JP2008005213A - Solid-state imaging device and driving method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device and a driving method thereof that can receive visible light and infrared light and control an exposure time of the infrared light independently of an exposure time of the visible light. <P>SOLUTION: The solid imaging device 10 is an inter-line transfer type CCD image sensor having photodetecting units 11a to 11c, which receive primary colors of the visible light respectively to accumulate signal charges, and an IR photodetecting unit 11d, which receives the infrared (IR) light to accumulate signal charges, arrayed in a plane, and includes a longitudinal overflow drain (VOD) discarding signal charges of the photodetecting units 11a to 11d and a lateral overflow drain (LOD) discharging signal charges of the IR photodetecting unit 11d. The LOD comprises a discarding gate 16 connected to the IR photodetecting unit 11d and a drain area 17 to which the signal charges of the IR photodetecting unit 11d are discarded through the discarding gate 16. The LOD is placed in operation after the VOD and then signal charges are read out of the photodetecting units 11a to 11d. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光電変換により撮像を行う固体撮像装置およびその駆動方法に関し、特に、CCD(charge coupled device)型の固体撮像装置およびその駆動方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device that performs imaging by photoelectric conversion and a driving method thereof, and more particularly to a charge coupled device (CCD) type solid-state imaging device and a driving method thereof.

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。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ている。   In a conventional solid-state imaging device typified by a CCD image sensor, light in a specific wavelength band in visible light (wavelength: about 380 nm to 770 nm) is incident on a light receiving element (photodiode) in order to obtain a color image. Thus, a color filter (for example, a primary color filter that transmits light of three primary colors of red, green, and blue) is provided. However, the color filter has a certain degree of transparency to infrared light (wavelength: about 800 nm to 1500 nm), and the light receiving element is sensitive not only to visible light but also to infrared light. Part of the infrared light incident on the light is received by the light receiving element. For this reason, in a digital camera or the like, an IR (Infrared) cut filter is disposed on the incident surface side of the solid-state imaging device in order to block unnecessary infrared light.

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
By the way, in recent years, the use of solid-state imaging devices has been greatly expanded, and techniques for actively using solid-state imaging devices as infrared light receiving sensors have appeared. In Patent Documents 1 and 2 below, the distance of the subject is obtained by irradiating the subject with infrared light from the light emitting unit and then imaging the reflected light reflected from the subject with a solid-state imaging device via a high-speed shutter. A technique for acquiring information is disclosed. In the technique described in Patent Document 1, the subject distance information is acquired by irradiating the subject with pulsed infrared light from the light emitting unit and receiving each reflection component delayed according to the subject distance. On the other hand, in the technique described in Patent Document 2, the distance information of the subject is obtained by irradiating a sine wave-modulated infrared light from the infrared light emitting unit and acquiring an image whose phase is shifted at a constant interval with respect to the sine wave. Is getting. Patent Documents 1 and 2 aim to acquire distance information of a subject in an image together with a normal image by visible light.
US Pat. No. 6,057,909 US Pat. No. 6,856,355

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。   However, in the techniques described in Patent Documents 1 and 2 described above, the solid-state imaging device used for receiving infrared light is configured as a sensor that receives only infrared light. In order to obtain this, a normal solid-state imaging device is separately required, and a prism for separating the subject light into visible light and infrared light and guiding them to each solid-state imaging device is also required.

また、上記の特許文献1,2に記載の技術では、赤外光の照射後、所定の距離範囲の被写体からの反射される極短い時間幅の光のみを受光するために、高速動作を行う電気光学シャッタやイメージ・インテンシファイア等のシャッタ装置を用いて露光時間(シャッタ速度)を制御しているが、これらのシャッタ装置は、駆動時に高電圧が要され、また、高価であるといった欠点がある。   In the techniques described in Patent Documents 1 and 2 described above, high-speed operation is performed in order to receive only light with a very short time width reflected from a subject within a predetermined distance range after irradiation with infrared light. The exposure time (shutter speed) is controlled using a shutter device such as an electro-optical shutter or an image intensifier. However, these shutter devices require a high voltage during driving and are expensive. There is.

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および赤外光を受光することができるとともに、上記のようなシャッタ装置を必要とせず、赤外光の露光時間を、可視光の露光時間とは独立して制御を行うことができる固体撮像装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and can receive visible light and infrared light with a single plate configuration, and does not require the shutter device as described above, and exposure of infrared light. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of controlling the time independently of the exposure time of visible light and a driving method thereof.

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、一導電型半導体基板の表層に形成された反対導電型ウェル層中に各部が形成されてなる固体撮像装置において、可視光の3原色のうちの第1色光を受光して信号電荷を蓄積する第1受光部と、前記3原色のうちの第2色光を受光して信号電荷を蓄積する第2受光部と、前記3原色のうちの第3色光を受光して信号電荷を蓄積する第3受光部と、赤外光を受光して信号電荷を蓄積する第4受光部と、前記第1〜第4受光部の信号電荷を前記一導電型半導体基板に掃き捨てる縦型オーバーフロードレインと、前記第4受光部の信号電荷を、掃き捨てゲートを介して前記反対導電型ウェル層に形成された一導電型のドレイン領域に掃き捨てる横型オーバーフロードレインと、前記第1〜第4受光部から信号電荷を読み出す読み出しゲートと、前記読み出しゲートによって読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、前記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、を備えることを特徴とする。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。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device in which each part is formed in an opposite conductivity type well layer formed on a surface layer of one conductivity type semiconductor substrate. A first light receiving unit that receives the first color light and accumulates signal charges, a second light receiving unit that receives the second color light among the three primary colors and accumulates signal charges, and among the three primary colors A third light receiving portion that receives the third color light and accumulates signal charges, a fourth light receiving portion that receives infrared light and accumulates signal charges, and the signal charges of the first to fourth light receiving portions are A vertical overflow drain that sweeps away to one conductivity type semiconductor substrate, and a horizontal type that sweeps the signal charge of the fourth light receiving portion to a drain region of one conductivity type formed in the opposite conductivity type well layer via a sweep gate. An overflow drain and the first to fourth receptacles; A readout gate that reads out signal charges from the unit, a vertical transfer unit that vertically transfers the signal charges read out by the readout gate, a horizontal transfer unit that receives each signal charge from the vertical transfer unit and performs horizontal transfer, and And a signal output unit configured to convert each signal charge horizontally transferred by the horizontal transfer unit into a pixel signal corresponding to the charge amount and output the pixel signal. The one conductivity type is one of n-type and p-type conductivity, and the opposite conductivity type is the opposite conductivity type to the one conductivity type.

本発明の固体撮像装置において、前記掃き捨てゲートおよび前記読み出しゲートは、垂直転送部の転送電極によって制御されることが好ましい。また、前記第1〜第4受光部は、それぞれ4画素に1つの割合で均等に平面配列されていることが好ましい。また、前記ドレイン領域は、前記第1〜第4受光部の1垂直列を間に挟んで、前記垂直転送部と対向するように配置されていることが好ましい。   In the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that the sweep gate and the readout gate are controlled by a transfer electrode of a vertical transfer unit. Further, it is preferable that the first to fourth light receiving portions are evenly arranged in a plane at a rate of one for every four pixels. The drain region is preferably arranged so as to face the vertical transfer unit with one vertical column of the first to fourth light receiving units interposed therebetween.

また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、前記固体撮像装置の駆動方法において、前記縦型オーバーフロードレインによる前記第1〜第4受光部からの信号電荷の掃き捨て、前記横型オーバーフロードレインによる前記第4受光部からの信号電荷の掃き捨て、前記読み出しゲートによる前記第1〜第4受光部からの信号電荷の読み出しの順に前記固体撮像装置を駆動することにより、前記第1〜第3受光部による可視光の露光時間と、前記第4受光部による赤外光の露光時間とを異ならせることを特徴とする。   The solid-state imaging device driving method of the present invention is the solid-state imaging device driving method, wherein the vertical overflow drain sweeps out signal charges from the first to fourth light receiving units, and the horizontal overflow drain uses the horizontal overflow drain. By driving the solid-state imaging device in the order of sweeping out signal charges from the fourth light receiving unit and reading signal charges from the first to fourth light receiving units by the readout gate, the first to third light receiving units are driven. The visible light exposure time due to the above and the infrared light exposure time due to the fourth light receiving portion are made different.

本発明の固体撮像素子は、単板構成にて、可視光および赤外光を受光することができるとともに、従来のようなシャッタ装置を用いることなく、電子シャッタ方式にて、赤外光の露光時間を、可視光の露光時間とは独立して制御を行うことができる。   The solid-state imaging device of the present invention can receive visible light and infrared light with a single plate configuration, and can also expose infrared light with an electronic shutter system without using a conventional shutter device. The time can be controlled independently of the exposure time of visible light.

図1において、本発明に係わる固体撮像装置10は、青色(B)光を受光してB信号電荷を蓄積するB受光部11aと、緑色(G)光を受光してG信号電荷を蓄積するG受光部11bと、赤色(R)光を受光してR信号電荷を蓄積するR受光部11cと、赤外(IR)光を受光してIR信号電荷を蓄積するIR受光部11dと、受光部11a〜11dから信号電荷を読み出す読み出しゲート(RG)12a〜12dと、信号電荷を垂直転送する垂直CCD13と、信号電荷を水平転送する水平CCD14と、信号電荷を電圧信号に変換して出力する出力アンプ15と、IR受光部11dに接続された掃き捨てゲート(EG)16と、IR受光部11dの信号電荷が掃き捨てられるドレイン領域17とから構成された、インターライン転送方式のCCDイメージセンサである。なお、EG16とドレイン領域17とによって横型オーバーフロードレイン(LOD)が構成されている。また、受光部11a〜11d下には、後述するpウェル層21の薄部21a〜21dとn型半導体基板20とによって縦型オーバーフロードレイン(VOD)が構成されている。   In FIG. 1, a solid-state imaging device 10 according to the present invention receives a blue (B) light and accumulates a B signal charge, and receives a green (G) light and accumulates a G signal charge. A G light receiving unit 11b, an R light receiving unit 11c that receives red (R) light and accumulates an R signal charge, an IR light receiving unit 11d that receives infrared (IR) light and accumulates an IR signal charge, Read gates (RG) 12a to 12d for reading out signal charges from the units 11a to 11d, a vertical CCD 13 for vertically transferring signal charges, a horizontal CCD 14 for horizontally transferring signal charges, and converting the signal charges into voltage signals and outputting them. An interline transfer system comprising an output amplifier 15, a sweep gate (EG) 16 connected to the IR light receiver 11d, and a drain region 17 where signal charges of the IR light receiver 11d are swept away. A CCD image sensor. The EG 16 and the drain region 17 constitute a lateral overflow drain (LOD). A vertical overflow drain (VOD) is formed under the light receiving portions 11a to 11d by thin portions 21a to 21d of a p-well layer 21 described later and the n-type semiconductor substrate 20.

受光部11a〜11dは、垂直方向(V方向)および水平方向(H方向)に沿って平面配列され、全体としては正方格子状配列となっている。B受光部11aには“B”、G受光部11bには“G”、R受光部11cには“R”、IR受光部11dには“IR”を付して配列順を示している。垂直方向には、B,IR,G,R,B,IR,・・・の順に受光部11a〜11dが配列されており、奇数行と偶数行とで配列周期が半周期(2画素分)ずれている。これにより、水平方向は、B受光部11aとG受光部11bとが交互に配列された奇数行と、IR受光部11dとR受光部11cとが交互に配列された偶数行とからなる。各受光部11a〜11dは、4画素に1つの割合で均等に配列されている。   The light receiving portions 11a to 11d are arranged in a plane along the vertical direction (V direction) and the horizontal direction (H direction), and are arranged in a square lattice pattern as a whole. The order of arrangement is shown by attaching “B” to the B light receiving portion 11a, “G” to the G light receiving portion 11b, “R” to the R light receiving portion 11c, and “IR” to the IR light receiving portion 11d. In the vertical direction, the light receiving portions 11a to 11d are arranged in the order of B, IR, G, R, B, IR,..., And the arrangement period is half a period (for two pixels) between odd and even lines. It's off. As a result, the horizontal direction is composed of odd rows in which B light receiving portions 11a and G light receiving portions 11b are alternately arranged, and even rows in which IR light receiving portions 11d and R light receiving portions 11c are alternately arranged. Each of the light receiving portions 11a to 11d is evenly arranged at a rate of one for every four pixels.

垂直CCD13は、受光部11a〜11dの垂直列ごとに配設されており、垂直CCD13と各受光部11a〜11dとの間には、RG12a〜12dがそれぞれ設けられている。各受光部11a〜11dからは、B,G,R,IRの各信号電荷がRG12a〜12dを介して垂直CCD13に読み出される。垂直CCD13は、RG12a〜12dを介して読み出された各信号電荷を水平CCD14に向けて1行ずつ垂直転送を行う。垂直CCD13の垂直転送は、図2に示すように、画素の1水平行につき2本ずつ設けられた4種の垂直転送電極18a〜18dに印加される垂直転送パルスVφ1〜Vφ4により、4相駆動によって制御される。垂直転送電極18a〜18dのうち、第1相の垂直転送パルスVφ1が印加される垂直転送電極18aは、RG12a,12bの読み出しゲート電極として兼用されている。また、第3相の垂直転送パルスVφ3が印加される垂直転送電極18cは、RG12c,12dの読み出しゲート電極として兼用されている。さらに、第4相の垂直転送パルスVφ4が印加される垂直転送電極18dは、EG16の掃き捨てゲート電極として兼用されている。   The vertical CCD 13 is disposed for each vertical row of the light receiving portions 11a to 11d, and RGs 12a to 12d are provided between the vertical CCD 13 and the light receiving portions 11a to 11d, respectively. From each of the light receiving portions 11a to 11d, signal charges of B, G, R, and IR are read out to the vertical CCD 13 via RGs 12a to 12d. The vertical CCD 13 performs vertical transfer of each signal charge read out via the RGs 12 a to 12 d line by line toward the horizontal CCD 14. As shown in FIG. 2, the vertical transfer of the vertical CCD 13 is a four-phase drive by vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4 applied to four types of vertical transfer electrodes 18a to 18d provided two in parallel for each pixel. Controlled by. Of the vertical transfer electrodes 18a to 18d, the vertical transfer electrode 18a to which the first-phase vertical transfer pulse Vφ1 is applied is also used as a read gate electrode of the RGs 12a and 12b. The vertical transfer electrode 18c to which the third-phase vertical transfer pulse Vφ3 is applied is also used as a read gate electrode for the RGs 12c and 12d. Further, the vertical transfer electrode 18d to which the fourth-phase vertical transfer pulse Vφ4 is applied is also used as a sweep gate electrode of the EG16.

水平CCD14は、水平転送電極(図示せず)に印加される水平転送パルスHφ1,Hφ2により2相駆動され、垂直CCD13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〜11dに対応した画素信号を時系列的に出力する。   The horizontal CCD 14 is driven in two phases by horizontal transfer pulses Hφ 1 and Hφ 2 applied to a horizontal transfer electrode (not shown), and the signal charge for one row transferred from the vertical CCD 13 is horizontally transferred toward the output amplifier 15. To do. The output amplifier 15 is composed of, for example, a floating diffusion amplifier, detects the signal charge transferred from the horizontal CCD 14 and converts the signal charge into a voltage signal corresponding to the amount of charge, and outputs pixel signals corresponding to the light receiving units 11a to 11d. Output in time series.

ドレイン領域17は、受光部11a〜11dの垂直列ごとに配設されており、同一列に属するIR受光部11dにRG12dを介して共通に接続されている。ドレイン領域17は、EG16を介してIR受光部11dに接続されており、IR受光部11dから信号電荷が掃き捨てられる。   The drain region 17 is provided for each vertical column of the light receiving units 11a to 11d, and is commonly connected to the IR light receiving unit 11d belonging to the same column via the RG 12d. The drain region 17 is connected to the IR light receiving unit 11d via the EG 16, and signal charges are swept away from the IR light receiving unit 11d.

なお、図1中の矩形領域19は、1つの画素(ピクセル)領域を示している。   Note that the rectangular area 19 in FIG. 1 represents one pixel area.

図3は、図1のI−I線に沿う、B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B信号電荷蓄積部22が形成されている。B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、pウェル層21の表面に達している。   FIG. 3 shows a cross section of the pixel including the B light receiving portion 11a along the line II in FIG. A p-well layer 21 is formed on the surface layer of the n-type semiconductor substrate (n-type silicon substrate) 20, and a B signal charge accumulation unit 22 made of an n-type semiconductor layer is formed deep in the p-well layer 21. ing. The B signal charge accumulating unit 22 extends in layers under the opening 23 a of the light shielding film 23, and one end in the horizontal direction reaches the surface of the p well layer 21.

B信号電荷蓄積部22とその下のpウェル層21との界面に形成されるpn接合部22a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。このpn接合部22aは、波長が短く、pウェル層21の表面からの侵入距離が短いB光に対して高い感度を有するように、比較的浅い位置に形成されている。pウェル層21は、B信号電荷蓄積部22下において薄く形成されており、この薄部21aが、VODの電位障壁として機能する。n型半導体基板20に、基板電圧としてVODパルスが印加されると、薄部21aの電位障壁が低下し、B信号電荷蓄積部22内の信号電荷がn型半導体基板20へ掃き出される。   A pn junction portion 22a formed at the interface between the B signal charge storage portion 22 and the p well layer 21 therebelow serves as a photodiode that photoelectrically converts B light to generate a B signal charge. The pn junction 22a is formed at a relatively shallow position so as to have high sensitivity to B light having a short wavelength and a short penetration distance from the surface of the p-well layer 21. The p-well layer 21 is thinly formed under the B signal charge storage portion 22, and the thin portion 21a functions as a potential barrier for VOD. When a VOD pulse is applied as a substrate voltage to the n-type semiconductor substrate 20, the potential barrier of the thin part 21 a is lowered, and the signal charge in the B signal charge storage part 22 is swept out to the n-type semiconductor substrate 20.

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24が形成されている。また、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転送チャネル25、およびn型半導体層からなるドレイン領域17が形成されており、転送チャネル25とドレイン領域17とは、p型半導体層からなる画素分離部26によって分離されている。 In the surface layer of the p well layer 21 below the opening 23a, a p + layer 24 into which a p-type impurity is implanted at a high concentration is formed in order to suppress generation of dark current components. A transfer channel 25 made of an n-type semiconductor layer and a drain region 17 made of an n + -type semiconductor layer are formed on the surface layer of the p-well layer 21 below the light shielding film 23. Is separated by a pixel separation unit 26 made of a p + type semiconductor layer.

転送チャネル25は、pウェル層21を介してB信号電荷蓄積部22と離間しており、この離間部分および転送チャネル25の上方には、全面に形成された透明なゲート絶縁膜27を介して、前述の垂直転送電極18aが形成されている。転送チャネル25は、垂直方向(図1のV方向)に延設されており、その上方に交差する垂直転送電極18a〜18dとによって、前述の4層駆動の垂直CCD13を構成している。また、転送チャネル25とB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18aとによって、前述のRG12aを構成している。B信号電荷蓄積部22のB信号電荷は、垂直転送電極18aに高電圧の読み出しパルスが印加されると、上記離間部分を介して転送チャネル25に移送され、垂直転送電極18a〜18cに印加される垂直転送パルスVφ1〜Vφ4に応じて転送チャネル25内を移動する。   The transfer channel 25 is separated from the B signal charge storage unit 22 via the p-well layer 21, and a transparent gate insulating film 27 formed on the entire surface is provided above the separated portion and the transfer channel 25. The aforementioned vertical transfer electrode 18a is formed. The transfer channel 25 extends in the vertical direction (V direction in FIG. 1), and the vertical transfer electrodes 18a to 18d intersecting above constitute the vertical CCD 13 of the above-described four-layer drive. In addition, the separated portion between the transfer channel 25 and the B signal charge storage unit 22 constitutes the above-described RG 12a by the vertical transfer electrode 18a thereabove. When a high-voltage read pulse is applied to the vertical transfer electrode 18a, the B signal charge in the B signal charge accumulating unit 22 is transferred to the transfer channel 25 through the separated portion and applied to the vertical transfer electrodes 18a to 18c. It moves in the transfer channel 25 according to the vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4.

ドレイン領域17は、遮光膜23下に延設されたp層24の延設部分24aを介してB信号電荷蓄積部22と離間されており、この離間部分およびドレイン領域17の上方には、ゲート絶縁膜27を介して、前述の垂直転送電極18aが形成されている。p層24の延設部分24aは、チャネルストッパとして機能するため、垂直転送電極18aに読み出しパルスが印加されたとしても、その部分にチャネルは形成されず、B信号電荷蓄積部22内の信号電荷がドレイン領域17へ掃き出されることはない。 The drain region 17 is separated from the B signal charge storage portion 22 via an extended portion 24 a of the p + layer 24 extending under the light shielding film 23, and above the separated portion and the drain region 17, The aforementioned vertical transfer electrode 18 a is formed through the gate insulating film 27. Since the extended portion 24a of the p + layer 24 functions as a channel stopper, even if a read pulse is applied to the vertical transfer electrode 18a, a channel is not formed in that portion, and the signal in the B signal charge accumulation unit 22 is not generated. Charge is not swept out to the drain region 17.

遮光膜23は、層間絶縁膜28を介して、垂直転送電極18a〜18d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から露出したゲート絶縁膜27の上には、透明絶縁体からなる平坦化層29が形成されている。そして、平坦化層29の上には、波長に応じて選択的に光を透過させる分光層30が形成されている。   The light shielding film 23 covers the vertical transfer electrodes 18a to 18d via the interlayer insulating film 28, and an opening 23a for allowing light to enter the photodiode is formed. A planarizing layer 29 made of a transparent insulator is formed on the light shielding film 23 and the gate insulating film 27 exposed from the opening 23a. A spectral layer 30 that selectively transmits light according to the wavelength is formed on the planarizing layer 29.

分光層30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29上には、可視光からB光(波長:約400nm〜500nm)のみを透過させるBフィルタ30aと、IR光(波長:約800nm〜1500nm)を遮断するIRカットフィルタ30bとが順に積層されている。さらに、分光層30の上には、開口23a内へ光を集光するためのマイクロレンズ31が形成されている。   The spectral layer 30 includes a plurality of types of optical filters divided for each pixel, and allows only B light (wavelength: about 400 nm to 500 nm) from visible light to pass through the planarization layer 29 of the pixel. A B filter 30a and an IR cut filter 30b that blocks IR light (wavelength: about 800 nm to 1500 nm) are sequentially stacked. Further, a microlens 31 for condensing light into the opening 23 a is formed on the spectral layer 30.

図4は、図1のII−II線に沿う、G受光部11bを含む画素の断面を示す。本画素は、信号電荷蓄積部と光学フィルタの構成以外は、図3と同一であるため、異なる部分のみについて説明を行う。   FIG. 4 shows a cross section of the pixel including the G light receiving portion 11b along the line II-II in FIG. Since this pixel is the same as that shown in FIG. 3 except for the configuration of the signal charge storage portion and the optical filter, only the different portions will be described.

本画素において、開口23a下のpウェル層21中には、G信号電荷蓄積部32が形成されている。G信号電荷蓄積部32とその下のpウェル層21との界面に形成されるpn接合部32aが、G光を光電変換してG信号電荷を生成するフォトダイオードとなっている。このpn接合部32aは、B光より波長が長く、pウェル層21内へより深く侵入するG光に対して高い感度を有するように、上記のpn接合部22aより深い位置に形成されている。pウェル層21は、G信号電荷蓄積部32下において薄く形成されており、この薄部21bが、VODの電位障壁として機能する。n型半導体基板20にVODパルスが印加されると、薄部21bの電位障壁が低下し、G信号電荷蓄積部32内の信号電荷がn型半導体基板20へ掃き出される。   In this pixel, a G signal charge storage portion 32 is formed in the p well layer 21 below the opening 23a. A pn junction portion 32a formed at the interface between the G signal charge storage portion 32 and the p well layer 21 therebelow serves as a photodiode that photoelectrically converts G light to generate a G signal charge. The pn junction 32a has a wavelength longer than that of the B light and is formed at a deeper position than the pn junction 22a so as to have a high sensitivity to the G light that penetrates deeper into the p well layer 21. . The p-well layer 21 is thinly formed under the G signal charge storage portion 32, and the thin portion 21b functions as a potential barrier for VOD. When the VOD pulse is applied to the n-type semiconductor substrate 20, the potential barrier of the thin portion 21 b is lowered, and the signal charge in the G signal charge storage portion 32 is swept out to the n-type semiconductor substrate 20.

G信号電荷蓄積部32は、端部が表面に達しており、転送チャネル25とpウェル層21を介して離間している。この離間部分は、その上方の垂直転送電極18aとによって、RG12bを構成している。また、G信号電荷蓄積部32は、チャネルストッパとして機能するp層24の延設部分24aを介してドレイン領域17から離間されており、G信号電荷蓄積部32内の信号電荷がドレイン領域17へ掃き出されることはない。 The end portion of the G signal charge storage portion 32 reaches the surface, and is separated from the transfer channel 25 via the p-well layer 21. This separated portion constitutes RG 12b by the vertical transfer electrode 18a above it. Further, the G signal charge storage portion 32 is separated from the drain region 17 via the extended portion 24 a of the p + layer 24 functioning as a channel stopper, and the signal charge in the G signal charge storage portion 32 is transferred to the drain region 17. Will not be swept away.

そして、本画素の平坦化層29上には、可視光からG光(波長:約500nm〜600nm)のみを透過させるGフィルタ30cと、前述のIRカットフィルタ30bとが順に積層されており、IRカットフィルタ30bの上には、マイクロレンズ31が積層されている。   On the planarizing layer 29 of the pixel, a G filter 30c that transmits only visible light to G light (wavelength: about 500 nm to 600 nm) and the above-described IR cut filter 30b are sequentially stacked. A microlens 31 is stacked on the cut filter 30b.

図5は、図1のIII−III線に沿う、R受光部11cを含む画素の断面を示す。本画素は、信号電荷蓄積部と光学フィルタの構成以外は、図3,4と同一であるため、異なる部分のみについて説明を行う。   FIG. 5 shows a cross section of the pixel including the R light receiving portion 11c along the line III-III in FIG. Since this pixel is the same as that shown in FIGS. 3 and 4 except for the configuration of the signal charge storage unit and the optical filter, only the different parts will be described.

本画素において、開口23a下のpウェル層21中には、R信号電荷蓄積部33が形成されている。R信号電荷蓄積部33とその下のpウェル層21との界面に形成されるpn接合部33a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。このpn接合部33aは、G光より波長が長く、pウェル層21内へより深く侵入するR光に対して高い感度を有するように、上記のpn接合部32aより深い位置に形成されている。pウェル層21は、R信号電荷蓄積部33下において薄く形成されており、この薄部21cが、VODの電位障壁として機能する。n型半導体基板20にVODパルスが印加されると、薄部21cの電位障壁が低下し、R信号電荷蓄積部33内の信号電荷がn型半導体基板20へ掃き出される。   In this pixel, an R signal charge storage portion 33 is formed in the p well layer 21 below the opening 23a. A pn junction portion 33a formed at the interface between the R signal charge storage portion 33 and the p well layer 21 thereunder is a photodiode that photoelectrically converts R light to generate an R signal charge. The pn junction 33a has a wavelength longer than that of the G light and is formed at a deeper position than the pn junction 32a so as to have a high sensitivity to the R light that penetrates deeper into the p well layer 21. . The p-well layer 21 is formed thinly under the R signal charge storage portion 33, and this thin portion 21c functions as a VOD potential barrier. When the VOD pulse is applied to the n-type semiconductor substrate 20, the potential barrier of the thin portion 21 c is lowered, and the signal charge in the R signal charge storage portion 33 is swept out to the n-type semiconductor substrate 20.

R信号電荷蓄積部33は、端部が表面に達しており、転送チャネル25とpウェル層21を介して離間している。この離間部分は、その上方の垂直転送電極18cとによって、RG12cを構成している。また、R信号電荷蓄積部33は、チャネルストッパとして機能するp層24の延設部分24aを介してドレイン領域17から離間されており、R信号電荷蓄積部33内の信号電荷がドレイン領域17へ掃き出されることはない。 The end of the R signal charge storage unit 33 reaches the surface, and is separated from the transfer channel 25 via the p-well layer 21. This separated portion forms an RG 12c with the vertical transfer electrode 18c above it. Further, the R signal charge storage unit 33 is separated from the drain region 17 through the extended portion 24a of the p + layer 24 functioning as a channel stopper, and the signal charge in the R signal charge storage unit 33 is transferred to the drain region 17. Will not be swept away.

そして、本画素の平坦化層29上には、可視光からR光(波長:約600nm〜700nm)のみを透過させるRフィルタ30dと、前述のIRカットフィルタ30bとが順に積層されており、IRカットフィルタ30bの上には、マイクロレンズ31が積層されている。   On the planarization layer 29 of this pixel, an R filter 30d that transmits only visible light to R light (wavelength: about 600 nm to 700 nm) and the above-described IR cut filter 30b are sequentially stacked. A microlens 31 is stacked on the cut filter 30b.

図6は、図1のIV−IV線に沿う、IR受光部11dを含む画素の断面を示す。本画素は、信号電荷蓄積部と光学フィルタの構成、およびEG16が設けられていること以外は、図3〜図5と同一であるため、異なる部分のみについて説明を行う。   FIG. 6 shows a cross section of the pixel including the IR light receiving portion 11d along the line IV-IV in FIG. Since this pixel is the same as FIGS. 3 to 5 except that the configuration of the signal charge storage unit and the optical filter and the EG 16 are provided, only different parts will be described.

本画素において、開口23a下のpウェル層21中には、IR信号電荷蓄積部34が形成されている。IR信号電荷蓄積部34とその下の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。このpn接合部33aは、R光より波長が長く、pウェル層21内へより深く侵入するIR光に対して高い感度を有するように、上記のpn接合部33aより深い位置に形成されている。pウェル層21は、IR信号電荷蓄積部34下において薄く形成されており、この薄部21dが、VODの電位障壁として機能する。n型半導体基板20にVODパルスが印加されると、薄部21dの電位障壁が低下し、IR信号電荷蓄積部34内の信号電荷がn型半導体基板20へ掃き出される。   In this pixel, an IR signal charge accumulating portion 34 is formed in the p-well layer 21 below the opening 23a. A pn junction 34a formed at the interface between the IR signal charge storage part 34 and the p-well layer 21 therebelow serves as a photodiode that photoelectrically converts IR light to generate an IR signal charge. The pn junction portion 33a is formed at a position deeper than the pn junction portion 33a so as to have a wavelength longer than that of the R light and to have high sensitivity to IR light that penetrates deeper into the p well layer 21. . The p-well layer 21 is thinly formed under the IR signal charge storage portion 34, and the thin portion 21d functions as a potential barrier for VOD. When the VOD pulse is applied to the n-type semiconductor substrate 20, the potential barrier of the thin portion 21 d is lowered, and the signal charge in the IR signal charge storage portion 34 is swept out to the n-type semiconductor substrate 20.

IR信号電荷蓄積部34は、2つの端部が表面に達しており、転送チャネル25側の端部は、転送チャネル25とpウェル層21を介して離間している。この離間部分は、その上方の垂直転送電極18cとによって、RG12dを構成している。また、IR信号電荷蓄積部34のドレイン領域17側の端部も同様に、ドレイン領域17とpウェル層21を介して離間している。この離間部分には、チャネルストッパ(p層24の延設部分24a)は形成されておらず、この離間部分とその上方の垂直転送電極18dとによって、EG16を構成している。垂直転送電極18dに高電圧のLODパルスが印加されると、この離間部分の電位障壁が低下し、IR信号電荷蓄積部34内の信号電荷がドレイン領域17に掃き出される。 The IR signal charge storage unit 34 has two ends reaching the surface, and the end on the transfer channel 25 side is separated from the transfer channel 25 via the p-well layer 21. This separated portion constitutes RG 12d by the vertical transfer electrode 18c above it. Similarly, the end of the IR signal charge accumulating portion 34 on the drain region 17 side is also spaced apart from the drain region 17 via the p-well layer 21. A channel stopper (the extended portion 24a of the p + layer 24) is not formed in the separated portion, and the EG 16 is configured by the separated portion and the vertical transfer electrode 18d thereabove. When a high-voltage LOD pulse is applied to the vertical transfer electrode 18d, the potential barrier at this separated portion is lowered, and the signal charge in the IR signal charge storage section 34 is swept out to the drain region 17.

そして、本画素の平坦化層29上には、IR光(波長:約800nm〜1500nm)を透過させ、可視光をカットする赤外光透過・可視光カットフィルタ30eと、透明膜30fとが順に積層されており、透明膜30fの上には、マイクロレンズ31が積層されている。なお、透明膜30fは、マイクロレンズ31下を平坦化するために設けたものであるが、透明膜30fを設けず、分光層30を構成する各光学フィルタの厚さを調節することによって、マイクロレンズ31下の平坦化を行ってもよい。また、マイクロレンズ31の下に、分光層30の上面全体を覆う平坦化層を別途設けてもよい。   An infrared light transmission / visible light cut filter 30e that transmits IR light (wavelength: about 800 nm to 1500 nm) and cuts visible light and a transparent film 30f are sequentially formed on the planarization layer 29 of the pixel. The microlenses 31 are stacked on the transparent film 30f. The transparent film 30f is provided to flatten the bottom of the microlens 31, but the transparent film 30f is not provided, and the thickness of each optical filter constituting the spectral layer 30 is adjusted to adjust the thickness of the microfilm 31f. Planarization under the lens 31 may be performed. Further, a planarizing layer that covers the entire top surface of the spectral layer 30 may be separately provided under the microlens 31.

次に、図7は、以上のように構成された固体撮像装置10が組み込まれた撮影装置を例示している。撮影装置40は、各部を統括的に制御する制御部41と、被写体に向けてIR光を発するIR発光部42と、被写体光を集光して固体撮像装置10に入射させるレンズ43と、前述の固体撮像装置10と、固体撮像装置10を駆動するための各種の駆動パルスを発生するタイミングジェネレータ(TG)44と、固体撮像装置10から出力された撮像信号を信号処理して、可視光画像とIR画像とを生成する信号処理部45と、信号処理部45によって生成された可視光画像とIR画像とを記録するメモリ46とから構成されている。   Next, FIG. 7 illustrates an imaging device in which the solid-state imaging device 10 configured as described above is incorporated. The imaging device 40 includes a control unit 41 that controls each unit centrally, an IR light emitting unit 42 that emits IR light toward the subject, a lens 43 that collects the subject light and makes it incident on the solid-state imaging device 10, and The solid-state imaging device 10, the timing generator (TG) 44 that generates various drive pulses for driving the solid-state imaging device 10, and the imaging signal output from the solid-state imaging device 10 are signal-processed to produce a visible light image And an IR image, and a memory 46 for recording a visible light image and an IR image generated by the signal processing unit 45.

IR発光部42は、IR光を発光するLED(発光ダイオード)やレーザダイオードなどの光源42aと、光源42aを駆動するドライバ42bと、光源42aから発光されるIR光をパルス状に変調する変調器42cとから構成されており、パルス状のIR光(以下、IRパルスと称す。)を生成し、被写体に照射する。なお、変調器42cを設けず、ドライバ42bによる光源42aの駆動信号を変調することによりIRパルスを生成することも可能である。   The IR light emitting unit 42 is a light source 42a such as an LED (light emitting diode) or a laser diode that emits IR light, a driver 42b that drives the light source 42a, and a modulator that modulates IR light emitted from the light source 42a in a pulse shape. 42c, and generates pulsed IR light (hereinafter referred to as IR pulse) and irradiates the subject. Note that it is also possible to generate an IR pulse by modulating the drive signal of the light source 42a by the driver 42b without providing the modulator 42c.

レンズ43は、可視光からなる通常の被写体光とともに、被写体から反射されるIRパルスを固体撮像装置10に入射させる。同図に示すように、被写体が複数の距離位置に存在する場合には、固体撮像装置10へのIRパルスの入射タイミングは、各距離に応じて分散される。光源42aおよび固体撮像装置10から、ある1つの被写体までの距離をL、光速をcとすると、光源42aがIRパルスを発してから固体撮像装置10に入射されるまでの飛程時間(TOF:Time of Flight)τは、τ=2L/cと表される。   The lens 43 makes the IR pulse reflected from the subject incident on the solid-state imaging device 10 together with normal subject light made of visible light. As shown in the figure, when the subject exists at a plurality of distance positions, the incident timing of the IR pulse to the solid-state imaging device 10 is dispersed according to each distance. When the distance from the light source 42a and the solid-state imaging device 10 to a certain subject is L and the speed of light is c, a range time (TOF: time) from when the light source 42a emits an IR pulse to when it enters the solid-state imaging device 10. Time of Flight) τ is expressed as τ = 2L / c.

TG44は、固体撮像装置10を後述するタイミングで駆動し、所定の飛程時間τで被写体から反射されてくるIRパルスを受光するとともに、通常の被写体光(可視光)の受光も行い、固体撮像装置10は、IR光の画素信号と可視光(B,G,R)の画素信号とが混合された撮像信号を、画素ごとに時系列的に出力する。信号処理部45は、図8に示すように、固体撮像装置10から出力された撮像信号に対して、ゲイン補正、A/D変換、画素補間処理を順に行い、B,G,Rの画素信号から可視光画像を生成するとともに、IRの画素信号から距離画像(所定の距離位置にある被写体像)を生成し、両画像データをメモリ46に書き込む。   The TG 44 drives the solid-state imaging device 10 at a timing to be described later, receives IR pulses reflected from the subject at a predetermined range time τ, and also receives normal subject light (visible light), thereby solid-state imaging. The apparatus 10 outputs an imaging signal in which a pixel signal of IR light and a pixel signal of visible light (B, G, R) are mixed in time series for each pixel. As illustrated in FIG. 8, the signal processing unit 45 sequentially performs gain correction, A / D conversion, and pixel interpolation processing on the imaging signal output from the solid-state imaging device 10, and generates B, G, and R pixel signals. From the IR pixel signal, a distance image (subject image at a predetermined distance position) is generated, and both image data are written in the memory 46.

図9は、TG44から固体撮像装置10に入力される駆動パルスのうちの、VODパルス、LODパルス、読み出しパルスと、固体撮像装置10から出力される撮像信号と、IR発光部42から発せられるIRパルスとの各タイミングを示している。各パルスは、1フレーム期間(1垂直走査期間)ごとに発生される。このタイミングチャートに基づいて、固体撮像装置10の動作を説明する。   FIG. 9 shows the VOD pulse, LOD pulse, and readout pulse among the driving pulses input from the TG 44 to the solid-state imaging device 10, the imaging signal output from the solid-state imaging device 10, and the IR emitted from the IR light emitting unit 42. Each timing with a pulse is shown. Each pulse is generated every one frame period (one vertical scanning period). Based on this timing chart, the operation of the solid-state imaging device 10 will be described.

まず、固体撮像装置10にVODパルスが入力されると、前述のpウェル層21の薄部21a〜21dの電位障壁が低下し、各受光部11a〜11dの信号電荷蓄積部22,32〜34に存在する信号電荷がn型半導体基板20に掃き捨てられ、信号電荷蓄積部22,32〜34が全て空の状態となる。このとき、各受光部11a〜11dには、被写体光として可視光が入射されており、VODパルスの入力にともなって、露光(信号電荷の蓄積)が開始する。   First, when a VOD pulse is input to the solid-state imaging device 10, the potential barriers of the thin portions 21a to 21d of the p-well layer 21 are lowered, and the signal charge accumulating portions 22 and 32 to 34 of the respective light receiving portions 11a to 11d. The signal charges existing in the n-type semiconductor substrate 20 are swept away, and the signal charge accumulating units 22, 32 to 34 are all emptied. At this time, visible light as subject light is incident on each of the light receiving portions 11a to 11d, and exposure (accumulation of signal charges) starts in response to the input of the VOD pulse.

次いで、IR発光部42から、パスル幅tのIRパルスが発せられる。この後、時間t経過後に、LODパルスが固体撮像装置10に入力され、これにより、IR受光部11dのIR信号電荷蓄積部34内の信号電荷がEG16を介してドレイン領域17に掃き捨てられる。この時点からIR受光部11dの露光が開始し、時間t経過後に読み出しパルスが固体撮像装置10に入力される。この読み出しパルスにより、各受光部11a〜11dの信号電荷蓄積部22,32〜34に蓄積された信号電荷がRG12a〜12dを介して垂直CCD13に転送される。この時点で、全ての受光部11a〜11dの露光が終了し、時間tがIR受光部11dの露光時間(信号電荷蓄積時間)、また、VODパルスが入力されてから読み出しパルスが入力されるまでの時間tがB,G,R受光部11a〜11cの露光時間となる。なお、IR受光部11dの露光時間tは、被写体から反射されるIRパルスの1パスル分の受光を行うように、パスル幅tとほぼ等しい値に設定されている。 Next, an IR pulse having a pulse width t 1 is emitted from the IR light emitting unit 42. Thereafter, after the elapse of time t 2 , the LOD pulse is input to the solid-state imaging device 10, whereby the signal charge in the IR signal charge accumulation unit 34 of the IR light receiving unit 11 d is swept away to the drain region 17 via the EG 16. . This time exposure of IR light receiving portion 11d from starts, the read pulse is input to the solid-state imaging device 10 after a time t 3 has elapsed. With this readout pulse, the signal charges stored in the signal charge storage units 22 and 32 to 34 of the light receiving units 11a to 11d are transferred to the vertical CCD 13 via the RGs 12a to 12d. At this point, the exposure of all the light receiving portions 11a~11d ended, the time t 3 the IR light receiving unit 11d of the exposure time (signal charge storage time), also read pulse is input from the VOD pulse is inputted time t 4 in until B, G, and exposure time of the R light-receiving unit 11 a to 11 c. The exposure time t 3 of the IR light receiving unit 11d to perform the receiving of 1 Pasuru amount of IR pulses reflected from the object, it is set to a value approximately equal Pasuru width t 1.

この後、不図示の垂直・水平転送パルスが固体撮像装置10に入力されるとともに、出力アンプ15から撮像信号が出力される。この信号電荷の読み出しおよび転送の方式は、いわゆる「全画素読み出し方式」であり、1垂直転送期間に出力される撮像信号は、B,G,R,IRの各画素信号からなる。そして、各フレーム期間において、IRパルスの発光タイミングを決定する時間tを変えながら撮像を繰り返す。時間tは、上記の飛程時間τに対応し、異なる距離位置の距離画像が順に取得される。ここで上記と同様に、高速をc、撮影装置40から距離画像を取得する被写体までの距離をLとすると、時間tは、L=c・t/2の関係より、t=2L/cと決定される。 Thereafter, a vertical / horizontal transfer pulse (not shown) is input to the solid-state imaging device 10 and an imaging signal is output from the output amplifier 15. This method of reading and transferring signal charges is a so-called “all-pixel reading method”, and an imaging signal output in one vertical transfer period is composed of B, G, R, and IR pixel signals. Then, in each frame period, repeated imaging while changing the time t 2 which determines the emission timing of the IR pulses. Time t 2 corresponds to the time τ as above flight distance images of different length position is acquired sequentially. Here as above, the high speed c, and distance to the subject for obtaining a distance image from the imaging device 40 is L, the time t 2 is the relationship of L = c · t 2/2 , t 2 = 2L / C.

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IR光を受光することができる。また、IR受光部11dにのみLODを設け、VODとは独立した電荷排出を可能としているので、IR光の露光時間を、可視光の露光時間とは独立して制御することができる。   As described above, the solid-state imaging device 10 can receive IR light together with visible light in a single plate configuration. In addition, since the LOD is provided only in the IR light receiving unit 11d and charge discharge independent of VOD is possible, the exposure time of IR light can be controlled independently of the exposure time of visible light.

また、固体撮像装置10を、可視光およびIR光の受光を目的とした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。さらに、上記の撮影装置40によって取得された被写体画像と距離画像とを用いて画像処理を行うことで、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容易に行うことができ、また、3次元画像の作成なども可能となる。   Further, by applying the solid-state imaging device 10 to an imaging device intended to receive visible light and IR light, the device can be made compact and low in cost. Furthermore, the image processing is performed using the subject image and the distance image acquired by the photographing device 40, so that only the person is extracted from the image and the background is replaced. Image composition can be easily performed without preparing special equipment, and a three-dimensional image can be created.

なお、上記実施形態では、LODを構成するドレイン領域17を、受光部11a〜11dの垂直列ごとに配設し、同一列のIR受光部11dに共通に接続しているが、本発明はこれに限定されず、ドレイン領域17の形態は適宜変更してよく、例えば、各IR受光部11dに個別にドレイン領域17を設けてもよい。   In the above embodiment, the drain region 17 constituting the LOD is arranged for each vertical column of the light receiving units 11a to 11d and is commonly connected to the IR light receiving unit 11d in the same column. However, the form of the drain region 17 may be changed as appropriate. For example, the drain region 17 may be individually provided in each IR light receiving unit 11d.

また、上記実施形態では、受光部11a〜11d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の垂直列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。   Further, in the above embodiment, the light receiving portions 11a to 11d are arranged in a plane in a square lattice shape as a whole, but the present invention is not limited to this, and vertical columns of light receiving portions adjacent in the horizontal direction are arranged in half in the vertical direction. A so-called honeycomb arrangement may be employed in which the arrangement is shifted by a pitch (half the pixel arrangement pitch).

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。   Moreover, in the said embodiment, although the conductivity type of each part in a semiconductor substrate is set so that an electron may be handled as a signal charge among the electron-hole pairs produced | generated by photoelectric conversion, this invention is limited to this. Instead, the conductivity type of each part in the semiconductor substrate may be the conductivity type opposite to the above so that holes having the opposite polarity to the electrons are handled as signal charges.

本発明の固体撮像装置の構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the solid-state imaging device of this invention. 垂直転送電極の構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of a vertical transfer electrode. 図1のI−I線に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with the II line | wire of FIG. 図1のII−II線に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with the II-II line of FIG. 図1のIII−III線に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which follows the III-III line of FIG. 図1のIV−IV線に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which follows the IV-IV line of FIG. 本発明の固体撮像装置を適用した撮影装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging device to which the solid-state imaging device of this invention is applied. 信号処理部の処理内容を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the processing content of a signal processing part. 固体撮像装置の駆動パルスおよびIRパルスのタイミングを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the timing of the drive pulse and IR pulse of a solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

10 固体撮像装置
11a B受光部(第1受光部)
11b G受光部(第2受光部)
11c R受光部(第3受光部)
11d IR受光部(第4受光部)
12a〜12d 読み出しゲート
13 垂直CCD(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)
16 掃き捨てゲート
17 ドレイン領域
18a〜18d 垂直転送電極
20 n型半導体基板(一導電型半導体基板)
21 pウェル層(反対導電型ウェル層)
21a〜21d 薄部
22 B信号電荷蓄積部
22a,32a,33a,34a pn接合部
25 転送チャネル
30a Bフィルタ
30b IRカットフィルタ
30c Gフィルタ
30d Rフィルタ
30e 赤外光透過・可視光カットフィルタ
30f 透明膜
32 G信号電荷蓄積部
33 R信号電荷蓄積部
34 IR信号電荷蓄積部
40 撮影装置
42 IR発光部
10 Solid-state imaging device 11a B light receiving part (first light receiving part)
11b G light receiving part (second light receiving part)
11c R light receiving part (third light receiving part)
11d IR light receiving part (fourth light receiving part)
12a to 12d Read gate 13 Vertical CCD (vertical transfer unit)
14 Horizontal CCD (Horizontal transfer unit)
15 Output amplifier (signal output part)
16 Sweep gate 17 Drain region 18a-18d Vertical transfer electrode 20 N-type semiconductor substrate (one-conductivity type semiconductor substrate)
21 p-well layer (opposite conductivity type well layer)
21a to 21d Thin part 22 B signal charge storage part 22a, 32a, 33a, 34a pn junction part 25 Transfer channel 30a B filter 30b IR cut filter 30c G filter 30d R filter 30e Infrared light transmission / visible light cut filter 30f Transparent film 32 G signal charge storage unit 33 R signal charge storage unit 34 IR signal charge storage unit 40 Imaging device 42 IR light emitting unit

Claims (5)

一導電型半導体基板の表層に形成された反対導電型ウェル層中に各部が形成されてなる固体撮像装置において、
可視光の3原色のうちの第1色光を受光して信号電荷を蓄積する第1受光部と、
前記3原色のうちの第2色光を受光して信号電荷を蓄積する第2受光部と、
前記3原色のうちの第3色光を受光して信号電荷を蓄積する第3受光部と、
赤外光を受光して信号電荷を蓄積する第4受光部と、
前記第1〜第4受光部の信号電荷を前記一導電型半導体基板に掃き捨てる縦型オーバーフロードレインと、
前記第4受光部の信号電荷を、掃き捨てゲートを介して前記反対導電型ウェル層に形成された一導電型のドレイン領域に掃き捨てる横型オーバーフロードレインと、
前記第1〜第4受光部から信号電荷を読み出す読み出しゲートと、
前記読み出しゲートによって読み出された信号電荷を垂直転送する垂直転送部と、
前記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、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
In the solid-state imaging device in which each part is formed in the opposite conductivity type well layer formed on the surface layer of the one conductivity type semiconductor substrate,
A first light receiving unit that receives first color light of the three primary colors of visible light and accumulates signal charges;
A second light receiving unit that receives the second color light of the three primary colors and accumulates signal charges;
A third light receiving unit that receives the third color light of the three primary colors and accumulates signal charges;
A fourth light receiving unit that receives infrared light and accumulates signal charges;
A vertical overflow drain for sweeping signal charges of the first to fourth light receiving parts to the one-conductivity-type semiconductor substrate;
A lateral overflow drain that sweeps the signal charge of the fourth light receiving portion to a drain region of one conductivity type formed in the opposite conductivity type well layer via a sweep gate;
A read gate for reading signal charges from the first to fourth light receiving parts;
A vertical transfer unit that vertically transfers signal charges read by the read gate;
A horizontal transfer unit that receives each signal charge from the vertical transfer unit and performs horizontal transfer;
A signal output unit that converts each signal charge horizontally transferred by the horizontal transfer unit into a pixel signal corresponding to the amount of charge and outputs the pixel signal; and
A solid-state imaging device comprising:
前記掃き捨てゲートおよび前記読み出しゲートは、垂直転送部の転送電極によって制御されることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the sweep gate and the readout gate are controlled by a transfer electrode of a vertical transfer unit. 前記第1〜第4受光部は、それぞれ4画素に1つの割合で均等に平面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。   3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first to fourth light receiving units are evenly arranged in a plane at a ratio of one for every four pixels. 前記ドレイン領域は、前記第1〜第4受光部の1垂直列を間に挟んで、前記垂直転送部と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。   4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the drain region is disposed to face the vertical transfer unit with one vertical column of the first to fourth light receiving units interposed therebetween. 請求項1ないし4いずれか記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記縦型オーバーフロードレインによる前記第1〜第4受光部からの信号電荷の掃き捨て、前記横型オーバーフロードレインによる前記第4受光部からの信号電荷の掃き捨て、前記読み出しゲートによる前記第1〜第4受光部からの信号電荷の読み出しの順に前記固体撮像装置を駆動することにより、前記第1〜第3受光部による可視光の露光時間と、前記第4受光部による赤外光の露光時間とを異ならせることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
In the driving method of the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
Signal charges from the first to fourth light receiving portions are swept away by the vertical overflow drain, signal charges from the fourth light receiving portion are swept by the horizontal overflow drain, and the first to fourth by the read gate. By driving the solid-state imaging device in the order of reading out signal charges from the light receiving unit, the exposure time of visible light by the first to third light receiving units and the exposure time of infrared light by the fourth light receiving unit are obtained. A method for driving a solid-state imaging device, characterized by differentiating.
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