩＲ）光を光電変換してＩＲ信号電荷を蓄積する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換により撮像を行う固体撮像装置に関し、特に、ＣＣＤ（charge coupled device）型の固体撮像装置に関する。

ＣＣＤイメージセンサに代表される従来の固体撮像装置には、カラー画像を得るために、可視光（波長：約３８０ｎｍ〜７７０ｎｍ）中の特定の波長帯の光を受光素子（フォトダイオード）に入射させるように、カラーフィルタ（例えば、赤、緑、青の３原色の光を透過させる原色カラーフィルタ）が設けられている。これにより、各受光素子からは、カラーフィルタに対応した色信号が出力され、これらの色信号を信号処理することでカラー画像が生成される。

しかし、カラーフィルタは、赤外光（波長：約８００ｎｍ〜１５００ｎｍ）に対してはある程度の透過性を有し、受光素子は、可視光だけでなく赤外光にも感度を有するため、カラーフィルタに入射した赤外光の一部は、受光素子によって受光されてしまう。このため、デジタルカメラなどでは、不要な赤外光を遮断するために、ＩＲ（Infrared）カットフィルタを固体撮像装置の入射面側に配設し、可視光のみをカラーフィルタに入射させるようにしている。

ところで、近年、固体撮像装置の用途が大きく広がり、固体撮像装置を、赤外光の受光センサとして積極的に利用する技術が出現している。下記の特許文献１，２には、発光部から赤外光を被写体に照射した後、被写体から反射されてくる反射光を、高速シャッタを介して固体撮像装置によって撮像することにより、被写体の距離情報を取得する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術では、発光部からパルス状の赤外光を被写体に照射し、被写体距離に応じて遅延する各反射成分を受光することで、被写体の距離情報を取得している。一方、特許文献２に記載の技術では、赤外発光部からサイン波変調した赤外光を照射し、このサイン波に対して一定間隔で位相をずらした画像を取得することで被写体の距離情報を取得している。また、特許文献１，２では、可視光による通常の画像とともに、画像中の被写体の距離情報を取得することを目的としている。
米国特許第６０５７９０９号明細書米国特許第６８５６３５５号明細書

しかしながら、上記の特許文献１，２に記載の技術では、赤外光の受光に用いられる固体撮像装置は、赤外光の受光のみを行うセンサとして構成されているため、可視光の通常画像を得るためには、通常の固体撮像装置が別途必要であるとともに、被写体光を可視光と赤外光とに分離し、各固体撮像装置へ導くためのプリズムなども必要である。可視光と赤外光とを１つの固体撮像装置で受光することが可能であれば、構成が簡素となり、装置全体のサイズやコスト面で有利となるが、そのような固体撮像装置は知られていない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、単板構成にて、可視光とともに赤外光を効率よく受光することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、可視光の３原色のうちの第１色光を、界面に形成されるｐｎ接合部で光電変換して第１信号電荷を蓄積する一導電型の第１信号電荷蓄積部、および、前記３原色のうちの第２色光を、界面に形成されるｐｎ接合部で光電変換して第２信号電荷を蓄積する一導電型の第２信号電荷蓄積部が、反対導電型の半導体層中に深さ方向に積層されてなる第１受光部と、前記３原色のうちの第３色光を、界面に形成されるｐｎ接合部で光電変換して第３信号電荷を蓄積する一導電型の第３信号電荷蓄積部、および、赤外光を、界面に形成されるｐｎ接合部で光電変換して第４信号電荷を蓄積する一導電型の第４信号電荷蓄積部が、前記半導体層中に深さ方向に積層されてなる第２受光部と、前記第１および第２受光部のそれぞれに第１読み出し転送ゲートを介して接続され、前記第１信号電荷蓄積部から読み出し転送された第１信号電荷、および、前記第３信号電荷蓄積部から読み出し転送された第３信号電荷をそれぞれ垂直転送する第１垂直転送部と、前記第１および第２受光部のそれぞれに第２読み出し転送ゲートを介して接続され、前記第２信号電荷蓄積部から読み出し転送された第２信号電荷、および、前記第４信号電荷蓄積部から読み出し転送された第４信号電荷をそれぞれ垂直転送する第２垂直転送部と、前記第１および第２垂直転送部から各信号電荷を受け取り、水平転送を行う水平転送部と、前記水平転送部によって水平転送された各信号電荷を電荷量に応じた画素信号に変換して出力を行う信号出力部と、からなることを特徴とする。第１〜第３色光および赤外光は、その波長に応じて半導体層内に侵入する深さが異なり、その深さに合わせて、第１〜第３信号電荷蓄積部が形成されている。なお、一導電型とは、ｎ型またはｐ型のいずれか一方の導電型であり、反対導電型とは、一導電型とは反対の導電型である。

本発明の固体撮像装置において、前記第１受光部には、前記第３色光および赤外光の入射を遮断するとともに、前記第１および第２色光を透過させる光学フィルタが設けられており、前記第２受光部には、前記第１および第２色光の入射を遮断するとともに、前記第３色光および赤外光を透過させる光学フィルタが設けられていることが好ましい。各光学フィルタは、光電変換に係わらない光成分を遮断する。

また、前記第１および第２受光部は、前記第１および第２垂直転送部に沿う垂直方向、および、前記水平転送部に沿う水平方向に、交互に複数配列されていることが好ましい。

また、前記第１および第２垂直転送部は、前記垂直方向に１列に並んだ前記第１および第２受光部を間に挟んで対向するように配置されていることが好ましい。また、前記第１および第２垂直転送部は、前記水平方向に交互に配列されていることが好ましい。

また、前記第１色光は青色光、前記第２色光は赤色光、前記第３色光は緑色光であることが好ましい。さらに、前記１〜第４信号電荷蓄積部の導電型はｎ型、前記半導体層の導電型はｐ型であり、前記第１〜第４信号電荷は電子であることが好ましい。

本発明の固体撮像素子は、単板構成にて、可視光とともに赤外光を効率よく受光することができる。また、第１〜第３色光および赤外光の各光成分は、第１受光部または第２受光部によって（つまり２画素に１つの割合で）受光されるため、通常のベイヤー配列などに比して画質を向上させることができる。また、第１および第２受光部に、光電変換に係わらない光成分を遮光する光学フィルタを設けることにより、色分離性能をさらに向上させることができる。

図１において、本発明に係わる固体撮像装置１０は、第１および第２受光部１１ａ，１１ｂ、第１および第２読み出し転送ゲート（以下、ＴＧと略す）１２ａ，１２ｂ、第１および第２垂直ＣＣＤ１３ａ，１３ｂ、水平ＣＣＤ１４、および出力アンプ１５から構成された、インターライン転送方式のＣＣＤイメージセンサである。

第１および第２受光部１１ａ，１１ｂは、垂直方向（Ａ方向）および水平方向（Ｂ方向）に交互に並んでおり、それぞれ市松状に平面配列されている。詳しくは後述するが、第１受光部１１ａは、青色（Ｂ）光と赤色（Ｒ）光とを受光して光電変換を行い、Ｂ光によって生成されたＢ信号電荷と、Ｒ光によって生成されたＲ信号電荷とをそれぞれ蓄積する。また、第２受光部１１ｂは、緑色（Ｇ）光と赤外（ＩＲ）光とを受光して光電変換を行い、Ｇ光によって生成されたＧ信号電荷と、ＩＲ光によって生成されたＩＲ信号電荷とをそれぞれ蓄積する。なお、第１受光部１１ａには“Ｂ／Ｒ”、第２受光部１１ｂには“Ｇ／ＩＲ”を付して示している。

また、第１および第２受光部１１ａ，１１ｂは、垂直方向に延び、水平方向に交互に配列された第１および第２垂直ＣＣＤ１３ａ，１３ｂの間に配置されており、第１垂直ＣＣＤ１３ａとの間には、ＴＧ１２ａが設けられており、第２垂直ＣＣＤ１３ｂとの間には、ＴＧ１２ｂが設けられている。第１受光部１１ａからは、Ｂ信号電荷がＴＧ１２ａを介して第１垂直ＣＣＤ１３ａに読み出され、Ｒ信号電荷がＴＧ１２ｂを介して第２垂直ＣＣＤ１３ｂに読み出される。また、第２受光部１１ｂからは、Ｇ信号電荷がＴＧ１２ａを介して第１垂直ＣＣＤ１３ａに読み出され、ＩＲ信号電荷がＴＧ１２ｂを介して第２垂直ＣＣＤ１３ｂに読み出される。

第１および第２垂直ＣＣＤ１３ａ，１３ｂは、第１および第２ＴＧ１２ａ，１２ｂを介して第１および第２受光部１１ａ，１１ｂから読み出された信号電荷を、水平ＣＣＤ１４に向けて１行ずつ垂直転送を行う。第１および第２垂直ＣＣＤ１３ａ，１３ｂの垂直転送は、４種の垂直転送電極に印加される垂直転送パルスにより、４相駆動によって制御される。この４種の垂直転送電極のうち、第１，第３相の垂直転送パルスが印加される垂直転送電極２９ａ，２９ｂ（図２，３参照）は、第１および第２ＴＧ１２ａ，１２ｂの読み出し転送電極として兼用されている。

水平ＣＣＤ１４は、２種の水平転送電極により２相駆動され、第１および第２垂直ＣＣＤ１３ａ，１３ｂから転送された１行分の信号電荷を、出力アンプ１５に向けて水平転送する。出力アンプ１５は、例えば、フローティング・ディフュージョン・アンプからなり、水平ＣＣＤ１４から転送された信号電荷を検出して電荷量に応じた電圧信号に変換し、各受光部１１ａ，１１ｂに対応した画素信号を時系列的に出力する。

なお、図１中の矩形領域１６は、１つの画素（ピクセル）領域を示している。

図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿う、第１受光部１１ａを含む画素の断面を示す。ｎ型半導体基板（ｎ型シリコン基板）２０の表層には、ｐウェル層２１が形成されており、ｐウェル層２１の深部には、ｎ型半導体層からなるＲ信号電荷蓄積部２２が形成されている。Ｒ信号電荷蓄積部２２は、遮光膜２３の開口２３ａ下に層状に広がっており、水平方向の一端は、屈曲して、ｐウェル層２１の表面に達している。Ｒ信号電荷蓄積部２２とｐウェル層２１との界面に形成されるｐｎ接合部２２ａが、Ｒ光を光電変換してＲ信号電荷を生成するフォトダイオードとなっている。

ｐウェル層２１内のＲ信号電荷蓄積部２２にほぼ重なる位置の浅部には、Ｒ信号電荷蓄積部２２とｐウェル層２１を介して離間したＢ信号電荷蓄積部２４が形成されている。Ｂ信号電荷蓄積部２４も同様に、遮光膜２３の開口２３ａ下に層状に広がっており、水平方向の一端は、屈曲して、ｐウェル層２１の表面に達している。Ｂ信号電荷蓄積部２４とｐウェル層２１との界面に形成されるｐｎ接合部２４ａが、Ｂ光を光電変換してＢ信号電荷を生成するフォトダイオードとなっている。また、開口２３ａ下のｐウェル層２１の表層には、暗電流成分の発生を抑制するために高濃度にｐ型不純物が注入されたｐ^＋層２５が形成されている。

Ｒ信号電荷蓄積部２２およびＢ信号電荷蓄積部２４の深さ方向の形成位置およびその厚さは、光電変換を行う光の波長に応じて決定されている。これは、シリコン基板（本実施形態ではｐウェル層２１）への光の侵入距離には、波長依存性があり、長波長の光ほど（つまり、Ｂ光よりＲ光のほうが）、より深く侵入することを利用している（侵入距離と波長との関係は、「米国特許５９６５８７５明細書」および「特表２００２−５１３１４５号公報」に開示されている。）。

遮光膜２３下のｐウェル層２１の表層には、ｎ型半導体層からなる第１および第２チャネル２６ａ，２６ｂが形成されており、第１および第２チャネル２６ａ，２６ｂは、ｐ^＋型半導体層からなる画素分離部２７によって分離されている。第１チャネル２６ａは、ｐウェル層２１を介してＢ信号電荷蓄積部２４と離間しており、この離間部分および第１チャネル２６ａの上方には、全面に形成された透明なゲート絶縁膜２８を介して、第１相の垂直転送パルスが印加される垂直転送電極２９ａが形成されている。垂直転送電極２９ａは、水平方向（図１のＢ方向）に隣接する画素へも延在している。一方、第２チャネル２６ｂは、ｐウェル層２１を介してＲ信号電荷蓄積部２２と離間しており、この離間部分および第２チャネル２６ｂの上方には、同様に、ゲート絶縁膜２８を介して垂直転送電極２９ａが形成されている。

第１チャネル２６ａは、垂直方向（図１のＡ方向）に延在しており、その上方に交差する垂直転送電極とによって、前述の第１垂直ＣＣＤ１３ａを構成している。また、第１チャネル２６ａとＢ信号電荷蓄積部２４との離間部分は、その上方の垂直転送電極２９ａとによって、前述の第１ＴＧ１２ａを構成している。Ｂ信号電荷蓄積部２４のＢ信号電荷は、垂直転送電極２９ａに読み出し転送パルスが印加されると、上記離間部分を介して第１チャネル２６ａに転送され、垂直転送電極に印加される垂直転送パルスに応じて第１チャネル２６ａ内を移動する。

同様に、第２チャネル２６ｂは、垂直方向に延在しており、その上方に交差する垂直転送電極とによって、前述の第２垂直ＣＣＤ１３ｂを構成している。また、第２チャネル２６ｂとＲ信号電荷蓄積部２２との離間部分は、その上方の垂直転送電極２９ａとによって、前述の第２ＴＧ１２ｂを構成している。Ｒ信号電荷蓄積部２２のＢ信号電荷は、垂直転送電極２９ａに読み出し転送パルスが印加されると、上記離間部分を介して第２チャネル２６ｂに転送され、垂直転送電極に印加される垂直転送パルスに応じて第２チャネル２６ｂ内を移動する。

遮光膜２３は、層間絶縁膜３０を介して、垂直転送電極上を覆っており、前述のフォトダイオードに光を入射させる開口２３ａが形成されている。遮光膜２３および開口２３ａから露呈したゲート絶縁膜２８の上には、透明絶縁体からなる平坦化層３１が形成されている。平坦化層３１の上には、波長に応じて選択的に光を透過させる分光層３２が形成されている。

分光層３２は、画素ごとに区分けされた複数種類の光学フィルタによって構成されており、本画素の平坦化層３１上には、Ｇ光（波長：約５００ｎｍ〜６００ｎｍ）を遮断し、Ｂ光（波長：約４００ｎｍ〜５００ｎｍ）とＲ光（波長：約６００ｎｍ〜７００ｎｍ）とを透過させるマゼンタフィルタ３２ａと、ＩＲ光（波長：約８００ｎｍ〜１５００ｎｍ）を遮断し、可視光を透過させるＩＲカットフィルタ３２ｂとが順に積層されている。そして、分光層３２の上には、画素ごとに形成され、開口２３ａ内へ光を集光するためのマイクロレンズ３３が形成されている。

図３は、図１のII−II線に沿う、第２受光部１１ｂを含む画素の断面を示す。この断面構造は、ｐウェル層２１中の信号電荷蓄積部、垂直転送電極、および平坦化層３１上のフィルタの構成以外は、図２の断面構造と同一であるため、上記と異なる点のみについて説明を行う。

開口２３ａ下のｐウェル層２１中には、上記のＲ信号電荷蓄積部２２およびＢ信号電荷蓄積部２４と深さ方向の位置が異なる、ＩＲ信号電荷蓄積部３４およびＧ信号電荷蓄積部３５が形成されている。ＩＲ信号電荷蓄積部３４は、Ｒ信号電荷蓄積部２２より深い位置に形成されており、ｐウェル層２１との界面に形成されるｐｎ接合部３４ａが、ＩＲ光を光電変換してＩＲ信号電荷を生成するフォトダイオードとなっている。また、Ｇ信号電荷蓄積部３５は、Ｂ信号電荷蓄積部２４より深く、Ｒ信号電荷蓄積部２２より浅い位置に形成されており、ｐウェル層２１との界面に形成されるｐｎ接合部３５ａが、Ｇ光を光電変換してＩＲ信号電荷を生成するフォトダイオードとなっている。

ＩＲ信号電荷蓄積部３４とＧ信号電荷蓄積部３５との位置関係は、Ｒ信号電荷蓄積部２２とＢ信号電荷蓄積部２４との位置関係と同様であり、開口２３ａ下に層状に広がったＩＲ信号電荷蓄積部３４上のほぼ重なる位置に、Ｇ信号電荷蓄積部３５が形成されている。各電荷蓄積部の深さ方向の形成位置およびその厚さは、前述した、シリコン基板（ｐウェル層２１）の深さ方向への光の侵入距離と波長との関係から決定されている。

Ｇ信号電荷蓄積部３５は、第１チャネル２６ａ側の端部が屈曲してｐウェル層２１の表面に達しており、第１チャネル２６ａとｐウェル層２１を介して離間している。この離間部分は、ゲート絶縁膜２８を介して上方に形成された、第３相の垂直転送パルスが印加される垂直転送電極２９ｂとによって、第１ＴＧ１２ａを構成している。また、ＩＲ信号電荷蓄積部３４は、第２チャネル２６ｂ側の端部が屈曲してｐウェル層２１の表面に達しており、第２チャネル２６ｂとｐウェル層２１を介して離間している。この離間部分は、ゲート絶縁膜２８を介して上方に形成された垂直転送電極２９ｂとによって、第２ＴＧ１２ｂを構成している。

そして、本画素の平坦化層３１上には、Ｂ光（波長：約４００ｎｍ〜５００ｎｍ）とＲ光（波長：約６００ｎｍ〜７００ｎｍ）を遮断し、Ｇ光（波長：約５００ｎｍ〜６００ｎｍ）およびＩＲ光（波長：約８００ｎｍ〜１１００ｎｍ）を透過させるグリーンフィルタ３２ｃと、透明膜３２ｄとが順に積層されており、透明膜３２ｄの上には、マイクロレンズ３３が形成されている。グリーンフィルタ３２ｃは、前述のマゼンタフィルタ３２ａに隣接しており、透明膜３２ｄは、前述のＩＲカットフィルタ３２ｂに隣接している。透明膜３２ｄは、透明樹脂やＢＰＳＧ（Boro-phospho silicate glass）によって形成されるものであり、マイクロレンズ３３下を平坦化するために設けられている。なお、透明膜３２ｄを設けず、各フィルタ３２ａ〜３２ｃの厚さを調節することによって、マイクロレンズ３３下の平坦化を行ってもよいし、また、マイクロレンズ３３の下に、分光層３２の上面全体を覆う平坦化層を別途設けてもよい。

図４は、図２のIII−IIIに沿う電位であり、Ｂ信号電荷とＲ信号電荷とが蓄積された状態を示している。また、図５は、図３のIV−IVに沿う電位であり、Ｇ信号電荷とＩＲ信号電荷とが蓄積された状態を示している。このような電荷蓄積状態を維持するために、ｎ型半導体基板２０には、所定の基板電圧が印加されている。

次に、以上のように構成された固体撮像装置１０の動作について説明する。固体撮像装置１０に入射された光は、マイクロレンズ３３により集光された後、分光層３２によって分光される。第１受光部１１ａに入射した光は、マゼンタフィルタ３２ａとＩＲカットフィルタ３２ｂとによりＩＲ光およびＧ光が遮断され、Ｂ光およびＲ光が開口２３ａ内へ導かれる。Ｂ光は、Ｂ信号電荷蓄積部２４とｐウェル層２１との界面で光電変換され、生じた電子−正孔対のうち電子がＢ信号電荷としてＢ信号電荷蓄積部２４に蓄積される。Ｒ光は、より深く侵入し、Ｒ信号電荷蓄積部２２とｐウェル層２１との界面で光電変換され、生じた電子−正孔対のうち電子がＲ信号電荷としてＲ信号電荷蓄積部２２に蓄積される。一方、第２受光部１１ｂに入射した光は、グリーンフィルタ３２ｃによって、Ｂ光およびＲ光が遮断され、Ｇ光およびＩＲ光が開口２３ａ内へ導かれる。Ｇ光は、Ｇ信号電荷蓄積部３５とｐウェル層２１との界面で光電変換され、生じた電子−正孔対のうち電子がＧ信号電荷蓄積部３５に蓄積される。ＩＲ光は、さらに深く侵入し、ＩＲ信号電荷蓄積部３４とｐウェル層２１との界面で光電変換され、生じた電子−正孔対のうち電子がＩＲ信号電荷としてＩＲ信号電荷蓄積部３４に蓄積される。

所定期間の間、上記の蓄積が行われた後、インターレース読み出しによって信号電荷の読み出しが行われ、転送が行われる。まず、垂直転送電極２９ａに読み出し転送パルスが印加され、奇数行に位置する第１および第２受光部１１ａ，１１ｂから、第１ＴＧ１２ａを介して第１垂直ＣＣＤ１３ａにＢ信号電荷およびＧ信号電荷が読み出されるとともに、第２ＴＧ１２ｂを介して第２垂直ＣＣＤ１３ｂにＲ信号電荷およびＩＲ信号電荷が読み出される。次いで、各垂直転送電極に垂直転送パルスが印加され、第１および第２垂直ＣＣＤ１３ａ，１３ｂ中の信号電荷は、１行ずつ水平ＣＣＤ１４に転送され、水平ＣＣＤ１４に転送された各信号電荷は、水平転送されて、出力アンプ１５により画素信号に変換されて外部出力される。奇数行の電荷転送および信号出力がすべて終了すると、続いて、垂直転送電極２９ｂに読み出し転送パルスが印加され、偶数行に位置する第１および第２受光部１１ａ，１１ｂから、第１および第２垂直ＣＣＤ１３ａ，１３ｂに各信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷は、同様に、垂直・水平転送が行われた後、出力アンプ１５により画素信号に変換されて外部出力される。

そして、外部装置にて、出力アンプ１５から時系列順に出力された画素信号を、Ｒ，Ｇ，ＢとＩＲとに分類し、Ａ／Ｄ変換や画素補間などの所定の信号処理を施すことにより通常の可視光の画像データとともに、赤外光の画像データを取得することができる。

以上説明したように、固体撮像装置１０は、単板構成にて、可視光とともに赤外光を効率よく受光することができ、Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＩＲの各光成分は、２画素に１つの割合で受光されるため、通常のベイヤー配列などに比して画質がよい。また、固体撮像装置１０は、シリコン基板（ｐウェル層２１）内に積層された色検知構造のフォトダイオードにより、深さに応じた色の光を光電変換するとともに、その光電変換に係わる色以外の光を光学フィルタからなる分光層３２によって遮断しているので、色分離性能が高い。

また、固体撮像装置１０は、通常の画像撮影とともに被写体の距離情報を取得する撮影装置（前述の特許文献１または２に記載の撮影装置）に適用することにより、装置のコンパクト化および低コスト化を図ることができる。そして、この被写体の距離情報の抽出により、画像から人物のみを抽出して背景を入れ替えるといった、従来はクロマキー技術にて実施していた画像合成を、特別な設備を用意せずに通常の撮影と画像処理のみで容易に行うことができる。また、画像内の各部の距離情報を取得することにより、３次元画像の作成なども可能となる。

なお、上記実施形態では、第１および第２受光部１１ａ，１１ｂを全体として正方格子状に平面配列しているが、本発明はこれに限定されず、水平方向に隣接する受光部を垂直方向に半ピッチ（画素配列ピッチの半分）だけずらして配列した、いわゆるハニカム配列としてもよい。

また、上記実施形態では、信号電荷の読み出しを、インターレース読み出し方式によって行うように構成しているが、本発明はこれに限定されず、全画素読み出し方式を行い得るように構成してもよい。

また、上記実施形態では、光電変換によって生成される電子−正孔対のうち電子を信号電荷として扱うように、半導体基板内の各部の導電型を設定しているが、本発明はこれに限定されず、電子とは反対の極性の正孔を信号電荷として扱うように、半導体基板内の各部の導電型を、上記とは反対の導電型としてもよい。

本発明の固体撮像装置の構成を示す概略平面図である。図１のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図１のII−II線に沿う断面図である。図２のIII−III線に沿う信号電荷蓄積状態の電位を示す図である。図３のIV−IV線に沿う信号電荷蓄積状態の電位を示す図である。

符号の説明

１０固体撮像装置
１１ａ第１受光部
１１ｂ第２受光部
１３ａ第１ＣＣＤ（第１垂直転送部）
１３ｂ第２ＣＣＤ（第２垂直転送部）
１４水平ＣＣＤ（水平転送部）
１５出力アンプ（信号出力部）
２０ｎ型半導体基板
２１ｐウェル層（半導体層）
２２Ｒ信号電荷蓄積部（第２信号電荷蓄積部）
２２ａｐｎ接合部
２４Ｂ信号電荷蓄積部（第１信号電荷蓄積部）
２４ａｐｎ接合部
２６ａ第１チャネル
２６ｂ第２チャネル
３２分光層
３２ａマゼンタフィルタ
３２ｂＩＲカットフィルタ
３２ｃグリーンフィルタ
３４ＩＲ信号電荷蓄積部（第４信号電荷蓄積部）
３４ａｐｎ接合部
３５Ｇ信号電荷蓄積部（第３信号電荷蓄積部）
３５ａｐｎ接合部

Claims

可視光の３原色のうちの第１色光を、界面に形成されるｐｎ接合部で光電変換して第１信号電荷を蓄積する一導電型の第１信号電荷蓄積部、および、前記３原色のうちの第２色光を、界面に形成されるｐｎ接合部で光電変換して第２信号電荷を蓄積する一導電型の第２信号電荷蓄積部が、反対導電型の半導体層中に深さ方向に積層されてなる第１受光部と、
前記３原色のうちの第３色光を、界面に形成されるｐｎ接合部で光電変換して第３信号電荷を蓄積する一導電型の第３信号電荷蓄積部、および、赤外光を、界面に形成されるｐｎ接合部で光電変換して第４信号電荷を蓄積する一導電型の第４信号電荷蓄積部が、前記半導体層中に深さ方向に積層されてなる第２受光部と、
前記第１および第２受光部のそれぞれに第１読み出し転送ゲートを介して接続され、前記第１信号電荷蓄積部から読み出し転送された第１信号電荷、および、前記第３信号電荷蓄積部から読み出し転送された第３信号電荷をそれぞれ垂直転送する第１垂直転送部と、
前記第１および第２受光部のそれぞれに第２読み出し転送ゲートを介して接続され、前記第２信号電荷蓄積部から読み出し転送された第２信号電荷、および、前記第４信号電荷蓄積部から読み出し転送された第４信号電荷をそれぞれ垂直転送する第２垂直転送部と、
前記第１および第２垂直転送部から各信号電荷を受け取り、水平転送を行う水平転送部と、
前記水平転送部によって水平転送された各信号電荷を電荷量に応じた画素信号に変換して出力を行う信号出力部と、
からなることを特徴とする固体撮像装置。
前記第１受光部には、前記第３色光および赤外光の入射を遮断するとともに、前記第１および第２色光を透過させる光学フィルタが設けられており、前記第２受光部には、前記第１および第２色光の入射を遮断するとともに、前記第３色光および赤外光を透過させる光学フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記第１および第２受光部は、前記第１および第２垂直転送部に沿う垂直方向、および、前記水平転送部に沿う水平方向に、交互に複数配列されていることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
前記第１および第２垂直転送部は、前記垂直方向に１列に並んだ前記第１および第２受光部を間に挟んで対向するように配置されていることを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
前記第１および第２垂直転送部は、前記水平方向に交互に配列されていることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
前記第１色光は青色光、前記第２色光は赤色光、前記第３色光は緑色光であることを特徴とする請求項１ないし５記載の固体撮像装置。
前記１〜第４信号電荷蓄積部の導電型はｎ型、前記半導体層の導電型はｐ型であり、前記第１〜第４信号電荷は電子であることを特徴とする請求項１ないし６記載の固体撮像装置。