JP2008270298A - Solid-state image sensor and imaging apparatus employing the same - Google Patents
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Images
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging apparatus using the same.
近年、ビデオカメラや電子カメラ等の撮像装置が広く一般に普及している。これらのカメラには、CCD型や増幅型などの固体撮像素子が使用されている。これらの固体撮像素子は、入射光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部を有する画素がマトリクス状に複数配置されている。 In recent years, imaging devices such as video cameras and electronic cameras have been widely spread. These cameras use a solid-state imaging device such as a CCD type or an amplification type. In these solid-state imaging devices, a plurality of pixels having a photoelectric conversion unit that generates a signal charge according to the amount of incident light are arranged in a matrix.
増幅型の固体撮像素子では画素の光電変換部にて生成・蓄積された信号電荷を画素に設けられた増幅部に導き、増幅部で増幅した信号を画素から出力する。そして、増幅型の固体撮像素子には、例えば増幅部に接合型電界効果トランジスタを用いた固体撮像素子(特許文献1、2)や、増幅部にMOSトランジスタを用いたCMOS型固体撮像素子(特許文献3)などが提案されている。
In the amplification type solid-state imaging device, signal charges generated and stored in the photoelectric conversion unit of the pixel are guided to an amplification unit provided in the pixel, and a signal amplified by the amplification unit is output from the pixel. As the amplification type solid-state imaging device, for example, a solid-state imaging device using a junction field effect transistor in the amplification unit (
ところで、電子カメラにおいて自動焦点調節を実現するためには撮像レンズの焦点調節状態を検出する必要がある。従来は、撮像に用いる固体撮像素子とは別個に焦点検出素子が設けられていた。しかし、その場合には焦点検出素子やこれに光を導く焦点検出用光学系の分だけコストが増大し、またその分だけ装置が大型化する。 By the way, in order to realize automatic focus adjustment in an electronic camera, it is necessary to detect the focus adjustment state of the imaging lens. Conventionally, a focus detection element is provided separately from a solid-state image sensor used for imaging. However, in that case, the cost increases by the focus detection element and the focus detection optical system that guides light to the focus detection element, and the size of the device increases accordingly.
そこで、近年、焦点検出方式としていわゆる瞳分割位相差方式を採用し焦点検出素子としても兼用できるように構成された固体撮像素子が提案されている(例えば、特許文献4)。 Therefore, in recent years, a solid-state imaging device has been proposed which is configured to adopt a so-called pupil division phase difference method as a focus detection method and also to be used as a focus detection device (for example, Patent Document 4).
特許文献4に開示された固体撮像素子では、被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する撮像用画素とは別に、焦点調節状態を示す焦点検出用信号(「AF信号」とも称す。)を生成する焦点検出用画素(「AF用画素」とも称す。)が複数配置されている。この固体撮像素子では、AF用画素は、2分割された光電変換部を有している。このような光電変換部上に、マイクロレンズが画素に対して1対1に設けられている。2分割された光電変換部は、マイクロレンズによって撮像レンズの射出瞳と略結像関係(すなわち、略共役)となる位置に配置されている。したがって、撮像レンズの射出瞳とマイクロレンズとの間の距離はマイクロレンズの大きさに対して十分に長いことから、2分割された光電変換部は、マイクロレンズの略焦点位置に配置されていることになる。以上述べた関係から、各画素において、2分割された光電変換部の一方部分は、撮像レンズの射出瞳の一部の領域であって射出瞳の中心から所定方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。また、各AF用画素において、2分割された光電変換部の他方部分は、撮像レンズの射出瞳の一部であって射出瞳の中心から反対方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。 In the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 4, a focus detection signal (“AF signal”) indicating a focus adjustment state is provided separately from the imaging pixels that output an imaging signal for forming an image signal indicating a subject image. A plurality of focus detection pixels (also referred to as “AF pixels”) are generated. In this solid-state imaging device, the AF pixel has a photoelectric conversion unit divided into two. On such a photoelectric conversion unit, microlenses are provided on a one-to-one basis with respect to pixels. The two-divided photoelectric conversion unit is arranged at a position where the microlens is in a substantially imaging relationship (that is, substantially conjugate) with the exit pupil of the imaging lens. Therefore, since the distance between the exit pupil of the imaging lens and the microlens is sufficiently long with respect to the size of the microlens, the two-divided photoelectric conversion unit is disposed at a substantially focal position of the microlens. It will be. From the relationship described above, in each pixel, one part of the photoelectric conversion unit divided into two parts is a part of the exit pupil of the imaging lens and emits a light beam from an area decentered in a predetermined direction from the center of the exit pupil. The light is selectively received and photoelectrically converted. In each AF pixel, the other part of the photoelectric conversion unit divided into two parts selectively receives a light beam from a region that is part of the exit pupil of the imaging lens and decentered in the opposite direction from the center of the exit pupil. And photoelectric conversion.
このようなAF用画素は、固体撮像素子の有効画素領域に均一に配置されるのではなく、上下、左右に或いは中央に部分的に配置されるのが一般的である。このように配置されるのは、AF用の信号を効率的に生成し、且つ、出来る限り撮像用画素を増大させるためである。 In general, such AF pixels are not arranged uniformly in the effective pixel region of the solid-state imaging device, but are partially arranged vertically, horizontally, or partially in the center. The reason for this arrangement is to generate AF signals efficiently and increase the number of imaging pixels as much as possible.
そして、特許文献4に開示された固体撮像素子では、撮像用画素にはカラーフィルタが設けられる一方、AF用画素にはカラーフィルタは設けられていない(特許文献4の段落[0063],[0064])。
しかしながら、特許文献4に開示されたような固体撮像素子を用いて実際に撮像すると、均一な輝度を持つ被写体を撮像したにも拘わらずに、輝度が他と比べて増大する領域が生じてしまった。さらに解析してみると、その領域は、AF用画素が配置されている領域の付近の領域であった。 However, when an image is actually picked up using a solid-state imaging device as disclosed in Patent Document 4, a region where the luminance increases compared to the other is generated even though a subject having a uniform luminance is picked up. It was. Further analysis shows that the region is a region near the region where the AF pixels are arranged.
すなわち、AF用画素付近の撮像用画素と、AF用画素付近以外の領域の撮像用画素とに同一の光を入射させても、両者の間で得られる撮像用信号の大きさに差が生じていた。その結果、AF用画素の配列に沿ってくっきりと線状に輝度の高い領域が出来てしまい、画像として品質の悪いものとなってしまっていた。 That is, even if the same light is incident on the imaging pixels near the AF pixels and the imaging pixels in the region other than the AF pixels, there is a difference in the magnitude of the imaging signal obtained between them. It was. As a result, a high-brightness region is clearly formed in a line along the AF pixel array, resulting in poor quality images.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、焦点検出用画素付近の撮像用画素から得られる撮像用信号と、焦点検出用画素付近以外の領域の撮像用画素から得られる撮像用信号との間の差を低減することができ、ひいては、高品質の画像を得ることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an imaging signal obtained from an imaging pixel near the focus detection pixel and an imaging obtained from an imaging pixel in a region other than the vicinity of the focus detection pixel. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of reducing a difference between the signal and a signal for use, and thus obtaining a high-quality image, and an imaging apparatus using the same.
本発明者は、鋭意研究の結果、上記問題点の原因を突き止めるに至った。前述した従来の固体撮像素子では、前述したように、AF用画素においてカラーフィルタが除去されている。これにより、AF用画素においては、青い成分である短い波長の光から、赤い成分である長い波長の光まで入射されるので、AF用画素に対する入射光量が増大し、ひいては焦点検出の精度が高まるという優れた効果を奏する。 As a result of intensive studies, the present inventors have found the cause of the above problems. In the conventional solid-state imaging device described above, as described above, the color filter is removed from the AF pixel. As a result, in the AF pixel, light from a short wavelength, which is a blue component, to a long wavelength light, which is a red component, is incident, so that the amount of light incident on the AF pixel is increased, and thus the accuracy of focus detection is improved. There is an excellent effect.
しかしながら、AF用画素において、赤よりも長い波長の光の成分まで入射されることになる。このような光は、入射される面より深くまで半導体中に進入して光電変換されることになる。半導体基板の深い位置で発生した電荷は、ドリフトによって四方八方に移動する。ドリフトした電荷が当該AF用画素に配置された電荷蓄積層に捕捉されるなら、特に問題は生じない。しかし、電荷の発生する位置が深いほど、当該AF用画素では捕捉されず、隣接する撮像用画素の電荷蓄積層に捕捉される成分が増大する。上記の問題は、この現象によって生じていたのである。 However, in the AF pixel, a light component having a wavelength longer than red is incident. Such light enters the semiconductor deeper than the incident surface and is photoelectrically converted. The electric charges generated in the deep position of the semiconductor substrate move in all directions due to drift. If the drifted charge is trapped in the charge storage layer disposed in the AF pixel, no particular problem occurs. However, as the position where charge is generated is deeper, the component that is not captured by the AF pixel and is captured by the charge storage layer of the adjacent imaging pixel increases. The above problem was caused by this phenomenon.
いわゆるクロストークではあるが、一般的に称されるクロストークとは異なる。つまり、本現象は、AF用画素からその付近の撮像用画素へ混入する電荷によって生ずるものである。AF画素は、有効画素領域の特定領域に配置される。したがって、有効画素領域におけるAF用画素が配置された領域に沿って、くっきりと線状に輝度の高い領域が観察されていたのである。 Although it is so-called crosstalk, it is different from generally called crosstalk. That is, this phenomenon is caused by charges mixed from the AF pixel to the imaging pixel in the vicinity thereof. The AF pixel is arranged in a specific area of the effective pixel area. Therefore, a clear and high-bright area is observed along the area where the AF pixels are arranged in the effective pixel area.
本発明は、このような前記問題点の原因究明の結果としてなされたものである。すなわち、前記課題を解決するため、本発明の第1の態様による固体撮像素子は、光学系により結像される被写体像を光電変換する固体撮像素子であって、2次元状に配置され各々が入射光に応じた電荷を生成し蓄積する光電変換部を有する複数の画素を備え、前記複数の画素間に分離領域を有し、前記複数の画素は、前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の撮像用画素と、前記光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を出力する複数の焦点検出用画素と、を含み、前記焦点検出用画素に、及び/又は、前記分離領域のうち前記焦点検出用画素とこれに隣り合う前記撮像用画素との間の分離領域に、当該焦点検出用画素で発生した電荷が当該焦点検出用画素に隣り合う前記撮像用画素に混入するクロストークを低減するクロストーク低減部が設けられたものである。 The present invention has been made as a result of investigating the cause of such problems. That is, in order to solve the above-described problem, the solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention is a solid-state imaging device that photoelectrically converts a subject image formed by an optical system, and is arranged in a two-dimensional manner. A plurality of pixels each having a photoelectric conversion unit that generates and accumulates charges according to incident light; and a separation region between the plurality of pixels, the plurality of pixels forming an image signal indicating the subject image A plurality of image pickup pixels for outputting an image pickup signal for output, and a plurality of focus detection pixels for outputting a focus detection signal for detecting a focus adjustment state of the optical system. And / or in the separation region between the focus detection pixel and the imaging pixel adjacent thereto in the separation region, the charge generated in the focus detection pixel is adjacent to the focus detection pixel. Mixed in the matching imaging pixels That in which crosstalk reduction unit for reducing crosstalk is provided.
本発明の第2の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、第1導電型の第1の半導体層と、該第1の半導体層上に設けられた第2導電型の第2の半導体層とを備え、前記複数の画素の前記光電変換部は、前記第2の半導体層に設けられた前記第1導電型の電荷蓄積層を有し、前記クロストーク低減部は、前記第2の半導体層中において前記焦点検出用画素の前記電荷蓄積層に対向するように配置された第3の半導体層であって、前記第2の半導体層よりも高濃度の前記第2導電型の第3の半導体層を、含むものである。 A solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention, in the first aspect, includes a first conductive type first semiconductor layer and a second conductive type second provided on the first semiconductor layer. The photoelectric conversion unit of the plurality of pixels includes the first conductivity type charge storage layer provided in the second semiconductor layer, and the crosstalk reduction unit includes the first A third semiconductor layer disposed in the two semiconductor layers so as to face the charge storage layer of the focus detection pixel, wherein the second conductivity type is higher in concentration than the second semiconductor layer. A third semiconductor layer is included.
本発明の第3の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、第1導電型又は第2導電型の第1の半導体層と、該第1の半導体層上に設けられた前記第2導電型の第2の半導体層とを備え、前記複数の画素の前記光電変換部は、前記第2の半導体層に設けられた前記第1導電型の電荷蓄積層を有し、前記クロストーク低減部は、前記分離領域のうち前記焦点検出用画素とこれに隣り合う前記撮像用画素との間の分離領域に配置される前記第2導電型の分離拡散層であって、前記分離領域のうち前記撮像用画素同士の間の分離領域に配置される前記第2導電型の分離拡散層よりも深い部分を持つ分離拡散層を、含むものである。 A solid-state imaging device according to a third aspect of the present invention is the first aspect, wherein the first conductivity type or the second conductivity type first semiconductor layer and the first semiconductor layer provided on the first semiconductor layer are provided. And the photoelectric conversion unit of the plurality of pixels includes the first conductivity type charge storage layer provided in the second semiconductor layer, and the crosstalk. The reduction unit is the second conductivity type separation diffusion layer disposed in a separation region between the focus detection pixel and the imaging pixel adjacent to the focus detection pixel in the separation region. Of these, an isolation diffusion layer having a portion deeper than the isolation diffusion layer of the second conductivity type disposed in an isolation region between the imaging pixels is included.
本発明の第4の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、第1導電型又は第2導電型の第1の半導体層と、該第1の半導体層上に設けられた前記第2導電型の第2の半導体層とを備え、前記複数の画素の前記光電変換部は、前記第2の半導体層に設けられた前記第1導電型の電荷蓄積層を有し、前記クロストーク低減部は、前記第2の半導体層中において前記焦点検出用画素及びこれに隣り合う前記撮像用画素に渡るように配置された第4の半導体層であって、前記第2の半導体層よりも高濃度の前記第2導電型の第4の半導体層を、含み、前記第4の半導体層における前記焦点検出用画素とこれに隣り合う前記撮像用画素との間の分離領域に配置された部分が、前記第4の半導体層における前記焦点検出用画素に配置された部分よりも浅い位置に配置されたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device according to the first aspect, wherein the first conductivity type or second conductivity type first semiconductor layer and the first semiconductor layer provided on the first semiconductor layer are provided. And the photoelectric conversion unit of the plurality of pixels includes the first conductivity type charge storage layer provided in the second semiconductor layer, and the crosstalk. The reduction unit is a fourth semiconductor layer disposed in the second semiconductor layer so as to extend over the focus detection pixel and the imaging pixel adjacent thereto, and is more than the second semiconductor layer. A portion including a high-concentration fourth semiconductor layer of the second conductivity type and disposed in a separation region between the focus detection pixel and the imaging pixel adjacent thereto in the fourth semiconductor layer; Is a portion disposed in the focus detection pixel in the fourth semiconductor layer. In which is arranged at a position shallower than.
本発明の第5の態様による固体撮像素子は、前記第4の態様において、前記第4の半導体層における前記焦点検出用画素に配置された部分が、前記第4の半導体層における前記撮像用画素に配置された部分よりも浅い位置に配置されたものである。 The solid-state imaging device according to a fifth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the fourth aspect, wherein the portion of the fourth semiconductor layer arranged in the focus detection pixel is the imaging pixel in the fourth semiconductor layer. It is arrange | positioned in the position shallower than the part arrange | positioned.
本発明の第6の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、第1導電型の第1の半導体層と、該第1の半導体層上に設けられた第2導電型の第2の半導体層とを備え、前記複数の画素の前記光電変換部は、前記第2の半導体層に設けられた前記第1導電型の電荷蓄積層を有し、前記第1の半導体層は、前記焦点検出用画素において当該焦点検出用画素の前記光電変換部の前記電荷蓄積層側に突出した凸部を有し、前記クロストーク低減部は、前記凸部を含むものである。 A solid-state imaging device according to a sixth aspect of the present invention is the first aspect, wherein the first conductive type first semiconductor layer and the second conductive type second semiconductor layer provided on the first semiconductor layer are provided. The photoelectric conversion unit of the plurality of pixels includes the first conductivity type charge storage layer provided in the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer includes the first semiconductor layer, The focus detection pixel has a protrusion protruding to the charge storage layer side of the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel, and the crosstalk reduction unit includes the protrusion.
本発明の第7の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第6のいずれかの態様において、前記撮像用画素にはカラーフィルタが設けられ、前記焦点検出用画素にはカラーフィルタが設けられていないものである。 In the solid-state imaging device according to the seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the imaging pixel is provided with a color filter, and the focus detection pixel is provided with a color filter. It is not.
本発明の第8の態様による撮像装置は、前記第1乃至第7のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記複数の焦点検出用画素の少なくとも一部の画素からの前記焦点検出用信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部と、前記検出処理部からの前記検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節を行う調節部と、を備えたものである。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an imaging apparatus that uses the solid-state imaging device according to any one of the first to seventh aspects and the focus detection signal from at least some of the plurality of focus detection pixels. A detection processing unit that outputs a detection signal indicating a focus adjustment state of the optical system, and an adjustment unit that performs focus adjustment of the optical system based on the detection signal from the detection processing unit. It is.
なお、前述した第1乃至第8の態様の各特徴事項は、それらの趣旨に反しない限り、適宜任意に組み合わせてもよいことは、言うまでもない。 Needless to say, the above-described features of the first to eighth aspects may be arbitrarily combined as long as they do not contradict their purpose.
本発明によれば、焦点検出用画素付近の撮像用画素から得られる撮像用信号と、焦点検出用画素付近以外の領域の撮像用画素から得られる撮像用信号との間の差を低減することができ、ひいては、高品質の画像を得ることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce a difference between an imaging signal obtained from an imaging pixel near the focus detection pixel and an imaging signal obtained from an imaging pixel in a region other than the vicinity of the focus detection pixel. Therefore, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of obtaining a high-quality image and an imaging apparatus using the solid-state imaging device.
以下、本発明による固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a solid-state imaging device and an imaging device using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る撮像装置としての電子カメラ1を示す概略ブロック図である。電子カメラ1には、撮影レンズ2が装着される。この撮影レンズ2は、レンズ制御部2aによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ2の像空間には、固体撮像素子3の撮像面が配置される。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an
固体撮像素子3は、撮像制御部4の指令によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子3から出力される信号は、画像用の信号、焦点検出用の信号のいずれかである。いずれにおいても信号は、信号処理部5、及びA/D変換部6を介して処理された後、メモリ7に一旦蓄積される。メモリ7は、バス8に接続される。バス8には、レンズ制御部2a、撮像制御部4、マイクロプロセッサ9、焦点演算部(検出処理部)10、記録部11、画像圧縮部12及び画像処理部13なども接続される。上記マイクロプロセッサ9には、レリーズ釦などの操作部9aが接続される。また、上記の記録部11には記録媒体11aが着脱自在に装着される。この電子カメラ1の動作については、後に、図13を参照して説明する。
The solid-
図2は、図1中の固体撮像素子3の概略構成を示す回路図である。固体撮像素子3は、マトリクス状に配置された複数の画素20と、画素20から信号を出力するための周辺回路とを有している。図において、画素数は、横に4行縦に4行の16個の画素を示している。しかし、これに限られるものではない。本実施の形態では、画素として後述する5種類の画素20R,20G,20B,20V,20Hを有しているが、図2ではそれらのいずれであるかを区別することなく、符号20で示している。これらの画素20は、周辺回路の駆動信号に従って撮像用信号、及び、焦点検出用信号のいずれかを出力する。又、すべての画素20は、同時に光電変換部がリセットされて露光の時間とタイミングが同一にされることが可能となっている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-
周辺回路は、垂直走査回路21、水平走査回路22、これらと接続されている駆動信号線23,24、画素からの信号を受け取る垂直信号線25、垂直信号線25と接続される定電流源26及び相関二重サンプリング回路(CDS)27、相関二重サンプリング回路27から出力される信号を受け取る水平信号線28、出力アンプ29等からなる。
The peripheral circuit includes a vertical scanning circuit 21, a
垂直走査回路21及び水平走査回路22は、電子カメラ1の撮像制御部4からの指令に基づいて駆動信号を出力する。各画素20は、垂直走査回路21から出力される駆動信号を所定の駆動信号線23から受け取って駆動され、撮像用信号又は焦点検出用信号を垂直信号線25に出力する。垂直走査回路21から出力される駆動信号は複数あり、それに伴い駆動配線23も複数ある。これらについては後述する。
The vertical scanning circuit 21 and the
画素20から出力された信号は、相関二重サンプリング回路27にて所定のノイズ除去が施される。そして、水平走査回路22の駆動信号により水平信号線28及び出力アンプ29を介して外部に信号が出力される。
The signal output from the
図3は、図1中の固体撮像素子3(特にその撮像領域31)を模式的に示す概略平面図である。本実施の形態では、図3に示すように、固体撮像素子3の撮像領域31には、中央に配置された十字状をなす2つの焦点検出領域32,33と、両側に配置された2つの焦点検出領域34,35と、上下に配置された2つの焦点検出領域36,37とが、設けられている。なお、図3に示すように、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を定義する。また、X軸方向のうち矢印の向きを+X方向又は+X側、その反対の向きを−X方向又は−X側と呼び、Y軸方向についても同様とする。XY平面と平行な平面が固体撮像素子3の撮像面(受光面)と一致している。X軸方向の並びを行、Y軸方向の並びを列とする。なお、入射光は図3の紙面手前側から奥側に入射する。これらの点は、後述する図についても同様である。なお、本願明細書では、X軸方向を左右方向、+X側を右側、−X側を左側、Y軸方向を上下方向、+Y側を上側、−Y側を下側と呼ぶ場合がある。
FIG. 3 is a schematic plan view schematically showing the solid-state imaging device 3 (particularly, its imaging region 31) in FIG. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
図4は、図3における焦点検出領域35の付近を拡大した概略拡大図であり、画素配置を模式的に示している。図5は、図3における焦点検出領域36の付近を拡大した概略拡大図であり、画素配置を模式的に示している。前述したように、固体撮像素子3は、画素20として、5種類の画素20R,20G,20B,20V,20Hを有している。図4及び図5において、画素20R,20G,20B,20V,20Hには、それぞれ符号「R」、「G」、「B」、「V」、「H」を付している。
FIG. 4 is a schematic enlarged view in which the vicinity of the
画素20R,20G,20Bは、撮影レンズ2によって結像される被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する撮像用画素である。本実施の形態では、画素20R,20G,20Bにはそれぞれ対応する色のカラーフィルタ(図示せず)が設けられることで、画素20Rは赤色の撮像用信号、画素20Gは緑色の撮像用信号、画素20Bは青色の撮像用信号をそれぞれ出力するように構成されている。一方、画素20V,20Hは、撮影レンズ2の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を出力する焦点検出用画素(以下、「AF用画素」という。)であり、画素20V,20Hにはカラーフィルタは設けられていない。AF用画素20V,20Hに対する入射光量を増大させ焦点検出精度を高めるためには、画素20V,20Hにはカラーフィルタを設けないことが好ましいが、本発明では必ずしもこれに限定されるものではない。
The
本実施の形態では、図4及び図5に示すように、撮像用画素20R,20G,20Bは基本的にベイヤー配列に従って配列され、Y軸方向に延びた焦点検出領域35には1画素置きにAF用画素20Vが配置され、X軸方向に延びた焦点検出領域36には1画素置きにAF用画素20Hが配置されている。焦点検出領域33,34は焦点検出領域35と同様であり、焦点検出領域32,37は焦点検出領域36と同様である。もっとも、このような配置に限定されるものではなく、例えば、焦点検出領域33〜35の画素を全てAF用画素20Vとしたり、焦点検出領域32,36,37の画素を全てAF用画素20Hとしてもよい。また、本発明では、白黒用として構成してもよく、その場合には撮像用画素にカラーフィルタを設けなくてよい。また、カラー用として構成する場合であっても、前述したようなベイヤー配列に限定されるものではない。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the
図6は、図1中の固体撮像素子3の撮像用画素20R,20G,20Bを示す回路図である。これらの画素は同一の回路構成を有している。各撮像用画素20R,20G,20Bは、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する光電変換部としての埋め込みフォトダイオード41と、所定部位としてのフローティング拡散部44と、埋め込みフォトダイオード41からフローティング拡散部44へ電荷を転送する転送トランジスタ45と、フローティング拡散部44の電荷量に応じた信号を出力する増幅部としての画素アンプ48と、フローティング拡散部44の電荷を排出するリセット部としてのリセットトランジスタ49と、画素アンプ48の信号を当該画素から出力する選択スイッチとしての選択トランジスタ50とを有している。なお、図6において、VDDは電源であり、235は電源VDDに接続するための電源配線である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing the
図7は、図1中の固体撮像素子3のAF用画素20V,20Hを示す回路図である。これらの画素は同一の回路構成を有している。図7において、図6中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。AF用画素20V,20Hが撮像用画素20R,20G,20Bと回路構成上異なる所は、1つの光電変換部としての1つの埋め込みフォトダイオード41に代えて、それを2つに分割したような2つの光電変換部としての2つの埋め込みフォトダイオード42,43を有する点と、これに伴い、1つの転送トランジスタ45に代えて、互いに独立して作動し得る2つの転送トランジスタ46,47を有する点のみである。転送トランジスタ46は埋め込みフォトダイオード42からフローティング拡散部44へ電荷を転送し、転送トランジスタ47は埋め込みフォトダイオード43からフローティング拡散部44へ電荷を転送する。
FIG. 7 is a circuit diagram showing the
本実施の形態では、転送トランジスタ45〜47、画素アンプ48、リセットトランジスタ49、選択トランジスタ50は、いずれもNMOSトランジスタで構成されている。
In this embodiment, the
撮像用画素20R,20G,20Bの転送トランジスタ45及びAF用画素20V,20Hの一方の転送トランジスタ46のゲート電極は、画素行ごとに共通に接続されて、垂直走査回路21から駆動配線23のうちの配線231を介して駆動信号φTGAが供給される。AF用画素20V,20Hの他方の転送トランジスタ47のゲート電極は、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路21から駆動配線23のうちの配線232を介して駆動信号φTGBが供給される。
The gate electrodes of the
画素20R,20G,20B,20V,20Hの選択トランジスタ50のゲート電極は、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路21から駆動配線23のうちの配線233を介して駆動信号φSが供給される。画素20R,20G,20B,20V,20Hのリセットトランジスタ49のゲート電極は、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路21から駆動配線23のうちの配線234を介して駆動信号φRが供給される。
The gate electrodes of the
なお、図6及び図7において、埋め込みフォトダイオード41,42,43の一方の端子、及び、フローティング拡散部44の一方の端子は、便宜的に接地として記載されている。しかし、本実施の形態では、実際は、後述する図9から理解されるとおりP型ウエル層52の電位となる。
6 and 7, one terminal of the embedded
図8は、本実施の形態による固体撮像素子3の焦点検出領域35付近の2×2個の画素20R,20G,20B,20Vを模式的に示す概略平面図である。図8において各配線は簡略化して示している。AF用画素20Hは図8には現れていないが、その構造はAF用画素20Vと基本的に同様あるので、AF用画素20Hについても併せて説明する。
FIG. 8 is a schematic plan view schematically showing 2 × 2
符号44a、44b、68、69及び70は、各トランジスタの一部となっているN型不純物拡散領域であり、符号64、65及び66は、ポリシリコンによる各トランジスタのゲート(電極)である。なお、符号68は、電源電圧VDDが印加される電源拡散部である。これらの点は、撮像用画素20R,20G,20BもAF用画素20V,20Hも同一である。
符号61は、撮像用画素20R,20G,20Bに関する、ポリシリコンによる転送トランジスタ45のゲート(電極)である。一方、符号62,63は、AF用画素20V,20Hに関する、ポリシリコンによる転送トランジスタ46,47のゲート(電極)である。
撮像用画素20R,20G,20Bの転送トランジスタ45は、埋め込みフォトダイオード41の電荷蓄積層74(図9参照)をドレイン、フローティング拡散部44のN型拡散領域44aをソースとしたMOSトランジスタである。転送トランジスタ45は、そのゲート61に印加される駆動信号φTGAにより駆動される。
The
撮像用画素20V,20Hの転送トランジスタ46は、埋め込みフォトダイオード42の電荷蓄積層74(図9参照)をドレイン、フローティング拡散部44のN型拡散領域44aをソースとしたMOSトランジスタである。転送トランジスタ46は、そのゲート62に印加される駆動信号φTGAにより駆動される。また、撮像用画素20Vの転送トランジスタ47は、埋め込みフォトダイオード43の電荷蓄積層74(図9参照)をドレイン、フローティング拡散部44のN型拡散領域44aをソースとしたMOSトランジスタである。転送トランジスタ47は、そのゲート63に印加される駆動信号φTGBにより駆動される。
The
図8に示すように、フローティング拡散部44は、互いに分離してP型ウエル層52(図9参照)に形成された2つのN型拡散領域44a,44bが配線67で電気的に接続されることで、実質的に1つのフローティング拡散部として構成されている。また、フローティング拡散部44は、配線67によって画素アンプ48のゲート65と電気的に接続されている。これらの点は、撮像用画素20R,20G,20BもAF用画素20V,20Hも同一である。
As shown in FIG. 8, in the floating
画素アンプ48は、電源拡散部68をドレイン、拡散領域69をソース、ゲート電極65をゲートとするMOSトランジスタである。選択トランジスタ50は、拡散領域69をドレイン、拡散領域70をソース、ゲート電極66をゲートとするMOSトランジスタである。拡散領域70は、列毎に共通して、垂直信号線25が接続されている。リセットトランジスタ49は、電源拡散部38をドレイン、フローティング拡散部44の拡散領域44bをソース、ゲート電極64をゲートとするMOSトランジスタである。これらの点は、撮像用画素20R,20G,20BもAF用画素20V,20Hも同一である。
The
図9は、図8中のA−A’線に沿った概略断面図である。図9において、シリコン酸化膜より上方部の構成は省略している。実際には、シリコン酸化膜の上方部には配線電極、保護膜、カラーフィルタ、マイクロレンズ等が配置されている。ただし、撮像用画素20R,20G,20Bに対してはそれぞれ対応する色のカラーフィルタが配置されるが、AF用画素20V,20Hにはカラーフィルタは配置されていない。図面には示していないが、本実施の形態では、マイクロレンズは、撮像用画素20R,20G,20Bに対してもAF用画素20V,20Hに対しても、1対1に配置されている。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view along the line A-A ′ in FIG. 8. In FIG. 9, the configuration above the silicon oxide film is omitted. Actually, a wiring electrode, a protective film, a color filter, a microlens, and the like are disposed above the silicon oxide film. However, although color filters of corresponding colors are arranged for the
本実施の形態では、第1の半導体層としてのN型シリコン基板51上に、第2の半導体層としてのP型ウエル層52が配置されている。N型シリコン基板51の不純物濃度は、1E15/cm3(ここで、1E15は1×1015を示す表記であり、以下同様である。)であり、P型ウエル層52の不純物濃度(以下、単に濃度と記載する。)は、1E16/cm3である。しかし、これらの濃度に限定されず、例えばP型ウエル層52の濃度は5E15/cm3から5E16/cm3の範囲であるなら構わない。
In the present embodiment, a P-
撮像用画素20R,20G,20Bの光電変換部である埋め込みフォトダイオード41、及び、AF用画素20V,20Hの2つの光電変換部である2つの埋め込みフォトダイオード42,43はそれぞれ、P型ウエル層52に設けられたN型の電荷蓄積層74と、その上面に設けられたP型の空乏化防止層73とを有している。これらの光電変換部は必ずしも埋め込みフォトダイオードとして構成する必要はなく、必ずしも空乏化防止層73を設ける必要はない。
The embedded
図8及び図9から理解されるとおり、埋め込みフォトダイオード42,43は、埋め込みフォトダイオード41に相当する埋め込みフォトダイオードを2分割することによって構成されている。AF用画素20Vでは、埋め込みフォトダイオード42,43は、+Y側と−Y側とに分割することによって構成されている。したがって、AF用画素20Vでは、前述した特許文献4の図6の場合と同様に、当該画素のマイクロレンズから導かれる入射光は瞳分割されて各埋め込みフォトダイオード41,42に入射される。なお、図面には示していないが、AF用画素20HがAF用画素20Vと異なる所は、光電変換部の分割方向と、これに伴う転送トランジスタ46,47等の配置のみである。AF用画素20Hでは、埋め込みフォトダイオード41に相当する埋め込みフォトダイオードを+X側と−X側に2分割することによって構成されている。
As understood from FIGS. 8 and 9, the embedded
例えば、電荷蓄積層74の厚さは0.3マイクロメートルであり、その濃度は5E16/cm3から5E17/cm3の範囲である。また、例えば、空乏化防止層73の厚さは0.2マイクロメートルであり、その濃度は1E18/cm3から1E19/cm3の範囲である。
For example, the thickness of the
空乏化防止層73の上面には薄いシリコン酸化膜75が配置されている。ここでは、その膜厚を例えば0.05マイクロメートルとしている。各画素20R,20G,20B,20V,20H間は、分離領域76で電気的に分離されている。分離領域76には、厚いLOCOSシリコン酸化膜(以下、LOCOS酸化膜)78が配置され、更にその下部にP型の分離拡散層79が配置されている。LOCOS酸化膜78の膜厚は、例えば0.8マイクロメートルである。しかし、これに限られるものではない。
A thin
本実施の形態では、P型ウエル層52の内部には、AF用画素20V,20Hの埋め込みフォトダイオード42,43の電荷蓄積層74に対向する部分に、クロストーク低減層77が配置されている。クロストーク低減層77は、AF用画素20V,20Hで発生した電荷が当該AF用画素に隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bに混入するクロストークを低減するクロストーク低減部を構成している。クロストーク低減層77は、P型ウエル層52と同じ導電型のP型で、P型ウエル層52よりも高濃度である。クロストーク低減層77の濃度は、P型ウエル層52の濃度の10倍以上が好ましい。ここでは、クロストーク低減層77のピーク濃度を例えば3E17/cm3としている。
In the present embodiment, a
本実施の形態では、クロストーク低減層77が配置されているので、図9に示すように、AF用画素20V,20Hにおいてこれより深い位置(N型シリコン基板51側)まで入射した光81によって発生する電荷(電子)82は、ポテンシャルの高い方に(即ちN型シリコン基板51側に)ドリフトされ、ひいては、N型シリコン基板51に吸収される。したがって、入射された波長の長い光によってAF用画素20H,20Vで発生する電荷は、隣接する撮像用画素20R,20G,20Bの方にドリフトされない。このため、隣接する撮像用画素20R,20G,20Bの電荷蓄積層74にこの電荷が捕捉されて撮像用信号が増大してしまうことはない。よって、AF用画素20V,20H付近以外の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号と、AF用画素20V,20H付近の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号との間で、信号の大きさに差が生じず、高品質の画像を得ることができる。
In the present embodiment, since the
クロストーク低減層77の深さは、赤色の波長の光が進入する深さ以下なら良い。よって、シリコン表面からのクロストーク低減層77のピーク濃度の地点の深さd1は、3.5ミクロン程度以下なら良い。ただし、前述した効果をより向上させるなら、深さd1はより浅い方が好ましい。ここでは、深さd1を例えば2.5ミクロンとしている。
The depth of the
また、本実施の形態では、クロストーク低減層77は、分離領域76側に、深さd1から深さd2に立ち上がった立ち上がり部77aを有している。図9に示すように、この立ち上がり部77aによって、分離領域76側においてクロストーク低減層77よりも浅い位置に入射した光83によって生ずる電荷84も、隣接する撮像用画素20R,20G,20Bの方にドリフトされ難くなる。よって、前述した効果がより高まる。もっとも、本発明では、クロストーク低減層77に必ずしも立ち上がり部77aを設けておく必要はない。
In the present embodiment, the
次に、本実施の形態において用いられている固体撮像素子3の製造方法の一例について、図10を参照して説明する。図10は、その各製造工程を示す概略断面図であり、図9に対応している。
Next, an example of a method for manufacturing the solid-
まず、N型シリコン基板51の所定の領域にP型ウエル層52を形成する工程を行う。即ち、N型シリコン基板51表面にシリコン熱酸化膜を設け、P型ウエル層52となる部分のシリコン熱酸化膜をフォトリソエッチング法に従い除去し、この部分を開口としてイオン注入と所定の熱処理を行う。
First, a step of forming a P-
P型ウエル層52の濃度は、5E15/cm3から5E16/cm3とされるようにイオン注入と熱処理が行われる。深さ方向にP型ウエル層52の濃度を揃えるため、加速電圧を変えてイオン注入を複数回に分けて行うのが好ましい。
Ion implantation and heat treatment are performed so that the concentration of the P-
次に、LOCOS酸化膜78による分離領域を形成する工程を行う。即ち、先ず、シリコン窒化膜をCVD法により形成し、アクティブ領域となる部分を残すようにパターニングする。開口部には後に厚いLOCOS酸化膜が形成されるが、周知のように開口部に前もって分離拡散層79が設けられる。分離拡散層79は、最終的に深さが0.8マイクロメートル、濃度が1E17/cm3から1E18/cm3となる。次いで、この開口部に熱酸化法により膜厚が0.8マイクロメートルのLOCOS酸化膜78を形成する。シリコン窒化膜を除去した後に、アクティブ領域にイオン注入のプロテクト膜を目的として薄いシリコン酸化膜75を熱酸化法により形成する。図10(a)はこの状態を示している。
Next, a step of forming an isolation region by the
次に、クロストーク低減層77を形成する工程を行う。すなわち、イオン注入して所定の熱処理を行い、深さ2.5マイクロメートルの位置にピーク濃度3E17/cm3のクロストーク低減層77を形成する。ここでの熱処理は、P型ウエル層52を形成するときの熱処理より低い温度で行う。低い温度で行うことにより、クロストーク低減層77のピーク濃度が高くなる。このとき、薄いシリコン酸化膜75の部分は深く、厚いLOCOS酸化膜78の部分は浅くイオンが打ち込まれ、これより立ち上がり部77aを持ったクロストーク低減層77が所定の深さに容易に形成される。図10(b)はこの状態を示している。なお、クロストーク低減層77を形成しない領域(イオンが注入されない領域)にレジストによるマスクを形成することは言うまでもない。レジストの厚さは、加速電圧により異なるが、3マイクロメートル乃至5マイクロメートル程度である。
Next, a step of forming the
また、説明を簡略化するため、薄いシリコン酸化膜75は固体撮像素子3の完成まで保持されるものとして説明する。しかし、ここで用いた薄いシリコン酸化膜75は本工程終了後に除去され、各部の酸化膜は空乏化防止層73上の保護膜、ゲート酸化膜など目的により膜厚を変えて再度形成されてもよい。
In order to simplify the description, it is assumed that the thin
次に、所定の拡散部を設ける工程を行う。即ち、周知のフォトリソエッチング法及び不純物拡散法による工程を繰り返し、各画素20R,20G,20B,20V,20H内の能動素子、及び、周辺回路の能動素子を形成する。MOSトランジスタの拡散部等は、LOCOS酸化膜、及び、ポリシリコンを用いたセルフアラインにより形成する。光電変換部に配置する拡散部(電荷蓄積層74、空乏化防止層73)は、電荷転送のバラツキを抑えるためポリシリコンによる各ゲート電極を設けた後に形成するのが好ましい。図10(c)はこの状態を示している。そして、配線、カラーフィルタ、マイクロレンズ、保護膜等を形成して本固体撮像素子3は完成する。
Next, a step of providing a predetermined diffusion portion is performed. That is, the known photolithographic etching method and impurity diffusion method are repeated to form active elements in the
次に、固体撮像素子3の駆動手順の各例について、図11及び図12を参照して説明する。図11は、焦点検出モード(固体撮像素子3から焦点検出用信号を読み出す動作モード)時の固体撮像素子3の駆動手順を示すタイミングチャートである。図12は、撮像モード(固体撮像素子3から撮像用信号を読み出す動作モード)時の固体撮像素子3の駆動手順を示すタイミングチャートである。なお、各画素に含まれるトランジスタはNMOSトランジスタであり、ハイレベル(ハイ)の駆動信号を受けてオン状態とされる。
Next, each example of the driving procedure of the solid-
最初に、図11を参照して焦点検出モード時の駆動手順を説明する。まず、期間T1において、全行のφTGA,φTGBがハイにされ、全画素20R,20G,20B,20V,20Hの転送トランジスタ45〜47がオンにされる。このとき、全行のφRがハイにされて全画素20R,20G,20B,20V,20Hのリセットトランジスタ49がオンにされているので、期間T1において、全画素20R,20G,20B,20V,20Hの埋め込みフォトダイオード41〜43及びフローティング拡散部44がリセットされる。全行のφTGA,φTGBは、期間T1後にローにされ、全画素20R,20G,20B,20V,20Hの転送トランジスタ45〜47がオフにされる。
First, a driving procedure in the focus detection mode will be described with reference to FIG. First, in the period T1, φTGA and φTGB of all rows are set to high, and the
期間T1の後の期間T2において、メカニカルシャッタ(図示せず)が開かれる。この期間T2が露光期間となる。 In a period T2 after the period T1, a mechanical shutter (not shown) is opened. This period T2 is an exposure period.
次いで、期間T3において、1行目のφSがハイにされる。これにより、1行目の選択トランジスタ50がオンにされ、1行目の行選択が開始され、1行目の画素アンプ48によるソースフォロワ読み出しが開始される。
Next, in a period T3, φS in the first row is set high. As a result, the
期間T3の開始時点から所定期間経過した後に期間T11が開始される。期間T11では、1行目のφRがローにされて1行目のリセットトランジスタ49がオフにされ、1行目のフローティング拡散部44のリセットが終了される。期間T11の開始時点から期間T14の開始時点までの間に、1行目のダークレベル(フローティング拡散部44のリセット状態に対応して1行目の画素アンプ48から出力される信号)が、画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプ(保存)される。このダークレベルは、次回に読み出しされる信号が1行目のφTGAに応答して埋め込みフォトダイオード41,42(図11では、PDAと表記)から転送されて来る信号電荷によるものであるため、埋め込みフォトダイオード41,42(PDA)に関するダークレベルとして用いられる。
The period T11 is started after a predetermined period has elapsed since the start of the period T3. In the period T11, φR in the first row is set low, the
期間T14において、1行目のφTGAがハイにされて1行目の転送トランジスタ45,46がオンにされる。これにより、1行目の撮像用画素20R,20G,20Bの埋め込みフォトダイオード41に蓄積されていた信号電荷及び1行目のAF用画素20V,20Hの一方の埋め込みフォトダイオード42に蓄積されていた信号電荷が、当該画素のフローティング拡散部44に転送される。そして、期間T14の終了時に、1行目のφTGAがローにされて1行目の転送トランジスタ45,46がオフにされる。期間T14の終了時点から期間T11の終了時点(期間T12の開始時点)までの間に、1行目のフローティング拡散部44に転送された電荷による電位変動が画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされる。すなわち、埋め込みフォトダイオード41,42(PDA)の信号読出しが行われる。そして、CDS回路27によって、埋め込みフォトダイオード41,42(PDA)に関するこの信号と、埋め込みフォトダイオード41,42(PDA)に関する先のダークレベルとの差分信号が取得される。この差分信号のうちAF用画素20V,20Hの一方の埋め込みフォトダイオード42に関するもののみが、焦点検出用信号として用いられる。
In period T14, φTGA in the first row is set high, and the
期間T12において、1行目のφRがハイにされて1行目のリセットトランジスタ49がオンにされ、1行目のフローティング拡散部44がリセットされる。
In period T12, φR in the first row is set high, the
期間T12の終了時点から期間T13が開始される。期間T13では、1行目のφRがローにされて1行目のリセットトランジスタ49がオフにされ、フローティング拡散部44のリセットが終了される。期間T13の開始時点(期間T12の終了時点)から期間T15の開始時点までの間に、1行目のダークレベル(フローティング拡散部44のリセット状態に対応して1行目の画素アンプ48から出力される信号)が、画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプ(保存)される。このダークレベルは、次回に読み出しされる信号が1行目のφTGBに応答して埋め込みフォトダイオード43(図11では、PDBと表記)から転送されて来る信号電荷によるものであるため、埋め込みフォトダイオード43(PDB)に関するダークレベルとして用いられる。
Period T13 starts from the end of period T12. In period T13, φR in the first row is set low, the
期間T15において、1行目のφTGBがハイにされて1行目の転送トランジスタ47がオンにされる。これにより、1行目のAF用画素20V,20Hの他方の埋め込みフォトダイオード43に蓄積されていた信号電荷が、当該画素のフローティング拡散部44に転送される。そして、期間T15の終了時に、1行目のφTGBがローにされて1行目の転送トランジスタ47がオフにされる。期間T15の終了時点から期間T13の終了時点(期間T3の終了時点)までの間に、1行目のフローティング拡散部44に転送された電荷による電位変動が画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされる。すなわち、埋め込みフォトダイオード43(PDB)の信号読出しが行われる。そして、CDS回路27によって、埋め込みフォトダイオード43(PDB)に関するこの信号と、埋め込みフォトダイオード43(PDB)に関する先のダークレベルとの差分信号が取得される。この差分信号が、焦点検出用信号として用いられる。
In period T15, φTGB in the first row is set high, and the
その後、期間T3の終了時点(期間T13の終了時点)において、1行目のφRがハイにされて1行目のリセットトランジスタ49がオンにされ、1行目のフローティング拡散部44のリセットが開始されるとともに、1行目のφSがローにされて1行目の選択トランジスタ50がオフにされ、1行目の行選択が終了される。
Thereafter, at the end of the period T3 (end of the period T13), φR in the first row is set high, the
次に、水平帰線期間を経て次の2行目の選択動作の期間T4へと移行する。2行目以降も1行目と同様な動作が繰り返されるので、ここではその説明は省略する。このようにして、すべての行から信号が読み出されると、焦点検出モードを終了する。 Next, the process proceeds to the selection operation period T4 of the next second row through the horizontal blanking period. Since the same operation as the first line is repeated in the second and subsequent lines, the description thereof is omitted here. In this way, when signals are read from all rows, the focus detection mode is terminated.
次に、図12を参照して撮像モード時の駆動手順を説明する。撮像モード時では、AF用画素20V,20Hの埋め込みフォトダイオード43からの信号は使用せず意味を持たないため、φTGBは任意でよい。したがって、図12には、φTGBを記載していない。
Next, a driving procedure in the imaging mode will be described with reference to FIG. In the imaging mode, the signal from the embedded
撮像モード時には、まず、期間T21において、全行のφTGAがハイにされ、全画素20R,20G,20B,20V,20Hの転送トランジスタ45,46がオンにされる。このとき、全行のφRがハイにされて全画素20R,20G,20B,20V,20Hのリセットトランジスタ49がオンにされているので、期間T21において、少なくとも画素20R,20G,20Bの埋め込みフォトダイオード41及びフローティング拡散部44がリセットされる。全行のφTGAは、期間T21後にローにされ、画素20R,20G,20B,20V,20Hの転送トランジスタ45,46がオフにされる。
In the imaging mode, first, in a period T21, φTGA of all the rows is set high, and the
期間T21の後の期間T22において、メカニカルシャッタ(図示せず)が開かれる。この期間T22が露光期間となる。 In a period T22 after the period T21, a mechanical shutter (not shown) is opened. This period T22 is an exposure period.
次いで、期間T23において、1行目のφSがハイにされる。これにより、1行目の選択トランジスタ50がオンにされ、1行目の行選択が開始され、1行目の画素アンプ48によるソースフォロワ読み出しが開始される。
Next, in a period T23, φS in the first row is set high. As a result, the
期間T23の開始時点から所定期間経過した後に期間T31が開始される。期間T31では、1行目のφRがローにされて1行目のリセットトランジスタ49がオフにされ、1行目のフローティング拡散部44のリセットが終了される。期間T31の開始時点から期間T32の開始時点までの間に、1行目のダークレベル(フローティング拡散部44のリセット状態に対応して1行目の画素アンプ48から出力される信号)が、画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプ(保存)される。このダークレベルは、次回に読み出しされる信号が1行目のφTGAに応答して埋め込みフォトダイオード41,42(図11では、PDAと表記)から転送されて来る信号電荷によるものであるため、埋め込みフォトダイオード41,42(PDA)に関するダークレベルとして用いられる。
The period T31 is started after a predetermined period has elapsed since the start of the period T23. In period T31, φR in the first row is set low, the
期間T32において、1行目のφTGAがハイにされて1行目の転送トランジスタ45,46がオンにされる。これにより、1行目の撮像用画素20R,20G,20Bの埋め込みフォトダイオード41に蓄積されていた信号電荷及び1行目のAF用画素20V,20Hの一方の埋め込みフォトダイオード42に蓄積されていた信号電荷が、当該画素のフローティング拡散部44に転送される。そして、期間T32の終了時に、1行目のφTGAがローにされて1行目の転送トランジスタ45,46がオフにされる。期間T32の終了時点から期間T31の終了時点(期間T23の終了時点)までの間に、1行目のフローティング拡散部44に転送された電荷による電位変動が画素アンプ48から垂直信号線25を介してCDS回路27にクランプされる。すなわち、埋め込みフォトダイオード41,42(PDA)の信号読出しが行われる。そして、CDS回路27によって、埋め込みフォトダイオード41,42(PDA)に関するこの信号と、埋め込みフォトダイオード41,42(PDA)に関する先のダークレベルとの差分信号が取得される。この差分信号のうち撮像用画素20R,20G,20Bの埋め込みフォトダイオード41に関するもののみが、撮像用信号として用いられる。
In the period T32, φTGA in the first row is set high, and the
その後、期間T23の終了時点(期間T31の終了時点)において、1行目のφRがハイにされて1行目のリセットトランジスタ49がオンにされ、1行目のフローティング拡散部44のリセットが開始されるとともに、1行目のφSがローにされて1行目の選択トランジスタ50がオフにされ、1行目の行選択が終了される。
Thereafter, at the end of the period T23 (end of the period T31), φR in the first row is set high, the
次に、水平帰線期間を経て次の2行目の選択動作の期間T24へと移行する。2行目以降も1行目と同様な動作が繰り返されるので、ここではその説明は省略する。このようにして、すべての行から信号が読み出されると、撮像モードを終了する。 Next, the process proceeds to the selection operation period T24 of the second row through the horizontal blanking period. Since the same operation as the first line is repeated in the second and subsequent lines, the description thereof is omitted here. In this way, when signals are read from all rows, the imaging mode is terminated.
ここで、本実施の形態による電子カメラ1の動作の一例について、図13及び図1を参照して説明する。図13は、本実施の形態による電子カメラ1の動作を示す概略フローチャートである。
Here, an example of the operation of the
操作部9aのレリーズ釦の半押し操作が行われる(ステップS1)と、電子カメラ1内のマイクロプロセッサ9は、その半押し操作に同期して撮像制御部4を駆動する。撮像制御部4は、被写体の確認を行うために予め定めた公知の手法により、撮像用画素20R,20G,20Bのうちの全画素又は所定画素から被写体確認用の撮像信号を読み出し、メモリ7に蓄積する。このとき、全画素を読み出す場合は、例えば、前記図12に示す動作と同様の動作を行う。そして、画像処理部13は、その信号から、画像認識技術を利用して被写体を認識する(ステップS2)。例えば、顔認識モードの場合、被写体として顔を認識する。このとき、画像処理部13は、被写体の位置及び形状を得る。
When the half-press operation of the release button of the operation unit 9a is performed (step S1), the
その後、マイクロプロセッサ9は、ステップ2で得られた被写体の位置及び形状に従って、焦点検出領域32〜37のうちから、被写体に対する焦点調節状態を精度良く検出するのに最適な、焦点検出に用いるべき、オートフォーカス用ラインセンサに相当する焦点検出領域を設定する(ステップS3)。また、マイクロプロセッサ9は、ステップS2の認識結果等に基づいて、焦点検出用の撮影条件(絞り、焦点調節状態、シャッタ時間等)を設定する(ステップS4)。
Thereafter, the
引き続いて、マイクロプロセッサ9は、ステップS4で設定した絞り等の条件となるようにレンズ制御部2aを作動させ、ステップS4で設定したシャッタ時間等の条件でかつステップS3で設定した焦点検出領域のAF用画素20V又は20Hの画素列の座標に従って、撮像制御部4を駆動することで、焦点検出用信号を読み出し、メモリ7に蓄積する(ステップS5)。このとき、前述した図11に示す動作と同様の動作によって、焦点検出用信号を読み出す。
Subsequently, the
次に、マイクロプロセッサ9は、ステップS5で取得されメモリ7に格納された全画素の信号のうちから、ステップS3で設定した焦点検出領域のAF用画素20V又は20Hからの焦点検出用信号をピックアップし、それらの信号に基づいて瞳分割位相差方式に従った演算(焦点調節状態の検出処理)を焦点検出演算部10に行わせることで、焦点検出演算部10にデフォーカス量を算出させる(ステップS6)。
Next, the
次いで、マイクロプロセッサ9は、ステップS6で算出されたデフォーカス量に応じて合焦状態となるように、レンズ制御部2aに撮影レンズ2を調節させる。引き続いて、マイクロプロセッサ9は、本撮影のための撮影条件(絞り、シャッタ時間等)を設定する(ステップS8)。
Next, the
次に、マイクロプロセッサ9は、ステップS8で設定した絞り等の条件となるようにレンズ制御部2aを作動させ、操作部9aのレリーズ釦の全押し操作に同期して、ステップS9で設定したシャッタ時間等の条件で撮像制御部4を駆動することで、画像信号を読み出して本撮影を行う(ステップS9)。このとき、前述した図12に示す動作と同様の動作によって、撮像用信号を読み出す。撮像制御部4によって、この撮像用信号は、メモリ7に蓄積される。
Next, the
その後、マイクロプロセッサ9は、操作部9aの指令に基づき、必要に応じて画像処理部13や画像圧縮部12にて所望の処理を行い、記録部に処理後の信号を出力させ記録媒体11aに記録する。
Thereafter, the
本実施の形態によれば、図9を参照して説明したように、固体撮像素子3においてP型ウエル層52にクロストーク低減層77が配置されているので、AF用画素20V,20Hからその付近の撮像用画素20R,20G,20Bへ電荷が混入するクロストークが低減され、これにより高品質の画像を得ることができる。
According to the present embodiment, as described with reference to FIG. 9, since the
[第2の実施の形態] [Second Embodiment]
図14は、本発明の第2の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子90を模式的に示す概略断面図であり、図9に対応している。図14において、図9中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。 FIG. 14 is a schematic cross-sectional view schematically showing a solid-state imaging device 90 used in an electronic camera according to the second embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 14, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 9 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、固体撮像素子3に代えて固体撮像素子90が用いられている点のみである。固体撮像素子90が固体撮像素子3と異なる所は、P型ウエル層52にはクロストーク低減層77は設けられておらず、固体撮像素子3の分離拡散層79に相当するP型(P型ウエル層52と同じ導電型)の分離拡散層79a,79bのうち、AF用画素20V,20Hとこれに隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bとの間の分離領域76に配置される分離拡散層79aの大部分の深さd3が、撮像用画素20R,20G,20B同士の間の分離領域76に配置されるP型の分離拡散層79bの深さd4よりも深くされている点のみである。分離拡散層79a,79bの濃度は、P型ウエル層52の濃度よりも高く、例えば、固体撮像素子3の分離拡散層79と同様の濃度とされている。本実施の形態では、分離拡散層79bの深さd4は、固体撮像素子3の分離拡散層79の深さと同様の深さとされている。
The present embodiment is different from the first embodiment only in that a solid-state image sensor 90 is used instead of the solid-
分離拡散層79bは、画素間、あるいは、画素内の素子間の電気的な繋がりを単に分離するものであるのに対し、深さd3の部分を有する分離拡散層79aは、そのような分離機能を担うのみならず、AF用画素20V,20Hで発生した電荷が当該AF用画素に隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bに混入するクロストークを低減するクロストーク低減部としての機能も担う。このようなクロストーク低減のためには、分離拡散層79aの深さd3は、深いほど好ましい。しかし、ここでは、その深さd3は、例えば、2.5ミクロンとしている。
The
本実施の形態で用いる固体撮像素子90を製造する場合は、例えば、図10(a)に示す状態まで、図10(a)を参照して説明した固体撮像素子3の製造方法と同様の工程を行う。ただし、このとき、分離拡散層79aに相当する位置には、分離拡散層79bと同時にイオン注入するのに加えて、分離拡散層79aの深い部分を形成するように適当な条件で更にイオン注入する。その後、固体撮像素子3の製造方法として説明した図10(b)以降の工程を行うことで、本固体撮像素子90が完成する。
In the case of manufacturing the solid-state imaging device 90 used in the present embodiment, for example, the same steps as the manufacturing method of the solid-
本実施の形態では、分離拡散層79aの大部分の深さd3が深くされているので、図14に示すように、分離拡散層79a側で比較的深い位置まで入射した光101によって発生する電荷(電子)102は、、隣接する撮像用画素20R,20G,20Bの方にドリフトされ難くなる。このため、隣接する撮像用画素20R,20G,20Bの電荷蓄積層74にこの電荷が捕捉されて撮像用信号が増大してしまうことが低減される。よって、AF用画素20V,20H付近以外の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号と、AF用画素20V,20H付近の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号との間で、信号の大きさに差が生じず、高品質の画像を得ることができる。
In this embodiment, since most of the depth d3 of the
本実施の形態では、基板51は、ここではN型シリコン基板としている。このように基板51の導電型をP型ウエル層52と逆導電型のN型とすれば、深い位置で光電変換された電荷(図示せず)が基板51に吸収され、隣接する撮像用画素20R,20G,20Bの方にドリフトする電荷がより少なくなるので、一層好ましい。もっとも、本発明では、本実施の形態を、基板51としてP型の基板を用いるように変形してもよい。
In the present embodiment, the
[第3の実施の形態] [Third Embodiment]
図15は、本発明の第3の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子110を模式的に示す概略断面図であり、図9に対応している。図15において、図9中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 15 is a schematic sectional view schematically showing a solid-
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、固体撮像素子3に代えて固体撮像素子110が用いられている点のみである。固体撮像素子110が固体撮像素子3と異なる所は、P型ウエル層52にはクロストーク低減層77の代わりにクロストーク低減層111が配置されている点のみである。
The present embodiment differs from the first embodiment only in that a solid-
クロストーク低減層111は、P型ウエル層52中において、AF用画素20V,20H及びこれに隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bに渡るように形成されている。クロストーク低減層111は、AF用画素20V,20Hで発生した電荷が当該AF用画素に隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bに混入するクロストークを低減するクロストーク低減部を構成している。クロストーク低減層111は、P型ウエル層52と同じ導電型のP型で、P型ウエル層52よりも高濃度である。クロストーク低減層111の濃度は、P型ウエル層52の濃度の10倍以上が好ましい。
The
本実施の形態では、クロストーク低減層111におけるAF用画素20V,20Hと当該AF用画素に隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bとの間の分離領域76に配置された部分111aのピーク濃度の地点の、シリコン表面からの深さd5は、クロストーク低減層111におけるAF用画素20V,20Hに配置された部分111bのピーク濃度の地点の、シリコン表面からの深さd6よりも浅くされている。
In the present embodiment, the peak density of the
また、本実施の形態では、前記深さd6は、クロストーク低減層111におけるAF用画素20V,20Hに隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bに配置された部分111cのピーク濃度の地点の、シリコン表面からの深さd7よりも、浅くされている。
Further, in the present embodiment, the depth d6 is the peak density point of the
次に、本実施の形態で用いられる固体撮像素子110の製造方法の一例について、図16を参照して説明する。図16は、その各製造工程を示す概略断面図であり、図15に対応している。
Next, an example of a method for manufacturing the solid-
まず、図10(a)に示す状態まで、図10(a)を参照して説明した固体撮像素子3の製造方法と同じ工程を行う。次に、焦点検出用画素20V,20Hの下部と、当該AF用画素に隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bの下部とで、クロストーク低減層111に段差を設けるため、追加のマスク材として、AF用画素20V,20Hとその周囲の分離領域76に相当する部分に、レジスト120をパターニングする。シリコン酸化膜の厚さが厚いほどシリコン表面からイオンが注入される距離は、低減される。レジストは、イオン注入に対する同様な効果を有している。イオン注入の飛程距離よりも薄いレジスト120を配置させたAF用画素20V,20Hの箇所では、レジスト120を配置させていない撮像用画素20R,20G,20Bの箇所より浅くイオンが注入される。図16(a)は、レジスト120を配置させた状態を示している。
First, the same steps as those in the method for manufacturing the solid-
なお、本実施の形態では、AF用画素20V,20H及びこれに隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bに渡る領域以外の領域には、クロストーク低減層111を形成しない。このため、図面には示していないが、クロストーク低減層111を形成しない領域には、イオン注入が阻止されるような十分な厚さのレジスト(イオン注入阻止用レジスト)を形成しておく。もっとも、クロストーク低減層111は、適宜、AF用画素20V,20H及びこれに隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bに渡る領域以外の領域にも形成しておいてもよく、その領域にはイオン注入が行われるようにしておいてもよい。
In the present embodiment, the
次に、クロストーク低減層111を形成する工程を行う。すなわち、イオンを注入し、レジスト120及びイオン注入阻止用レジストを除去した後に、所定の熱処理を行う。これにより、段差を持ったクロストーク低減層111が所定の深さに容易に形成される。図16(b)はこの状態を示している。
Next, a step of forming the
次に、所定の拡散部を設ける工程を行う。即ち、周知のフォトリソエッチング法及び不純物拡散法による工程を繰り返し、各画素20R,20G,20B,20V,20H内の能動素子、及び、周辺回路の能動素子を形成する。図16(c)はこの状態を示している。そして、配線、カラーフィルタ、マイクロレンズ、保護膜等を形成して本固体撮像素子110は完成する。
Next, a step of providing a predetermined diffusion portion is performed. That is, the known photolithographic etching method and impurity diffusion method are repeated to form active elements in the
本実施の形態によれば、前述したように、クロストーク低減層111が、AF用画素20V,20H及びこれに隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bに渡るように形成されている。したがって、図15に示すように、AF用画素20V,20Hにおいてクロストーク低減層111より深い位置(基板51側)まで入射した光131,132によって発生する電荷133,134は、AF用画素20V,20Hに隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bの電荷蓄積層74に補足されることがない。このため、AF用画素20V,20Hにおいてクロストーク低減層111より基板51側まで侵入した入射光によって発生する電荷が、隣接する撮像用画素20R,20G,20Bに混入するクロストークは、確実に防止される。したがって、AF用画素20V,20H付近以外の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号と、AF用画素20V,20H付近の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号との間で、信号の大きさに差が生じず、高品質の画像を得ることができる。
According to the present embodiment, as described above, the
また、本実施の形態では、前述したように、クロストーク低減層111における分離領域76に配置された部分111aの深さd5が、クロストーク低減層111におけるAF用画素20V,20Hに配置された部分111bの深さd6よりも浅くされている。したがって、AF用画素20V,20Hにおいてクロストーク低減層111の表面側で発生する電荷は、当該AF用画素の電荷蓄積層74に捕捉される確率が高くなり、隣接する撮像用画素20R,20G,20Bの電荷蓄積層74に補足される確率が低くなる。よって、この点からも、AF用画素20V,20Hから撮像用画素20R,20G,20Bへのクロストークが低減される。したがって、この点からも、AF用画素20V,20H付近以外の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号と、AF用画素20V,20H付近の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号との間で、信号の大きさに差が生じず、高品質の画像を得ることができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the depth d5 of the
さらに、本実施の形態では、前述したように、クロストーク低減層111におけるAF用画素20V,20Hに配置された部分111bの深さd6は、クロストーク低減層111における隣接する撮像用画素20R,20G,20Bに配置された部分111cの深さd7よりも、浅くされている。したがって、AF用画素20V,20Hにおいてクロストーク低減層111の表面側で発生する電荷は、当該AF用画素の電荷蓄積層74に捕捉される確率が高くなり、隣接する撮像用画素20R,20G,20Bの電荷蓄積層74に補足される確率が低くなる。よって、この点からも、AF用画素20V,20Hから撮像用画素20R,20G,20Bへのクロストークが低減される。したがって、この点からも、AF用画素20V,20H付近以外の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号と、AF用画素20V,20H付近の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号との間で、信号の大きさに差が生じず、高品質の画像を得ることができる。もっとも、本発明では、必ずしも深さd6を深さd7より浅くする必要はなく、例えば、深さd6と深さd7とが同じであってもよい。
Furthermore, in the present embodiment, as described above, the depth d6 of the
さらに、本実施の形態では、クロストーク低減層111における撮像用画素20R,20G,20Bに配置される部分111cの深さd7が深い。したがって、撮像用画素20R,20G,20Bの感度が向上するという効果も得られる。
Furthermore, in the present embodiment, the depth d7 of the
なお、本発明では、本実施の形態を、基板51としてP型の基板を用いるように変形してもよい。
In the present invention, this embodiment may be modified to use a P-type substrate as the
[第4の実施の形態] [Fourth Embodiment]
図17は、本発明の第4の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子140を模式的に示す概略断面図であり、図9に対応している。図17において、図9中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view schematically showing a solid-
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、固体撮像素子3に代えて固体撮像素子140が用いられている点のみである。固体撮像素子140が固体撮像素子3と異なる所は、クロストーク低減層77が除去されている点と、第1の半導体層をなすN型シリコン基板51上には、P型ウエル層52に代えてP型エピタキシャル層152が第2の半導体層として形成されている点と、N型シリコン基板51は、AF用画素20V,20Hにおいて当該AF用画素の埋め込みフォトダイオード42,43の電荷蓄積層74側に突出した凸部51aを有している点のみである。本実施の形態では、凸部51aが、AF用画素20V,20Hで発生した電荷が当該AF用画素に隣り合う撮像用画素20R,20G,20Bに混入するクロストークを低減するクロストーク低減部を構成している。
The present embodiment differs from the first embodiment only in that a solid-
次に、本実施の形態で用いられる固体撮像素子140の製造方法の一例について、図18及び図19を参照して説明する。図18及び図19は、その各製造工程を示す概略断面図であり、図17に対応している。
Next, an example of a method for manufacturing the solid-
まず、N型シリコン基板51を準備して、N型シリコン基板51上において前記凸部51aに相当する領域のみが覆われるようにマスク材をパターニングし、凸部51aに相当する領域以外の領域をドライエッチングし、前記マスク材を除去する。図18(a)はこの状態を示している。前記マスク材は、シリコンエッチングに耐久性のあるものなら何でもよく、例えばレジストを使用する。また、ドライエッチングに代えて、ウエットエッチングを行ってもよい。
First, an N-
次いで、図18(a)に示す状態のN型シリコン基板51上に、P型エピタキシャル層152を周知のエピタキシャル技術を用いて形成する。図18(b)はこの状態を示している。P型エピタキシャル層152の表面には、凸部51aの形状に応じた段差が生じている。
Next, a P-
引き続いて、周知のCMP技術に従い、段差を有するP型エピタキシャル層152の表面を研磨して平坦化を行う。図18(c)はこの状態を示している。
Subsequently, the surface of the P-
次に、LOCOS酸化膜78による分離領域を形成する工程を行う。即ち、先ず、シリコン窒化膜をCVD法により形成し、アクティブ領域となる部分を残すようにパターニングする。開口部には後に厚いLOCOS酸化膜が形成されるが、周知のように開口部に前もって分離拡散層79が設けられる。次いで、この開口部に熱酸化法によりLOCOS酸化膜78を形成する。シリコン窒化膜を除去した後に、アクティブ領域にイオン注入のプロテクト膜を目的として薄いシリコン酸化膜75を熱酸化法により形成する。図19(a)はこの状態を示している。
Next, a step of forming an isolation region by the
次に、所定の拡散部を設ける工程を行う。即ち、周知のフォトリソエッチング法及び不純物拡散法による工程を繰り返し、各画素20R,20G,20B,20V,20H内の能動素子、及び、周辺回路の能動素子を形成する。図19(b)はこの状態を示している。そして、配線、カラーフィルタ、マイクロレンズ、保護膜等を形成して本固体撮像素子140は完成する。
Next, a step of providing a predetermined diffusion portion is performed. That is, the known photolithographic etching method and impurity diffusion method are repeated to form active elements in the
本実施の形態では、前述したように、N型シリコン基板51は、AF用画素20V,20Hにおいて当該AF用画素の埋め込みフォトダイオード42,43の電荷蓄積層74側に突出した凸部51aを有している。これにより、AF用画素20V,20Hの電荷蓄積層74は、撮像用画素20R,20G,20Bの電荷蓄積層74に比べて、N型シリコン基板51に接近している。したがって、図17に示すように、AF用画素20V,20Hにおいて深い位置まで入射した光161によって発生する電荷162は、基板51の凸部51aに吸収され、隣接する撮像用画素20R,20G,20Bの方にドリフトされない。このため、隣接する撮像用画素20R,20G,20Bの電荷蓄積層74にこの電荷が捕捉されて撮像用信号が増大してしまうことはない。よって、AF用画素20V,20H付近以外の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号と、AF用画素20V,20H付近の領域の撮像用画素20R,20G,20Bから得られる撮像用信号との間で、信号の大きさに差が生じず、高品質の画像を得ることができる。
In the present embodiment, as described above, the N-
[第5の実施の形態] [Fifth Embodiment]
図20は、本発明の第5の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子170を模式的に示す概略断面図であり、図17に対応している。図20において、図17中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view schematically showing a solid-
本実施の形態が前記第4の実施の形態と異なる所は、固体撮像素子140に代えて固体撮像素子170が用いられている点のみである。固体撮像素子170が固体撮像素子3と異なる所は、凸部51aを有するN型シリコン基板51(第1の半導体層)上には、P型エピタキシャル層152からなる第2の半導体層に代えて、P型ウエル層152a及びP型埋め込み層が全体としてなす第2の半導体が設けられている点のみであり、両者は実質的に等価である。したがって、本実施の形態によっても、前記第4の実施の形態と同様の利点が得られる。
This embodiment is different from the fourth embodiment only in that a solid-
この固体撮像素子170では、固体撮像素子140と異なり、凸部51aの形成のためにCMP技術を用いなくてすむので、製造がより容易となる。この固体撮像素子170の製造方法の一例について、図21及び図22を参照して説明する。図21及び図22は、その各製造工程を示す概略断面図であり、図20に対応している。
Unlike the solid-
まず、図10(a)に示す状態と同じである図21(a)に示す状態まで、図10(a)を参照して説明した固体撮像素子3の製造方法と同じ工程を行う。ただし、P型ウエル層には、図10(a)では符号52を付しているのに対し、図21では図17に合わせて符号152aを付している。また、P型ウエル層152aの厚さは、P型ウエル層52の厚さよりも薄くされている。
First, the same steps as the method for manufacturing the solid-
次に、凸部51aに相当する領域に、イオン注入を阻止するためのマスク材としてのレジスト181を形成する。図21(b)はこの状態を示している。
Next, a resist 181 as a mask material for preventing ion implantation is formed in a region corresponding to the
引き続いて、P型イオンを注入し、レジスト181を除去した後に、所定の熱処理を行う。これにより、N型シリコン基板51の一部にP型埋め込み層152bを形成し、ひいては凸部51aを形成する。図22(a)はこの状態を示している。
Subsequently, after p-type ions are implanted and the resist 181 is removed, a predetermined heat treatment is performed. As a result, the P-type buried
次に、所定の拡散部を設ける工程を行う。即ち、周知のフォトリソエッチング法及び不純物拡散法による工程を繰り返し、各画素20R,20G,20B,20V,20H内の能動素子、及び、周辺回路の能動素子を形成する。図22(b)はこの状態を示している。そして、配線、カラーフィルタ、マイクロレンズ、保護膜等を形成して本固体撮像素子170は完成する。
Next, a step of providing a predetermined diffusion portion is performed. That is, the known photolithographic etching method and impurity diffusion method are repeated to form active elements in the
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
例えば、前述した実施の形態では、AF用画素20V,20Hは、いわゆる2分割された光電変換部を持つ画素であったが、1つの光電変換部のみを持つ画素をAF用画素として用いることも可能である。例えば、前述したAF用画素20Vにおいて埋め込みフォトダイオード42を取り除いて埋め込みフォトダイオード43のみを持つようにした画素、及び、前述したAF用画素20Vにおいて埋め込みフォトダイオード43を取り除いて埋め込みフォトダイオード42のみを持つようにした画素を、AF用画素20Vの代わりに用いることができる。
For example, in the above-described embodiment, the
また、前述した各実施の形態の各特徴事項は、それらの趣旨に反しない限り、適宜任意に組み合わせてもよいことは、言うまでもない。例えば、図14に示す固体撮像素子90において、基板51に、図17に示す固体撮像素子140の凸部51aと同様の凸部を設けてもよい。
Further, it goes without saying that each feature of each of the above-described embodiments may be arbitrarily combined as long as it does not contradict the gist thereof. For example, in the solid-state imaging device 90 shown in FIG. 14, the
1 電子カメラ
3,90,110,140,170 固体撮像素子
20 画素
20V,20H 焦点検出用画素(AF用画素)
20R,20G,20B 撮像用画素
51a 凸部
51 基板(第1の半導体層)
52 ウエル層(第2の半導体層)
74 電荷蓄積層
76 分離領域
77,111 クロストーク低減層
79,79a,79b 分離拡散層
DESCRIPTION OF
20R, 20G,
52 well layer (second semiconductor layer)
74
Claims (8)
2次元状に配置され各々が入射光に応じた電荷を生成し蓄積する光電変換部を有する複数の画素を備え、
前記複数の画素間に分離領域を有し、
前記複数の画素は、前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の撮像用画素と、前記光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を出力する複数の焦点検出用画素と、を含み、
前記焦点検出用画素に、及び/又は、前記分離領域のうち前記焦点検出用画素とこれに隣り合う前記撮像用画素との間の分離領域に、当該焦点検出用画素で発生した電荷が当該焦点検出用画素に隣り合う前記撮像用画素に混入するクロストークを低減するクロストーク低減部が設けられたことを特徴とする固体撮像素子。 A solid-state imaging device that photoelectrically converts a subject image formed by an optical system,
A plurality of pixels having a photoelectric conversion unit that is two-dimensionally arranged and each generates and accumulates charges according to incident light,
A separation region between the plurality of pixels;
The plurality of pixels output a plurality of imaging pixels that output an imaging signal for forming an image signal indicating the subject image, and a focus detection signal for detecting a focus adjustment state of the optical system. A plurality of focus detection pixels,
Charge generated in the focus detection pixel is applied to the focus detection pixel and / or to a separation region between the focus detection pixel and the imaging pixel adjacent to the focus detection pixel in the separation region. A solid-state imaging device, comprising: a crosstalk reducing unit that reduces crosstalk mixed in the imaging pixels adjacent to the detection pixels.
前記複数の画素の前記光電変換部は、前記第2の半導体層に設けられた前記第1導電型の電荷蓄積層を有し、
前記クロストーク低減部は、前記第2の半導体層中において前記焦点検出用画素の前記電荷蓄積層に対向するように配置された第3の半導体層であって、前記第2の半導体層よりも高濃度の前記第2導電型の第3の半導体層を、含むことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 A first conductivity type first semiconductor layer, and a second conductivity type second semiconductor layer provided on the first semiconductor layer,
The photoelectric conversion units of the plurality of pixels include the first conductivity type charge storage layer provided in the second semiconductor layer,
The crosstalk reducing unit is a third semiconductor layer disposed in the second semiconductor layer so as to face the charge storage layer of the focus detection pixel, and is more than the second semiconductor layer. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a third semiconductor layer of the second conductivity type having a high concentration.
前記複数の画素の前記光電変換部は、前記第2の半導体層に設けられた前記第1導電型の電荷蓄積層を有し、
前記クロストーク低減部は、前記分離領域のうち前記焦点検出用画素とこれに隣り合う前記撮像用画素との間の分離領域に配置される前記第2導電型の分離拡散層であって、前記分離領域のうち前記撮像用画素同士の間の分離領域に配置される前記第2導電型の分離拡散層よりも深い部分を持つ分離拡散層を、含むことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 A first conductivity type or second conductivity type first semiconductor layer, and the second conductivity type second semiconductor layer provided on the first semiconductor layer;
The photoelectric conversion units of the plurality of pixels include the first conductivity type charge storage layer provided in the second semiconductor layer,
The crosstalk reducing unit is the second conductive type separation diffusion layer disposed in a separation region between the focus detection pixel and the imaging pixel adjacent thereto in the separation region, 2. The solid state according to claim 1, further comprising: a separation diffusion layer having a portion deeper than the separation diffusion layer of the second conductivity type disposed in a separation region between the imaging pixels among the separation regions. Image sensor.
前記複数の画素の前記光電変換部は、前記第2の半導体層に設けられた前記第1導電型の電荷蓄積層を有し、
前記クロストーク低減部は、前記第2の半導体層中において前記焦点検出用画素及びこれに隣り合う前記撮像用画素に渡るように配置された第4の半導体層であって、前記第2の半導体層よりも高濃度の前記第2導電型の第4の半導体層を、含み、
前記第4の半導体層における前記焦点検出用画素とこれに隣り合う前記撮像用画素との間の分離領域に配置された部分が、前記第4の半導体層における前記焦点検出用画素に配置された部分よりも浅い位置に配置されたことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 A first conductivity type or second conductivity type first semiconductor layer, and the second conductivity type second semiconductor layer provided on the first semiconductor layer;
The photoelectric conversion units of the plurality of pixels include the first conductivity type charge storage layer provided in the second semiconductor layer,
The crosstalk reducing unit is a fourth semiconductor layer arranged in the second semiconductor layer so as to extend over the focus detection pixel and the imaging pixel adjacent to the focus detection pixel. A fourth semiconductor layer of the second conductivity type having a higher concentration than the layer,
A portion disposed in a separation region between the focus detection pixel in the fourth semiconductor layer and the imaging pixel adjacent thereto is disposed in the focus detection pixel in the fourth semiconductor layer. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is disposed at a position shallower than the portion.
前記複数の画素の前記光電変換部は、前記第2の半導体層に設けられた前記第1導電型の電荷蓄積層を有し、
前記第1の半導体層は、前記焦点検出用画素において当該焦点検出用画素の前記光電変換部の前記電荷蓄積層側に突出した凸部を有し、
前記クロストーク低減部は、前記凸部を含むことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 A first conductivity type first semiconductor layer, and a second conductivity type second semiconductor layer provided on the first semiconductor layer,
The photoelectric conversion units of the plurality of pixels include the first conductivity type charge storage layer provided in the second semiconductor layer,
The first semiconductor layer has a convex portion protruding toward the charge storage layer of the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel in the focus detection pixel,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the crosstalk reducing unit includes the convex portion.
前記複数の焦点検出用画素の少なくとも一部の画素からの前記焦点検出用信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を示す検出信号を出力する検出処理部と、
前記検出処理部からの前記検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節を行う調節部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 7,
A detection processing unit that outputs a detection signal indicating a focus adjustment state of the optical system based on the focus detection signal from at least some of the plurality of focus detection pixels;
An adjusting unit that adjusts the focus of the optical system based on the detection signal from the detection processing unit;
An imaging apparatus comprising:
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