JP6355401B2 - Solid-state imaging device and camera - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置及びカメラに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a camera.

固体撮像装置は、半導体基板に複数の画素が配列された画素アレイを備える。各画素は、例えば、光電変換部、フローティングディフュージョン、転送トランジスタおよび増幅トランジスタを有する。光電変換部は、画素への入射光を光電変換し、光電変換部では入射光の光量に応じた量の電荷が発生する。フローティングディフュージョンは、その電位がフローティング状態になるように半導体基板に形成された不純物領域である。転送トランジスタは、光電変換部からフローティングディフュージョンに電荷を転送する。増幅トランジスタは、ソースフォロワ動作を行い、フローティングディフュージョンの電位に応じた信号を出力する。   The solid-state imaging device includes a pixel array in which a plurality of pixels are arranged on a semiconductor substrate. Each pixel includes, for example, a photoelectric conversion unit, a floating diffusion, a transfer transistor, and an amplification transistor. The photoelectric conversion unit photoelectrically converts light incident on the pixel, and the photoelectric conversion unit generates an amount of charge corresponding to the amount of incident light. The floating diffusion is an impurity region formed in the semiconductor substrate so that its potential is in a floating state. The transfer transistor transfers charges from the photoelectric conversion unit to the floating diffusion. The amplification transistor performs a source follower operation and outputs a signal corresponding to the potential of the floating diffusion.

固体撮像装置には、撮像画素の他、焦点検出画素が配された画素アレイを備えるものもあり、該焦点検出画素からの信号に用いて、例えば位相差検出法に基づく焦点検出を行うことができる。   Some solid-state imaging devices include a pixel array in which focus detection pixels are arranged in addition to imaging pixels. For example, focus detection based on a phase difference detection method can be performed using signals from the focus detection pixels. it can.

特開2011−60815号公報JP 2011-60815 A

ところで、トランジスタで生じうるノイズの1つに、チャネル領域とゲート絶縁膜との界面における界面トラップに起因するフリッカノイズ(「1/fノイズ」とも称される。)がある。   One type of noise that can occur in a transistor is flicker noise (also referred to as “1 / f noise”) due to an interface trap at the interface between the channel region and the gate insulating film.

各焦点検出画素では、位相差検出法に基づく焦点検出を行うため、瞳分割が行われる。そのため、焦点検出画素で検知される光量は、撮像画素で検知される光量に対して小さい。このように入射光の光量が少ない画素では、増幅トランジスタで生じうるフリッカノイズの信号成分に対する影響が大きい。   In each focus detection pixel, pupil division is performed in order to perform focus detection based on the phase difference detection method. Therefore, the amount of light detected by the focus detection pixel is smaller than the amount of light detected by the imaging pixel. Thus, in a pixel with a small amount of incident light, the influence of the flicker noise that can occur in the amplification transistor on the signal component is large.

本発明は、撮像画素と焦点検出画素とを備える固体撮像装置の焦点検出精度を向上させるのに有利な技術を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a technique advantageous for improving the focus detection accuracy of a solid-state imaging device including an imaging pixel and a focus detection pixel.

本発明の一つの側面は固体撮像装置にかかり、前期固体撮像装置は、半導体基板に配列された複数の画素を備える固体撮像装置であって、各画素は、前記半導体基板に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタとは異なる他のトランジスタと、を有し、前記複数の画素は、撮像画素と焦点検出画素とを含んでおり、前記半導体基板の上面に対する平面視において、前記焦点検出画素の前記光電変換部の面積は、前記撮像画素の前記光電変換部の面積よりも小さく、且つ、前記焦点検出画素の前記増幅トランジスタのゲートの面積は、前記撮像画素の前記増幅トランジスタのゲートの面積よりも大きく、前記撮像画素では、前記他のトランジスタと前記増幅トランジスタとは、前記半導体基板における1つの活性領域に形成されており、前記焦点検出画素では、前記他のトランジスタと前記増幅トランジスタとは、前記半導体基板における互いに異なる活性領域に個別に形成されていることを特徴とする。 One aspect of the present invention relates to a solid-state imaging device, and the previous solid-state imaging device is a solid-state imaging device including a plurality of pixels arranged on a semiconductor substrate, and each pixel is a photoelectric conversion formed on the semiconductor substrate. And an amplification transistor that outputs a signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion unit, and another transistor that is different from the amplification transistor, and the plurality of pixels include an imaging pixel and a focus detection pixel And the area of the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel is smaller than the area of the photoelectric conversion unit of the imaging pixel in a plan view with respect to the upper surface of the semiconductor substrate, and the focus detection pixel of the focus detection pixel area of the gate of the amplifying transistor, the much larger than the area of the gate of the amplifying transistor of the imaging pixel, in the image pickup pixel, the amplification tigers and the other transistor The register, the are formed in one active region in the semiconductor substrate, wherein the focus detection pixel, the other transistor and the amplifier transistor are formed separately on different active region in said semiconductor substrate It is characterized by that.

本発明によれば、撮像画素と焦点検出画素とを備える固体撮像装置の焦点検出精度を向上させるのに有利である。   According to the present invention, it is advantageous to improve the focus detection accuracy of a solid-state imaging device including an imaging pixel and a focus detection pixel.

固体撮像装置の全体構成例および画素の構成例を説明するための図。2A and 2B are diagrams for explaining an example of the entire configuration of a solid-state imaging device and a configuration example of a pixel. 画素アレイの上面レイアウトの例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of the upper surface layout of a pixel array. 撮像画素および焦点検出画素の断面構造の例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of the cross-section of an imaging pixel and a focus detection pixel. 画素アレイの上面レイアウトの例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of the upper surface layout of a pixel array. 画素アレイの上面レイアウトの例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of the upper surface layout of a pixel array. 画素アレイの上面レイアウトの例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of the upper surface layout of a pixel array. 画素アレイの上面レイアウトの例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of the upper surface layout of a pixel array. 画素アレイの上面レイアウトの例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of the upper surface layout of a pixel array.

(第1実施形態)
図1〜2を参照しながら、第1実施形態の固体撮像装置IA(以下、「装置IA」という。)を説明する。
(First embodiment)
The solid-state imaging device IA (hereinafter referred to as “device IA”) of the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図1(a)は、装置IAの全体構成例を説明するためのブロック図である。装置IAは、画素アレイAPXと、駆動部UDと、読出部URと、タイミングジェネレータTGとを具備する。画素アレイAPXは、例えば、シリコン基板等の半導体基板(以下、単に「基板」という)上に複数の画素PXが配列されて構成される。駆動部UDは、画素アレイAPXの各画素PXを駆動する。例えば、駆動部UDは、垂直走査回路を有しており、駆動信号ないし制御信号を各画素PXに供給して、各画素PXを行単位で駆動する。 FIG. 1A is a block diagram for explaining an example of the overall configuration of the device IA. The device IA includes a pixel array A PX , a driving unit UD, a reading unit UR, and a timing generator TG. The pixel array A PX is configured, for example, by arranging a plurality of pixels PX on a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) such as a silicon substrate. The drive unit UD drives each pixel PX of the pixel array APX . For example, the drive unit UD has a vertical scanning circuit, and supplies a drive signal or a control signal to each pixel PX to drive each pixel PX in units of rows.

読出部URは、駆動部UDにより駆動された各画素PXの信号(画素信号)を読み出す。例えば、読出部URは、信号増幅回路、水平走査回路、マルチプレクサ等を有しており、これらを制御することによって、画素アレイAPXの各列の画素PXから信号を順に読み出す。読出部URは、AD変換部をさらに有していてもよく、各画素PXの信号は、例えば、デジタルデータdsとして外部に出力される。画像データは、各画素PXの信号に基づいて形成される。 The reading unit UR reads a signal (pixel signal) of each pixel PX driven by the driving unit UD. For example, the reading unit UR has a signal amplification circuit, a horizontal scanning circuit, a multiplexer, and the like, and reads signals from the pixels PX in each column of the pixel array A PX by controlling them. The readout unit UR may further include an AD conversion unit, and the signal of each pixel PX is output to the outside as digital data ds, for example. Image data is formed based on the signal of each pixel PX.

タイミングジェネレータTGは、外部からのクロック信号に基づいて、駆動部UDおよび読出部URに、各画素PXから信号を読み出すための制御信号を供給する。   The timing generator TG supplies a control signal for reading a signal from each pixel PX to the driving unit UD and the reading unit UR based on a clock signal from the outside.

図1(b)は、画素PXの回路構成例を示している。画素PXは、1つのセンサとして機能する。画素PXは、例えば、フォトダイオード等の光電変換部PD、フローティングディフュージョンFD、転送トランジスタTTX、増幅トランジスタTSF、選択トランジスタTSEL、及びリセットトランジスタTRESを含む。 FIG. 1B shows a circuit configuration example of the pixel PX. The pixel PX functions as one sensor. The pixel PX includes, for example, a photoelectric conversion unit PD such as a photodiode, a floating diffusion FD, a transfer transistor T TX , an amplification transistor T SF , a selection transistor T SEL , and a reset transistor T RES .

フローティングディフュージョンFDは、その電位がフローティング(浮遊状態)になるよう構成されたノードである。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領域を含む。フローティングディフュージョン領域は、その電位がフローティングになるように基板に形成された半導体領域である。フローティングディフュージョン領域は、例えば、信号電荷として電子が用いられる場合には、N型の不純物(ドナー)を注入することによって形成される。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領域と基板との間に形成されたPN接合による接合容量を有する。   The floating diffusion FD is a node configured so that its potential is floating (floating state). The floating diffusion FD includes a floating diffusion region. The floating diffusion region is a semiconductor region formed on the substrate so that its potential is floating. For example, when electrons are used as signal charges, the floating diffusion region is formed by injecting an N-type impurity (donor). The floating diffusion FD has a junction capacitance by a PN junction formed between the floating diffusion region and the substrate.

転送トランジスタTTXは、制御信号TXをゲート端子で受ける。制御信号TXに基づいて転送トランジスタTTXが導通状態になると、光電変換部PDで発生し蓄積された電荷が、転送トランジスタTTXを介してフローティングディフュージョンFDに転送される。 The transfer transistor TTX receives the control signal TX at the gate terminal. When the transfer transistor T TX is turned on based on the control signal TX, generated in the photoelectric conversion unit PD accumulated charge is transferred to the floating diffusion FD via the transfer transistor T TX.

増幅トランジスタTSFは、光電変換部PDで生じた電荷に基づく信号を出力する。例えば、増幅トランジスタTSFは、ソースフォロワ動作を行う。増幅トランジスタTSFのゲート端子がフローティングディフュージョンFDに電気的に接続されている。そして、フローティングディフュージョンFDに電荷が転送されたことに応じて、増幅トランジスタTSFのソース電位が変動する。 Amplifying transistor T SF outputs a signal based on charges generated by the photoelectric conversion unit PD. For example, the amplification transistor T SF performs a source follower operation. The gate terminal of the amplifying transistor T SF is electrically connected to the floating diffusion FD. Then, in response to a charge in the floating diffusion FD is transferred, the source potential of the amplifying transistor T SF is varied.

選択トランジスタTSELは、制御信号SELをゲート端子で受ける。制御信号SELに基づいて選択トランジスタTSELが導通状態になると、増幅トランジスタTSFのソース電位に応じた画素信号が列信号線Lに出力される。 The selection transistor TSEL receives the control signal SEL at the gate terminal. When the selection transistor T SEL based on the control signal SEL is turned on, a pixel signal corresponding to the source potential of the amplifying transistor T SF is output to the column signal line L C.

リセットトランジスタTRESは、制御信号RESをゲート端子で受ける。制御信号RESに基づいてリセットトランジスタTRESが導通状態になると、フローティングディフュージョンFDは、リセットトランジスタTRESを介して電源電位V1に接続され、フローティングディフュージョンFDの電位がリセットされる。 The reset transistor T RES receives the control signal RES at the gate terminal. When the reset transistor TRES becomes conductive based on the control signal RES, the floating diffusion FD is connected to the power supply potential V1 via the reset transistor TRES, and the potential of the floating diffusion FD is reset.

図2は、画素アレイAPXの上面レイアウトを示す模式図である。ここでは説明を容易にするため、画素PXが6行×4列を形成するように配列された構成示している。また、図中において、第m行を「Rm」と示し、第n列を「Cn」と示している(m=1〜6、n=1〜4)。図中において、トランジスタTTX、TSF、TSEL、TRESのゲートパターンを、「GTX」、「GSF」、「GSEL」、「GRES」と、それぞれ示している。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a top layout of the pixel array APX . Here, for ease of explanation, a configuration in which the pixels PX are arranged so as to form 6 rows × 4 columns is shown. In the drawing, the m-th row is indicated as “Rm” and the n-th column is indicated as “Cn” (m = 1 to 6, n = 1 to 4). In the drawing, the gate patterns of the transistors T TX , T SF , T SEL , and T RES are indicated as “G TX ”, “G SF ”, “G SEL ”, and “G RES ”, respectively.

また、図を見やすくするため、基板上に形成された各素子の活性領域およびゲートパターンを示す一方で、第3〜第4列については、列信号線Lおよび電源電位V1の電源ラインを不図示としている。同様の理由で、各画素PXに制御信号を供給するための信号線を不図示としている。 Moreover, for clarity of illustration, while indicating active region and a gate pattern of each element formed on the substrate, the third to fourth column, the power line of the column signal line L C, and the power supply potential V1 not It is illustrated. For the same reason, a signal line for supplying a control signal to each pixel PX is not shown.

複数の画素PXは、画像データを取得するための画素(以下、「撮像画素」という。)と、焦点検出を行うための画素(以下、「焦点検出画素」という。)と、を含む。即ち、画素アレイAPXには、撮像画素と共に焦点検出画素が配列されている。焦点検出画素は、例えば、画素アレイAPXの中央領域の一部や周辺領域の一部に配されうる。 The plurality of pixels PX include pixels for acquiring image data (hereinafter referred to as “imaging pixels”) and pixels for performing focus detection (hereinafter referred to as “focus detection pixels”). That is, focus detection pixels are arranged in the pixel array APX together with the imaging pixels. The focus detection pixels can be arranged, for example, in part of the central area or part of the peripheral area of the pixel array APX .

以下、撮像画素と焦点検出画素とを区別するため、本明細書では、焦点検出画素については「焦点検出画素PXAF」と示す。 Hereinafter, in order to distinguish between the imaging pixel and the focus detection pixel, in this specification, the focus detection pixel is referred to as “focus detection pixel PX AF ”.

焦点検出画素PXAFの信号は、例えば、位相差検出法にしたがう焦点検出を行うのに用いられる。位相差検出法によると、複数の一対の焦点検出画素PXAFが用いられ、各焦点検出画素PXAFで瞳分割を行う。具体的には、一対の焦点検出画素PXAFのうちの一方では、入射光束のうちの一方の側の半分の光束を検出し、一対の焦点検出画素PXAFのうちの他方では、入射光束のうちの他方の側の半分の光束を検出する。そして、これら複数の一対の焦点検出画素PXAFの各々から得られた画素信号を用いて、位相差検出法にしたがう焦点検出が為される。 The signal of the focus detection pixel PX AF is used for focus detection according to a phase difference detection method, for example. According to the phase difference detection method, a plurality of pairs of focus detection pixels PX AF are used, and pupil division is performed at each focus detection pixel PX AF . Specifically, one of the pair of focus detection pixels PX AF detects half of the incident light flux on one side, and the other of the pair of focus detection pixels PX AF detects the incident light flux. One half of the luminous flux is detected. Then, focus detection according to the phase difference detection method is performed using pixel signals obtained from each of the plurality of pairs of focus detection pixels PX AF .

図2では、第1、3〜4及び6行には、撮像画素PXが配されており、第2及び5行には、焦点検出画素PXAFが配されている。例えば、第2行・第1列の焦点検出画素PXAFと、第2行・第2列の焦点検出画素PXAFとが、上述の一対の焦点検出画素PXAFを形成している。 In FIG. 2, the imaging pixels PX are arranged in the first, third to fourth, and sixth rows, and the focus detection pixels PX AF are arranged in the second and fifth rows. For example, a focus detection pixel PX AF in the second row and the first column, and the focus detection pixels PX AF in the second row and the second column, form a pair of focus detection pixels PX AF above.

図3(a)は、上記画素アレイAPXにおける第1〜第2行・第1〜第2列の4つの画素PXの拡大図である。図3(b)は、カットラインX−X’での断面構造、即ち、互いに隣接する2つの撮像画素PXの断面構造を示す模式図である。図3(c)は、カットラインY−Y’での断面構造、即ち、互いに隣接する2つの焦点検出画素PXAFの断面構造を示す模式図である。 FIG. 3A is an enlarged view of four pixels PX in the first to second rows and first to second columns in the pixel array APX . FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure taken along the cut line XX ′, that is, a cross-sectional structure of two imaging pixels PX adjacent to each other. 3 (c) is a cross-sectional structure in the cut line Y-Y ', i.e., is a schematic view showing a sectional structure of two focus detection pixels PX AF adjacent to each other.

図3(b)および(c)に示されるように、基板SUBに、光電変換部PDと増幅トランジスタTSF(ゲートパターンGSFを図示)とが形成されている。基板SUBには、P型の半導体基板が用いられてもよいが、N型の半導体基板にP型ウェルが形成されたものや、該基板上にP型エピタキシャル層が形成されたものが用いられてもよい。基板SUBの上には、例えば配線層と層間絶縁膜とで構成される構造STが配され、構造STの上にはマイクロレンズMLが配されている。ここでは図示していないが、構造STとマイクロレンズMLとの間にはカラーフィルタ、インナーレンズその他の光学素子がさらに配されてもよい。 As shown in FIGS. 3B and 3C, the photoelectric conversion unit PD and the amplification transistor T SF (the gate pattern G SF is shown) are formed on the substrate SUB. As the substrate SUB, a P-type semiconductor substrate may be used. However, a substrate in which a P-type well is formed on an N-type semiconductor substrate or a substrate in which a P-type epitaxial layer is formed on the substrate is used. May be. A structure ST composed of, for example, a wiring layer and an interlayer insulating film is disposed on the substrate SUB, and a microlens ML is disposed on the structure ST. Although not shown here, a color filter, an inner lens, and other optical elements may be further arranged between the structure ST and the microlens ML.

典型的な例として、焦点検出画素には、瞳分割を行うための遮光部が設けられたものがある。該遮光部は、例えば、マイクロレンズ等の光学系を通過した入射光のうちの一部を光電変換部PDに導くための開口を有する金属パターン等であり、基板上の所定の配線層に設けられうる。この構成では、入射光の集光位置を該遮光部の近傍にすることによって、焦点検出精度が向上する。   As a typical example, there is a focus detection pixel provided with a light shielding portion for performing pupil division. The light shielding portion is, for example, a metal pattern having an opening for guiding a part of incident light that has passed through an optical system such as a microlens to the photoelectric conversion portion PD, and is provided in a predetermined wiring layer on the substrate. Can be. In this configuration, the focus detection accuracy is improved by setting the incident light condensing position in the vicinity of the light shielding portion.

一方、本実施形態では、上記遮光部を設ける代わりに、焦点検出画素PXAFの光電変換部PDが、撮像画素PXの光電変換部PDに対して、幅が略半分になるように形成されている。具体的には、平面視(基板の上面に対する平面視をいう。以下、同様。)において、焦点検出画素PXAFの光電変換部PDは、その面積ないしサイズが撮像画素PXの光電変換部PDに対して略半分になるように形成されている。ここで、「略半分」とは、50%程度が好ましいが、例えば40%〜60%の範囲内としてもよい。なお、光電変換部PDの面積を小さくすると、暗電流に起因するノイズ成分が低減される。 On the other hand, in the present embodiment, instead of providing the light shielding part, the photoelectric conversion part PD of the focus detection pixel PX AF is formed so as to be approximately half the width of the photoelectric conversion part PD of the imaging pixel PX. Yes. Specifically, in plan view (referring to plan view with respect to the upper surface of the substrate; hereinafter the same), the photoelectric conversion unit PD of the focus detection pixel PX AF has an area or size that is equal to that of the photoelectric conversion unit PD of the imaging pixel PX. On the other hand, it is formed to be substantially half. Here, “substantially half” is preferably about 50%, but may be within a range of 40% to 60%, for example. Note that when the area of the photoelectric conversion unit PD is reduced, noise components due to dark current are reduced.

瞳分割を行うため、上記光電変換部PDが、一対の焦点検出画素PXAFの一方では、一方の側(例えば、図3(a)において左側)に形成されており、一対の焦点検出画素PXAFの他方では、他方の側(例えば、図3(a)において右側)に形成されている。その結果、一対の焦点検出画素PXAFの一方と他方とでは、トランジスタTSF等(TSF、TSEL及びTRES)と光電変換部PDとの距離が、互いに異なっている。 In order to perform pupil division, the photoelectric conversion unit PD is formed on one side of the pair of focus detection pixels PX AF (for example, the left side in FIG. 3A), and the pair of focus detection pixels PX. The other side of the AF is formed on the other side (for example, the right side in FIG. 3A). As a result, the distance between the transistor T SF or the like (T SF , T SEL, and T RES ) and the photoelectric conversion unit PD is different between one and the other of the pair of focus detection pixels PX AF .

本構造では、入射光の集光位置を基板SUBの表面近傍にすることによって、焦点検出精度が向上する。一方、撮像画素PXにおいても、入射光の集光位置は基板SUBの表面近傍であるとよい。そのため、本構造によると、マイクロレンズMLその他の光学素子を、撮像画素PXと焦点検出画素PXAFとで、レンズパワーが互いに異なるように形成する必要がない。よって、本実施形態によると、各画素間で光学特性が互いに等しい光学系を形成すればよいため、プロセス面において有利である。 In this structure, the focus detection accuracy is improved by making the condensing position of incident light near the surface of the substrate SUB. On the other hand, also in the imaging pixel PX, the condensing position of incident light may be near the surface of the substrate SUB. For that reason, according to the present structure, the microlens ML and other optical elements, in the image pickup pixel PX and the focus detection pixels PX AF, the lens power is not required to be formed differently from each other. Therefore, according to the present embodiment, it is only necessary to form optical systems having the same optical characteristics between the pixels, which is advantageous in terms of process.

ここで、図3(a)に示されるように、平面視において、焦点検出画素PXAFの増幅トランジスタTSFのゲートパターンGSFの面積は、撮像画素PXの増幅トランジスタTSFのゲートパターンGSFの面積よりも大きい。前述のとおり、焦点検出画素PXAFの光電変換部PDの面積は、撮像画素PXの光電変換部PDの面積よりも小さい。そのため、焦点検出画素PXAFではゲートパターンGSFの面積を大きくすることができる。ゲートパターンGSFの面積を大きくすると、増幅トランジスタTSFで生じうるフリッカノイズが低減されうる。 Here, as shown in FIG. 3 (a), in plan view, the area of the gate pattern G SF of the amplifying transistor T SF of the focus detection pixel PX AF, the gate pattern G SF of the amplifying transistor T SF imaging pixels PX Is larger than the area. As described above, the area of the photoelectric conversion unit PD of the focus detection pixel PX AF is smaller than the area of the photoelectric conversion unit PD of the imaging pixel PX. Therefore, the area of the gate pattern G SF can be increased in the focus detection pixel PX AF . When the area of the gate pattern G SF is increased, flicker noise that can be generated in the amplification transistor T SF can be reduced.

フリッカノイズは、MOSトランジスタの界面トラップに起因するノイズであり、そのノイズ電圧の二乗平均値と、MOSトランジスタのゲートサイズとは、反比例の関係である。よって、ゲートサイズを大きくするとノイズ電圧を実効的に小さくすることができる。例えば、ゲート幅を大きくしてゲートサイズを大きくしてもよいし、ゲート長を大きくしてゲートサイズを大きくしてもよいし、ゲート幅およびゲート長の双方を変えてもよい。典型的なMOSトランジスタでは、ゲートサイズは、チャネル幅とチャネル長との積によって決まる。つまり、チャネル領域の面積を大きくすることで、フリッカノイズを低減できる。チャネル領域は、平面視において、ゲート端と、活性領域を規定する素子分離部とによって定められる。   Flicker noise is noise caused by the interface trap of the MOS transistor, and the mean square value of the noise voltage and the gate size of the MOS transistor are inversely proportional to each other. Therefore, the noise voltage can be effectively reduced by increasing the gate size. For example, the gate size may be increased by increasing the gate width, the gate size may be increased by increasing the gate length, or both the gate width and the gate length may be changed. In a typical MOS transistor, the gate size is determined by the product of channel width and channel length. That is, flicker noise can be reduced by increasing the area of the channel region. The channel region is defined by a gate end and an element isolation portion that defines an active region in plan view.

本実施形態によると、焦点検出画素PXAFの光電変換部PDの幅が小さいため、ゲートパターンGSFの面積を大きくすることができ、焦点検出画素PXAFの増幅トランジスタTSFでのフリッカノイズを低減することができる。以上、本実施形態によると、撮像画素と焦点検出画素とを備える固体撮像装置の焦点検出精度を向上させるのに有利である。 According to the present embodiment, since the width of the photoelectric conversion unit PD of the focus detection pixel PX AF is small, the area of the gate pattern G SF can be increased, and flicker noise in the amplification transistor T SF of the focus detection pixel PX AF is reduced. Can be reduced. As described above, according to the present embodiment, it is advantageous to improve the focus detection accuracy of the solid-state imaging device including the imaging pixels and the focus detection pixels.

なお、本実施形態では、入射光の光量の少ない画素として、焦点検出画素を例に挙げた。しかし、焦点検出の用途以外でも、第1の画素の光電変換部の面積が、第2の画素の光電変換部の面積より大きい場合、光電変換部の面積が小さい第2の画素では入射光の光量が少なくなる。そのため、第2の画素において、増幅トランジスタのゲートあるいはチャネル領域の面積を大きくすることにより、フリッカノイズなどのノイズ低減の効果を得ることができる。   In the present embodiment, a focus detection pixel is taken as an example of a pixel with a small amount of incident light. However, even when the area of the photoelectric conversion unit of the first pixel is larger than the area of the photoelectric conversion unit of the second pixel, the incident light of the second pixel having a small area of the photoelectric conversion unit is not used for purposes other than focus detection. The amount of light decreases. Therefore, in the second pixel, the effect of reducing noise such as flicker noise can be obtained by increasing the area of the gate or channel region of the amplification transistor.

(第2実施形態)
図4は、第2実施形態に係る画素アレイAPXの上面レイアウト(第1〜第2行・第1〜第2列の部分)を示す模式図である。本実施形態は、主に、トランジスタTSF等(TSF、TSEL及びTRES)の光電変換部PDに対する位置を変更した点で前述の第1実施形態と異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a top surface layout (portions of first to second rows and first to second columns) of the pixel array APX according to the second embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment described above in that the positions of the transistors T SF and the like (T SF , T SEL and T RES ) with respect to the photoelectric conversion unit PD are mainly changed.

具体的には、一対の焦点検出画素PXAFの一方では、トランジスタTSF等は、光電変換部PDに対して一方の側(例えば、図4において右側)に形成されている。そして、一対の焦点検出画素PXAFの他方では、トランジスタTSF等は、光電変換部PDに対して他方の側(例えば、図4において左側)に形成されている。 Specifically, in one of the pair of focus detection pixels PX AF , the transistor T SF and the like are formed on one side (for example, the right side in FIG. 4) with respect to the photoelectric conversion unit PD. In the other of the pair of focus detection pixels PX AF , the transistor TSF and the like are formed on the other side (for example, the left side in FIG. 4) with respect to the photoelectric conversion unit PD.

本実施形態によると、前述の第1実施形態と同様の効果が得られる他、トランジスタTSF等の配置を変更することもでき、レイアウト設計面においても有利である。そのため、第1実施形態よりもゲートパターンGSFの面積を大きくすることが可能となる。 According to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the arrangement of the transistors TSF and the like can be changed, which is advantageous in terms of layout design. Therefore, it is possible to increase the area of the gate pattern G SF than the first embodiment.

(第3実施形態)
第3実施形態は、図5に例示されるように、主に、焦点検出画素PXAFのトランジスタTSF等(TSF、TSEL及びTRES)をそれぞれ互いに異なる活性領域に個別に形成している、という点で前述の第2実施形態と異なる。
(Third embodiment)
In the third embodiment, as illustrated in FIG. 5, the transistors T SF and the like (T SF , T SEL and T RES ) of the focus detection pixel PX AF are mainly formed individually in different active regions. This is different from the second embodiment described above.

前述のとおり、焦点検出画素PXAFの光電変換部PDは、撮像画素PXの光電変換部PDに対して、幅が略半分になるように形成されている。そのため、焦点検出画素PXAFについては、トランジスタTSF等を、互いに異なる活性領域に個別に形成することも可能である。即ち、トランジスタTSF等は、互いに離れた位置に形成されている。 As described above, the photoelectric conversion unit PD of the focus detection pixel PX AF is formed so as to be approximately half the width of the photoelectric conversion unit PD of the imaging pixel PX. Therefore, for the focus detection pixel PX AF , the transistor TSF and the like can be individually formed in different active regions. That is, the transistor TSF and the like are formed at positions separated from each other.

図5では、トランジスタTSF、TSEL及びTRESの全てを、光電変換部PDに対して一方の側ないし他方の側に形成した構成を例示したが、本実施形態は、この構成に限られるものではない。例えば、トランジスタTSF、TSEL及びTRESのうちの一部を光電変換部PDに対して一方の側に形成し、該一部を除く他のトランジスタを光電変換部PDに対して他方の側に形成することも可能である。 FIG. 5 illustrates a configuration in which all of the transistors T SF , T SEL, and T RES are formed on one side or the other side with respect to the photoelectric conversion unit PD. However, the present embodiment is limited to this configuration. It is not a thing. For example, a part of the transistors T SF , T SEL and T RES is formed on one side with respect to the photoelectric conversion unit PD, and the other transistors except for the part are formed on the other side with respect to the photoelectric conversion unit PD. It is also possible to form it.

本実施形態によると、画素PXの回路構成に応じて、画素PXの各トランジスタの配置を適宜変更することも可能であり、レイアウト設計面において有利である。   According to the present embodiment, the arrangement of the transistors of the pixel PX can be appropriately changed according to the circuit configuration of the pixel PX, which is advantageous in terms of layout design.

以上、本実施形態によると、前述の第2実施形態と同様の効果が得られる他、画素アレイのレイアウト設計面においてさらに有利である。トランジスタをそれぞれ互いに異なる活性領域に個別に形成しているため、第2実施形態よりもさらにゲートパターンGSFの面積を大きくすることが可能である。 As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the second embodiment can be obtained, and the layout design of the pixel array is further advantageous. Since the different active regions each transistor are formed separately, it is possible to increase further the area of the gate pattern G SF than the second embodiment.

(第4実施形態)
図6は、第2実施形態に係る画素アレイAPXの上面レイアウト(第1〜第3行・第1〜第2列の部分)を示す模式図である。第1〜2行には、撮像画素PXが配されており、第3行には、焦点検出画素PXAFが配されている。本実施形態は、図6に例示されるように、主に、互いに隣接する2つの撮像画素PXが、トランジスタTSF等(TSF、TSEL及びTRES)を共有している、という点で前述の第3実施形態と異なる。具体的には、例えば、第1行・第1列の撮像画素と、第2行・第1列の撮像画素とは、トランジスタTSF等を共有している。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a top surface layout (first to third rows and first to second column portions) of the pixel array A PX according to the second embodiment. The imaging pixels PX are arranged in the first and second rows, and the focus detection pixels PX AF are arranged in the third row. In the present embodiment, as illustrated in FIG. 6, two imaging pixels PX that are adjacent to each other mainly share transistors T SF and the like (T SF , T SEL, and T RES ). Different from the third embodiment described above. Specifically, for example, an imaging pixel of the first row and the first column, the imaging pixels of the second row and the first column, share the transistor T SF and the like.

なお、互いに隣接する2つの撮像画素PXからの信号読出は、該2つの撮像画素PXのうちの一方(信号読出の対象である一方の行の撮像画素PX)の転送トランジスタTTXを導通状態にすることにより、個別に為される。 Note that in the signal readout from the two imaging pixels PX adjacent to each other, the transfer transistor T TX of one of the two imaging pixels PX (the imaging pixel PX in one row that is the target of signal readout) is turned on. By doing it individually.

図6に例示されるように、上記2つの撮像画素PXのうちの一方の撮像画素PXは、光電変換部PD、転送トランジスタTTXおよびフローティングディフュージョン領域が、他方の撮像画素PXに対して並進対称になるように形成される。より具体的には、比較対象の2つの部材ないし部分が、平行に(実質的に一定の間隔になるように)配されていればよい。 As illustrated in FIG. 6, one of the two imaging pixels PX includes a photoelectric conversion unit PD, a transfer transistor TTX, and a floating diffusion region that are translationally symmetric with respect to the other imaging pixel PX. It is formed to become. More specifically, it is only necessary that the two members or parts to be compared are arranged in parallel (substantially at regular intervals).

2つの撮像画素PXの双方のフローティングディフュージョン領域は、例えば配線パターン(不図示)を介して、互いに電気的に接続される。ここで、本構成では、2つの撮像画素PXは、トランジスタTSF等を隣接画素間で共有する一方で、フローティングディフュージョン領域については2つの撮像画素PXのそれぞれが、それぞれ個別に有している(共有していない)。よって、本構成では、撮像画素PXのフローティングディフュージョンFDの容量が、トランジスタTSF等を共有しない構成に比べて大きくなる。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と、画素PXのダイナミックレンジが大きくなり、画素信号が飽和しにくくなる。 The floating diffusion regions of both of the two imaging pixels PX are electrically connected to each other through, for example, a wiring pattern (not shown). Here, in this configuration, the two imaging pixels PX share the transistor TSF and the like between adjacent pixels, while each of the two imaging pixels PX individually has a floating diffusion region ( Not shared). Therefore, in this configuration, the capacitance of the floating diffusion FD of the imaging pixel PX is larger than that in the configuration not sharing the transistor TSF or the like. When the capacity of the floating diffusion FD is increased, the dynamic range of the pixel PX is increased and the pixel signal is less likely to be saturated.

よって、本実施形態によると、前述の第3実施形態と同様の効果が得られる他、撮像画素PXのダイナミックレンジを大きくすることができる。ここでは、互いに隣接する2つの撮像画素PXがトランジスタTSF等を共有する構成を例示したが、3以上の撮像画素PXがトランジスタTSF等を共有する構成でもよい。 Therefore, according to the present embodiment, the same effects as those of the third embodiment described above can be obtained, and the dynamic range of the imaging pixel PX can be increased. Here, a configuration in which two imaging pixels PX adjacent to each other share the transistor T SF or the like is illustrated, but a configuration in which three or more imaging pixels PX share the transistor T SF or the like may be employed.

なお、本実施形態の構成では、制御信号SEL及びRESを各画素PXに供給するための信号線(「信号線LSEL及びLRES」とする)は、撮像画素PXについては2行ごとに1つずつ配されるが、焦点検出画素PXAFについては各行に1つずつ配される。なお、制御信号TXを各画素PXに供給するための信号線(「信号線LTX」とする)は、各行に1つずつ配されればよい。 In the configuration of the present embodiment, the signal lines for supplying the control signals SEL and RES to each pixel PX (referred to as “signal lines L SEL and L RES ”) are 1 for every two rows for the imaging pixels PX. The focus detection pixels PX AF are arranged one by one for each row. Note that one signal line (referred to as “signal line L TX ”) for supplying the control signal TX to each pixel PX may be arranged in each row.

(第5実施形態)
図7は、第5実施形態に係る画素アレイAPXの上面レイアウト(第1〜第4行・第1〜第2列の部分)を示す模式図である。第1〜2行には、撮像画素PXが配されており、第3〜4行には、焦点検出画素PXAFが配されている。本実施形態は、図7に例示されるように、焦点検出画素PXAFがトランジスタTSF等を隣接画素間で共有している、という点で前述の第4実施形態と異なる。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a schematic diagram showing a top layout (portions of the first to fourth rows and first to second columns) of the pixel array APX according to the fifth embodiment. The imaging pixels PX are arranged in the first and second rows, and the focus detection pixels PX AF are arranged in the third to fourth rows. As illustrated in FIG. 7, the present embodiment is different from the above-described fourth embodiment in that the focus detection pixel PX AF shares the transistor TSF and the like between adjacent pixels.

本実施形態では、撮像画素PXおよび焦点検出画素PXAFの双方が、トランジスタTSF等を隣接画素間で共有するため、信号線LSEL及びLRESが、撮像画素PXおよび焦点検出画素PXAFの双方ついて、2行ごとに1つずつ配される。よって、本実施形態によると、画素アレイAPXの回路設計を撮像画素PXおよび焦点検出画素PXAFの双方について同様に行えばよいため、回路設計面において有利である。 In the present embodiment, since both the imaging pixel PX and the focus detection pixel PX AF share the transistor T SF and the like between the adjacent pixels, the signal lines L SEL and L RES are connected to the imaging pixel PX and the focus detection pixel PX AF . For both, one is arranged every two rows. Therefore, according to the present embodiment, the circuit design of the pixel array A PX may be performed similarly for both the imaging pixel PX and the focus detection pixel PX AF , which is advantageous in terms of circuit design.

図7に例示されるように、各撮像画素PXは、前述の第4実施形態と同様に、光電変換部PD、転送トランジスタTTXおよびフローティングディフュージョン領域が、他の撮像画素PXに対して並進対称になるように形成される。これに対して、互いに隣接する2つの焦点検出画素PXAFの一方は、光電変換部PD、転送トランジスタTTXおよびフローティングディフュージョン領域が、他方に対して、線対称ないしミラー対称になるように形成されている。 As illustrated in FIG. 7, in each imaging pixel PX, as in the above-described fourth embodiment, the photoelectric conversion unit PD, the transfer transistor TTX, and the floating diffusion region are translationally symmetric with respect to the other imaging pixels PX. It is formed to become. In contrast, one of the two focus detection pixels PX AF adjacent to each other is formed such that the photoelectric conversion unit PD, the transfer transistor TTX, and the floating diffusion region are line-symmetric or mirror-symmetric with respect to the other. ing.

ここで、焦点検出画素PXAFのフローティングディフュージョンFDは、付加される容量成分が大きくならないように形成されるとよい。具体的には、互いに隣接する2つの焦点検出画素PXAFは、フローティングディフュージョン領域を共有している。換言すると、一方の焦点検出画素PXAFのフローティングディフュージョン領域と、他方の焦点検出画素PXAFのフローティングディフュージョン領域とは、一体に形成されている。例えば、第3行・第1列の焦点検出画素PXAFと、第4行・第1列の焦点検出画素PXAFとが、フローティングディフュージョン領域を共有している。そして、該共有されたフローティングディフュージョン領域は、一方の焦点検出画素PXAFの光電変換部PDおよび転送トランジスタTTXと、他方の焦点検出画素PXAFの光電変換部PDおよび転送トランジスタTTXと、の間に配されている。 Here, the floating diffusion FD of the focus detection pixel PX AF may be formed so that the added capacitance component does not increase. Specifically, two focus detection pixels PX AF adjacent to each other share a floating diffusion region. In other words, the floating diffusion region of one focus detection pixel PX AF and the floating diffusion region of the other focus detection pixel PX AF are integrally formed. For example, a focus detection pixel PX AF in the third row, first column, and the focus detection pixels PX AF in the fourth row, first column, share a floating diffusion region. The floating diffusion region that is the shared, the photoelectric conversion unit PD and the transfer transistor T TX of one focus detection pixel PX AF, and the photoelectric conversion unit PD and the transfer transistor of the other focus detection pixels PX AF T TX, the Arranged in between.

本構成によると、撮像画素PXのフローティングディフュージョンFDの容量が、焦点検出画素PXAFのフローティングディフュージョンFDの容量より大きくなる。 According to this configuration, the capacity of the floating diffusion FD of the imaging pixel PX is larger than the capacity of the floating diffusion FD of the focus detection pixel PX AF .

フローティングディフュージョンFDの容量を小さくすると、フローティングディフュージョンFDの電位変動の量が大きくなるため、画素PXのセンサ感度が高くなる。各焦点検出画素では瞳分割が行われるため、焦点検出画素で検知される光量が、撮像画素で検知される光量に対して小さい。そのため、焦点検出画素PXAFについては、ダイナミックレンジを大きくすることよりも、センサ感度を高くすることが求められる。 When the capacitance of the floating diffusion FD is reduced, the amount of potential fluctuation of the floating diffusion FD is increased, so that the sensor sensitivity of the pixel PX is increased. Since each focus detection pixel performs pupil division, the amount of light detected by the focus detection pixel is smaller than the amount of light detected by the imaging pixel. Therefore, for the focus detection pixel PX AF , it is required to increase the sensor sensitivity rather than increasing the dynamic range.

本実施形態によると、撮像画素PXについては、ダイナミックレンジを大きくする一方で、焦点検出画素PXAFについては、センサ感度を高くすることができる。よって、本実施形態によると、前述の第4実施形態と同様の効果が得られる他、焦点検出画素PXAFのセンサ感度が高くなり、また、画素アレイAPXの回路設計面においても有利である。 According to the present embodiment, for the imaging pixel PX, the dynamic range can be increased, while for the focus detection pixel PX AF , the sensor sensitivity can be increased. Therefore, according to the present embodiment, the same effects as those of the fourth embodiment described above can be obtained, the sensor sensitivity of the focus detection pixel PX AF is increased, and the circuit design of the pixel array A PX is advantageous. .

(第6実施形態)
前述の第5実施形態では、互いに隣接する2つの焦点検出画素PXAFが、光電変換部PD、転送トランジスタTTXおよびフローティングディフュージョン領域について、互いに線対称ないしミラー対称の構成を例示した。しかしながら、これらの対称性は、この構成に限られるものではない。
(Sixth embodiment)
In the fifth embodiment described above, the two focus detection pixels PX AF adjacent to each other exemplify a configuration in which the photoelectric conversion unit PD, the transfer transistor T TX and the floating diffusion region are line-symmetric or mirror-symmetric with respect to each other. However, these symmetries are not limited to this configuration.

図8は、第6実施形態に係る画素アレイAPXの上面レイアウト(第1〜第4行・第1〜第2列の部分)を示す模式図である。本実施形態では、主に、位相差検出法にしたがう焦点検出を行うための一対の焦点検出画素PXAFがフローティングディフュージョン領域を共有している、という点で第5実施形態と異なる。例えば、第3行・第1列の焦点検出画素PXAFと、第4行・第1列の焦点検出画素PXAFとが、一対の焦点検出画素PXAFを形成しており、これらがフローティングディフュージョン領域を共有している。そして、一対の焦点検出画素PXAFの一方は、光電変換部PDおよび転送トランジスタTTXが、他方に対して、フローティングディフュージョン領域を中心に点対称になるように形成されている。本実施形態によっても第5実施形態と同様の効果が得られる。 FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a top surface layout (portions of the first to fourth rows and first to second columns) of the pixel array APX according to the sixth embodiment. This embodiment is different from the fifth embodiment mainly in that a pair of focus detection pixels PX AF for performing focus detection according to the phase difference detection method share a floating diffusion region. For example, a focus detection pixel PX AF in the third row, first column, and the focus detection pixels PX AF in the fourth row, first column, forms a pair of focus detection pixels PX AF, these floating diffusion Sharing area. One of the pair of focus detection pixels PX AF is formed so that the photoelectric conversion unit PD and the transfer transistor T TX are point-symmetric with respect to the other, with the floating diffusion region as the center. According to this embodiment, the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained.

また、トランジスタTSF等(TSF、TSEL及びTRES)は、前述の第3実施形態と同様にして、互いに離れた位置に形成されてもよい。本実施形態によると、例えば、トランジスタTSF、TSEL及びTRESのうちの一部を一対の焦点検出画素PXAFの一方に形成し、該一部を除く他のトランジスタを一対の焦点検出画素PXAFの他方に形成することも可能である。例えば、トランジスタTSFは、第3行・第1列の焦点検出画素PXAFに形成されており、トランジスタTSEL及びTRESは、第4行・第1列の焦点検出画素PXAFに形成されている。よって、本実施形態によると、画素PXの回路構成に応じて、画素PXの各トランジスタの配置を適宜変更することも可能であり、レイアウト設計面において有利である。 Further, the transistors T SF and the like (T SF , T SEL and T RES ) may be formed at positions separated from each other as in the third embodiment. According to the present embodiment, for example, a part of the transistors T SF , T SEL, and T RES is formed in one of the pair of focus detection pixels PX AF , and other transistors excluding the part are used as a pair of focus detection pixels. It is also possible to form it on the other side of PX AF . For example, the transistor T SF is formed in the focus detection pixel PX AF in the third row / first column, and the transistors T SEL and T RES are formed in the focus detection pixel PX AF in the fourth row / first column. ing. Therefore, according to the present embodiment, the arrangement of the transistors of the pixel PX can be appropriately changed according to the circuit configuration of the pixel PX, which is advantageous in terms of layout design.

(その他)
以上では、いくつかの好適な実施形態を例示したが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的等に応じて、その一部を変更してもよいし、他の実施形態と組み合わせてもよい。また、各実施形態で例示した各画素PXの行と列との関係は逆でもよく、例えば、隣接行での隣接画素PXがトランジスタTSF等を共有する構成は、隣接列での隣接画素PXに適用されてもよい。2つの焦点検出画素PXAFがフローティングディフュージョン領域を共有する場合についても同様である。
(Other)
In the above, some preferred embodiments have been exemplified, but the present invention is not limited to these, and a part thereof may be changed according to the purpose or the like, or in combination with other embodiments. Also good. Further, the relationship between the row and the column of each pixel PX exemplified in each embodiment may be reversed. For example, the configuration in which the adjacent pixel PX in the adjacent row shares the transistor TSF and the like is the adjacent pixel PX in the adjacent column. May be applied. The same applies to the case where the two focus detection pixels PX AF share the floating diffusion region.

以上の各実施形態では、カメラ等に代表される撮像システムに含まれる固体撮像装置について述べた。撮像システムの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置(例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末等)も含まれる。撮像システムは、上述の各実施形態で例示された固体撮像装置と、該固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含みうる。該処理部は、例えば、A/D変換部や該A/D変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。焦点検出処理は該処理部によってなされてもよいし、焦点検出処理を実行する焦点検出部が該処理部とは別に設けられていてもよい。   In each of the above embodiments, a solid-state imaging device included in an imaging system represented by a camera or the like has been described. The concept of the imaging system includes not only a device mainly for photographing, but also a device (for example, a personal computer, a portable terminal, etc.) that has a photographing function as an auxiliary. The imaging system may include the solid-state imaging device exemplified in each of the above-described embodiments and a processing unit that processes a signal output from the solid-state imaging device. The processing unit can include, for example, a processor that processes digital data output from the A / D conversion unit or the A / D converter. The focus detection process may be performed by the processing unit, or a focus detection unit that performs the focus detection process may be provided separately from the processing unit.

IA:固体撮像装置、PX:画素、PD:光電変換部、FD:フローティングディフュージョン、TTX:転送トランジスタ、TSF:増幅トランジスタ、GSF:増幅トランジスタのゲートパターン。 IA: solid-state imaging device, PX: pixel, PD: photoelectric conversion unit, FD: floating diffusion, T TX : transfer transistor, T SF : amplification transistor, G SF : gate pattern of amplification transistor.

Claims (17)

半導体基板に配列された複数の画素を備える固体撮像装置であって、
各画素は、
前記半導体基板に形成された光電変換部と、
前記光電変換部で生じた電荷に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタとは異なる他のトランジスタと、
を有し、
前記複数の画素は、撮像画素と焦点検出画素とを含んでおり、
前記半導体基板の上面に対する平面視において、前記焦点検出画素の前記光電変換部の面積は、前記撮像画素の前記光電変換部の面積よりも小さく、且つ、前記焦点検出画素の前記増幅トランジスタのゲートの面積は、前記撮像画素の前記増幅トランジスタのゲートの面積よりも大きく、
前記撮像画素では、前記他のトランジスタと前記増幅トランジスタとは、前記半導体基板における1つの活性領域に形成されており、
前記焦点検出画素では、前記他のトランジスタと前記増幅トランジスタとは、前記半導体基板における互いに異なる活性領域に個別に形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
A solid-state imaging device including a plurality of pixels arranged on a semiconductor substrate,
Each pixel is
A photoelectric conversion part formed on the semiconductor substrate;
An amplification transistor that outputs a signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion unit;
Another transistor different from the amplification transistor;
Have
The plurality of pixels include an imaging pixel and a focus detection pixel,
In plan view with respect to the upper surface of the semiconductor substrate, the area of the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel is smaller than the area of the photoelectric conversion unit of the imaging pixel, and the gate of the amplification transistor of the focus detection pixel area is much larger than the area of the gate of the amplifying transistor of the imaging pixels,
In the imaging pixel, the other transistor and the amplification transistor are formed in one active region in the semiconductor substrate,
In the focus detection pixel, the other transistor and the amplification transistor are individually formed in different active regions of the semiconductor substrate .
前記焦点検出画素の前記増幅トランジスタのチャネル長とチャネル幅との積は、前記撮像画素の前記増幅トランジスタのチャネル長とチャネル幅との積よりも大きい
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
2. The solid according to claim 1, wherein a product of a channel length and a channel width of the amplification transistor of the focus detection pixel is larger than a product of a channel length and a channel width of the amplification transistor of the imaging pixel. Imaging device.
前記焦点検出画素の前記光電変換部の前記面積は、前記撮像画素の前記光電変換部の前記面積の40%以上60%以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体撮像装置。
The area of the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel is in a range of 40% to 60% of the area of the photoelectric conversion unit of the imaging pixel. The solid-state imaging device described.
前記複数の画素は、前記焦点検出画素を複数含み、
前記複数の焦点検出画素のうちの第1の焦点検出画素の前記光電変換部と前記増幅トランジスタとの距離と、
前記複数の焦点検出画素のうちの第2の焦点検出画素の前記光電変換部と前記増幅トランジスタとの距離とは、互いに異なっている
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The plurality of pixels include a plurality of the focus detection pixels,
A distance between the photoelectric conversion unit of the first focus detection pixel of the plurality of focus detection pixels and the amplification transistor;
4. The distance between the photoelectric conversion unit of the second focus detection pixel of the plurality of focus detection pixels and the amplification transistor is different from each other. 5. The solid-state imaging device described.
前記第1の焦点検出画素では、前記増幅トランジスタは、前記光電変換部に対して第1の側に配置されており、
前記第2の焦点検出画素では、前記増幅トランジスタは、前記光電変換部に対して、前記第1の側とは反対側の第2の側に配置されている
ことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。
In the first focus detection pixel, the amplification transistor is disposed on a first side with respect to the photoelectric conversion unit,
Wherein in the second focus detection pixels, the amplifying transistor to the photoelectric conversion unit, in claim 4, wherein the first side, characterized in that it is arranged on a second side opposite The solid-state imaging device described.
前記複数の画素は、前記焦点検出画素を複数含み、
前記複数の焦点検出画素のうちの第1の焦点検出画素では、前記増幅トランジスタは、前記光電変換部に対して第1の側に配置されており、
前記複数の焦点検出画素のうちの第2の焦点検出画素では、前記増幅トランジスタは、前記光電変換部に対して、前記第1の側とは反対側の第2の側に配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The plurality of pixels include a plurality of the focus detection pixels,
In the first focus detection pixel of the plurality of focus detection pixels, the amplification transistor is disposed on the first side with respect to the photoelectric conversion unit,
In the second focus detection pixel of the plurality of focus detection pixels, the amplification transistor is disposed on a second side opposite to the first side with respect to the photoelectric conversion unit. The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3.
各画素は、
前記半導体基板に形成されたフローティングディフュージョン領域と、
前記光電変換部から前記フローティングディフュージョン領域へ電荷を転送するための転送トランジスタと、を有し、
前記複数の画素は、前記焦点検出画素を複数含み、前記複数の焦点検出画素は、第1の焦点検出画素と第2の焦点検出画素とを含み、
前記第1の焦点検出画素の前記フローティングディフュージョン領域と、前記第2の焦点検出画素の前記フローティングディフュージョン領域とは、前記第1の焦点検出画素の前記光電変換部および前記転送トランジスタと、前記第2の焦点検出画素の前記光電変換部および前記転送トランジスタとの間に、一体に形成されており、
前記第1の焦点検出画素の前記光電変換部および前記転送トランジスタと、前記第2の焦点検出画素の前記光電変換部および前記転送トランジスタとは、対称性を有するように配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
Each pixel is
A floating diffusion region formed in the semiconductor substrate;
A transfer transistor for transferring charge from the photoelectric conversion unit to the floating diffusion region,
The plurality of pixels include a plurality of focus detection pixels, and the plurality of focus detection pixels include a first focus detection pixel and a second focus detection pixel,
The floating diffusion region of the first focus detection pixel and the floating diffusion region of the second focus detection pixel are the photoelectric conversion unit and the transfer transistor of the first focus detection pixel, and the second Formed integrally between the photoelectric conversion unit and the transfer transistor of the focus detection pixel,
The photoelectric conversion unit and the transfer transistor of the first focus detection pixel and the photoelectric conversion unit and the transfer transistor of the second focus detection pixel are arranged so as to have symmetry. The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3.
前記対称性は、線対称であること、及び、点対称であることの一方を満たす
ことを特徴とする請求項7に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the symmetry satisfies one of line symmetry and point symmetry.
前記複数の画素は、前記撮像画素を複数含んでおり、
前記複数の撮像画素のうちの第1の撮像画素のフローティングディフュージョン領域と、前記複数の撮像画素のうちの第2の撮像画素のフローティングディフュージョン領域とは、電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
The plurality of pixels include a plurality of the imaging pixels,
The floating diffusion region of the first imaging pixel of the plurality of imaging pixels and the floating diffusion region of the second imaging pixel of the plurality of imaging pixels are electrically connected. The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 8 .
前記第1の撮像画素と前記第2の撮像画素とは、1つの前記増幅トランジスタを共有している
ことを特徴とする請求項に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 9 , wherein the first imaging pixel and the second imaging pixel share one amplification transistor.
請求項1乃至10のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置からの信号を処理する処理部と、を備える
ことを特徴とするカメラ。
A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 10 ,
And a processing unit that processes a signal from the solid-state imaging device.
前記焦点検出画素からの信号に基づいて位相差検出法にしたがう焦点検出を行う焦点検出部をさらに備える
ことを特徴とする請求項11に記載のカメラ。
The camera according to claim 11 , further comprising a focus detection unit that performs focus detection according to a phase difference detection method based on a signal from the focus detection pixel.
半導体基板に配列された複数の画素を備える固体撮像装置であって、  A solid-state imaging device including a plurality of pixels arranged on a semiconductor substrate,
各画素は、  Each pixel is
前記半導体基板に形成された光電変換部と、    A photoelectric conversion part formed on the semiconductor substrate;
前記光電変換部で生じた電荷に応じた信号を出力する増幅トランジスタと、    An amplification transistor that outputs a signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion unit;
を有し、  Have
前記複数の画素は、複数の撮像画素と複数の焦点検出画素とを含んでおり、  The plurality of pixels includes a plurality of imaging pixels and a plurality of focus detection pixels,
前記半導体基板の上面に対する平面視において、前記焦点検出画素の前記光電変換部の面積は、前記撮像画素の前記光電変換部の面積よりも小さく、且つ、前記焦点検出画素の前記増幅トランジスタのゲートの面積は、前記撮像画素の前記増幅トランジスタのゲートの面積よりも大きく、  In plan view with respect to the upper surface of the semiconductor substrate, the area of the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel is smaller than the area of the photoelectric conversion unit of the imaging pixel, and the gate of the amplification transistor of the focus detection pixel The area is larger than the area of the gate of the amplification transistor of the imaging pixel,
前記複数の焦点検出画素のうちの第1の焦点検出画素の前記光電変換部と前記増幅トランジスタとの距離と、前記複数の焦点検出画素のうちの第2の焦点検出画素の前記光電変換部と前記増幅トランジスタとの距離とは、互いに異なっている  A distance between the photoelectric conversion unit of the first focus detection pixel of the plurality of focus detection pixels and the amplification transistor; and a photoelectric conversion unit of the second focus detection pixel of the plurality of focus detection pixels. The distance from the amplification transistor is different from each other.
ことを特徴とする固体撮像装置。  A solid-state imaging device.
前記焦点検出画素の前記増幅トランジスタのチャネル長とチャネル幅との積は、前記撮像画素の前記増幅トランジスタのチャネル長とチャネル幅との積よりも大きい  The product of the channel length and the channel width of the amplification transistor of the focus detection pixel is larger than the product of the channel length and the channel width of the amplification transistor of the imaging pixel.
ことを特徴とする請求項13に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 13.
前記焦点検出画素の前記光電変換部の前記面積は、前記撮像画素の前記光電変換部の前記面積の40%以上60%以下の範囲内である  The area of the photoelectric conversion unit of the focus detection pixel is in a range of 40% to 60% of the area of the photoelectric conversion unit of the imaging pixel.
ことを特徴とする請求項13または請求項14に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 13 or 14,
前記第1の焦点検出画素では、前記増幅トランジスタは、前記光電変換部に対して第1の側に配置されており、  In the first focus detection pixel, the amplification transistor is disposed on a first side with respect to the photoelectric conversion unit,
前記第2の焦点検出画素では、前記増幅トランジスタは、前記光電変換部に対して、前記第1の側とは反対側の第2の側に配置されている  In the second focus detection pixel, the amplification transistor is disposed on a second side opposite to the first side with respect to the photoelectric conversion unit.
ことを特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 13, wherein the solid-state imaging device is provided.
前記複数の撮像画素のうちの第1の撮像画素のフローティングディフュージョン領域と、前記複数の撮像画素のうちの第2の撮像画素のフローティングディフュージョン領域とは、電気的に接続されている  The floating diffusion region of the first imaging pixel of the plurality of imaging pixels and the floating diffusion region of the second imaging pixel of the plurality of imaging pixels are electrically connected.
ことを特徴とする請求項13乃至16のいずれか1項に記載の固体撮像装置。  The solid-state imaging device according to claim 13, wherein the solid-state imaging device is provided.
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CN109792497B (en) * 2016-09-27 2021-04-20 富士胶片株式会社 Imaging element and imaging device
CN112103303B (en) * 2020-09-18 2024-07-09 深圳市汇顶科技股份有限公司 Pixel unit array, sensor chip and electronic device
JP2023116098A (en) * 2022-02-09 2023-08-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Semiconductor device and electronic apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4479736B2 (en) * 2007-03-02 2010-06-09 ソニー株式会社 Imaging device and camera
JP5364995B2 (en) * 2007-10-01 2013-12-11 株式会社ニコン Solid-state imaging device and electronic camera using the same
JP5215681B2 (en) * 2008-01-28 2013-06-19 キヤノン株式会社 Imaging apparatus and imaging system
JP5444694B2 (en) * 2008-11-12 2014-03-19 ソニー株式会社 Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and imaging device
JP2010239317A (en) * 2009-03-30 2010-10-21 Nikon Corp Solid-state imaging element
JP5629995B2 (en) * 2009-09-07 2014-11-26 株式会社ニコン Imaging device and imaging apparatus
JP2011159758A (en) * 2010-01-29 2011-08-18 Sony Corp Solid-state imaging device and method of manufacturing the same, and electronic equipment
JP2011221253A (en) * 2010-04-08 2011-11-04 Sony Corp Imaging apparatus, solid-state image sensor, imaging method and program
JP2012058522A (en) * 2010-09-09 2012-03-22 Nikon Corp Focus detector
JP2013157883A (en) * 2012-01-31 2013-08-15 Sony Corp Solid-state imaging device and camera system
JP2014011253A (en) * 2012-06-28 2014-01-20 Sony Corp Solid state image pickup device and electronic apparatus
JP6094086B2 (en) * 2012-08-02 2017-03-15 株式会社ニコン Imaging device and imaging apparatus

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