JP2023172505A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面積効率がより向上された光電変換装置を提供する。【解決手段】複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部のそれぞれから出力された信号をそれぞれ保持する複数の容量素子と、を有し、前記複数の容量素子のうちの第１容量素子及び第２容量素子が、前記複数の容量素子が形成される基板の主面に垂直な方向に並ぶ互いに異なる層に配されており、前記第１容量素子が、前記主面に垂直な方向からの平面視において、前記複数の光電変換部のうちの少なくとも２つに重なるように配されている。【選択図】図３

Description

本発明は、光電変換装置に関する。

特許文献１には、光電変換部と容量素子とを有する固体撮像装置が開示されている。特許文献１の固体撮像装置では、光電変換部の直上に重なるように容量素子が配されているため、面積効率が向上されており、高感度化と画素の微細化が両立されている。

特開２０１１－２０４７９７号公報

特許文献１に開示されているような容量素子を有する光電変換装置においては、平面視において、隣接する容量素子間に間隙が存在する。光電変換装置内にこの間隙が多く存在すると、面積効率が低下し得る。

本発明は、面積効率がより向上された光電変換装置を提供することを目的とする。

本明細書の一開示によれば、複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部のそれぞれから出力された信号をそれぞれ保持する複数の容量素子と、を有し、前記複数の容量素子のうちの第１容量素子及び第２容量素子が、前記複数の容量素子が形成される基板の主面に垂直な方向に並ぶ互いに異なる層に配されており、前記第１容量素子が、前記主面に垂直な方向からの平面視において、前記複数の光電変換部のうちの少なくとも２つに重なるように配されている、光電変換装置が提供される。

本発明によれば、面積効率がより向上された光電変換装置を提供することができる。

第１実施形態に係る光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路図である。 第１実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第１実施形態に係る光電変換装置の平面模式図である。 第２実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路図である。 第２実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第３実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路図である。 第４実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路図である。 第４実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第４実施形態に係る光電変換装置の平面模式図である。 第５実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第６実施形態に係る光電変換装置の等価回路図である。 第６実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第７実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第７実施形態に係る光電変換装置の平面模式図である。 第８実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第９実施形態に係る機器のブロック図である。 第１０実施形態に係る機器のブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。複数の図面にわたって同一の要素又は対応する要素には共通の符号が付されており、その説明は省略又は簡略化されることがある。

以下に述べる第１実施形態乃至第８実施形態では、光電変換装置の一例として、撮像装置を中心に説明する。しかしながら、各実施形態における光電変換装置は撮像装置に限定されるものではなく、光電変換に基づく他の光検出装置にも適用可能である。他の光検出装置の例としては、測距装置、測光装置が挙げられる。測距装置は、例えば、焦点検出装置、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ－Ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）を用いた距離測定装置等であり得る。測光装置は、装置に入射する光の光量を測定する装置であり得る。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る光電変換装置の概略構成を表すブロック図である。光電変換装置は、画素アレイ１０、垂直走査回路２０、列増幅回路３０、水平走査回路４０、出力回路５０及び制御回路６０を有している。光電変換装置は、シリコン基板等の半導体基板に形成される半導体装置であり、本実施形態においてはＣＭＯＳイメージセンサである。

制御回路６０は、垂直走査回路２０、列増幅回路３０及び水平走査回路４０に垂直同期信号、水平同期信号、クロック信号等の制御信号を出力する。これにより、制御回路６０は、これらの回路の動作を制御する。

画素アレイ１０は、行方向（図１において横方向）及び列方向（図１において縦方向）に複数の行及び複数の列をなすように配された複数の画素１１を有している。複数の画素１１の各々は後述する光電変換部を有している。これにより、複数の画素１１の各々は、入射光に基づく信号を出力する。

画素アレイ１０の各行には、行方向に延在して、制御線１３が配されている。制御線１３は、行方向に並ぶ複数の画素１１に接続され、これらの画素１１に共通の制御線をなしている。制御線１３は、垂直走査回路２０に接続されている。

画素アレイ１０の各列には、列方向に延在して、列信号線１２が配されている。列信号線１２は、列方向に並ぶ複数の画素１１に接続され、これらの画素１１に共通の信号線をなしている。列信号線１２は、列増幅回路３０及び列信号線１２に駆動電流を供給する電流源（不図示）に接続されている。

垂直走査回路２０は、シフトレジスタ、ゲート回路、バッファ回路等の論理回路を含む走査回路である。垂直走査回路２０は、垂直同期信号、水平同期信号、クロック信号等に基づいて、制御線１３を介して制御信号を画素１１に供給する。これにより、垂直走査回路２０は、画素１１から行ごとに信号を順次出力させる走査を行う。また、垂直走査回路２０は、画素１１における電荷の蓄積期間を制御する。

列増幅回路３０は、増幅回路、信号保持回路等を含む。列増幅回路３０は、各列の画素１１から列信号線１２を介して入力される電気信号に対して、列ごとに信号増幅等の処理を行う。列増幅回路３０が行う処理は、画素１１のリセット時の信号及び光電変換時の信号に基づく相関二重サンプリング処理を含み得る。列増幅回路３０は、水平走査回路４０の制御に応じて、列ごとに順次、出力回路５０に処理後の信号を出力する。

水平走査回路４０は、シフトレジスタ、ゲート回路、バッファ回路等の論理回路を含む走査回路である。水平走査回路４０は、列増幅回路３０から処理後の信号を出力回路５０に順次出力させるための制御信号を、列増幅回路３０に供給する。

出力回路５０は、バッファアンプ、差動増幅器等を含む。出力回路５０は、列増幅回路３０から入力された信号を、光電変換装置の外部の記憶装置又は信号処理装置に所定の形式で出力する。

なお、図１に示されている光電変換装置の構成は例示であり、画素１１からの信号を読み出すことが可能な構成であれば適宜変更可能である。例えば、光電変換装置は、ＡＤ変換部を更に有することによりデジタル信号を出力可能な構成であってもよい。

図２は、本実施形態に係る光電変換装置の画素１１の等価回路図である。画素１１は、光電変換部ＰＤ、転送トランジスタＭ１、リセットトランジスタＭ２、第１増幅トランジスタＭ３、定電流トランジスタＭ４、サンプルホールドトランジスタＭ５、容量素子Ｃ１、第２増幅トランジスタＭ６及び選択トランジスタＭ７を有している。これらのトランジスタを制御する制御信号は、図１に示されている垂直走査回路２０から、制御線１３を介して対応するトランジスタのゲートに入力される。同じ行の複数の画素１１は、共通の制御線１３に接続されており、共通の制御信号により同時に制御される。

光電変換部ＰＤは、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＰＤのアノードは接地ノードに接続されている。光電変換部ＰＤのカソードは、転送トランジスタＭ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、リセットトランジスタＭ２のソース及び第１増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレイン、リセットトランジスタＭ２のソース及び第１増幅トランジスタＭ３のゲートが接続されるノードは、フローティングディフュージョンＦＤである。フローティングディフュージョンＦＤは、容量成分（フローティングディフュージョン容量）を含み、光電変換部ＰＤから転送された電荷を保持する機能を有する。フローティングディフュージョン容量には、転送トランジスタＭ１からフローティングディフュージョンＦＤを介して第１増幅トランジスタＭ３に至る電気的経路の寄生容量が含まれる。図２には、このフローティングディフュージョン容量が容量素子の回路記号により等価的に示されている。

リセットトランジスタＭ２のドレイン及び第１増幅トランジスタＭ３のドレインは、電圧ＶＤＤが供給される電源電圧ノードに接続されている。第１増幅トランジスタＭ３のソースは、定電流トランジスタＭ４のドレイン及びサンプルホールドトランジスタＭ５のソースに接続されている。定電流トランジスタＭ４のソースは、接地ノードに接続されている。定電流トランジスタＭ４は、第１増幅トランジスタＭ３を駆動するためのバイアス電流を供給する。

サンプルホールドトランジスタＭ５のドレインは、容量素子Ｃ１の第１端子及び第２増幅トランジスタＭ６のゲートに接続されている。容量素子Ｃ１の第２端子は、接地ノードに接続されている。第２増幅トランジスタＭ６のドレインは、電圧ＶＤＤが供給される電源電圧ノードに接続されている。第２増幅トランジスタＭ６のソースは、選択トランジスタＭ７のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ７のソースは、列信号線１２に接続されている。列信号線１２には、不図示の電流源が接続されている。この電流源は、電流値が切り替え可能な電流源であってもよいし、電流値が一定の定電流源であってもよい。

本実施形態では、画素１１を構成する各トランジスタはＮ型のＭＯＳトランジスタであるものとしている。したがって、垂直走査回路２０からハイレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオンになる。また、垂直走査回路２０からローレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオフになる。また、ＭＯＳトランジスタのソース及びドレインの呼称はトランジスタの導電型又は着目する機能によって異なることがある。本実施形態において使用するソース及びドレインの名称の一部又は全部は、逆の名称で呼ばれることもある。

光電変換部ＰＤは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）する。転送トランジスタＭ１は、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。光電変換部ＰＤから転送された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤの容量（フローティングディフュージョン容量）に保持される。その結果、フローティングディフュージョンＦＤは、フローティングディフュージョン容量による電荷電圧変換によって、光電変換部ＰＤから転送された電荷の量に応じた電位となる。

第１増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電圧ＶＤＤが供給され、ソースに定電流トランジスタＭ４からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより第１増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電位に基づく信号を出力する。サンプルホールドトランジスタＭ５は、オンになることにより、第１増幅トランジスタＭ３から出力されている信号の電位を容量素子Ｃ１に保持させる。

選択トランジスタＭ７は、オンになることにより第２増幅トランジスタＭ６を列信号線１２に接続する。第２増幅トランジスタＭ６は、ドレインに電圧ＶＤＤが供給され、ソースに選択トランジスタＭ７を介して電流源からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより第２増幅トランジスタＭ６は、容量素子Ｃ１に保持されている電位に基づく信号を選択トランジスタＭ７を介して列信号線１２に出力する。このように、サンプルホールドトランジスタＭ５、容量素子Ｃ１、第２増幅トランジスタＭ６及び選択トランジスタＭ７は光電変換部ＰＤから出力された信号を一時的に保持するサンプルホールド回路として機能する。

リセットトランジスタＭ２は、電圧（電圧ＶＤＤ）のフローティングディフュージョンＦＤへの供給を制御することによりフローティングディフュージョンＦＤをリセットする機能を備える。リセットトランジスタＭ２はオンになることによりフローティングディフュージョンＦＤを電圧ＶＤＤに応じた電圧にリセットする。

本実施形態では、複数の画素１１の各々が容量素子Ｃ１を有している。容量素子Ｃ１は、光電変換部ＰＤに蓄積された電荷に基づく信号を一時的に保持することができる。これにより、電荷の蓄積の開始時刻及び終了時刻を全画素で共通にするグローバルシャッタ機能が実現される。

図３は、本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。図３には、基板の主面に垂直な断面における、互いに隣接する２つの画素１１の近傍の構造が模式的に示されている。以下、画素１１－１及び画素１１－２のように対応する画素を示す枝番号を符号の末尾に付すことにより２つの画素を区別することがある。他の要素の符号についても同様に枝番号が付されることがある。

光電変換装置は、互いに積層された第１基板１１１及び第２基板１２１を有している。第１基板１１１は、光電変換部ＰＤが形成されている半導体基板であり、その第１主面（図３における第１基板１１１の下側の面）には配線層１１２が配されている。第１基板１１１の第１主面と対向する第２主面（図３における第１基板１１１の上側の面）には複数の光電変換部ＰＤにそれぞれ対応する複数のマイクロレンズＭＬが配されている。すなわち、本実施形態の光電変換装置は、配線層１１２が配されている第１主面と対向する第２主面から入射する光に対して感度を有する裏面照射型の光電変換装置であり、配線に起因する光損失が低減されている。第２基板１２１は、光電変換装置を構成するトランジスタの一部が形成されている半導体基板であり、その第１主面には配線層１２２が配されている。

配線層１１２には、ハイブリッドボンディング部ＨＢ１－１、ＨＢ１－２が配されている。配線層１２２には、ハイブリッドボンディング部ＨＢ２－１、ＨＢ２－２が配されている。第１基板１１１と第２基板１２１は、ハイブリッドボンディング部ＨＢ１－１、ＨＢ１－２とハイブリッドボンディング部ＨＢ２－１、ＨＢ２－２とが互いに向かい合うようにして、接合されている。

配線層１２２には、２つの容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２（第１容量素子、第２容量素子）が配されている。容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２には、図３に示されているような、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）構造を有するＭＩＭ容量が用いられ得る。容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２の各々は、２つの金属電極１３１、１３３と、これらの間に挟まれた絶縁体１３２とを有している。このようなＭＩＭ容量は、比較的単純な構造を有しており、配線層内に容易に形成することができる点で好適である。なお、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２は、ＭＩＭ容量に限られず、例えば、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を有するＭＯＳ容量であってもよい。

画素１１－１の光電変換部ＰＤ－１から電荷が転送されるフローティングディフュージョンＦＤ－１は、配線層１１２、１２２内の配線と、ハイブリッドボンディング部ＨＢ１－１、ＨＢ２－１を介して容量素子Ｃ１－１に接続されている。画素１１－２の光電変換部ＰＤ－２から電荷が転送されるフローティングディフュージョンＦＤ－２は、配線層１１２、１２２内の配線と、ハイブリッドボンディング部ＨＢ１－２、ＨＢ２－２を介して容量素子Ｃ１－２に接続されている。

図３に示されているように、２つの容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２は、配線層１２２内の互いに異なる層に、厚さ方向に重なるように配されている。また、容量素子Ｃ１－１は、光電変換部ＰＤ－１と重なる位置から、光電変換部ＰＤ－２と重なる位置まで延在するように配されている。容量素子Ｃ１－２は、光電変換部ＰＤ－２と重なる位置から、光電変換部ＰＤ－１と重なる位置まで延在するように配されている。このように、２つの容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２の各々は、２つの画素１１－１、１１－２の領域にわたって、２つの光電変換部ＰＤ－１、ＰＤ－２と重なるように配されている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本実施形態に係る光電変換装置の平面模式図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）には、基板の主面に垂直な方向からの平面視における互いに隣接する２つの画素１１－１、１１－２の構造が模式的に示されている。

図４（ａ）は、画素１１－１、１１－２内の２つの容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２の配置を示す平面模式図であり、これら以外の要素については図示が省略されている。図４（ａ）に示されているように、平面視において、２つの容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２の各々は、２つの画素１１－１、１１－２の領域にわたって配されている。

図４（ｂ）は、２つの容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２、２つの光電変換部ＰＤ－１、ＰＤ－２及びハイブリッドボンディング部ＨＢ１－１、ＨＢ１－２の画素１１－１、１１－２における配置を示す平面模式図である。これら以外の要素については図示が省略されている。図４（ｂ）に示されているように、平面視において、２つの容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２はいずれも、光電変換部ＰＤ－１及び光電変換部ＰＤ－２の両方と重なるように配されている。また、平面視において、ハイブリッドボンディング部ＨＢ１－１は、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２及び光電変換部ＰＤ－１と重なるように配されている。ハイブリッドボンディング部ＨＢ１－２は、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２及び光電変換部ＰＤ－２と重なるように配されている。

一般的に、異なる信号を保持する２つの容量素子を同じ層に配置する場合には、２つの容量素子の間に間隙（容量素子を構成する電極等が配されていない領域）を配する必要がある。この間隙の大きさは、例えば、０．２μｍから０．５μｍ程度である。光電変換装置内にこのような間隙が多く配されていると面積効率が低下し得る。

これに対し、本実施形態では、平面視において、容量素子Ｃ１－１（第１容量素子）が複数の光電変換部ＰＤ－１、ＰＤ－２に重なるように配されている。これにより、光電変換部ＰＤ－１、ＰＤ－２の間にも容量素子を配することができるため、容量素子の間隙の個数が低減され、面積効率が向上する。また、容量素子Ｃ１－１とは異なる層に配された容量素子Ｃ１－２（第２容量素子）も、平面視において、複数の光電変換部ＰＤ－１、ＰＤ－２に重なるように配されている。これにより、複数層において容量素子の間隙の個数を低減する効果が得られ、面積効率が更に向上する。したがって、本実施形態によれば、面積効率がより向上された光電変換装置が提供される。

また、本実施形態においては、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２の面積を大きくすることができるため、迷光等に起因する寄生光感度を低減し得る。また、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２の容量を大きくすることができるため、リセット時に生じ得るｋＴＣノイズも低減し得る。これらの少なくとも１つにより、本実施形態によれば、光電変換装置のノイズが低減し得る。本実施形態では、１つの容量素子が２つの光電変換部に重なるように配されていることから、平面視において１つの容量素子の面積を２つの光電変換部のうちの１つの面積よりも大きくすることができる。容量素子の面積を光電変換部の面積よりも大きくすることで、上述のノイズ低減の効果をより好適なものとすることができる。

図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）においては、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２が２層に配されており、かつ、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２は、平面視において２つの光電変換部ＰＤ－１、ＰＤ－２に重なるように配されている。しかしながら、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２の積層数及び平面視において重なる光電変換部の数はこの例に限定されず、２以上であればよい。例えば、４つの容量素子が４層に配されており、かつ、４つの容量素子が平面視において４つの光電変換部に重なるように配されていてもよい。これらの例のように、容量素子の積層数と、容量素子が平面視において重なる光電変換部の数は等しいことが望ましく、この場合、配線層内のレイアウト効率がより向上し、面積効率がより向上する。

本実施形態では、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２が異なる層に配されるため、各層の製造ばらつき等により、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２の容量がばらつく可能性がある。このばらつきは、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２に保持される信号の品質に影響を与え得る。そこで、容量素子に保持される信号の品質にばらつきが与える影響が大きい場合には、そのような信号を保持する容量素子を同じ層に配してもよい。例えば、光路内にカラーフィルタを配することにより画素ごとに異なる色の光に感度を有するように構成されたカラー撮像用の光電変換装置の場合には、同じ色の信号間のばらつきを低減することが望まれる。このような場合には、同じ色の信号を保持する複数の容量素子を同じ層に配することにより出力信号の品質が向上し得る。また、同じ画素から２つ以上の種類の信号を出力する場合においては、同じ種類の信号間のばらつきを低減することが望まれる。この場合には、同じ画素における２つ以上の種類の信号をそれぞれ保持する容量素子を同じ層に配することにより出力信号の品質が向上し得る。

また、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２を構成する誘電体材料は互いに異なっていてもよい。容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２は互いに異なる層に配されているため、これらの誘電体材料を異ならせても追加の工程を要しない。この構成は、例えば、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２に要求される容量が異なる場合に好適である。

［第２実施形態］
図５は、本実施形態に係る光電変換装置の画素１１の等価回路図である。本実施形態においては、第１実施形態におけるサンプルホールド回路が２組配されている。すなわち、本実施形態の光電変換装置は、２つのサンプルホールドトランジスタＭ５Ａ、Ｍ５Ｂ、２つの容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂ、２つの第２増幅トランジスタＭ６Ａ、Ｍ６Ｂ及び２つの選択トランジスタＭ７Ａ、Ｍ７Ｂを有している。

サンプルホールドトランジスタＭ５Ａのソース及びサンプルホールドトランジスタＭ５Ｂのソースは、第１増幅トランジスタＭ３のソースと定電流トランジスタＭ４のドレインの接続ノードに接続されている。サンプルホールドトランジスタＭ５Ａ、容量素子Ｃ１Ａ、第２増幅トランジスタＭ６Ａ及び選択トランジスタＭ７Ａの接続関係は、第１実施形態のサンプルホールド回路と同様である。また、サンプルホールドトランジスタＭ５Ｂ、容量素子Ｃ１Ｂ、第２増幅トランジスタＭ６Ｂ及び選択トランジスタＭ７Ｂも第１実施形態のサンプルホールド回路と同様の接続関係を有している。選択トランジスタＭ７Ａのソース及び選択トランジスタＭ７Ｂのソースは、１つの列信号線１２に接続されている。このように、本実施形態の画素１１は、並列接続された２組のサンプルホールド回路を有しており、２つの異なる信号を保持可能である。

図６は、本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。図６には、基板の主面に垂直な断面における、互いに隣接する２つの画素１１－１、１１－２の近傍の構造が模式的に示されている。

配線層１２２には、４つの容量素子Ｃ１Ａ－１、Ｃ１Ａ－２、Ｃ１Ｂ－１、Ｃ１Ｂ－２が配されている。画素１１－１の光電変換部ＰＤ－１から電荷が転送されるフローティングディフュージョンＦＤ－１は、配線層１１２、１２２内の配線と、ハイブリッドボンディング部ＨＢ１－１、ＨＢ２－１を介して容量素子Ｃ１Ａ－１、Ｃ１Ｂ－１に接続されている。画素１１－２の光電変換部ＰＤ－２から電荷が転送されるフローティングディフュージョンＦＤ－２は、配線層１１２、１２２内の配線と、ハイブリッドボンディング部ＨＢ１－２、ＨＢ２－２を介して容量素子Ｃ１Ａ－２、Ｃ１Ｂ－２に接続されている。

図６に示されているように、４つの容量素子Ｃ１Ａ－１、Ｃ１Ａ－２、Ｃ１Ｂ－１、Ｃ１Ｂ－２は、配線層１２２内の互いに異なる層に、厚さ方向に重なるように配されている。また、容量素子Ｃ１Ａ－１、Ｃ１Ｂ－１は、光電変換部ＰＤ－１と重なる位置から、光電変換部ＰＤ－２と重なる位置まで延在するように配されている。容量素子Ｃ１Ａ－２、Ｃ１Ｂ－２は、光電変換部ＰＤ－２と重なる位置から、光電変換部ＰＤ－１と重なる位置まで延在するように配されている。このように、４つの容量素子Ｃ１Ａ－１、Ｃ１Ａ－２、Ｃ１Ｂ－１、Ｃ１Ｂ－２の各々は、２つの画素１１－１、１１－２の領域にわたって配されている。

本実施形態では、１つの画素１１に２つのサンプルホールド回路が配されている。これにより、１つの光電変換部ＰＤに基づく異なる２つの信号を、２つの容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂに保持することができる。この２つの信号は、例えば、画素１１のリセット状態に基づく信号と光電変換により生成された電荷に基づく信号であり得る。これらの２つの信号は相関二重サンプリングに用いられ得る。また、別の例としては、２つの信号は、露光時間の異なる２つの信号又はコンバージョンゲインの異なる２つの信号であり得る。これらの２つの信号は、ダイナミックレンジの拡大に用いられ得る。以上のように、本実施形態では、１つの画素１１が２つの信号を保持することができるため、光電変換装置がより高機能化される。

以上のように、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。またこれに加えて、本実施形態においては、１つの画素１１が２つの信号を保持することができるため、より高機能化された光電変換装置が提供される。

なお、本実施形態では１つの画素１１にサンプルホールド回路が２組配されているが、１つの画素１１に３組以上のサンプルホールド回路が配されていてもよい。これにより、より多くの異なる信号を保持することができ、光電変換装置がより高機能化される。

［第３実施形態］
図７は、本実施形態に係る光電変換装置の画素１１の等価回路図である。本実施形態の画素１１は、第１実施形態の画素１１に加えて、容量付加トランジスタＭ８と、容量素子Ｃ２を更に有している。また、本実施形態の画素１１においては、定電流トランジスタＭ４、サンプルホールドトランジスタＭ５、容量素子Ｃ１及び第２増幅トランジスタＭ６が配されていない。

容量付加トランジスタＭ８のソースは、フローティングディフュージョンＦＤのノードに接続されている。容量付加トランジスタＭ８のドレインは、リセットトランジスタＭ２のソース及び容量素子Ｃ２の第１端子に接続されている。容量素子Ｃ２の第２端子は、接地ノードに接続されている。第１増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ７のドレインに接続されている。その他の接続関係は図２と同様であるため説明を省略する。

容量付加トランジスタＭ８を制御する制御信号は、図１に示されている垂直走査回路２０から、制御線１３を介して容量付加トランジスタＭ８のゲートに入力される。容量付加トランジスタＭ８がオンになると、フローティングディフュージョンＦＤと容量素子Ｃ２が電気的に接続され、フローティングディフュージョンＦＤのノードにおける容量が増加する。したがって、容量付加トランジスタＭ８は、フローティングディフュージョンＦＤのノードにおける容量を変化させるための制御機能を有する。

フローティングディフュージョンＦＤに蓄積可能な電荷量と電荷電圧変換時のコンバージョンゲインとは、いずれもフローティングディフュージョンＦＤの容量に依存する。低照度時には、ＳＮ比を向上させる観点から、容量は小さいことが望ましい。これに対し、高照度時には、飽和電荷量を向上させる観点から、容量は大きいことが望ましい。低照度時には容量付加トランジスタＭ８をオフにしてフローティングディフュージョンＦＤの容量を小さくし、高照度時には容量付加トランジスタＭ８をオンにしてフローティングディフュージョンＦＤの容量を大きくすることでこれらを両立することができる。したがって、ダイナミックレンジを拡大することができる。

本実施形態における容量素子Ｃ２も、第１実施形態のＣ１と同様に、平面視において複数の光電変換部に重なるように配される。これにより、第１実施形態における容量素子Ｃ１と同様に、面積効率を向上させることができる。容量素子Ｃ２の面積が大きいほどダイナミックレンジを拡大させる効果が向上するため、面積効率の向上は、ダイナミックレンジの拡大に寄与し得る。

以上のように、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。またこれに加えて、本実施形態においては、フローティングディフュージョンＦＤの容量を制御することにより、よりダイナミックレンジが拡大された光電変換装置が提供される。

なお、本実施形態の画素１１は、光電変換部ＰＤで発生した電荷が容量素子Ｃ２にリークするような構造（横型オーバーフロードレイン）であってもよい。この構造においては、高照度時において光電変換部ＰＤで電荷が過剰に生じた場合であっても、その電荷が容量素子Ｃ２にオーバーフローすることで飽和による影響が低減される。これにより、ダイナミックレンジがより拡大し得る。

［第４実施形態］
図８は、本実施形態に係る光電変換装置の画素１１の等価回路図である。本実施形態においては、第２実施形態の図５の画素１１の回路に光電変換部及び転送トランジスタが追加されている。すなわち、本実施形態の光電変換装置は、２つの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ及び２つの転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂを有している。

光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢのアノードは接地ノードに接続されている。光電変換部ＰＤＡのカソードは転送トランジスタＭ１Ａのソースに接続されており、光電変換部ＰＤＢのカソードは転送トランジスタＭ１Ｂのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ａのドレイン及び転送トランジスタＭ１Ｂのドレインは、フローティングディフュージョンＦＤに接続されている。その他の接続関係は図５と同様であるため説明を省略する。このように、本実施形態では２つの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢが１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有している。また、第２実施形態と同様に、画素１１は、２つの信号を保持できるように、２組のサンプルホールド回路を有している。

転送トランジスタＭ１Ａを制御する制御信号は、図１に示されている垂直走査回路２０から、制御線１３を介して転送トランジスタＭ１Ａのゲートに入力される。転送トランジスタＭ１Ａがオンになると、光電変換部ＰＤＡに蓄積されている電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。また、転送トランジスタＭ１Ｂを制御する制御信号は、図１に示されている垂直走査回路２０から、制御線１３を介して転送トランジスタＭ１Ｂのゲートに入力される。転送トランジスタＭ１Ｂがオンになると、光電変換部ＰＤＢに蓄積されている電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。

図９は、本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。図９には、基板の主面に垂直な断面における、１つの画素１１の近傍の構造が模式的に示されている。

配線層１２２には、２つの容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂが配されている。光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢから電荷が転送されるフローティングディフュージョンＦＤは、配線層１１２、１２２内の配線と、ハイブリッドボンディング部ＨＢ１、ＨＢ２を介して２つの容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂに接続されている。

図９に示されているように、２つの容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂは、配線層１２２内の互いに異なる層に、厚さ方向に重なるように配されている。また、容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂは、光電変換部ＰＤＢと重なる位置から、光電変換部ＰＤＡと重なる位置まで延在するように配されている。このように、２つの容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂの各々は、２つの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢの領域にわたって配されている。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本実施形態に係る光電変換装置の平面模式図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）には、基板の主面に垂直な方向からの平面視における１つの画素１１の構造が模式的に示されている。

図１０（ａ）は、画素１１内の２つの容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂの配置を示す平面模式図であり、これら以外の要素については図示が省略されている。図１０（ａ）に示されているように、平面視において、２つの容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂの各々は、１つの画素１１の概ね全体にわたって配されている。

図１０（ｂ）は、２つの容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂ、２つの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ハイブリッドボンディング部ＨＢ１及びマイクロレンズＭＬの画素１１における配置を示す平面模式図である。これら以外の要素については図示が省略されている。図１０（ｂ）に示されているように、平面視において、２つの容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂはいずれも、光電変換部ＰＤＡ及び光電変換部ＰＤＢの両方と重なるように配されている。また、平面視において、ハイブリッドボンディング部ＨＢ１は、容量素子Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂ及び光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢと重なるように配されている。また、マイクロレンズＭＬは、２つの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢの両方と重なるように配されている。

本実施形態では、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢが１つのマイクロレンズＭＬを共有するように配されている。すなわち、これにより、１つのマイクロレンズＭＬの異なる位置を通過した光束が２つの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢに導かれる。２つの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢのそれぞれに対応する信号量から位相差を検出することにより、像面位相差オートフォーカスを行うことができる。したがって、本実施形態の画素１１は、像面位相差オートフォーカスに用いられ得る信号を出力可能である。

以上のように、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。またこれに加えて、本実施形態においては、像面位相差オートフォーカス用の信号を出力可能な光電変換装置が提供される。

［第５実施形態］
図１１は、本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。図１１には、基板の主面に垂直な断面における、互いに隣接する２つの画素１１－１、１１－２の近傍の構造が模式的に示されている。本実施形態の画素１１－１、１１－２が第２実施形態のそれらと異なる点は、容量素子Ｃ１Ａ－１、Ｃ１Ａ－２が第２基板１２１側の配線層１２２ではなく、第１基板１１１側の配線層１１２に配されている点である。これ以外の構成は第２実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態では、第１基板１１１側の配線層１１２と第２基板１２１側の配線層１２２の両方に容量素子を形成することにより、より多くの層を容量素子に用いることができる。これにより、面積効率がより向上する。

以上のように、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。またこれに加えて、本実施形態においては、面積効率がより向上された光電変換装置が提供される。

なお、図１１では容量素子が配線層１１２と配線層１２２の両方に配されている例を示しているが、容量素子が配される層はこの例に限定されるものではない。例えば、第１実施形態のように第２基板１２１側の配線層１２２のみに容量素子が配されていてもよく、第１基板１１１側の配線層１１２のみに容量素子が配されていてもよい。

［第６実施形態］
図１２は、本実施形態に係る光電変換装置の画素１１の等価回路図である。第４実施形態の図８の回路との相違点は、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢの入射光に対する感度が互いに異なる点である。図１２には、光電変換部ＰＤＡの感度が光電変換部ＰＤＢの感度よりも高いことが、ダイオードの回路記号の大きさにより模式的に示されている。その他の回路構成は図８と同様であるため説明を省略する。

図１３は、本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。図１３に示されているように、相対的に高感度な光電変換部ＰＤＡを構成する半導体領域は、相対的に低感度な光電変換部ＰＤＢを構成する半導体領域よりも大きい。また、マイクロレンズＭＬＡ、ＭＬＢは、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢのそれぞれに対応して設けられており、光電変換部ＰＤＡ用のマイクロレンズＭＬＡは、光電変換部ＰＤＢ用のマイクロレンズＭＬＢよりも大きい。このように、本実施形態では、２つの光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢの平面視における面積が互いに異なっている。

本実施形態の光電変換装置は、感度が互いに異なる２つの光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢに基づく２つの信号を出力可能である。これらの２つの信号は、ダイナミックレンジの拡大に用いられ得る。例えば、低照度の被写体に対しては相対的に高感度な光電変換部ＰＤＡから出力された信号を用い、高照度の被写体に対しては相対的に低感度な光電変換部ＰＤＢから出力された信号を用いることでダイナミックレンジを拡大することができる。

以上のように、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。またこれに加えて、本実施形態においては、感度が互いに異なる２つの光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢが配されていることにより、ダイナミックレンジの拡大に用いられる信号を出力可能な光電変換装置が提供される。

なお、光電変換部ＰＤＡに基づく信号は容量素子Ｃ１Ａに保持され、光電変換部ＰＤＢに基づく信号は容量素子Ｃ１Ｂに保持される。感度の違いにより、容量素子Ｃ１Ａに要する容量と、容量素子Ｃ１Ｂに要する容量は互いに異なる。そこで、容量素子Ｃ１Ａの容量と、容量素子Ｃ１Ｂの容量とが互いに異なっていてもよい。例えば、相対的に高感度な光電変換部ＰＤＡに対応する容量素子Ｃ１Ａの容量が、相対的に低感度な光電変換部ＰＤＢに対応する容量素子Ｃ１Ｂの容量よりも大きくてもよい。

［第７実施形態］
図１４は、本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。図１４には、基板の主面に垂直な断面における、４つの画素１１－１、１１－２、１１－３、１１－４の近傍の構造が模式的に示されている。本実施形態における第１実施形態に対する相違点は、５つの容量素子Ｃ１－１から容量素子Ｃ１－５の配置である。平面視において、容量素子Ｃ１－１から容量素子Ｃ１－５は、少なくとも一方向において間隙が重ならないように配されている。

図１４に示されているように、２つの容量素子Ｃ１－２、Ｃ１－４と、３つの容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－３、Ｃ１－５は、配線層１２２内の互いに異なる層に配されている。一方の層の容量素子の少なくとも一部は他方の層の容量素子の少なくとも一部と厚さ方向に重なるように配されている。容量素子Ｃ１－２は、光電変換部ＰＤ－２と重なる位置から、光電変換部ＰＤ－１と重なる位置まで延在するように配されている。容量素子Ｃ１－３は、光電変換部ＰＤ－３と重なる位置から、光電変換部ＰＤ－２と重なる位置まで延在するように配されている。容量素子Ｃ１－４は、光電変換部ＰＤ－４と重なる位置から、光電変換部ＰＤ－３と重なる位置まで延在するように配されている。容量素子Ｃ１－５は、光電変換部ＰＤ－５（不図示）と重なる位置から、光電変換部ＰＤ－４と重なる位置まで延在するように配されている。このように、各容量素子は、２つの画素の領域にわたって配されている。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、本実施形態に係る光電変換装置の平面模式図である。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）には、基板の主面に垂直な方向からの平面視における４つの画素１１－１、１１－２、１１－３、１１－４の構造が模式的に示されている。

図１５（ａ）は、画素１１－１、１１－２、１１－３、１１－４内の５つの容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２、Ｃ１－３、Ｃ１－４、Ｃ１－５の配置を示す平面模式図であり、これら以外の要素については図示が省略されている。図１５（ａ）に示されているように、平面視において、各容量素子は、２つの画素の領域にわたって配されている。

図１５（ｂ）は、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２、Ｃ１－３、Ｃ１－４、Ｃ１－５、光電変換部ＰＤ－１、ＰＤ－２、ＰＤ－３、ＰＤ－４及びハイブリッドボンディング部ＨＢ１－１、ＨＢ１－２、ＨＢ１－３、ＨＢ１－４の配置を示す平面模式図である。これら以外の要素については図示が省略されている。図１５（ｂ）に示されているように、平面視において、各容量素子は、２つの光電変換部に重なるように配されている。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）から理解されるように、平面視において、容量素子Ｃ１－１から容量素子Ｃ１－５は、これらの容量素子が延在する方向（図中の横方向）の線上において間隙が重ならないように配されている。より具体的には、平面視において、第１層に配された容量素子Ｃ１－２、Ｃ１－４の間隙が、第２層に配された、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－３の間隙及び容量素子Ｃ１－３、Ｃ１－５の間隙のいずれとも重ならないように配されている。これにより、容量素子の間隙を介して光が通過しにくくなるため、第２基板１２１側から入射する迷光を容量素子により効果的に遮光することができる。したがって、迷光に起因するノイズが低減され得る。

以上のように、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。またこれに加えて、本実施形態においては、容量素子の間隙が重ならないように配されていることにより、迷光に起因するノイズが低減された光電変換装置が提供される。

なお、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）では、図中横方向において容量素子の間隙が重ならないような配置となっているが、この配置に限定されるものではない。例えば図１５（ａ）及び図１５（ｂ）の図中縦方向に容量素子の間隙が重ならないような配置であってもよい。

［第８実施形態］
図１６は、本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。図１６には、基板の主面に垂直な断面における、２つの画素１１－１、１１－２の近傍の構造が模式的に示されている。本実施形態における第１実施形態に対する相違点は、容量素子Ｃ１－１、Ｃ１－２がトレンチ容量である点である。トレンチ容量は、絶縁体１３５内にトレンチ状に形成された金属電極１３４、１３６により構成される。一般的に、トレンチ容量は、ＭＩＭ容量及びＭＯＳ容量よりも大きい容量を有するため、より面積効率が向上し得る。

以上のように、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。またこれに加えて、本実施形態においては、面積効率がより向上された光電変換装置が提供される。

［第９実施形態］
上述の実施形態における光電変換装置は種々の機器に適用可能である。機器として、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星、監視カメラ等があげられる。図１７に、機器の例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。

図１７に示す機器７０は、バリア７０６、レンズ７０２、絞り７０４、撮像装置７００（光電変換装置の一例）を含む。また、機器７０は、更に、信号処理部（処理装置）７０８、タイミング発生部７２０、全体制御・演算部７１８（制御装置）、メモリ部７１０（記憶装置）、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部７１６、記録媒体７１４、外部Ｉ／Ｆ部７１２を含む。バリア７０６、レンズ７０２、絞り７０４の少なくとも１つは、機器に対応する光学装置である。バリア７０６はレンズ７０２を保護し、レンズ７０２は被写体の光学像を撮像装置７００に結像させる。絞り７０４はレンズ７０２を通った光量を可変にする。撮像装置７００は上述の実施形態のように構成され、レンズ７０２により結像された光学像を画像データ（画像信号）に変換する。信号処理部７０８は撮像装置７００より出力された撮像データに対し各種の補正、データ圧縮等を行う。タイミング発生部７２０は撮像装置７００及び信号処理部７０８に、各種タイミング信号を出力する。全体制御・演算部７１８はデジタルスチルカメラ全体を制御し、メモリ部７１０は画像データを一時的に記憶する。記録媒体制御Ｉ／Ｆ部７１６は記録媒体７１４に画像データの記録又は読み出しを行うためのインターフェースであり、記録媒体７１４は撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。外部Ｉ／Ｆ部７１２は外部コンピュータ等と通信するためのインターフェースである。タイミング信号等は機器の外部から入力されてもよい。また、更に機器７０は光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置（モニター、電子ビューファインダ等）を備えてもよい。機器は少なくとも光電変換装置を備える。更に、機器７０は、光学装置、制御装置、処理装置、表示装置、記憶装置、及び光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置の少なくともいずれかを備える。機械装置は、光電変換装置の信号を受けて動作する可動部（たとえばロボットアーム）である。

それぞれの画素が、複数の光電変換部（第１の光電変換部と、第２の光電変換部）を含んでもよい。信号処理部７０８は、第１の光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号と、第２の光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号とを処理し、撮像装置７００から被写体までの距離情報を取得するように構成されてもよい。

［第１０実施形態］
図１８（ａ）、図１８（ｂ）は、本実施形態における車載カメラに関する機器のブロック図である。機器８０は、上述した実施形態の撮像装置８００（光電変換装置の一例）と、撮像装置８００からの信号を処理する信号処理装置（処理装置）を有する。機器８０は、撮像装置８００により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部８０１と、機器８０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）の算出を行う視差算出部８０２を有する。また、機器８０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距離計測部８０３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衝突判定部８０４とを有する。ここで、視差算出部８０２、距離計測部８０３は、対象物までの距離情報を取得する距離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８０４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。距離情報取得手段は、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よって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

機器８０は車両情報取得装置８１０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、機器８０には、衝突判定部８０４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ＥＣＵ８２０が接続されている。また、機器８０は、衝突判定部８０４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８３０とも接続されている。例えば、衝突判定部８０４の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ８２０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８３０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステム等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。機器８０は上述のように車両を制御する動作の制御を行う制御手段として機能する。

本実施形態では車両の周囲、例えば前方又は後方を機器８０で撮像する。図１８（ｂ）は、車両前方（撮像範囲８５０）を撮像する場合の機器を示している。撮像制御手段としての車両情報取得装置８１０が、撮像動作を行うように機器８０又は撮像装置８００に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。

上述では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、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、機器は、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機、人工衛星、産業用ロボット及び民生用ロボット等の移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）、監視システム等、広く物体認識又は生体認識を利用する機器に適用することができる。

［変形実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。

本明細書の開示内容は、本明細書に記載した概念の補集合を含んでいる。すなわち、本明細書に例えば「ＡはＢである」旨（Ａ＝Ｂ）の記載があれば、「ＡはＢではない」旨（Ａ≠Ｂ）の記載を省略しても、本明細書は「ＡはＢではない」旨を開示又は示唆しているものとする。なぜなら、「ＡはＢである」旨を記載している場合には、「ＡはＢではない」場合を考慮していることが前提だからである。

本明細書の開示内容は、以下の構成を含む。
（構成１）
複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のそれぞれから出力された信号をそれぞれ保持する複数の容量素子と、
を有し、
前記複数の容量素子のうちの第１容量素子及び第２容量素子が、前記複数の容量素子が形成される基板の主面に垂直な方向に並ぶ互いに異なる層に配されており、
前記第１容量素子が、前記主面に垂直な方向からの平面視において、前記複数の光電変換部のうちの少なくとも２つに重なるように配されている
ことを特徴とする光電変換装置。
（構成２）
前記平面視において、前記第１容量素子の面積は、前記複数の光電変換部のうちの１つの面積よりも大きい
ことを特徴とする構成１に記載の光電変換装置。
（構成３）
前記第１容量素子が前記平面視において重なる光電変換部の数は、前記複数の容量素子が配されている層の数と等しい
ことを特徴とする構成１又は２に記載の光電変換装置。
（構成４）
前記平面視における一方向において、前記複数の容量素子のうちの第１層に配されている複数の容量素子の間隙と、前記複数の容量素子のうちの第２層に配されている複数の容量素子の間隙とが重ならないように、前記複数の容量素子が配されている
ことを特徴とする構成１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成５）
前記複数の光電変換部のうちの一部が、前記複数の光電変換部のうちの他の一部と互いに異なる色の光に感度を有し、
同じ色の光に感度を有する一部の光電変換部から出力された信号を保持する複数の容量素子が同一の層に配されている
ことを特徴とする構成１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成６）
前記複数の光電変換部のうちの１つに基づく少なくとも２つの信号が、前記複数の容量素子のうちの少なくとも２つの容量素子にそれぞれ保持される
ことを特徴とする構成１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成７）
前記少なくとも２つの信号をそれぞれ保持する前記少なくとも２つの容量素子は、互いに異なる層に配されている
ことを特徴とする構成６に記載の光電変換装置。
（構成８）
前記少なくとも２つの信号をそれぞれ保持する前記少なくとも２つの容量素子は、同一の層に配されている
ことを特徴とする構成６に記載の光電変換装置。
（構成９）
前記複数の光電変換部は、第１基板に配され、
前記複数の容量素子は、前記第１基板に積層された第２基板に配されている
ことを特徴とする構成１乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１０）
前記複数の光電変換部は、第１基板に配され、
前記複数の容量素子の一部が前記第１基板に配され、
前記複数の容量素子の他の一部が前記第１基板に積層された第２基板に配されている
ことを特徴とする構成１乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１１）
前記光電変換部が配される基板は、配線層が配される第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面とを有し、
前記光電変換部は、前記第２主面に入射する光に対して感度を有する
ことを特徴とする構成１乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１２）
前記複数の容量素子の各々は、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）容量である
ことを特徴とする構成１乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１３）
前記複数の容量素子の各々は、トレンチ容量である
ことを特徴とする構成１乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１４）
前記第１容量素子及び前記第２容量素子が互いに異なる誘電体材料を含む
ことを特徴とする構成１乃至１３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１５）
前記複数の容量素子の各々は、対応する光電変換部で生成された電荷が転送されるフローティングディフュージョンに接続されることにより、前記フローティングディフュージョンの容量を変化させる
ことを特徴とする構成１乃至１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１６）
マイクロレンズを更に有し、
１つの前記マイクロレンズが、前記複数の光電変換部のうちの少なくとも２つに入射光を導く
ことを特徴とする構成１乃至１５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１７）
前記複数の光電変換部は、感度が互いに異なる少なくとも２つの光電変換部を含む
ことを特徴とする構成１乃至１６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１８）
感度が互いに異なる前記少なくとも２つの光電変換部は、前記平面視における面積が互いに異なる
ことを特徴とする構成１７に記載の光電変換装置。
（構成１９）
構成１乃至１８のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置に対応した光学装置、
前記光電変換装置を制御する制御装置、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、及び
前記光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置、の少なくともいずれかと、
を備えることを特徴とする機器。
（構成２０）
前記処理装置は、複数の光電変換部にて生成された画像信号をそれぞれ処理し、前記光電変換装置から被写体までの距離情報を取得する
ことを特徴とする構成１９に記載の機器。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１１ 画素
１１１ 第１基板
１１２、１２２ 配線層
１２１ 第２基板
１３１、１３３ 金属電極
１３２ 絶縁体
Ｃ１ 容量素子
ＦＤ フローティングディフュージョン
ＨＢ１、ＨＢ２ ハイブリッドボンディング部
Ｍ１ 転送トランジスタ
ＭＬ マイクロレンズ
ＰＤ 光電変換部

Claims (20)

1. 複数の光電変換部と、
   前記複数の光電変換部のそれぞれから出力された信号をそれぞれ保持する複数の容量素子と、
   を有し、
   前記複数の容量素子のうちの第１容量素子及び第２容量素子が、前記複数の容量素子が形成される基板の主面に垂直な方向に並ぶ互いに異なる層に配されており、
   前記第１容量素子が、前記主面に垂直な方向からの平面視において、前記複数の光電変換部のうちの少なくとも２つに重なるように配されている
   ことを特徴とする光電変換装置。
2. 前記平面視において、前記第１容量素子の面積は、前記複数の光電変換部のうちの１つの面積よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記第１容量素子が前記平面視において重なる光電変換部の数は、前記複数の容量素子が配されている層の数と等しい
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
4. 前記平面視における一方向において、前記複数の容量素子のうちの第１層に配されている複数の容量素子の間隙と、前記複数の容量素子のうちの第２層に配されている複数の容量素子の間隙とが重ならないように、前記複数の容量素子が配されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
5. 前記複数の光電変換部のうちの一部が、前記複数の光電変換部のうちの他の一部と互いに異なる色の光に感度を有し、
   同じ色の光に感度を有する一部の光電変換部から出力された信号を保持する複数の容量素子が同一の層に配されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
6. 前記複数の光電変換部のうちの１つに基づく少なくとも２つの信号が、前記複数の容量素子のうちの少なくとも２つの容量素子にそれぞれ保持される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
7. 前記少なくとも２つの信号をそれぞれ保持する前記少なくとも２つの容量素子は、互いに異なる層に配されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
8. 前記少なくとも２つの信号をそれぞれ保持する前記少なくとも２つの容量素子は、同一の層に配されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
9. 前記複数の光電変換部は、第１基板に配され、
   前記複数の容量素子は、前記第１基板に積層された第２基板に配されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
10. 前記複数の光電変換部は、第１基板に配され、
    前記複数の容量素子の一部が前記第１基板に配され、
    前記複数の容量素子の他の一部が前記第１基板に積層された第２基板に配されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
11. 前記光電変換部が配される基板は、配線層が配される第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面とを有し、
    前記光電変換部は、前記第２主面に入射する光に対して感度を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
12. 前記複数の容量素子の各々は、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）容量である
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
13. 前記複数の容量素子の各々は、トレンチ容量である
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
14. 前記第１容量素子及び前記第２容量素子が互いに異なる誘電体材料を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
15. 前記複数の容量素子の各々は、対応する光電変換部で生成された電荷が転送されるフローティングディフュージョンに接続されることにより、前記フローティングディフュージョンの容量を変化させる
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
16. マイクロレンズを更に有し、
    １つの前記マイクロレンズが、前記複数の光電変換部のうちの少なくとも２つに入射光を導く
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
17. 前記複数の光電変換部は、感度が互いに異なる少なくとも２つの光電変換部を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
18. 感度が互いに異なる前記少なくとも２つの光電変換部は、前記平面視における面積が互いに異なる
    ことを特徴とする請求項１７に記載の光電変換装置。
19. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置に対応した光学装置、
    前記光電変換装置を制御する制御装置、
    前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
    前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、
    前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、及び
    前記光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置、の少なくともいずれかと、
    を備えることを特徴とする機器。
20. 前記処理装置は、複数の光電変換部にて生成された画像信号をそれぞれ処理し、前記光電変換装置から被写体までの距離情報を取得する
    ことを特徴とする請求項１９に記載の機器。

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