JP2021111762A

JP2021111762A - 撮像装置及び電子機器

Info

Publication number: JP2021111762A
Application number: JP2020004643A
Authority: JP
Inventors: 隆寛豊島; Takahiro Toyoshima
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2021-08-02
Also published as: WO2021145257A1

Abstract

【課題】画素内容量（電荷蓄積部）を設けた場合でも、光電変換効率が低下することがない撮像装置及び電子機器を提供する。【解決手段】撮像装置は、基板の内部に配置される第１光電変換部と、第１光電変換部の上方に配置され、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部の周囲を取り囲むように配置される環状領域と、環状領域の外側に配置され、第１光電変換部で光電変換された電荷を転送する第１転送ゲートと、を備える【選択図】図８

Description

本開示は、撮像装置及び電子機器に関する。

ＣＭＯＳセンサ等の撮像装置は、写真や動画撮影を目的とした用途以外に、自動運転のための距離計測、顔認証など広範な分野で使用されている。自動運転やドライブレコーダ等の車載向けの撮像装置では、トンネルの出入口や夜間の市街地など、明暗差の大きな場面でも、黒つぶれや白飛びが生じず、ノイズも少ない鮮明な撮影を行うことが望まれる。そのためには、ダイナミックレンジを広げた撮像装置が必要とされる（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の撮像装置では、本来のフォトダイオードの他に、小サイズのフォトダイオードと画素内容量を設けて、ダイナミックレンジを広げている。

国際公開ＷＯ２０１６／１４７８８５

画素内のスペースが限られていることから、画素内容量はフォトダイオードの上方に形成されることが多い。画素内容量は、フォトダイオードと同様に、ｎ型不純物イオンを注入及び拡散して形成される。画素内容量とフォトダイオードを電気的に分離するため、あるいはピニング目的で、画素内容量とフォトダイオードの間には、ｐ型不純物イオンを注入及び拡散させた領域（以下、ｐ型領域）が設けられる。

しかしながら、ｐ型不純物イオンは広範囲に拡散されることから、ｐ型領域がフォトダイオードの領域を圧迫したり、フォトダイオードから転送ゲートへの電荷転送のための電位勾配の形成を妨げるおそれがある。

そこで、本開示では、画素内容量（電荷蓄積部）を設けた場合でも、光電変換効率が低下することがない撮像装置及び電子機器を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本開示の一態様では、基板の内部に配置される第１光電変換部と、
前記第１光電変換部の上方に配置され、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の周囲を取り囲むように配置される環状領域と、
前記環状領域の外側に配置され、前記第１光電変換部で光電変換された電荷を転送する第１転送ゲートと、を備える、撮像装置が提供される。

前記環状領域は、前記基板の表面に沿って深さ方向に形成された環状の溝に充填された絶縁体と、前記絶縁体の一部に配置される導電体と、を含んでいてもよい。

前記環状領域の前記基板の深さ方向の底部は、前記第１光電変換部の上端よりも上方に配置されてもよい。

前記第１光電変換部で光電変換された電荷を読み出す読み出し回路を備え、
前記読み出し回路及び前記第１転送ゲートは、前記環状領域の周縁から外側に配置されてもよい。

前記電荷蓄積部は、
前記第１光電変換部の上方に設けられる電荷蓄積領域と、
前記環状領域の一部を含めて前記電荷蓄積領域の上方に配置される電極と、を有してもよい。

前記電極の一端部は、前記環状領域の内部に配置されてもよい。
前記第１光電変換部及び前記電荷蓄積領域は、第１導電型の不純物イオンを注入及び拡散させた領域であってもよい。

前記第１光電変換部及び前記電荷蓄積領域の間と、前記第１光電変換部及び前記第１転送ゲートの間とに配置され、第２導電型の不純物イオンを注入及び拡散させた拡散領域を備えてもよい。

前記拡散領域は、前記環状領域の形状に沿った不純物濃度勾配を有してもよい。

前記第１転送ゲートは、前記基板の深さ方向に延びる縦型ゲートであってもよい。

前記基板内の前記第１光電変換部とは別の場所に配置される第２光電変換部と、
前記第２光電変換部で光電変換された電荷を前記電荷蓄積部に転送する第２転送ゲートと、を備えてもよい。

前記第１光電変換部は、前記第２光電変換部よりも、受光面の面積が大きく、かつ感度が高くてもよい。

前記電荷蓄積部は、前記第１光電変換部で光電変換された電荷を蓄積してもよい。

本開示の他の一態様では、それぞれが光電変換を行う複数の画素を有する画素アレイ部と、
前記画素アレイ部を駆動する駆動部と、
前記画素アレイ部で光電変換された電気信号に基づいて信号処理を行う信号処理部と、を備えた電子機器であって、
前記複数の画素の少なくとも一つは、
基板の内部に配置される第１光電変換部と、
前記第１光電変換部の上方に配置され、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の周囲を取り囲むように配置される環状領域と、
前記環状領域の外側に配置され、前記第１光電変換部で光電変換された電荷を転送する第１転送ゲートと、を有する、電子機器が提供される。

前記複数の画素の少なくとも一つは、
前記基板内の前記第１光電変換部とは別の場所に配置される第２光電変換部と、
前記第２光電変換部で光電変換された電荷を前記電荷蓄積部に転送する第２転送ゲートと、を有してもよい。

低照度下では前記第１光電変換部を用いて撮像画像を生成し、高照度下では前記第２光電変換部及び前記電荷蓄積部を用いて低照度下の撮像画像よりもダイナミックレンジの広い撮像画像を生成する信号処理部を備えてもよい。

前記環状領域は、前記基板の表面に沿って深さ方向に形成された環状の溝に充填された絶縁体と、前記絶縁体の一部に配置される導電体と、を含んでもよい。

本開示の一実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図。センサ画素及び読み出し回路の等価回路図。図２のセンサ画素を読み出し回路が形成された表面側から平面視した平面図。本実施形態によるセンサ画素の模式的な断面図。第２光電変換部を持たないセンサ画素の読み出し回路の回路図。図５のセンサ画素の断面図。図５のセンサ画素を読み出し回路が形成された表面側から平面視した平面図。図４又は図６の環状領域の周囲の断面構造をより詳細に示す断面図。センサ画素の製造工程を示す断面図。図９Ａに続く製造工程を示す断面図。図９Ｂに続く製造工程を示す断面図。図９Ｃに続く製造工程を示す断面図。図９Ｄに続く製造工程を示す断面図。図９Ｅに続く製造工程を示す断面図。図９Ｆに続く製造工程を示す断面図。本技術を適用した電子機器としてのカメラの構成例を示すブロック図。移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図。撮像部の設置位置の例を示す図。

以下、図面を参照して、本実施形態による撮像装置及び電子機器について説明する。以下では、本実施形態による撮像装置及び電子機器の主要な構成部分を中心に説明するが、本実施形態による撮像装置及び電子機器には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。

以下、本開示の実施の形態について、詳細に説明する。本開示の撮像装置は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等による裏面照射型のイメージセンサである。本開示の撮像装置は、被写体からの光を画素ごとに受光して光電変換し、電気信号である画素信号を生成する。

裏面照射型のイメージセンサは、被写体からの光が入射される受光面と、各画素を駆動するトランジスタ等の配線が設けられた配線層との間に、被写体からの光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード等の光電変換部を画素ごとに配置している。なお、本開示は、ＣＭＯＳイメージセンサ以外の撮像方式のイメージセンサにも適用できる場合がありうる。

図１は本開示の一実施形態に係る撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。図１の撮像装置１００は、半導体基板上に形成されるため、正確には固体撮像装置１００であるが、以下では、単に撮像装置１００と呼ぶ。図１の撮像装置１００は、光電変換を行う複数のセンサ画素１２１が行列状、すなわち二次元平面状に配置された画素アレイ部１１１を備えている。センサ画素１２１は、本開示の「画素」の一具体例に相当する。画素アレイ部１１１で光電変換された電荷は、読み出し回路を介して読み出される。

撮像装置１００は、例えば、画素アレイ部１１１、垂直駆動部１１２、ランプ波モジュール１１３、カラム信号処理部１１４、クロックモジュール１１５、データ格納部１１６、水平駆動部１１７、システム制御部１１８、および信号処理部１１９を備えている。

撮像装置１００は、単一又は複数の半導体基板にて構成される。例えば、撮像装置１００は、画素アレイ部１１１が形成される半導体基板に、垂直駆動部１１２、ランプ波モジュール１１３、カラム信号処理部１１４、クロックモジュール１１５、データ格納部１１６、水平駆動部１１７、システム制御部１１８、および信号処理部１１９等が形成される別の半導体基板をＣｕ−Ｃｕ接合等にて電気的に接続して構成可能である。垂直駆動部１１２、ランプ波モジュール１１３、カラム信号処理部１１４、クロックモジュール１１５、データ格納部１１６、水平駆動部１１７、システム制御部１１８、および信号処理部１１９の少なくとも一部を画素アレイ部１１１と同一の半導体基板上に形成してもよい。

画素アレイ部１１１は、被写体から入射した光の量に応じた電荷を生成して蓄積する光電変換素子を含むセンサ画素１２１を複数有する。センサ画素１２１は、図１に示したように、横方向（行方向）および縦方向（列方向）のそれぞれに配列される。画素アレイ部１１１では、行方向に一列に配列されたセンサ画素１２１からなる画素行ごとに、画素駆動線１２２が行方向に沿って配線され、列方向に一列に配列されたセンサ画素１２１からなる画素列ごとに、垂直信号線１２３が列方向に沿って配線されている。

垂直駆動部１１２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどからなる。垂直駆動部１１２は、複数の画素駆動線１２２を介して複数のセンサ画素１２１に対して信号等をそれぞれ供給することにより、画素アレイ部１１１における複数のセンサ画素１２１の全てを同時に駆動させ、または画素行単位で駆動させる。

ランプ波モジュール１１３は、画素信号のＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換に用いるランプ波信号を生成し、カラム信号処理部１１４に供給する。カラム信号処理部１１４は、例えば、シフトレジスタやアドレスデコーダなどからなり、ノイズ除去処理、相関二重サンプリング処理、Ａ／Ｄ変換処理等を行い、画素信号を生成するものである。カラム信号処理部１１４は、生成した画素信号を信号処理部１１９に供給する。

クロックモジュール１１５は、撮像装置１００の各部に動作用のクロック信号を供給するものである。

水平駆動部１１７は、カラム信号処理部１１４の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部１１７による選択走査により、カラム信号処理部１１４において単位回路ごとに信号処理された画素信号が順番に信号処理部１１９に出力されるようになっている。

システム制御部１１８は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等からなる。システム制御部１１８は、タイミングジェネレータで生成されたタイミング信号に基づいて、垂直駆動部１１２、ランプ波モジュール１１３、カラム信号処理部１１４、クロックモジュール１１５、および水平駆動部１１７の駆動制御を行なうものである。

信号処理部１１９は、必要に応じてデータ格納部１１６にデータを一時的に格納しながら、カラム信号処理部１１４から供給された画素信号に対して演算処理等の信号処理を行ない、各画素信号からなる画像信号を出力するものである。

図２はセンサ画素１２１及び読み出し回路１２０の等価回路図である。図２に示すように、読み出し回路１２０は、センサ画素１２１ごとに設けられる。読み出し回路１２０は、第１光電変換部１０１、第１転送ゲート１０２、第２光電変換部１０３、第２転送ゲート１０４、第３転送ゲート１０５、容量部（画素内容量）１０６、リセットゲート１０７、ＦＤ（フローティングディフュージョン）部１０８、増幅トランジスタ１０９、及び、選択トランジスタ１１０を有する。

第１光電変換部１０１は、例えば、ＰＮ接合のフォトダイオードを有する。第１光電変換部１０１は、受光した光量に応じた電荷を生成して蓄積する。

第１転送ゲート１０２は、第１光電変換部１０１とＦＤ部１０８との間に接続されている。第１転送ゲート１０２のゲート電極には、駆動信号ＴＧＬが印加される。駆動信号ＴＧＬがアクティブ状態（例えば高電位）になると、第１転送ゲート１０２が導通状態になり、第１光電変換部１０１に蓄積されている電荷が、第１転送ゲート１０２を介してＦＤ部１０８に転送される。

第２光電変換部１０３は、第１光電変換部１０１と同様に、例えば、ＰＮ接合のフォトダイオードを有する。第２光電変換部１０３は、受光した光量に応じた電荷を生成して蓄積する。

第１光電変換部１０１と第２光電変換部１０３を比較すると、第１光電変換部１０１の方が受光面の面積が広くて感度が高く、第２光電変換部１０３の方が受光面の面積が狭くて感度が低い。

第２転送ゲート１０４は、容量部１０６とＦＤ部１０８との間に接続されている。第２転送ゲート１０４のゲート電極には、駆動信号ＦＣＧが印加される。駆動信号ＦＣＧがアクティブ状態（例えば高電位）になると、第２転送ゲート１０４が導通状態になり、容量部１０６とＦＤ部１０８のポテンシャルが結合する。

第３転送ゲート１０５は、第２光電変換部１０３と容量部１０６との間に接続されている。第３転送ゲート１０５のゲート電極には、駆動信号ＴＧＳが印加される。駆動信号ＴＧＳがアクティブ状態（例えば高電位）になると、第３転送ゲート１０５が導通状態になり、第２光電変換部１０３に蓄積されている電荷が、第３転送ゲート１０５を介して、容量部１０６、或いは、容量部１０６とＦＤ部１０８のポテンシャルが結合した領域に転送される。

また、第３転送ゲート１０５のゲート電極の下部は、ポテンシャルが若干深くなっており、第２光電変換部１０３の飽和電荷量を超え、第２光電変換部１０３から溢れた電荷を容量部１０６に転送するオーバーフローパスが形成されている。なお、以下、第３転送ゲート１０５のゲート電極の下部に形成されているオーバーフローパスを、単に第３転送ゲート１０５のオーバーフローパスと称する。

容量部１０６は、画素内容量を有し、電気的には第２転送ゲート１０４と第３転送ゲート１０５と接続されている。容量部１０６の対向電極（上部電極）１３２は、電源電圧ＶＤＤを供給する電源ＶＤＤに電気的に接続されている。容量部１０６は、第２光電変換部１０３から転送される電荷を蓄積する。

リセットゲート１０７は、電源ＶＤＤとＦＤ部１０８との間に接続されている。リセットゲート１０７のゲート電極には、駆動信号ＲＳＴが印加される。駆動信号ＲＳＴがアクティブ状態になると、リセットゲート１０７が導通状態になり、ＦＤ部１０８の電位が、電源電圧ＶＤＤのレベルにリセットされる。ＦＤ部１０８は、電荷を電圧信号に電荷電圧変換して出力する。

増幅トランジスタ１０９は、ゲート電極がＦＤ部１０８に接続され、ドレイン電極が電源ＶＤＤに接続されており、ＦＤ部１０８に保持されている電荷を読み出す読出し回路、所謂ソースフォロワ回路の入力部となる。すなわち、増幅トランジスタ１０９は、ソース電極が選択トランジスタ１１０を介して垂直信号線１２３に接続されることにより、当該垂直信号線１２３の一端に接続される定電流源１３１とソースフォロワ回路を構成する。

選択トランジスタ１１０は、増幅トランジスタ１０９のソース電極と垂直信号線１２３との間に接続されている。選択トランジスタ１１０のゲート電極には、駆動信号ＳＥＬが印加される。駆動信号ＳＥＬがアクティブ状態になると、選択トランジスタ１１０が導通状態になり、センサ画素１２１が選択状態となる。これにより、増幅トランジスタ１０９から出力される画素信号が、選択トランジスタ１１０を介して、垂直信号線１２３に出力される。

なお、以下、各駆動信号がアクティブ状態になることを、各駆動信号がオンするともいい、各駆動信号が非アクティブ状態になることを、各駆動信号がオフするともいう。また、以下、各ゲート又は各トランジスタが導通状態になることを、各ゲート又は各トランジスタがオンするともいい、各ゲート又は各トランジスタが非導通状態になることを、各ゲート又は各トランジスタがオフするともいう。

第１光電変換部１０１は、第２光電変換部１０３よりも受光面の面積が大きく、かつ感度を高くしている。これにより、第１光電変換部１０１は、低照度の撮像に用いられる。第２光電変換部１０３で光電変換された電荷は、容量部１０６に蓄積される。これにより、第２光電変換部１０３は、容量部１０６を併用することで、ダイナミックレンジの広い撮像に用いられる。

次に、図２の読み出し回路１２０に基づいて、本実施形態によるセンサ画素１２１の撮像動作及び読み出し動作を説明する。まず、撮像を開始する前に、第１転送ゲート１０２、第２転送ゲート１０４、第３転送ゲート１０５をオンするとともに、リセットゲート１０７をオンし、第１光電変換部１０１の蓄積電荷と、第２光電変換部１０３の蓄積電荷と、容量部１０６の蓄積電荷とをリセットする。

その後、第１光電変換部１０１と第２光電変換部１０３による光電変換動作（露光動作）が開始される。容量部１０６は、第３転送ゲート１０５のオーバーフローパスを介して第２光電変換部１０３から溢れた電荷を蓄積する。

図２の読み出し回路１２０は、画素行ごと、又は複数の画素行ごとに、第１光電変換部１０１と第２光電変換部１０３が光電変換して蓄積した電荷を電圧に変換して読み出す動作を行う。まず、第２転送ゲート１０４と第３転送ゲート１０５をオンする。これにより、容量部１０６とＦＤ部１０８のポテンシャルが結合され、第２光電変換部１０３の蓄積電荷と容量部１０６の蓄積電荷が、ＦＤ部１０８に蓄積される。増幅トランジスタ１０９は、ＦＤ部１０８の蓄積電荷に応じた電圧信号を増幅する。この増幅信号は、容量部１０６とＦＤ部１０８を合わせた電荷に応じた電圧信号を増幅したものであり、低感度データ信号である。

次に、第２転送ゲート１０４とリセットゲート１０７をともにオンして、容量部１０６とＦＤ部１０８の蓄積電荷をリセットする。増幅トランジスタ１０９は、ＦＤ部１０８のリセット電荷に応じた電圧信号を増幅する。この増幅信号は、容量部１０６とＦＤ部１０８のポテンシャルを結合させて、容量部１０６とＦＤ部１０８の蓄積電荷をリセットした状態での電圧信号を増幅したものであり、低感度リセット信号である。

次に、第２転送ゲート１０４をオンからオフに切り替えて、この状態でのＦＤ部１０８の電圧信号を増幅トランジスタ１０９で増幅する。この増幅信号は高感度リセット信号である。

次に、第１転送ゲート１０２をオンする。これにより、第１光電変換部１０１の蓄積電荷が第１転送ゲート１０２を介してＦＤ部１０８に転送される。増幅トランジスタ１０９は、ＦＤ部１０８の蓄積電荷に応じた電圧信号を増幅する。この増幅信号は、高感度データ信号である。

このように、各センサ画素１２１は、低感度データ信号、低感度リセット信号、高感度リセット信号、及び高感度データ信号の順に、垂直信号線１２３に出力する。信号処理部１１９は、これらの信号に対してノイズ除去処理を行った上で、種々の信号処理を行う。

例えば、本実施形態による撮像装置１００を車両向けの撮像センサとして用いる場合、トンネルの出入口や夜間の市街地など、明暗差の大きな場面において、周囲が低照度の場合には第１光電変換部１０１で光電変換された電荷に基づいて画像を生成し、周囲が高照度になると、第２光電変換部１０３と、第２光電変換部１０３で光電変換された電荷を蓄積する容量部１０６とを用いて画像を生成することができる。本実施形態では、高照度か低照度かによって、第１光電変換部１０１と第２光電変換部１０３の露光時間を切り替えないため、ＬＥＤ光源などのように点滅する被写体を撮像する場合にＬＥＤフリッカが起きない。また、第１光電変換部１０１と第２光電変換部１０３による光電変換（露光）を並行して行い、露光結果である電荷を順次ＦＤ部１０に転送するため、高照度と低照度が急に切り替わっても、第１光電変換部１０１と第２光電変換部１０３の光電変換結果を迅速に切り替えて出力できる。

図３は図２のセンサ画素１２１を読み出し回路１２０が形成された表面側から平面視した平面図である。図３に示すように、センサ画素１２１の中央部付近に容量部１０６の上部電極１３２が配置されている。この上部電極１３２の下方に容量部１０６が配置され、さらにその下方に第１光電変換部１０１が配置されている。

図３では、上部電極１３２が矩形状である例を示しているが、上部電極１３２の形状は任意であり、必ずしも矩形状である必要はない。容量部１０６の周囲を取り囲むように、絶縁体からなる環状領域１３３が設けられている。後述するように、環状領域１３３は、幅狭の環状のトレンチを形成して、そのトレンチ内に例えば酸化膜等の絶縁体を充填して形成される。環状領域１３３の内部の一部には、導電体が配置されている。この導電体は、容量部１０６の上部電極である。

環状領域１３３の周縁に沿って、図２に示した読み出し回路１２０内の各トランジスタやＦＤ部１０８、第２光電変換部１０３が配置されている。センサ画素１２１内における読み出し回路１２０内の各トランジスタやＦＤ部１０８、第２光電変換部１０３の具体的な配置場所は任意であり、図３に示した配置に限定されない。

図３に示すように、容量部１０６の上部電極１３２を取り囲むように環状領域１３３を配置することで、第１光電変換部１０１から第１転送ゲート１０２への電荷転送効率を向上できる。また、環状領域１３３を設けることで、環状領域１３３の内部にまで容量部１０６の電極を形成できるため、容量部１０６の容量を大きくすることができる。

図４は本実施形態によるセンサ画素１２１の模式的な断面図である。図４では、シリコン基板の表面側に形成される読み出し回路１２０の一部は、接続関係が明確になるように断面構造ではなく回路図で表記している。

図４に示すように、シリコン基板１３４の内部に、第１光電変換部１０１（ＰＤ部）が配置され、第１光電変換部１０１の上方に、容量部１０６が配置されている。第１光電変換部１０１と容量部１０６はともにｎ型不純物イオンを注入及び拡散させたｎ型領域である。第１光電変換部１０１と容量部１０６の間には、ｐ型不純物イオンを注入および拡散させたｐ型領域１３５が配置されている。

第１転送ゲート１０２は、シリコン基板１３４の深さ方向に延びる縦型ゲートである。第１転送ゲート１０２を縦型ゲートにすることで、第１光電変換部１０１がシリコン基板１３４の表面から深い位置に形成されていても、第１光電変換部１０１から第１転送ゲート１０２への電荷転送効率を向上できる。第１光電変換部１０１と第１転送ゲート１０２の間にもｐ型領域１３５が配置されている。

第１転送ゲート１０２の近傍には、ＦＤ部１０８が配置されている。また、ＦＤ部１０８の近傍には、第２転送ゲート１０４と第３転送ゲート１０５が配置されている。第３転送ゲート１０５の近傍のシリコン基板１３４の内部には第２光電変換部１０３が配置されている。第２光電変換部１０３で光電変換された電荷は、第３転送ゲート１０５のオーバーフローパスを介して容量部１０６に転送される。図４のｎ型領域１０６ａ，１０６ｂが容量部６を構成している。

第１光電変換部１０１、容量部１０６のｎ型領域１０６ａ、１０６ｂ及びｐ型領域１３５は、不純物イオンの注入及び熱処理による拡散により形成される。上述した環状領域１３３が存在しない場合、ｐ型領域１３５が第１光電変換部１０１の領域を圧迫して光電変換効率が低下したり、第１光電変換部１０１から第１転送ゲート１０２への電荷転送がｐ型領域１３５により妨げられて電荷転送効率が低下するおそれがある。

容量部１０６と第１転送ゲート１０２の間に上述した環状領域１３３を設けることで、ｐ型領域１３５が第１光電変換部１０１を圧迫したり、第１光電変換部１０１から第１転送ゲート１０２への電荷転送を妨げるおそれがなくなる。以下、その理由については後述する。

容量部１０６は、環状領域１３３が形成された後に形成される。環状領域１３３は、容量部１０６を形成する予定の領域の周囲に幅狭の溝を形成して、その溝の内部に酸化膜を充填した領域である。本明細書では、環状領域１３３を、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）領域と呼ぶ場合もある。環状領域１３３の基板面方向の幅は例えば数１０ｎｍ、基板の深さ方向の長さは例えば数十ｎｍである。

図２〜図４では、各センサ画素１２１が第１光電変換部１０１の他に第２光電変換部１０３を有する例を説明したが、第２光電変換部１０３は必ずしも必須ではない。

図５は第２光電変換部１０３を持たないセンサ画素１２１の読み出し回路１２０の回路図である。図５の読み出し回路１２０は、図２の読み出し回路１２０から第２光電変換部１０３と第３転送ゲート１０５を省略した回路構成である。図２の読み出し回路１２０では、第２光電変換部１０３で光電変換された電荷を蓄積する目的で容量部１０６を用いたが、図５の読み出し回路１２０では、第１光電変換部１０１で光電変換された電荷を蓄積する目的で容量部１０６を用いる。

図６は図５のセンサ画素１２１の断面図である。第１光電変換部１０１の上方に、ｐ型領域１３５を挟んで容量部１０６のｎ型領域が配置されている点では、図４と共通する。ｎ型領域は、第２転送ゲートを介してＦＤ部と電気的に接続される。

図７は図５のセンサ画素１２１を読み出し回路１２０が形成された表面側から平面視した平面図である。図７の平面図は、図３の平面図から第３転送ゲートを省略したレイアウトになっている。図７の平面図においても、図３と同様に、容量部１０６のポリシリコンを取り囲むように、環状領域１３３が形成されている。

図８は図４又は図６の環状領域１３３の周囲の断面構造をより詳細に示す断面図である。図８に示すように、容量部１０６を取り囲むように、環状領域１３３が形成されている。また、環状領域１３３の一部を含めて、シリコン基板１３４内に高濃度の不純物イオンを注入及び拡散させることで、容量部１０６のｎ型領域１０６ａが形成される。容量部１０６の上部電極１３２の一端部は、環状領域１３３の内部に形成されている。これにより、容量部１０６の容量を大きくすることができる。

上部電極１３２の上には、ＳｉＯ２膜１３６が形成され、ＳｉＯ２膜１３６の上にはＳｉＮ膜１３７が形成されている。環状領域１３３の内部には、もともと充填されていたＳｉＯ２膜だけでなく、上部電極１３２とＳｉＮ膜１３７が配置されている。

また、容量部１０６の下方には、第１光電変換部１０１が配置されている。環状領域１３３の外側には、第１転送ゲート１０２が配置されている。第１転送ゲート１０２は、基板の深さ方向に延びる縦型ゲートを有する。縦型ゲートを設けることで、第１光電変換部１０１で光電変換された電荷が第１転送ゲート１０２に転送されやすくしている。なお、第１転送ゲート１０２の深さ位置は、第１光電変換部１０１の深さ位置より深くてもよいし、浅くてもよい。

環状領域１３３と第１転送ゲート１０２の間には、ｐ型不純物イオンを注入及び拡散させたｐ型領域１３５が設けられている。環状領域１３３の上方からｐ型不純物イオンを注入することで、図８に破線で示したように、ｐ型領域１３５内の不純物濃度に勾配を持たせることができる。より具体的には、第１転送ゲート１０２に近づくほど、基板の上方側がよりｐ型不純物濃度が高くなるようにしている。これにより、ｐ型領域１３５が第１光電変換部１０１を圧迫するおそれがなくなり、かつｐ型領域１３５が第１光電変換部１０１から第１転送ゲート１０２への電荷転送を妨げなくなる。

なお、第１転送ゲート１０２を縦型ゲートにすることは必ずしも必須ではない。図８に示すように、ｐ型不純物濃度に濃度勾配を持たせることで、第１転送ゲート１０２がシリコン基板１３４の表面だけにあったとしても、第１光電変換部１０１から第１転送ゲート１０２まで効率よく電荷を転送できる。

図９Ａ〜図９Ｇはセンサ画素１２１の製造工程を示す断面図である。図９Ａ〜図９Ｇは第１光電変換部１０１、容量部１０６及び第１転送ゲート１０２の製造工程を示したものであり、第２光電変換部１０３等の製造工程は省略している。

まず、図９Ａに示すように、シリコン基板１３４内にｐ型不純物イオンを注入及び拡散させてｐ型領域１３５（アクティブ領域）を形成するとともに、シリコン基板１３４の表面側に、環状領域１３３を形成するための環状のトレンチ１３３ａを形成する。

次に、図９Ｂに示すように、環状のトレンチ１３３ａの内部にＳｉＯ２膜１３３ｂを充填して環状領域１３３（ＳＴＩ領域）を形成する。次に、図９Ｃに示すように、シリコン基板１３４内にｎ型不純物イオンを注入して、第１光電変換部１０１（ＰＤ部）を形成するとともに、シリコン基板１３４の表面側に、読み出し回路１２０用の各トランジスタを形成する。ただし、第１転送ゲート１０２は、後述する工程で形成される。

次に、図９Ｄに示すように、シリコン基板１３４の表面にレジスト膜１３８を塗布してパターニングする。このとき、環状領域１３３の一部が露出されるようにレジスト膜１３８をパターニングする。そして、レジスト膜１３８の上方から高濃度のｎ型不純物イオンを注入し、第１光電変換部１０１の上方に、容量部１０６のｎ型領域１０６ａを形成する。このとき、環状領域１３３の一部にもｎ型不純物イオンが注入される。このように、環状領域１３３の一部も含めて不純物イオンを注入することにより、ｎ型領域１０６ａの膜品質を向上させることができる。

次に、不純物イオンを注入した後にエッチング処理を行ってレジスト膜１３８を剥離する。このとき、環状領域１３３内のｎ型不純物イオンを注入した領域の一部も除去される。

次に、図９Ｆに示すように、第１転送ゲート１０２用のトレンチ１０２ａを形成する。次に、図９Ｆに示すように、トレンチ１０２ａの側壁および底部にｐ型不純物イオンを注入して、ピニングの弱体化を防止するためのｐ型領域１３９を形成するとともに、トレンチ１０２ａの側壁部分にＳｉＯ２層１４０を形成する。図９Ｆでは、トレンチ１０２ａの底部にｐ型領域１３９を形成する例を図示しているが、ｐ型領域１３９はトレンチ１０２ａの側壁部分にも形成され、側壁部分のピニング弱体化が防止される。

次に、図９Ｇに示すように、トレンチ１０２ａ内にポリシリコン１０２ｂを充填するとともに、シリコン基板１３４の表面側に第１転送ゲート１０２の電極を形成する。このとき、ｎ型領域１０６ａの上方にもポリシリコン膜１３２が形成され、上部電極１３２が得られる。なお、ポリシリコン膜１３２の一部は環状領域１３３の内部にも形成される。その後、ポリシリコン膜１３２の上に、ＳｉＯ２膜１３６とＳｉＮ膜１３２形成する。

次に、レジスト膜を塗布してパターニングした状態で、環状領域１３３と第１転送ゲート１０２との間にｐ型不純物イオンを注入及び拡散させてｐ型領域１３５を形成する。その際、環状領域１３３の一部が露出されるようにレジスト膜をパターニングした上でｐ型不純物イオンを注入する。これにより、シリコン基板１３４内のｐ型領域１３５には不純物濃度勾配ができる。より具体的には、第１転送ゲート１０２に近づくに従って、シリコン基板１３４の表面に近いほどｐ型不純物濃度がより高くなる。

上述したように、本実施形態では、センサ画素１２１内の第１光電変換部１０１の上方に配置される容量部１０６の周囲を取り囲むように環状領域１３３を配置し、その外側に第１転送ゲート１０２を配置することにより、第１光電変換部１０１から第１転送ゲート１０２への電荷転送効率を向上させることができる。

より具体的には、環状領域１３３の一部を利用して容量部１０６を形成することにより、容量部１０６の容量を大きくすることができる。また、環状領域１３３の一部を含めて、環状領域１３３と第１転送ゲート１０２の間にｐ型不純物イオンを注入してｐ型領域１３５を形成するため、環状領域１３３の形状に沿ってｐ型領域１３５に不純物濃度勾配を持たせることができる。この不純物濃度勾配により、ｐ型領域１３５が第１光電変換部１０１を圧迫するおそれがなくなり、また、ｐ型領域１３５が第１光電変換部１０１から第１転送ゲート１０２への電荷転送経路を妨害するおそれがなくなる。よって、第１光電変換部１０１から第１転送ゲート１０２への電荷転送効率がよくなる。

また、容量部１０６のｎ型領域１０６ａを形成する際に、環状領域１３３の一部を含めて高濃度のｎ型不純物イオンを注入することで、ｎ型領域１０６ａの膜品質を向上できるという効果も得られる。

本実施形態によるセンサ画素１２１が第１光電変換部１０１と第２光電変換部１０３を備えている場合には、第１光電変換部１０１の感度を第２光電変換部１０３よりもよくすることで、第１光電変換部１０１を用いて低照度特性を向上できる。また、第２光電変換部１０３で光電変換された電荷を容量部１０６に蓄積することで、低感度の第２光電変換部１０３で光電変換された電荷が飽和するレベルを引き上げることができ、ダイナミックレンジを広げたＨＤＲ（High Definition Range）機能を持たせることができる。

（電子機器への適用例）
図１０は、本技術を適用した電子機器としてのカメラ２０００の構成例を示すブロック図である。

カメラ２０００は、レンズ群などからなる光学部２００１、上述の撮像装置１００など（以下、撮像装置１００等という。）が適用される撮像装置（撮像デバイス）２００２、およびカメラ信号処理回路であるＤＳＰ(Digital Signal Processor)回路２００３を備える。また、カメラ２０００は、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６、操作部２００７、および電源部２００８も備える。ＤＳＰ回路２００３、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６、操作部２００７および電源部２００８は、バスライン２００９を介して相互に接続されている。

光学部２００１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像装置２００２の撮像面上に結像する。撮像装置２００２は、光学部２００１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。

表示部２００５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬパネル等のパネル型表示装置からなり、撮像装置２００２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部２００６は、撮像装置２００２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。

操作部２００７は、ユーザによる操作の下に、カメラ２０００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部２００８は、ＤＳＰ回路２００３、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６および操作部２００７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。

上述したように、撮像装置２００２として、上述した撮像装置１００等を用いることで、良好な画像の取得が期待できる。

（移動体への応用例）
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

図１１は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。

車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１１に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。

駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。

ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。

撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。

車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。

マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。

音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１１の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。

図１２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

図１２では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。

撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

なお、図１２には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。

以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、図１などに示した撮像装置１００等を撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、車両制御システムの優れた動作が期待できる。

なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）基板の内部に配置される第１光電変換部と、
前記第１光電変換部の上方に配置され、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の周囲を取り囲むように配置される環状領域と、
前記環状領域の外側に配置され、前記第１光電変換部で光電変換された電荷を転送する第１転送ゲートと、を備える、撮像装置。
（２）前記環状領域は、前記基板の表面に沿って深さ方向に形成された環状の溝に充填された絶縁体と、前記絶縁体の一部に配置される導電体と、を含む、（１）に記載の撮像装置。
（３）前記環状領域の前記基板の深さ方向の底部は、前記第１光電変換部の上端よりも上方に配置される、（２）に記載の撮像装置。
（４）前記第１光電変換部で光電変換された電荷を読み出す読み出し回路を備え、
前記読み出し回路及び前記第１転送ゲートは、前記環状領域の周縁から外側に配置される、（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の撮像装置。
（５）前記電荷蓄積部は、
前記第１光電変換部の上方に設けられる電荷蓄積領域と、
前記環状領域の一部を含めて前記電荷蓄積領域の上方に配置される電極と、を有する、（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の撮像装置。
（６）前記電極の一端部は、前記環状領域の内部に配置される、（５）に記載の撮像装置。
（７）前記第１光電変換部及び前記電荷蓄積領域は、第１導電型の不純物イオンを注入及び拡散させた領域である、（５）又は（６）に記載の撮像装置。
（８）前記第１光電変換部及び前記電荷蓄積領域の間と、前記第１光電変換部及び前記第１転送ゲートの間とに配置され、第２導電型の不純物イオンを注入及び拡散させた拡散領域を備える、（５）乃至（７）のいずれか一項に記載の撮像装置。
（９）前記拡散領域は、前記環状領域の形状に沿った不純物濃度勾配を有する、（８）に記載の撮像装置。
（１０）前記第１転送ゲートは、前記基板の深さ方向に延びる縦型ゲートである、（１）乃至（９）のいずれか一項に記載の撮像装置。
（１１）前記基板内の前記第１光電変換部とは別の場所に配置される第２光電変換部と、
前記第２光電変換部で光電変換された電荷を前記電荷蓄積部に転送する第２転送ゲートと、を備える、（１）乃至（１０）のいずれか一項に記載の撮像装置。
（１２）前記第１光電変換部は、前記第２光電変換部よりも、受光面の面積が大きく、かつ感度が高い、（１１）に記載の撮像装置。
（１３）前記電荷蓄積部は、前記第１光電変換部で光電変換された電荷を蓄積する、（１）乃至（１０）のいずれか一項に記載の撮像装置。
（１４）それぞれが光電変換を行う複数の画素を有する画素アレイ部と、
前記画素アレイ部を駆動する駆動部と、
前記画素アレイ部で光電変換された電気信号に基づいて信号処理を行う信号処理部と、を備えた電子機器であって、
前記複数の画素の少なくとも一つは、
基板の内部に配置される第１光電変換部と、
前記第１光電変換部の上方に配置され、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の周囲を取り囲むように配置される環状領域と、
前記環状領域の外側に配置され、前記第１光電変換部で光電変換された電荷を転送する第１転送ゲートと、を有する、電子機器。
（１５）前記複数の画素の少なくとも一つは、
前記基板内の前記第１光電変換部とは別の場所に配置される第２光電変換部と、
前記第２光電変換部で光電変換された電荷を前記電荷蓄積部に転送する第２転送ゲートと、を有する、（１４）に記載の電子機器。
（１６）前記第１光電変換部は、前記第２光電変換部よりも、受光面の面積が大きく、かつ感度が高い、（１５）に記載の撮像装置。
（１７）低照度下では前記第１光電変換部を用いて撮像画像を生成し、高照度下では前記第２光電変換部及び前記電荷蓄積部を用いて低照度下の撮像画像よりもダイナミックレンジの広い撮像画像を生成する信号処理部を備える、（１６）に記載の電子機器。
（１８）前記環状領域は、前記基板の表面に沿って深さ方向に形成された環状の溝に充填された絶縁体と、前記絶縁体の一部に配置される導電体と、を含む、（１４）乃至（１６）のいずれか一項に記載の撮像装置。
（１９）前記環状領域の前記基板の深さ方向の底部は、前記第１光電変換部の上端よりも上方に配置される、（１８）に記載の撮像装置。
（２０）前記第１光電変換部で光電変換された電荷を読み出す読み出し回路を備え、
前記読み出し回路及び前記第１転送ゲートは、前記環状領域の周縁から外側に配置される、（１４）乃至（１９）のいずれか一項に記載の撮像装置。

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１００撮像装置、１０１第１光電変換部、１０２第１転送ゲート、１０３第２光電変換部、１０４第２転送ゲート、１０５第３転送ゲート、１０６容量部、１０７リセットゲート、１０８ＦＤ部、１０９増幅トランジスタ、１１０選択トランジスタ、１１１画素アレイ部、１１２垂直駆動部、１１３ランプ波モジュール、１１４カラム信号処理部、１１５クロックモジュール、１１６データ格納部、１１７水平駆動部、１１８システム制御部、１１９信号処理部、１２０読み出し回路、１２１センサ画素、１２２画素駆動線、１２３垂直信号線、１３１定電流源、１３２上部電極、１３３環状領域、１３４シリコン基板、１３５ｐ型領域、１３６ＳｉＯ２膜、１３７ＳｉＮ膜、１３８レジスト膜、１３９ｐ型領域

Claims

基板の内部に配置される第１光電変換部と、
前記第１光電変換部の上方に配置され、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の周囲を取り囲むように配置される環状領域と、
前記環状領域の外側に配置され、前記第１光電変換部で光電変換された電荷を転送する第１転送ゲートと、を備える、撮像装置。
前記環状領域は、前記基板の表面に沿って深さ方向に形成された環状の溝に充填された絶縁体と、前記絶縁体の一部に配置される導電体と、を含む、請求項１に記載の撮像装置。
前記環状領域の前記基板の深さ方向の底部は、前記第１光電変換部の上端よりも上方に配置される、請求項２に記載の撮像装置。
前記第１光電変換部で光電変換された電荷を読み出す読み出し回路を備え、
前記読み出し回路及び前記第１転送ゲートは、前記環状領域の周縁から外側に配置される、請求項１に記載の撮像装置。
前記電荷蓄積部は、
前記第１光電変換部の上方に設けられる電荷蓄積領域と、
前記環状領域の一部を含めて前記電荷蓄積領域の上方に配置される電極と、を有する、請求項１に記載の撮像装置。
前記電極の一端部は、前記環状領域の内部に配置される、請求項５に記載の撮像装置。
前記第１光電変換部及び前記電荷蓄積領域は、第１導電型の不純物イオンを注入及び拡散させた領域である、請求項５に記載の撮像装置。
前記第１光電変換部及び前記電荷蓄積領域の間と、前記第１光電変換部及び前記第１転送ゲートの間とに配置され、第２導電型の不純物イオンを注入及び拡散させた拡散領域を備える、請求項５に記載の撮像装置。
前記拡散領域は、前記環状領域の形状に沿った不純物濃度勾配を有する、請求項８に記載の撮像装置。
前記第１転送ゲートは、前記基板の深さ方向に延びる縦型ゲートである、請求項１に記載の撮像装置。
前記基板内の前記第１光電変換部とは別の場所に配置される第２光電変換部と、
前記第２光電変換部で光電変換された電荷を前記電荷蓄積部に転送する第２転送ゲートと、を備える、請求項１に記載の撮像装置。
前記第１光電変換部は、前記第２光電変換部よりも、受光面の面積が大きく、かつ感度が高い、請求項１１に記載の撮像装置。
前記電荷蓄積部は、前記第１光電変換部で光電変換された電荷を蓄積する、請求項１に記載の撮像装置。
それぞれが光電変換を行う複数の画素を有する画素アレイ部と、
前記画素アレイ部を駆動する駆動部と、
前記画素アレイ部で光電変換された電気信号に基づいて信号処理を行う信号処理部と、を備えた電子機器であって、
前記複数の画素の少なくとも一つは、
基板の内部に配置される第１光電変換部と、
前記第１光電変換部の上方に配置され、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の周囲を取り囲むように配置される環状領域と、
前記環状領域の外側に配置され、前記第１光電変換部で光電変換された電荷を転送する第１転送ゲートと、を有する、電子機器。
前記複数の画素の少なくとも一つは、
前記基板内の前記第１光電変換部とは別の場所に配置される第２光電変換部と、
前記第２光電変換部で光電変換された電荷を前記電荷蓄積部に転送する第２転送ゲートと、を有する、請求項１４に記載の電子機器。
前記第１光電変換部は、前記第２光電変換部よりも、受光面の面積が大きく、かつ感度が高い、請求項１５に記載の電子機器。
低照度下では前記第１光電変換部を用いて撮像画像を生成し、高照度下では前記第２光電変換部及び前記電荷蓄積部を用いて低照度下の撮像画像よりもダイナミックレンジの広い撮像画像を生成する信号処理部を備える、請求項１６に記載の電子機器。
前記環状領域は、前記基板の表面に沿って深さ方向に形成された環状の溝に充填された絶縁体と、前記絶縁体の一部に配置される導電体と、を含む、請求項１４に記載の電子機器。
前記環状領域の前記基板の深さ方向の底部は、前記第１光電変換部の上端よりも上方に配置される、請求項１８に記載の電子機器。
前記第１光電変換部で光電変換された電荷を読み出す読み出し回路を備え、
前記読み出し回路及び前記第１転送ゲートは、前記環状領域の周縁から外側に配置される、請求項１４に記載の電子機器。