JP2020098853A - Photoelectric conversion element, and manufacturing method of photoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換素子、その製造方法に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element and a manufacturing method thereof.
可視光を受光する可視画素(RGB画素)と、近赤外光を受光する近赤外画素(Z画素;IR画素)が混在するイメージセンサ(光電変換素子)がある。例えば、非特許文献1では、基板深部で光電変換された近赤外領域の信号電荷が可視画素に侵入しないようにするために、可視画素のフォトダイオード下部にポテンシャルバリア(深部分離領域)を設けるイメージセンサが開示されている。 There is an image sensor (photoelectric conversion element) in which visible pixels (RGB pixels) that receive visible light and near infrared pixels (Z pixels; IR pixels) that receive near infrared light are mixed. For example, in Non-Patent Document 1, a potential barrier (deep separation region) is provided below a photodiode of a visible pixel in order to prevent signal charges in the near infrared region photoelectrically converted in the deep portion of the substrate from entering the visible pixel. An image sensor is disclosed.
しかしながら、非特許文献1に開示されたイメージセンサ(光電変換素子)では、例えば、ポテンシャルバリアに含まれる不純物が周囲の領域に拡散する場合、近赤外画素において近赤外領域の信号電荷に対するポテンシャル障壁が生じてしまう可能性がある。 However, in the image sensor (photoelectric conversion element) disclosed in Non-Patent Document 1, for example, when impurities contained in the potential barrier diffuse into the surrounding region, the potential for the signal charge in the near infrared region in the near infrared pixel is increased. Barriers can be created.
従って、本発明は、可視光および近赤外光を受光する光電変換素子において、近赤外光を受光する画素におけるポテンシャル障壁を抑制することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to suppress a potential barrier in a pixel that receives near infrared light in a photoelectric conversion element that receives visible light and near infrared light.
本発明の第1の態様は、
第1導電型の半導体領域である第1電荷蓄積部と、
前記第1導電型の半導体領域である第2電荷蓄積部と、
前記第1電荷蓄積部の下部に形成されており、前記第1導電型とは異なる導電型である第2導電型の半導体領域からなる分離領域と、
前記第2電荷蓄積部の下部に形成されており、前記分離領域よりも電荷に対するポテンシャルが低い半導体領域からなる非分離領域と、
を有し、
前記分離領域と前記非分離領域は、同じ高さに設けられており、
平面視において、前記非分離領域は前記分離領域によって囲われており、
平面視において、前記非分離領域を囲う前記分離領域の開口のサイズが、前記第2電荷蓄積部を有する画素のサイズよりも大きい、
ことを特徴とする光電変換素子である。
The first aspect of the present invention is
A first charge storage portion that is a semiconductor region of a first conductivity type;
A second charge storage portion which is the first conductivity type semiconductor region;
An isolation region formed under the first charge storage unit, the isolation region including a second conductivity type semiconductor region having a conductivity type different from the first conductivity type;
A non-separation region formed of a semiconductor region formed below the second charge storage unit and having a lower potential for electric charges than the separation region;
Have
The separation region and the non-separation region are provided at the same height,
In a plan view, the non-separation area is surrounded by the separation area,
In plan view, the size of the opening of the separation region surrounding the non-separation region is larger than the size of the pixel having the second charge storage unit.
It is a photoelectric conversion element characterized by the above.
本発明の第2の態様は、
第1導電型の半導体基板に対して前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物を注入することにより、平面視において、前記第2導電型の不純物を注入しない領域である非分離領域を囲う分離領域を形成する分離領域形成ステップと、
電荷を蓄積する第1電荷蓄積部を、前記分離領域の上部に形成し、
電荷を蓄積する第2電荷蓄積部を、前記非分離領域の上部に形成する蓄積部形成ステップと、
を有し、
前記分離領域形成ステップでは、
平面視において、前記非分離領域を囲う前記分離領域の開口を、前記蓄積部形成ステップにおいて形成される前記第2電荷蓄積部を有する画素のサイズよりも大きく形成する、
ことを特徴とする光電変換素子の製造方法である。
The second aspect of the present invention is
By implanting an impurity of the second conductivity type different from the first conductivity type into the semiconductor substrate of the first conductivity type, a non-separation region that is a region where the impurities of the second conductivity type are not implanted in a plan view. A separation area forming step of forming a separation area surrounding the
A first charge storage part for storing charges is formed on the separation region,
A step of forming a second charge storage part for storing charges on the non-separation region,
Have
In the separation area forming step,
In plan view, the opening of the separation region surrounding the non-separation region is formed larger than the size of the pixel having the second charge storage unit formed in the storage unit formation step.
A method for manufacturing a photoelectric conversion element, which is characterized by the above.
可視光および近赤外光を受光する光電変換素子において、近赤外光を受光する画素におけるポテンシャル障壁を抑制することができる。 In a photoelectric conversion element that receives visible light and near infrared light, it is possible to suppress a potential barrier in a pixel that receives near infrared light.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、この発明は、以下の実施の形態(実施例)に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments (examples).
<実施例1>
以下に、本発明の実施例1に係る光電変換素子(固体撮像装置)を説明する。本実施例では、近赤外光を受光する画素のサイズ(幅)よりも大きなサイズ(幅)の開口を有するような深部分離領域を設けることによって、信号電荷(電子)にとっての、当該画素でのポテンシャル障壁を抑制する光電変換素子を説明する。なお、本実施例における、近赤外光(近赤外領域の光)とは、波長の長さが0.70〜1.4μmの光を含む光である。
<Example 1>
The photoelectric conversion element (solid-state imaging device) according to the first embodiment of the present invention will be described below. In this embodiment, by providing a deep isolation region having an opening having a size (width) larger than the size (width) of the pixel receiving near-infrared light, the pixel for the signal charge (electron) is provided. A photoelectric conversion element that suppresses the potential barrier of will be described. The near-infrared light (light in the near-infrared region) in this embodiment is light including light having a wavelength length of 0.70 to 1.4 μm.
[光電変換素子の構成]
本実施例に係る光電変換素子の構成について、図1(A)、図1(B)および図2(A)を用いて説明する。図2(A)は、本実施例に係る光電変換素子の断面図であり、図1(A)および図1(B)は、光電変換素子の平面図(平面視で見た図;上下方向と垂直な断面の図)である。ここで、図1(A)は、図2(A)のB−B´断面における平面図を示し、図1(B)は、図2(A)のC−C´断面における平面図を示している。また、図2(A)は、図1(A)のA−A´断面における断面図である。
[Configuration of photoelectric conversion element]
The structure of the photoelectric conversion element according to this embodiment is described with reference to FIGS. 1A, 1B, and 2A. 2A is a cross-sectional view of the photoelectric conversion element according to the present embodiment, and FIG. 1A and FIG. 1B are plan views of the photoelectric conversion element (a plan view; Is a diagram of a cross section perpendicular to. Here, FIG. 1A shows a plan view in the BB′ cross section of FIG. 2A, and FIG. 1B shows a plan view in the CC′ cross section of FIG. 2A. ing. Further, FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA′ of FIG.
光電変換素子は、画素100、画素100’とを含んでおり、電荷蓄積部101、電荷
蓄積部101’、画素分離領域102、深部分離領域103、非分離領域104、光電変換領域105を有する。
The photoelectric conversion element includes a
なお、以下では、非分離領域104に対して電荷蓄積部101’が形成されている側を「上部」とよぶ。また、このように「上部」を定義する場合には、可視光や近赤外光などの光は、光電変換素子の上部から入射するといえる。また、「上部」と反対の方向を「下部」または「深部」とよび、「深さ」および「高さ」とは上下方向における位置を示す。なお、本実施例では、画素とは、図2(B)において点線によって囲まれている領域1つ1つであり、図2(A)における光電変換素子を画素分離領域102の中心を基準として上下方向に分割した領域である。
Note that, hereinafter, the side where the
画素100は、可視光を受光する画素である。画素100’は、近赤外光(近赤外領域の光)を受光する画素である。画素100は、可視光が光電変換された信号電荷を蓄積する電荷蓄積部101を有する。画素100’は、近赤外光が光電変換された信号電荷を蓄積する電荷蓄積部101’を有する。ここで、電荷蓄積部101,101’は、N型不純物を多く含む、N型領域(N型半導体領域;N型不純物領域)である。また、各画素100,100’はそれぞれ、電荷蓄積部101,101’を囲うような、隣接画素間(隣接する電荷蓄積部)を分離する画素分離領域102を有する。本実施例では、画素分離領域102は、P型不純物を多く含むことによって隣接画素間の分離を行うP型領域(P型半導体領域;P型不純物領域)である。
The
なお、本実施例では、可視光を受光する画素100および近赤外用を受光する画素100’の上部にはそれぞれ、透過する光を選別するためのフィルタ(不図示)が形成されている。このフィルタは、光の波長に応じて、各画素に透過する光を選別(決定)している。ここで、画素100に形成されるフィルタは可視光を透過させて、画素100’に形成されるフィルタは近赤外光を透過させる。つまり、電荷蓄積部101,101’が蓄積する電荷が、可視光が光電変換されたものであるか、近赤外光が光電変換されたものであるかは、フィルタによって決定されるといえる。また、画素100に形成されるフィルタ(カラーフィルタ)は凹凸形状であるため、フィルタの上部には、フィルタ機能を有さない平坦化膜がさらに形成されている。なお、近赤外光は侵入する深さが可視光に比べ深く、深部で受光(光電変換)が行われるため、平坦化膜が形成されている場合に、画素100’にはフィルタが形成されていなくてもよい。
In the present embodiment, a filter (not shown) for selecting the transmitted light is formed above the
本実施例では、画素100が、近赤外光を受光する画素100’を囲むように、隣接して形成されている。また、簡単のため、本実施例では、図1(A)にように、上下左右方向に9画素が2次元状に形成されてある場合を示しているが、1次元状に画素がアレイ化されていてもよく、また、9画素よりも多くの画素が形成されていてもよい。
In this embodiment, the
深部分離領域103は、電荷蓄積部101および画素分離領域102より下部の領域に形成され、画素分離領域102と電気的に接続されているP型領域(P型半導体領域)である。また、深部分離領域103は、P型不純物を多く含むため非分離領域104より不純物濃度が高く、光電変換領域105によって生成される信号電荷に対するポテンシャルが非分離領域104よりも高い。これによって、深部分離領域103は、光電変換領域105によって生成される信号電荷に対する、電荷蓄積部101と光電変換領域105間のポテンシャル障壁として機能する。なお、本実施例における、ポテンシャル障壁は、対象の電荷が領域に流れ込むことを妨ぐものである。ここで、深部分離領域103は、半導体基板に対してP型不純物が注入されることによって形成されている。
The
非分離領域104は、光電変換領域105によって光電変換される近赤外光の信号電荷を電荷蓄積部101’に取り込むために、深部分離領域103を形成していない領域であ
る。ここで、非分離領域104は、深部分離領域103と同じ深さ(高さ)に形成されている。
The
光電変換領域105は、画素100’の非分離領域104より下部の領域に形成されており、近赤外光を光電変換する。なお、近赤外光が光電変換されることによって生じた信号電荷は、電荷蓄積部101’で蓄積される。また、深部分離領域103の深さによっては、光電変換領域105は、可視光に対しても光電変換を行うことが可能である。
The
このような構成にすることで、画素100で可視光を受光し、画素100’で近赤外光を受光できる。また、光電変換領域105で光電変換される近赤外光の信号電荷を、画素100’の電荷蓄積部101’に蓄積(捕集)することができる。なお、上記では、例えば、非分離領域104がP型半導体領域である例とするが、非分離領域104は、深部分離領域103よりも、信号電荷に対するポテンシャルが低ければよい。そのため、非分離領域104をN型半導体領域で形成してもよい。
With such a configuration, the
[画素と深部分離領域の開口サイズとの関係]
以下にて、本実施例における、画素100’のサイズと深部分離領域103の開口のサイズとの関係を説明する。
[Relationship between Pixel and Opening Size of Deep Separation Area]
The relationship between the size of the
ここで、画素100’のサイズ(幅)とは、図2(A)が示すように、画素分離領域102の中心間距離であるW1である。また、図1(B)が示すように、深部分離領域103の開口のサイズは、非分離領域104のサイズであるW2である。
Here, the size (width) of the pixel 100' is W1, which is the distance between the centers of the
なお、非特許文献1でも、ポテンシャルバリアとして深部分離領域を設けているが、非特許文献1においては、深部分離領域の開口サイズW2が画素サイズW1と同じと考えられる。ここで、図3(A)は、開口サイズW2≦画素サイズW1である場合における、図2(A)のD−D´断面の信号電荷に対するポテンシャルを示している。この場合、開口サイズW2が画素サイズW1以下であるため、深部分離領域103に注入された不純物が非分離領域104に拡散することによって、図3(A)が示すようなポテンシャル障壁が非分離領域104において生じてしまう。
In Non-Patent Document 1, the deep isolation region is provided as the potential barrier, but in Non-Patent Document 1, the opening size W2 of the deep isolation region is considered to be the same as the pixel size W1. Here, FIG. 3A shows the potential for the signal charge in the DD′ cross section of FIG. 2A when the aperture size W2≦pixel size W1. In this case, since the opening size W2 is smaller than or equal to the pixel size W1, the impurities injected into the
そこで、本実施例では、不純物の拡散の影響を抑制するために、画素サイズW1よりも深部分離領域103の開口サイズW2を大きくすることで、図3(B)のように非分離領域104における信号電荷に対するポテンシャルを下げる。これにより、深部分離領域103より下部の領域で光電変換される信号電荷を電荷蓄積部101’において蓄積(捕集)できる。ここで、画素サイズW1よりも深部分離領域103の開口サイズW2を大きくするとは、具体的には、光電変換素子を上部から透視して見た場合に、画素100’が非分離領域104に含まれるようにすることであるといえる。
Therefore, in this embodiment, in order to suppress the influence of the diffusion of impurities, the opening size W2 of the
なお、本実施例では、深部分離領域103が非分離領域104を囲っており、深部分離領域103の開口のサイズW2>画素100’の画素サイズW1である光電変換素子を説明した。しかし、これに限らず、図4(A)のように画素分離領域102が非分離領域104の一部を囲っていてもよい。この場合には、上述の開口サイズW2と画素サイズW1との関係に加えて、当該画素分離領域102が非分離領域104を囲う開口のサイズW3が、画素サイズW1より大きいような光電変換素子であるとよい。
In the present embodiment, the photoelectric conversion element in which the
なお、画素分離領域102は、P型不純物を多く含むことによって画素分離を行う分離領域であると説明したがこれには限られない。例えば、画素分離領域102は、ディープトレンチ素子分離(Deep Trench Isolation)などの技術を用いて形成された、図4(B)のようなトレンチ106(溝)であってもよい。ここで、本実施
例では、トレンチ106に絶縁材料が埋め込まれることによって、隣接画素間を分離する。
Although the
[光電変換素子の製造方法]
次に、図5〜図8(B)を用いて、実施例1に係る光電変換素子の製造方法について説明する。図5は、本実施例における光電変換素子の製造方法を示すフローチャートである。また、製造方法の各工程(各ステップ)に対応する光電変換素子の断面図を、図6(A)、図7(A)、図8(A)に示している。また、図6(A)、図7(A)、図8(A)のそれぞれのA−A´断面における平面図(平面視で見た図)を、図6(B)、図7(B)、図8(B)に示している。なお、図5が示すフローチャートの開始時は、N型半導体基板などの半導体基板が用意されている状態である。なお、フローチャートの処理によって、深部分離領域103が形成される深さの領域において、深部分離領域103が形成される領域以外の領域が、非分離領域104である。
[Method for manufacturing photoelectric conversion element]
Next, a method for manufacturing the photoelectric conversion element according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing the method for manufacturing the photoelectric conversion element in this embodiment. 6A, FIG. 7A, and FIG. 8A are cross-sectional views of the photoelectric conversion element corresponding to each step (each step) of the manufacturing method. 6B, FIG. 7B are plan views (views in plan view) taken along the line AA′ of FIGS. 6A, 7A, and 8A. ) And FIG. 8(B). At the start of the flowchart shown in FIG. 5, a semiconductor substrate such as an N-type semiconductor substrate is prepared. Note that the
まず、S1001(分離領域形成ステップ)において、図6(A)および図6(B)が示すように、半導体基板中に深部分離領域103が形成される。具体的には、例えば、図6(A)が示すように、N型半導体基板の上に、フォトレジストのパターンであるレジストパターン107が形成される。そして、N型半導体基板の上部(表面)から所定の位置にP型不純物が注入(イオン注入)されることにより、N型半導体基板の内部に、深部分離領域103が形成される。その後、レジストパターン107が除去される。これにより、可視光を受光する画素100に対しては深部分離領域103が形成されるが、近赤外光を受光する画素100’に対しては深部分離領域103が形成されない。ここで、画素100’のサイズW1よりも深部分離領域103の開口のサイズW2が大きいように、深部分離領域103が形成される。
First, in S1001 (isolation region forming step), as shown in FIGS. 6A and 6B, the
S1002(画素分離形成ステップ)において、図7(A)および図7(B)が示すような、画素分離領域102が形成される。具体的には、N型半導体基板上にレジストパターン108が形成され、深部分離領域103より上部の位置にP型不純物が注入されることにより、画素分離領域102が形成される。その後、レジストパターン108が除去される。なお、画素分離領域102は、P型不純物を複数の深さに分けて注入することによっても形成できる。ここで、異なるレジストパターンを用いることにより、上述した図4(A)が示すような、”画素100’のサイズW1<画素分離領域102が非分離領域104を囲う開口のサイズW3”が成立するような画素分離領域102を形成することも可能である。
In S1002 (pixel separation forming step), the
なお、画素分離領域102として、上述した図4(B)を用いて説明したような、ディープトレンチ素子分離などの技術を用いてトレンチ106が形成されてもよい。
As the
S1003(蓄積部形成ステップ)において、図8(A)および図8(B)が示すような、電荷蓄積部101,101’が形成される。具体的には、レジストパターン109がN型半導体基板上に形成され、深部分離領域103より上部の位置にN型不純物が注入されることにより、電荷蓄積部101,101’が形成される。その後、レジストパターン109が除去される。このとき、画素分離領域102に囲まれる位置に、電荷蓄積部101,101’が形成される。なお、N型半導体基板表面からのノイズ成分を低減するため、電荷蓄積部101の表面にP型不純物が注入されることによって、埋め込みフォトダイオード(不図示)が形成されていてもよい。
In S1003 (accumulation portion formation step),
なお、N型半導体基板に対して、P型不純物が注入されることによって、画素分離領域102および深部分離領域103が形成され、N型不純物が注入されることによって、電荷蓄積部101,101’が形成されたが、この限りではない。具体的には、P型半導体
基板に対して、N型不純物が注入されることによって、画素分離領域102および深部分離領域103が形成され、P型不純物が注入されることによって、電荷蓄積部101,101’が形成されたが、この限りではない。つまり、実施例1における「P型」と「N型」といった半導体の導電型を相互に入れ替える場合においても、上述と同じ効果を得ることができる。
The P-type impurity is implanted into the N-type semiconductor substrate to form the
なお、本実施例では、画素100が可視光を受光し、画素100’が近赤外光を受光するものとしたが、これには限られない。具体的には、画素100’が受光する光が、画素100が受光する光よりも内部に侵入するもの(侵入深さが長いもの)であれば、画素100,100’は任意の光を受光するものであってよい。また、この画素100,100’が受光する光は、上述のフィルタの種類や光電変換領域105の深さによって決定できる。
In the present embodiment, the
本実施例によれば、光電変換素子において、近赤外光を受光する画素のサイズ(幅)よりも大きなサイズ(幅)の開口を有する深部分離領域が形成される。これによって、深部分離領域からの不純物の拡散の影響を抑制することができるため、近赤外光を受光する画素での信号電荷(電子)にとっての、ポテンシャル障壁を抑制することができる。 According to this example, in the photoelectric conversion element, the deep isolation region having the opening having a size (width) larger than the size (width) of the pixel receiving the near infrared light is formed. As a result, the influence of diffusion of impurities from the deep isolation region can be suppressed, so that the potential barrier for signal charges (electrons) in the pixel that receives near infrared light can be suppressed.
<実施例2>
図9を用いて、本実施例に係る光電変換素子について説明する。図9(A)は、光電変換素子の平面図であり、図9(B)は、図9(A)のA−A´断面における、光電変換素子の断面図である。また、図9(A)は、図9(B)のB−B´断面における光電変換素子の平面図である。
<Example 2>
The photoelectric conversion element according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 9A is a plan view of the photoelectric conversion element, and FIG. 9B is a cross-sectional view of the photoelectric conversion element taken along the line AA′ in FIG. 9A. Further, FIG. 9A is a plan view of the photoelectric conversion element in a BB′ cross section of FIG. 9B.
実施例1に係る光電変換素子と同様の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例に係る光電変換素子は、深部分離領域103と異なるN型不純物領域110(N型半導体領域)を有する。ここで、N型不純物領域110は、非分離領域104に囲まれている。このとき、画素100’のサイズW1<深部分離領域103の開口のサイズW2の関係を満たしていることが好ましいが、この条件を満たしていなくてもよい。
The same components as those of the photoelectric conversion element according to Example 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The photoelectric conversion element according to the present embodiment has an N-type impurity region 110 (N-type semiconductor region) different from the
また、図9では、近赤外光を受光する画素100’の非分離領域104に囲まれるようにN型不純物領域110は形成されている。しかし、これに限らず、N型不純物領域110は、可視光を受光する画素100も含んだ画素領域全域に形成されていてもよい。
Further, in FIG. 9, the N-
このように、光電変換素子がN型不純物領域110を有することによれば、さらに、深部分離領域103により生じる非分離領域104のポテンシャル障壁は抑制(解消)される。
Thus, the photoelectric conversion element having the N-
<実施例3>
図10を用いて、本実施例に係る光電変換素子について説明する。図10(A)は、本実施例に係る光電変換素子の平面図であり、図10(B)は、図10(A)のA−A´断面における、光電変換素子の断面図である。また、図10(A)は、図10(B)のB−B´断面における光電変換素子の平面図である。
<Example 3>
The photoelectric conversion element according to this example will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a plan view of the photoelectric conversion element according to this example, and FIG. 10B is a cross-sectional view of the photoelectric conversion element taken along the line AA′ of FIG. 10A is a plan view of the photoelectric conversion element taken along the line BB′ of FIG. 10B.
実施例1に係る光電変換素子では、可視光を受光する画素100は、電荷蓄積部101の下部に形成された、P型不純物を多く含む深部分離領域103によって電荷蓄積の容量が形成されている。一方、近赤外光を受光する画素100’では、電荷蓄積部101’の下部にP型不純物を多く含む領域を有しないため、その分電荷蓄積の容量が小さい。
In the photoelectric conversion element according to the first embodiment, in the
そこで、本実施例では、電荷蓄積部101,101’と、深部分離領域103および非
分離領域104との間にP型不純物を多く含むP型不純物領域111が形成される。これによれば、電荷蓄積部101,101’の下部に形成される容量を増やし、かつ、これらの容量を等しくすることができる。
Therefore, in the present embodiment, the P-
<実施例4>
本発明の実施例4に係る撮像システムについて、図11を用いて説明する。図11は、本実施例による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
<Example 4>
An imaging system according to Example 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of the image pickup system according to the present embodiment.
上記実施例1乃至実施例3で述べた光電変換素子は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星、医療用カメラなどの各種の機器が挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置(光電変換装置)とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図11にはこれらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。 The photoelectric conversion elements described in the first to third embodiments can be applied to various image pickup systems. The applicable imaging system is not particularly limited, but various types such as a digital still camera, a digital camcorder, a surveillance camera, a copying machine, a fax machine, a mobile phone, an in-vehicle camera, an observation satellite, and a medical camera can be used. Equipment. A camera module including an optical system such as a lens and an imaging device (photoelectric conversion device) is also included in the imaging system. FIG. 11 illustrates a block diagram of a digital still camera as an example of these.
撮像システム2000は、図11に示すように、撮像装置2001、撮像光学系2002、CPU2010、レンズ制御部2012、撮像装置制御部2014、画像処理部2016を備える。また、撮像システム2000は、絞りシャッター制御部2018、表示部2020、操作スイッチ2022、記録媒体2024を備える。
As shown in FIG. 11, the
撮像光学系2002は、被写体の光学像を形成するための光学系であり、レンズ群、絞り2004等を含む。絞り2004は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なう機能を備えるほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッターとしての機能も備える。レンズ群及び絞り2004は、光軸方向に沿って進退可能に保持されており、これらの連動した動作によって変倍機能(ズーム機能)や焦点調節機能を実現する。撮像光学系2002は、撮像システムに一体化されていてもよいし、撮像システムへの装着が可能な撮像レンズでもよい。
The imaging
撮像光学系2002の像空間には、その撮像面が位置するように撮像装置2001が配置されている。撮像装置2001は、実施例1乃至実施例3で説明した光電変換素子であり、CMOSセンサ(画素部)とその周辺回路(周辺回路領域)とを含んで構成される。撮像装置2001は、複数の光電変換部を有する画素が2次元配置され、これらの画素に対してカラーフィルタが配置されることで、2次元単板カラーセンサを構成している。撮像装置2001は、撮像光学系2002により結像された被写体像を光電変換し、画像信号や焦点検出信号として出力する。
In the image space of the image pickup
レンズ制御部2012は、撮像光学系2002のレンズ群の進退駆動を制御して変倍操作や焦点調節を行うためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成されている。絞りシャッター制御部2018は、絞り2004の開口径を変化して(絞り値を可変として)撮影光量を調節するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成される。
The
CPU2010は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内の制御装置であり、演算部、ROM、RAM、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、通信インターフェイス回路等を含む。CPU2010は、ROM等に記憶されたコンピュータプログラムに従ってカメラ内の各部の動作を制御し、撮像光学系2002の焦点状態の検出(焦点検出)を含むAF、撮像、画像処理、記録等の一連の撮影動作を実行する。CPU2010は、信号処理部でもある。
The
撮像装置制御部2014は、撮像装置2001の動作を制御するとともに、撮像装置2001から出力された信号をA/D変換してCPU2010に送信するためのものであり、それら機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。A/D変換機能は、撮像装置2001が備えていてもかまわない。画像処理部2016は、A/D変換された信号に対してγ変換やカラー補間等の画像処理を行って画像信号を生成する処理装置であり、その機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。表示部2020は、液晶表示装置(LCD)等の表示装置であり、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態等を表示する。操作スイッチ2022は、電源スイッチ、レリーズ(撮影トリガ)スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。記録媒体2024は、撮影済み画像等を記録するためのものであり、撮像システムに内蔵されたものでもよいし、メモリカード等の着脱可能なものでもよい。
The imaging
このようにして、実施例1乃至実施例3に係る光電変換素子を適用した撮像システム2000を構成することにより、高性能の撮像システムを実現することができる。
In this way, by configuring the
<実施例5>
本発明の実施例5に係る撮像システム及び移動体について、図12(A)及び図12(B)を用いて説明する。図12(A)及び図12(B)は、本実施例による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
<Example 5>
An imaging system and a moving body according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12(A) and 12(B). 12A and 12B are diagrams showing the configurations of the imaging system and the moving body according to the present embodiment.
図12(A)は、車載カメラに関する撮像システム2100の一例を示したものである。撮像システム2100は、撮像装置2110を有する。撮像装置2110は、上述の実施例1乃至実施例3に記載の光電変換素子のいずれかである。撮像システム2100は、画像処理部2112と視差取得部2114を有する。画像処理部2112は、撮像装置2110により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う処理装置である。視差取得部2114は、撮像装置2110により取得された複数の画像データから視差(視差画像の位相差)の算出を行う処理装置である。また、撮像システム2100は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する処理装置である距離取得部2116と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する処理装置である衝突判定部2118と、を有する。ここで、視差取得部2114や距離取得部2116は、対象物までの距離情報等の情報を取得する情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部2118はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。上述の処理装置は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールに基づいて演算を行う汎用のハードウェアによって実現されてもよい。また、処理装置はFPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって実現されてもよい。または、処理装置は、これらの組合せによって実現されてもよい。
FIG. 12A shows an example of the
撮像システム2100は、車両情報取得装置2120と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム2100は、衝突判定部2118での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ECU2130が接続されている。すなわち、制御ECU2130は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム2100は、衝突判定部2118での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置2140とも接続されている。例えば、衝突判定部2118の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ECU2130はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装
置2140は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
The
本実施例では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム2100で撮像する。図12(B)に、車両前方(撮像範囲2150)を撮像する場合の撮像システム2100を示した。車両情報取得装置2120は、撮像システム2100を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。上述の実施例1乃至実施例3に係る光電変換素子を撮像装置2110として用いることにより、本実施例の撮像システム2100は、測距の精度をより向上させることができる。
In this embodiment, the
以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体(輸送機器)に適用することができる。移動体(輸送機器)における移動装置はエンジン、モーター、車輪、プロペラなどの各種の駆動源である。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム(ITS)等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。 In the above description, an example of controlling so as not to collide with other vehicles has been described, but it is also applicable to control for automatically driving by following other vehicles, control for automatically driving so as not to stick out of the lane, etc. is there. Furthermore, the imaging system is not limited to vehicles such as automobiles, but can be applied to moving bodies (transportation equipment) such as ships, aircraft, or industrial robots. A moving device in a moving body (transport device) is various drive sources such as an engine, a motor, wheels, and a propeller. In addition, the present invention can be applied not only to mobile objects but also to devices that widely use object recognition, such as intelligent transportation systems (ITS).
(その他の実施例)
以上に説明した本発明の各実施例や変形例に記載された構成や処理は、互いに任意に組み合わせて利用できる。
(Other embodiments)
The configurations and processes described in the respective embodiments and modifications of the present invention described above can be used in any combination.
100:画素、100’:画素、101:電荷蓄積部、101’:電荷蓄積部
103:深部分離領域、104:非分離領域
100: pixel, 100': pixel, 101: charge storage part, 101': charge storage part 103: deep separation region, 104: non-separation region
Claims (14)
前記第1導電型の半導体領域である第2電荷蓄積部と、
前記第1電荷蓄積部の下部に形成されており、前記第1導電型とは異なる導電型である第2導電型の半導体領域からなる分離領域と、
前記第2電荷蓄積部の下部に形成されており、前記分離領域よりも電荷に対するポテンシャルが低い半導体領域からなる非分離領域と、
を有し、
前記分離領域と前記非分離領域は、同じ高さに設けられており、
平面視において、前記非分離領域は前記分離領域によって囲われており、
平面視において、前記非分離領域を囲う前記分離領域の開口のサイズが、前記第2電荷蓄積部を有する画素のサイズよりも大きい、
ことを特徴とする光電変換素子。 A first charge storage portion that is a semiconductor region of a first conductivity type;
A second charge storage portion which is the first conductivity type semiconductor region;
An isolation region formed under the first charge storage unit, the isolation region including a second conductivity type semiconductor region having a conductivity type different from the first conductivity type;
A non-separation region formed of a semiconductor region formed below the second charge storage unit and having a lower potential for electric charges than the separation region;
Have
The separation region and the non-separation region are provided at the same height,
In a plan view, the non-separation area is surrounded by the separation area,
In plan view, the size of the opening of the separation region surrounding the non-separation region is larger than the size of the pixel having the second charge storage unit.
A photoelectric conversion element characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。 The size of the opening of the separation region is the size of the non-separation region,
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein:
前記第2電荷蓄積部は、前記光電変換領域によって光電変換された電荷を蓄積する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光電変換素子。 A photoelectric conversion region for photoelectrically converting light is further formed below the non-separation region,
The second charge storage unit stores the charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion region,
The photoelectric conversion element according to claim 1 or 2, characterized in that.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The semiconductor region of the first conductivity type, which is surrounded by the non-separation region in plan view, is further formed.
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is a photoelectric conversion element.
平面視において前記第1電荷蓄積部および前記第2電荷蓄積部を囲う、隣接画素間を分離する画素分離領域をさらに有する、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The pixel having the first charge storage portion and the pixel having the second charge storage portion are
A pixel separation region that surrounds the first charge storage unit and the second charge storage unit in plan view and separates adjacent pixels from each other;
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is a photoelectric conversion element.
平面視において、前記画素分離領域が前記非分離領域を囲う開口のサイズは、前記第2電荷蓄積部を有する画素のサイズよりも大きい、
ことを特徴とする請求項5に記載の光電変換素子。 In plan view, a part of the non-separation region is surrounded by the pixel separation region. In plan view, the size of the opening in which the pixel separation region surrounds the non-separation region has the second charge storage portion. Larger than pixel size,
The photoelectric conversion element according to claim 5, wherein
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換素子。 A region that forms a capacitance for storing charges is formed between the first charge storage unit and the second charge storage unit, and the separation region and the non-separation region.
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is a photoelectric conversion element.
電荷を蓄積する第1電荷蓄積部を、前記分離領域の上部に形成し、
電荷を蓄積する第2電荷蓄積部を、前記非分離領域の上部に形成する蓄積部形成ステップと、
を有し、
前記分離領域形成ステップでは、
平面視において、前記非分離領域を囲う前記分離領域の開口を、前記蓄積部形成ステップにおいて形成される前記第2電荷蓄積部を有する画素のサイズよりも大きく形成する、
ことを特徴とする光電変換素子の製造方法。 By implanting an impurity of the second conductivity type different from the first conductivity type into the semiconductor substrate of the first conductivity type, a non-separation region that is a region where the impurities of the second conductivity type are not implanted in a plan view. A separation area forming step of forming a separation area surrounding the
A first charge storage part for storing charges is formed on the separation region,
A step of forming a second charge storage part for storing charges on the non-separation region,
Have
In the separation area forming step,
In plan view, the opening of the separation region surrounding the non-separation region is formed larger than the size of the pixel having the second charge storage unit formed in the storage unit formation step.
A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising:
前記蓄積部形成ステップでは、
平面視において前記画素分離領域に囲まれる位置に、前記第1電荷蓄積部および前記第2電荷蓄積部を形成する、
ことを特徴とする請求項8に記載の光電変換素子の製造方法。 The method further includes a pixel separation forming step of forming a pixel separation region that separates adjacent pixels in the pixel having the first charge storage section and the pixel having the second charge storage section,
In the accumulation part forming step,
The first charge storage section and the second charge storage section are formed at a position surrounded by the pixel separation region in plan view,
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 8, wherein.
前記半導体基板に前記第2導電型の不純物を注入することによって、前記画素分離領域を形成する、
ことを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子の製造方法。 In the pixel separation forming step,
Forming the pixel isolation region by implanting the second conductivity type impurity into the semiconductor substrate;
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 9, wherein.
前記半導体基板にトレンチを形成することによって、前記画素分離領域を形成する、
ことを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子の製造方法。 In the pixel separation forming step,
Forming a pixel isolation region by forming a trench in the semiconductor substrate;
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 9, wherein.
前記半導体基板に前記第1導電型の不純物を注入することによって、前記第1電荷蓄積部および前記第2電荷蓄積部を形成する、
ことを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。 In the accumulation part forming step,
Implanting the first conductivity type impurity into the semiconductor substrate to form the first charge storage portion and the second charge storage portion,
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to any one of claims 8 to 11, characterized in that.
前記光電変換素子から出力される信号を処理する信号処理部と、
を有することを特徴とする撮像システム。 A photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 7,
A signal processing unit that processes a signal output from the photoelectric conversion element,
An imaging system comprising:
請求項1から7のいずれか1項に記載の光電変換素子と、
移動装置と、
前記光電変換素子から出力される信号から情報を取得する処理装置と、
前記情報に基づいて前記移動装置を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする移動体。 Is a mobile,
A photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 7,
A mobile device,
A processing device that acquires information from a signal output from the photoelectric conversion element,
A control device for controlling the mobile device based on the information;
A mobile body having:
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