JP7496406B1 - Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic device - Google Patents

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Abstract

【課題】微細化画素においても位相差画素の感度低下を抑制でき、入射光量の低い撮影シーンにおいても高速かつ良好な合焦性能を持つ高い位相差性能を実現することが可能な固体撮像装置、その製造方法および電子機器を提供する。【解決手段】画素部20において、位相差検出画素群PDXG10は、通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14の画素ユニットPUを形成する画素NPXの数(4)より多い数(5以上)の同色(G)の位相差検出画素PDPXを含んで形成され、配置方向の中央領域ACTRにおける少なくとも一つの位相差検出画素PDPXにより取得した位相差検出信号と配置方向の端部領域AEDGにおける画素PXにより取得した信号を同じ(共通の)読み出しノードとしてのフローティングディフュージョンFDに読み出し可能である。【選択図】図6[Problem] To provide a solid-state imaging device capable of suppressing a decrease in sensitivity of phase difference pixels even in miniaturized pixels and realizing high phase difference performance with high speed and good focusing performance even in shooting scenes with a low amount of incident light, a manufacturing method thereof, and electronic equipment. [Solution] In a pixel section 20, a phase difference detection pixel group PDXG10 is formed including phase difference detection pixels PDPX of the same color (G) in a number (5 or more) greater than the number (4) of pixels NPX forming a pixel unit PU of normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14, and is capable of reading out a phase difference detection signal acquired by at least one phase difference detection pixel PDPX in a central region ACTR in the arrangement direction and a signal acquired by a pixel PX in an end region AEDG in the arrangement direction to a floating diffusion FD as the same (common) readout node. [Selected Figure] FIG. 6

Description

本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a method for manufacturing a solid-state imaging device, and an electronic device.

光を検出して電荷を発生させる光電変換素子を用いた固体撮像装置(イメージセンサ)として、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサが実用に供されている。 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors are used as solid-state imaging devices (image sensors) that use photoelectric conversion elements that detect light and generate electric charges.

CMOSイメージセンサは、一般的に、赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色フィルタやシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンの4色補色フィルタを用いてカラー画像を撮像する。 CMOS image sensors generally capture color images using three primary color filters of red (R), green (G), and blue (B) or four complementary color filters of cyan, magenta, yellow, and green.

一般的に、CMOSイメージセンサにおいて、画素(ピクセル)は個別にカラーフィルタを備えている。フィルタとしては、主として赤色光を透過させる赤(R)フィルタ、主として緑色光を透過させる緑(Gr,Gb)フィルタ、および主として青色光を透過させる青(B)フィルタを含む。
各カラーフィルタを含む画素ユニットが正方配列されて1つの画素群が形成され、複数の画素群が2次元状に配列されて画素部の画素アレイが形成される。
このカラーフィルタ配列としては、ベイヤ配列が広く知られている。また、たとえば各画素に対してマイクロレンズが形成されている。
また、高感度化や高ダイナミックレンジ化を図るために、ベイヤ配列の各画素ユニットを複数の同色画素により形成したCMOSイメージセンサも提案されている(たとえば特許文献1、2参照)。
Typically, in a CMOS image sensor, each pixel is provided with a color filter, which includes a red (R) filter that transmits mainly red light, a green (Gr, Gb) filter that transmits mainly green light, and a blue (B) filter that transmits mainly blue light.
A pixel group is formed by arranging pixel units each including a color filter in a square, and a plurality of pixel groups are arranged two-dimensionally to form a pixel array of the pixel portion.
The Bayer array is widely known as this color filter array. Also, for example, a microlens is formed for each pixel.
Furthermore, in order to achieve high sensitivity and a wide dynamic range, a CMOS image sensor has been proposed in which each pixel unit in a Bayer array is formed from a plurality of pixels of the same color (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

このようなCMOSイメージセンサは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、医療用内視鏡、パーソナルコンピュータ(PC)、携帯電話等の携帯端末装置(モバイル機器)等の各種電子機器の一部として広く適用されている。 Such CMOS image sensors are widely used as part of various electronic devices, such as digital cameras, video cameras, surveillance cameras, medical endoscopes, personal computers (PCs), mobile terminal devices (mobile devices) such as mobile phones, etc.

特に近年、携帯電話等の携帯端末装置(モバイル機器)に搭載するイメージセンサの小型化・多画素化が進み、画素サイズも1μmを切るサイズが主流となりつつある。
多画素化、微細化による高解像度化を維持し、かつ、画素ピッチ縮小による感度やダイナミックレンジの低下を抑制するため、隣接した複数の同色画素をたとえば4画素ずつ配置し、解像度を追求する際には個別の画素信号を読み出し、高感度やダイナミックレンジ性能を必要とする局面では同色の画素の信号を加算して読み出す手法が一般的に採用されている。
そして、このCMOSイメージセンサは、たとえば画素ユニットの隣接する複数(2、4または9)の同色画素で一つのマイクロレンズを共有する。
Particularly in recent years, image sensors mounted on portable terminal devices (mobile devices) such as mobile phones have become smaller and have more pixels, and pixel sizes of less than 1 μm are becoming mainstream.
In order to maintain the high resolution achieved by increasing the number of pixels and making them finer, while suppressing the loss of sensitivity and dynamic range that occurs due to the reduction in pixel pitch, a method is generally adopted in which multiple adjacent pixels of the same color are arranged in groups of, for example, four pixels, and individual pixel signals are read out when pursuing high resolution, and signals from pixels of the same color are added and read out when high sensitivity and dynamic range performance are required.
In this CMOS image sensor, for example, a single microlens is shared by a plurality of adjacent (2, 4 or 9) pixels of the same color in the pixel unit.

この複数の同色画素で一つのマイクロレンズを共有する固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)では、画素に距離情報が存在し、PDAF(Phase Detection Auto Focus)機能を持つことが可能である。
なお、このCMOSイメージセンサにおいては、画素アレイに、PDAF(位相検出オートフォーカス)画素が同色で形成されていることから、通常の撮影モードでは、これらのPDAF画素の感度・シェーディング等を補正する必要がある。
In a solid-state imaging device (CMOS image sensor) in which a single microlens is shared by a plurality of pixels of the same color, distance information exists in the pixel, and it is possible to have a Phase Detection Auto Focus (PDAF) function.
In addition, in this CMOS image sensor, since PDAF (phase detection autofocus) pixels are formed in the same color in the pixel array, in normal shooting mode, it is necessary to correct the sensitivity, shading, etc. of these PDAF pixels.

図1は、4つの同色画素で一つのマイクロレンズを共有し、かつ、PDAF機能を有する固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の画素アレイの画素群の一例を示す図である(たとえば特許文献3参照)。 Figure 1 shows an example of a pixel group in a pixel array of a solid-state imaging device (CMOS image sensor) in which four pixels of the same color share one microlens and which has a PDAF function (see, for example, Patent Document 3).

図1の画素群1は、Gr画素の画素ユニットPU1、R画素の画素ユニットPU2、B画素の画素ユニットPU3、およびGb画素の画素ユニットPU4がベイヤ配列されている。
画素ユニットPU1は、隣接する複数、たとえば2×2の同色(Gr)の4画素PXGrA,PXGrB,PXGrC,PXGrDが配置されている。画素ユニットPU1において、4画素PXGrA,PXGrB,PXGrC,PXGrDに対して1つのマイクロレンズMCL1が配置されている。
画素ユニットPU2は、隣接する複数、たとえば2×2の同色(R)の4画素PXRA,PXRB,PXRC,PXRDが配置されている。画素ユニットPU2において、4画素PXRA,PXRB,PXRC,PXRDに対して1つのマイクロレンズMCL2が配置されている。
画素ユニットPU3は、隣接する複数、たとえば2×2の同色(B)の4画素PXBA,PXBB,PXBC,PXBDが配置されている。画素ユニットPU3において、4画素PXBA,PXBB,PXBC,PXBDに対して1つのマイクロレンズMCL3が配置されている。
画素ユニットPU4は、隣接する複数、たとえば2×2の同色(Gb)の4画素PXGbA,PXGbB,PXGbC,PXGbDが配置されている。画素ユニットPU4において、4画素PXGbA,PXGbB,PXGbC,PXGbDに対して1つのマイクロレンズMCL4が配置されている。
In the pixel group 1 of FIG. 1, a pixel unit PU1 of Gr pixels, a pixel unit PU2 of R pixels, a pixel unit PU3 of B pixels, and a pixel unit PU4 of Gb pixels are arranged in a Bayer array.
The pixel unit PU1 includes a plurality of adjacent pixels, for example, four 2×2 pixels of the same color (Gr) PXGrA, PXGrB, PXGrC, and PXGrD, arranged in a matrix. In the pixel unit PU1, one microlens MCL1 is arranged for the four pixels PXGrA, PXGrB, PXGrC, and PXGrD.
The pixel unit PU2 includes a plurality of adjacent pixels, for example, 2×2 pixels of the same color (R) PXRA, PXRB, PXRC, and PXRD. In the pixel unit PU2, one microlens MCL2 is provided for the four pixels PXRA, PXRB, PXRC, and PXRD.
The pixel unit PU3 includes a plurality of adjacent pixels, for example, 2×2 pixels of the same color (B) PXBA, PXBB, PXBC, and PXBD. In the pixel unit PU3, one microlens MCL3 is provided for the four pixels PXBA, PXBB, PXBC, and PXBD.
The pixel unit PU4 includes a plurality of adjacent pixels, for example, four 2×2 pixels of the same color (Gb) PXGbA, PXGbB, PXGbC, and PXGbD, arranged in the pixel unit PU4. In the pixel unit PU4, one microlens MCL4 is arranged for the four pixels PXGbA, PXGbB, PXGbC, and PXGbD.

この第1の固体撮像装置は、隣接する2つの画素が同時にPDAFピクセルとして機能するため、低照度時のPDAFパフォーマンスが高くなる。 This first solid-state imaging device improves PDAF performance in low illumination conditions because two adjacent pixels simultaneously function as PDAF pixels.

図2は、2つの同色画素で一つのマイクロレンズを共有し、かつ、PDAF機能を有する固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の画素アレイの画素群の一例を示す図である(たとえば特許文献4参照)。 Figure 2 shows an example of a pixel group in a pixel array of a solid-state imaging device (CMOS image sensor) in which two pixels of the same color share one microlens and which has a PDAF function (see, for example, Patent Document 4).

図2の画素群1aは、図1と同様に、Gr画素の画素ユニットPU1、R画素の画素ユニットPU2、B画素の画素ユニットPU3、およびGb画素の画素ユニットPU4がベイヤ配列されている。
画素ユニットPU1は、隣接する複数、たとえば2×2の同色(Gr)の4画素PXGrA,PXGrB,PXGrC,PXGrDが配置されている。画素ユニットPU1において、4画素PXGrA,PXGrB,PXGrC,PXGrDに対してそれぞれマイクロレンズMCL01,MCL02,MCL03,MCL04が配置されている。
画素ユニットPU2は、隣接する複数、たとえば2×2の同色(R)の4画素PXRA,PXRB,PXRC,PXRDが配置されている。画素ユニットPU2において、4画素PXRA,PXRB,PXRC,PXRDに対してそれぞれマイクロレンズMCL11,MCL12,MCL13,MCL14が配置されている。
1, the pixel group 1a in FIG. 2 includes a pixel unit PU1 of Gr pixels, a pixel unit PU2 of R pixels, a pixel unit PU3 of B pixels, and a pixel unit PU4 of Gb pixels arranged in a Bayer array.
The pixel unit PU1 includes a plurality of adjacent pixels, for example, four 2×2 pixels of the same color (Gr) PXGrA, PXGrB, PXGrC, and PXGrD, arranged in a pixel unit PU1. In the pixel unit PU1, microlenses MCL01, MCL02, MCL03, and MCL04 are arranged for the four pixels PXGrA, PXGrB, PXGrC, and PXGrD, respectively.
The pixel unit PU2 includes a plurality of adjacent pixels, for example, 2×2 pixels of the same color (R) PXRA, PXRB, PXRC, and PXRD. In the pixel unit PU2, microlenses MCL11, MCL12, MCL13, and MCL14 are disposed for the four pixels PXRA, PXRB, PXRC, and PXRD, respectively.

画素ユニットPU3は、隣接する複数、同色(B)の4画素PXBA,PXBB,PXBC,PXBDのうちB画素PXBBに代えてG画素PXGBが配置されている。そして、画素ユニットPU3において、3画素PXBA,PXBC,PXBDに対してそれぞれ1つのマイクロレンズMCL21,MCL23,MCL24が配置されている。
画素ユニットPU4は、隣接する複数、2×2の同色(Gb)の4画素PXGbA、PXGbB,PXGbC,PXGbDが配置されている。画素ユニットPU4において、3画素PXGbB,PXGbC,PXGbDに対してそれぞれ1つのマイクロレンズMCL32,MCL33,MCL34が配置されている。
In the pixel unit PU3, a G pixel PXGB is arranged in place of the B pixel PXBB among four adjacent pixels PXBA, PXBB, PXBC, and PXBD of the same color (B). In the pixel unit PU3, microlenses MCL21, MCL23, and MCL24 are arranged for each of the three pixels PXBA, PXBC, and PXBD.
The pixel unit PU4 includes adjacent 2×2 pixels of the same color (Gb), PXGbA, PXGbB, PXGbC, and PXGbD. In the pixel unit PU4, microlenses MCL32, MCL33, and MCL34 are arranged for each of the three pixels PXGbB, PXGbC, and PXGbD.

そして、図2の第2の固体撮像装置においては、画素ユニットPU3の画素PXGBと画素ユニットPU4の画素PXGbAに対し画素ユニットをまたがってマイクロレンズMCL35が配置され、PDAF機能を持つように構成されている。 In the second solid-state imaging device of FIG. 2, a microlens MCL35 is arranged across the pixel units for pixel PXGB of pixel unit PU3 and pixel PXGbA of pixel unit PU4, and is configured to have a PDAF function.

この第2の固体撮像装置においては、PDAF画素として機能するのは1対の画素のみであるため、低照度PDAFのパフォーマンスは低くなる傾向にあるが、光学中心の遮光面積が小さいため、周辺部の遮光特性や感度比特性が高くなる。 In this second solid-state imaging device, only one pair of pixels functions as a PDAF pixel, so the low-illumination PDAF performance tends to be poor, but the light-shielding area at the optical center is small, so the light-shielding characteristics and sensitivity ratio characteristics of the peripheral areas are high.

また、第3の固体撮像装置として、各画素ユニットにおいては各画素に対してそれぞれマイクロレンズが配置され、画素配列中の特定の画素ユニット、たとえばB画素4つに代えてG画素4つを有する画素ユニットにおいて4画素に対して1つのマイクロレンズが配置され、PDAF機能を持つように構成されたものが知られている(たとえば特許文献5参照)。 A third type of solid-state imaging device is known in which a microlens is arranged for each pixel in each pixel unit, and one microlens is arranged for every four pixels in a specific pixel unit in the pixel array, for example, a pixel unit having four G pixels instead of four B pixels, and which is configured to have a PDAF function (see, for example, Patent Document 5).

特開平11-298800号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-298800 特許第5471117号Patent No. 5471117 US 9793313 B2US 9793313 B2 US 10249663 B2US 10249663 B2 US 9807294 B2US 9807294 B2

しかしながら、図1の固体撮像装置においては、隣接する2つの画素が同時にPDAF画素として機能するため、位相差画素自体の感度が高くなり、低照度のPDAFパフォーマンスが高くなる一方、光学中心部の遮光面積の増大により、通常画素(通常撮影時の)の感度低下や、隣接画素との混色が増加するといった不利益がある。 However, in the solid-state imaging device of FIG. 1, two adjacent pixels simultaneously function as PDAF pixels, which increases the sensitivity of the phase difference pixel itself and improves PDAF performance in low illumination. However, there are disadvantages, such as a decrease in sensitivity of the normal pixel (during normal shooting) and increased color mixing with adjacent pixels, due to an increase in the light-shielding area of the optical center.

また、図2の固体撮像装置においては、低照度被写体撮影時のオートフォーカス機能が劣化する課題がある。但し、各通常画素では画素と1対1でマイクロレンズが形成されているため、集光中心における遮光膜のよる集光損失や散乱が少ない。また、通常画素・位相差画素で2種類のため通常画撮影時の感度・隣接画素との混色は良好である。 The solid-state imaging device in Figure 2 also has the problem of degraded autofocus functionality when photographing a subject in low light. However, because a microlens is formed in a one-to-one correspondence with each normal pixel, there is little light collection loss or scattering due to the light-shielding film at the center of light collection. In addition, because there are two types of pixels, normal pixels and phase difference pixels, the sensitivity when photographing normal images and color mixing with adjacent pixels are good.

また、上記第3の固体撮像装置においては、隣接する2つの画素が同時にPDAF画素として機能するため、低照度のPDAFパフォーマンスが高くなり、光学中心の遮光面積が小さいため、周辺部の遮光特性や感度比特性が高いという利点があるものの、以下の不利益がある。
この構成は2種類の異なるレンズ形状が必要なため、感度のばらつきが大きくなる。
また、PDAF画素部分が青(B)から緑(G)に置き換わるため、色補正が必要になり、青(B)の解像度が低下してしまう。
In addition, in the above-mentioned third solid-state imaging device, since two adjacent pixels simultaneously function as PDAF pixels, the PDAF performance in low illuminance is improved, and since the light-shielding area at the optical center is small, the light-shielding characteristics and sensitivity ratio characteristics of the peripheral parts are high. However, there are the following disadvantages.
This configuration requires two different lens shapes, resulting in a large variation in sensitivity.
In addition, since the PDAF pixel portion is replaced with green (G) instead of blue (B), color correction is required, and the resolution of blue (B) decreases.

さらに、画素サイズの小型化、微細化に伴う課題について考察する。
前述したように、近年、スマートフォンなどのカメラセットの小型化に伴い、画素サイズの小型化が進んでいる。感度劣化を改善するためには、同一色の複数の画素が隣接する画素配列が主流となっている。
一方、カメラセットのオートフォーカスの手法は、合焦速度の速いPDAF方式が主流となっている。スマートフォン用の微細画素では、隣接する2つ、または4つのピクセル上に共通のマイクロレンズを形成することで位相差検出機能を付与する方式が主流である。
In addition, we will consider the issues that arise with miniaturization and miniaturization of pixel size.
As mentioned above, in recent years, pixel sizes have been decreasing along with the miniaturization of camera sets such as smartphones. In order to improve sensitivity degradation, pixel arrays in which multiple pixels of the same color are adjacent to each other have become mainstream.
On the other hand, the autofocus method for camera sets is mainly the PDAF method, which has a fast focusing speed. For the fine pixels of smartphones, the method of providing a phase difference detection function by forming a common microlens on two or four adjacent pixels is mainstream.

ところが、上記の従来の方式では、オートフォーカスに使える画素の数はせいぜい1画素か2画素であり、画素の微細化に伴いオートフォーカス時の感度の低下が課題となってきている。 However, with the conventional method described above, the number of pixels that can be used for autofocus is at most one or two, and as pixels become finer, the decrease in sensitivity during autofocus becomes an issue.

また、この合焦時の感度改善のため、該当位相差画素に比較的近い他の位相差画素の信号を信号処理時に加算する手法も開発されているが、加算処理の増加に伴うフレームレートの低下を伴う。この方式では加算する同位相の画素間の距離は離れることによるオートフォーカス性能(測距性能)が低下し、近づけると信号補正時の補正痕が課題となるというトレードオフオフの関係となり、オートフォーカス性能と画質(補正痕無し)の両立が難しいといった課題がある。 To improve sensitivity when focusing, a method has been developed in which signals from other phase difference pixels that are relatively close to the relevant phase difference pixel are added during signal processing, but this increases the amount of adding processing, resulting in a drop in frame rate. With this method, there is a trade-off between the autofocus performance (distance measurement performance) that decreases as the distance between the same-phase pixels to be added increases, while moving them closer together results in issues with correction marks left by the signal correction. This makes it difficult to achieve both autofocus performance and image quality (without correction marks).

さらに、オートフォーカスに関連する課題について述べる。
たとえば、上述したような第3の固体撮像装置においては、画素配列中の特定の画素ユニット、たとえばB画素4つに代えてG画素4つを有する画素ユニットが、通常画素領域の通常画素ユニットと同等の位相差検出画素として形成され、G画素4つを有する画素ユニットにおいて4画素に対して1つのマイクロレンズが配置され、PDAF機能を持つように構成される。
また、たとえば図2の固体撮像装置においては、位相差検出画素を含む領域では、同一のフローティングディフュージョンFDに2色以上の信号を読み出す必要がある。
Furthermore, issues related to autofocus are discussed.
For example, in the third solid-state imaging device as described above, a specific pixel unit in the pixel array, for example a pixel unit having four G pixels instead of four B pixels, is formed as a phase difference detection pixel equivalent to a normal pixel unit in the normal pixel region, and in the pixel unit having four G pixels, one microlens is arranged for every four pixels, and the pixel unit is configured to have a PDAF function.
Furthermore, in the solid-state imaging device of FIG. 2, for example, in a region including a phase difference detection pixel, signals of two or more colors need to be read out to the same floating diffusion FD.

ところが、いずれの場合も、オートフォーカス制御のための位相差検出信号と通常画素の画素信号を同時並列的に読み出すことができないために、特に画素加算時の位相差駆動を伴うフレームレートが遅くなるという不利益がある。 However, in either case, the phase difference detection signal for autofocus control and the pixel signal of the normal pixel cannot be read out simultaneously in parallel, which has the disadvantage that the frame rate slows down, especially when phase difference driving is performed during pixel addition.

本発明は、微細化画素においても位相差検出画素の感度低下を抑制することができ、入射光量の低い撮影シーンにおいても高速かつ良好な合焦性能を持つ高い位相差性能を実現することが可能で、しかも位相差検出画素群において同一の読み出しノードに同色の画素信号を、高画質でフレームレートを落とすことなく読み出すことが可能な固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器を提供することにある。 The present invention aims to provide a solid-state imaging device, a method for manufacturing a solid-state imaging device, and an electronic device that can suppress a decrease in sensitivity of phase difference detection pixels even in miniaturized pixels, achieve high phase difference performance with high speed and good focusing performance even in shooting scenes with a low amount of incident light, and can read out pixel signals of the same color to the same readout node in a group of phase difference detection pixels with high image quality and without reducing the frame rate.

本発明の第1の観点の固体撮像装置は、光電変換部を含む複数の画素がアレイ状に配置された画素部を有し、前記画素部においては、隣接する複数の同色画素を含む複数の画素ユニットにより形成される通常画素群と、前記通常画素群の前記画素ユニットを形成する画素の数より多い数の同色の位相差検出画素を含んで形成され、焦点機能を制御するための位相差情報を検出するための位相差検出画素群と、が混載され、前記位相差検出画素群は、複数の同色画素がマトリクス状に、第1方向および前記第1方向に直交する第2方向の少なくともいずれか一方の方向に延設するようにして形成され、配置方向の中央領域における複数の位相差検出画素のうち少なくとも2つの位相差検出画素の光電変換部に光を入射する少なくとも一つの共有型マイクロレンズを含み、前記中央領域における少なくとも一つの位相差検出画素により取得した位相差検出信号と前記配置方向の端部領域における画素により取得した信号を同じ読み出しノードに読み出し可能である。 The solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention has a pixel section in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion section are arranged in an array, and in the pixel section, a normal pixel group formed by a plurality of pixel units including a plurality of adjacent pixels of the same color and a phase difference detection pixel group formed by including a number of phase difference detection pixels of the same color that is greater than the number of pixels forming the pixel units of the normal pixel group, for detecting phase difference information for controlling a focus function are mixed, and the phase difference detection pixel group is formed so that a plurality of pixels of the same color are extended in at least one direction of a first direction and a second direction perpendicular to the first direction in a matrix form, and includes at least one shared microlens that introduces light into the photoelectric conversion section of at least two of the plurality of phase difference detection pixels in the central region of the arrangement direction, and the phase difference detection signal acquired by at least one phase difference detection pixel in the central region and the signal acquired by the pixel in the end region of the arrangement direction can be read out to the same readout node.

本発明の第2の観点は、光電変換部を含む複数の画素がアレイ状に配置された画素部を有し、前記画素部においては、隣接する複数の同色画素を含む複数の画素ユニットにより形成される通常画素群と、前記通常画素群の前記画素ユニットを形成する画素の数より多い数の同色の位相差検出画素を含んで形成され、焦点機能を制御するための位相差情報を検出するための位相差検出画素群と、が混載されている固体撮像装置の製造方法であって、前記位相差検出画素群の形成工程において、複数の同色画素をマトリクス状に、第1方向および前記第1方向に直交する第2方向の少なくともいずれか一方の方向に延設するようにして形成し、配置方向の中央領域における複数の位相差検出画素のうち少なくとも2つの位相差検出画素の光電変換部に光を入射する少なくとも一つの共有型マイクロレンズを形成し、前記中央領域における少なくとも一つの位相差検出画素により取得した位相差検出信号と前記配置方向の端部領域における画素により取得した信号を同じ読み出しノードに読み出し可能に形成する。 The second aspect of the present invention is a method for manufacturing a solid-state imaging device having a pixel section in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion section are arranged in an array, and in the pixel section, a normal pixel group formed by a plurality of pixel units including a plurality of adjacent pixels of the same color and a phase difference detection pixel group formed including a number of phase difference detection pixels of the same color that is greater than the number of pixels forming the pixel units of the normal pixel group, for detecting phase difference information for controlling a focus function are mixed. In the phase difference detection pixel group formation process, a plurality of same-color pixels are formed in a matrix shape so as to extend in at least one direction of a first direction and a second direction perpendicular to the first direction, and at least one shared microlens that introduces light into the photoelectric conversion section of at least two of the plurality of phase difference detection pixels in the central region of the arrangement direction is formed so that the phase difference detection signal acquired by at least one phase difference detection pixel in the central region and the signal acquired by the pixel in the end region of the arrangement direction can be read out to the same readout node.

本発明の第3の観点の電子機器は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置に被写体像を結像する光学系と、を有し、前記固体撮像装置は、光電変換部を含む複数の画素がアレイ状に配置された画素部を有し、前記画素部においては、隣接する複数の同色画素を含む複数の画素ユニットにより形成される通常画素群と、前記通常画素群の前記画素ユニットを形成する画素の数より多い数の同色の位相差検出画素を含んで形成され、焦点機能を制御するための位相差情報を検出するための位相差検出画素群と、が混載され、前記位相差検出画素群は、複数の同色画素がマトリクス状に、第1方向および前記第1方向に直交する第2方向の少なくともいずれか一方の方向に延設するようにして形成され、配置方向の中央領域における複数の位相差検出画素のうち少なくとも2つの位相差検出画素の光電変換部に光を入射する少なくとも一つの共有型マイクロレンズを含み、前記中央領域における少なくとも一つの位相差検出画素により取得した位相差検出信号と前記配置方向の端部領域における画素により取得した信号を同じ読み出しノードに読み出し可能である。 The electronic device according to the third aspect of the present invention includes a solid-state imaging device and an optical system that forms a subject image on the solid-state imaging device. The solid-state imaging device has a pixel section in which a plurality of pixels including a photoelectric conversion section are arranged in an array. In the pixel section, a normal pixel group formed by a plurality of pixel units including a plurality of adjacent pixels of the same color and a phase difference detection pixel group formed by including a number of phase difference detection pixels of the same color that is greater than the number of pixels forming the pixel units of the normal pixel group, for detecting phase difference information for controlling a focus function are mixed. The phase difference detection pixel group is formed so that a plurality of pixels of the same color are extended in at least one direction of a first direction and a second direction perpendicular to the first direction in a matrix form, and includes at least one shared microlens that introduces light into the photoelectric conversion section of at least two phase difference detection pixels among the plurality of phase difference detection pixels in the central region of the arrangement direction, and the phase difference detection signal acquired by at least one phase difference detection pixel in the central region and the signal acquired by the pixel in the end region of the arrangement direction can be read out to the same readout node.

本発明によれば、微細化画素においても位相差検出画素の感度低下を抑制することができ、入射光量の低い撮影シーンにおいても高速かつ良好な合焦性能を持つ高い位相差性能を実現することが可能となる。
また、本発明によれば、位相差検出画素群において同一の読み出しノードに同色の画素信号を、高画質でフレームレートを落とすことなく読み出すことが可能となる。
According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in sensitivity of a phase difference detection pixel even in a miniaturized pixel, and it is possible to achieve high phase difference performance with high speed and good focusing performance even in a shooting scene with a low amount of incident light.
Furthermore, according to the present invention, pixel signals of the same color can be read out to the same readout node in a phase difference detection pixel group with high image quality and without decreasing the frame rate.

4つの同色画素で一つのマイクロレンズを共有し、かつ、PDAF機能を有する固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の画素アレイの画素群の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a pixel group in a pixel array of a solid-state imaging device (CMOS image sensor) in which four pixels of the same color share one microlens and which has a PDAF function. 2つの同色画素で一つのマイクロレンズを共有し、かつ、PDAF機能を有する固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の画素アレイの画素群の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of a pixel group in a pixel array of a solid-state imaging device (CMOS image sensor) in which two pixels of the same color share one microlens and which has a PDAF function. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of the configuration of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施形態に係る画素部における画素アレイの形成例を示す図である。2A to 2C are diagrams illustrating an example of a pixel array in a pixel section according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る画素アレイを形成する画素群の一例を抽出して示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a pixel group that forms a pixel array according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群の一例を示す図である。2 is a diagram showing an example of a phase difference detection pixel group forming a pixel array according to the first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第1の実施形態に係る位相差検出画素群の画素配列の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a pixel array of a phase difference detection pixel group according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群およびその隣接領域の一例を示す簡略断面図である。1 is a simplified cross-sectional view showing an example of a phase difference detection pixel group and its adjacent region that form a pixel array according to a first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第1の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群における素子分離部の一例を示す図である。4 is a diagram showing an example of an element isolation unit in a phase difference detection pixel group that forms a pixel array according to the first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素群の4つの画素で1つのフローティングディフュージョンを共有する画素ユニットの一例を示す回路図である。2 is a circuit diagram showing an example of a pixel unit in which one floating diffusion is shared by four pixels of a pixel group of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第2の実施形態に係る画素部の画素アレイにおける位相差検出画素群の形成例を示す図である。13 is a diagram showing an example of formation of a phase difference detection pixel group in a pixel array of a pixel unit according to a second embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第2の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群およびその隣接領域の一例を示す簡略断面図である。FIG. 11 is a simplified cross-sectional view showing an example of a phase difference detection pixel group and its adjacent region that form a pixel array according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群における素子分離部の形成例を示す図である。13A to 13C are diagrams illustrating an example of formation of an element isolation portion in a phase difference detection pixel group that forms a pixel array according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群における素子分離部の形成例を示す図である。13A to 13C are diagrams illustrating an example of formation of an element isolation portion in a phase difference detection pixel group that forms a pixel array according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群における素子分離部の形成例を示す図である。13A and 13B are diagrams illustrating an example of formation of an element isolation portion in a phase difference detection pixel group that forms a pixel array according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群における素子分離部の形成例を示す図である。13A to 13C are diagrams illustrating an example of formation of an element isolation portion in a phase difference detection pixel group that forms a pixel array according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像装置が適用される電子機器の構成の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of a configuration of an electronic device to which a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention is applied;

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図3は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る画素部における画素アレイの形成例を示す図である。
本実施形態において、固体撮像装置10は、たとえばCMOSイメージセンサにより構成される。
First Embodiment
FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of forming a pixel array in a pixel section according to the first embodiment of the present invention.
In this embodiment, the solid-state imaging device 10 is formed of, for example, a CMOS image sensor.

この固体撮像装置10は、図3に示すように、画素アレイを含む画素部20、垂直走査回路(行走査回路)30、読み出し回路(カラム読み出し回路)40、水平走査回路(列走査回路)50、およびタイミング制御回路60を主構成要素として有している。
また、これらの構成要素のうち、たとえば垂直走査回路30、読み出し回路40、水平走査回路50、およびタイミング制御回路60により画素信号の読み出し駆動制御部70が構成される。
As shown in FIG. 3, the solid-state imaging device 10 has as its main components a pixel section 20 including a pixel array, a vertical scanning circuit (row scanning circuit) 30, a readout circuit (column readout circuit) 40, a horizontal scanning circuit (column scanning circuit) 50, and a timing control circuit 60.
Among these components, for example, the vertical scanning circuit 30, the readout circuit 40, the horizontal scanning circuit 50, and the timing control circuit 60 constitute a pixel signal readout drive control unit 70.

本第1の実施形態の固体撮像装置10において、図4に示すように、画素部20は、光電変換部(PD)を含む複数の画素PXがアレイ状(マトリクス状)に配置されて形成されている。
本第1の実施形態の画素部20においては、隣接する複数(本例では4つ)の同色画素PXを含む複数(本例では4)の画素ユニットPUにより形成される画素群PXG11,PXG112,PXG13,PXG14が2×2のマトリクス状に配置されている。
より具体的には、本第1の実施形態の画素部20においては、隣接する複数(本例では4つ)の同色画素PXを含む複数(本例では4)の画素ユニットPUにより形成される通常画素群NPXGと、焦点機能を制御するための位相差情報を検出するための位相差検出画素群PDXGと、が混載されて構成されている。
In the solid-state imaging device 10 according to the first embodiment, as shown in FIG. 4, the pixel section 20 is formed by arranging a plurality of pixels PX, each including a photoelectric conversion section (PD), in an array (matrix).
In the pixel section 20 of this first embodiment, pixel groups PXG11, PXG12, PXG13, and PXG14 formed by a plurality (four in this example) of pixel units PU each including a plurality (four in this example) of adjacent same-color pixels PX are arranged in a 2 x 2 matrix.
More specifically, the pixel section 20 of this first embodiment is configured to include a normal pixel group NPXG formed by a plurality (four in this example) of pixel units PU including a plurality (four in this example) of adjacent same-color pixels PX, and a phase difference detection pixel group PDXG for detecting phase difference information for controlling the focus function.

図4の例では、後述するように、画素群PXG11,PXG12,PXG14が通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14として適用され、画素群PXG13の一部が位相差検出画素群PDXG10として援用されている。 In the example of Figure 4, as described below, pixel groups PXG11, PXG12, and PXG14 are applied as normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14, and a portion of pixel group PXG13 is used as phase difference detection pixel group PDXG10.

位相差検出画素群PDXG10は、通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14の画素ユニットPUを形成する画素NPXの数(4)より多い数(5以上、本例では8)の同色(本例では緑色(G))の位相差検出画素PDPXを含んで形成されている。 The phase difference detection pixel group PDXG10 is formed by including a greater number (five or more, eight in this example) of phase difference detection pixels PDPX of the same color (green (G) in this example) than the number (four) of pixels NPX that form the pixel units PU of the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14.

さらに、本第1の実施形態の通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14においては、各画素ユニットPUを形成する各画素NPXに対して平面視して略円形をなすように形成された1つの個別型マイクロレンズPMCL1が配置されている。
これに対して、位相差検出画素群PDXG10は、位相差検出画素群を形成する配置方向(本例では第1方向)の中央領域ACTRにおける4つの位相差検出画素PDPXの光電変換部に光を入射する平面視して略円形をなすように形成された1つの共有型マイクロレンズCMCL10と、配置方向の端部領域AEDGにおける4つの画素PDPXの光電変換部に光を入射する平面視して略円形をなすように形成された4つの個別型マイクロレンズPMCL20が配置されている。
Furthermore, in the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14 of this first embodiment, one individual microlens PMCL1 formed to form an approximately circular shape in a planar view is arranged for each pixel NPX that forms each pixel unit PU.
In contrast, the phase difference detection pixel group PDXG10 is arranged such that one shared microlens CMCL10 is formed so as to form an approximately circular shape in a planar view in which light is incident on the photoelectric conversion units of the four phase difference detection pixels PDPX in a central region ACTR in the arrangement direction (first direction in this example) in which the phase difference detection pixel group is formed, and four individual microlenses PMCL20 are formed so as to form an approximately circular shape in a planar view in which light is incident on the photoelectric conversion units of the four pixels PDPX in an end region AEDG in the arrangement direction.

位相差検出画素群PDXG10は、たとえば、通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14に隣接して配置されている2つの画素ユニットPU211,PU212を第1方向および前記第1方向に直交する第2方向の少なくともいずれか一方の方向(本実施形態では第1方向、X方向)に延設するようにして形成されている。 The phase difference detection pixel group PDXG10 is formed, for example, by extending two pixel units PU211, PU212 arranged adjacent to the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, NPXG14 in at least one of a first direction and a second direction perpendicular to the first direction (the first direction, X direction in this embodiment).

2つの画素ユニットPU211,PU212は、同色(G)の画素ユニットとして形成されている。 The two pixel units PU211 and PU212 are formed as pixel units of the same color (G).

位相差検出画素群PDXG10は、複数(ここでは8)の同色画素がマトリクス状に、第1方向(X方向)および第1方向に直交する第2方向(Y方向)の少なくともいずれか一方の方向(本例ではX方向)に延設するようにして、2×4のマトリクス状に形成されている。 The phase difference detection pixel group PDXG10 is formed in a 2 x 4 matrix with multiple (here, 8) same-color pixels arranged in a matrix in at least one direction (X direction in this example) between a first direction (X direction) and a second direction (Y direction) perpendicular to the first direction.

そして、位相差検出画素群PDXG10は、配置方向の中央領域ACTRにおける少なくとも一つの位相差検出画素PDPXにより取得した位相差検出信号と配置方向の端部領域AEDGにおける画素PXにより取得した信号を同じ(共通の)読み出しノードとしてのフローティングディフュージョンFD11に読み出し可能である。 The phase difference detection pixel group PDXG10 can read out a phase difference detection signal acquired by at least one phase difference detection pixel PDPX in the central region ACTR in the arrangement direction and a signal acquired by a pixel PX in the end region AEDG in the arrangement direction to the floating diffusion FD11 as the same (common) readout node.

本実施形態の位相差検出画素群PDXG10は、共有型マイクロレンズCMCL10による光が入射される一対の第1組の位相差検出画素PDPX1と第2組の位相差検出画素PDPX2を含み、第1組の位相差検出画素PDPX1から読み出された位相差検出信号と第2組の位相差検出画素PDPX2から読み出された位相差検出信号とは異なる読み出しノードとしての第1のフローティングディフュージョンFD11および第2のフローティングディフュージョンFD12に読み込まれる。 The phase difference detection pixel group PDXG10 of this embodiment includes a pair of a first set of phase difference detection pixels PDPX1 and a second set of phase difference detection pixels PDPX2 to which light is incident by the shared microlens CMCL10, and the phase difference detection signal read out from the first set of phase difference detection pixels PDPX1 and the phase difference detection signal read out from the second set of phase difference detection pixels PDPX2 are read into a first floating diffusion FD11 and a second floating diffusion FD12 as different readout nodes.

さらに、本実施形態の画素部20において、画素PX間の境界部には不要な光の入射を防止する遮光膜SLDFが形成されている。
そして、位相差検出画素群PDXG10においては、位相差検出信号を取得するための中央領域ACTRにおける少なくとも一つの位相差検出画素PDPXと、信号を取得するための端部領域AEDGにおける検出画素DPX間の境界部の少なくとも一部に、不要な光の入射を防止する遮光膜SLDF20が端部領域AEDGにおける検出画素DPXの少なくとも一部に空間的に重なるように形成されている。
換言すると、端部領域AEDGにおける検出画素DPX上であって、中央領域ACTRにおける境界部から端部に向かって略半分の領域に、不要な光の入射を防止する遮光膜SLDF20が個別型マイクロレンズPMCL20等と空間的に重なるように形成されている。
Furthermore, in the pixel section 20 of this embodiment, a light shielding film SLDF for preventing the incidence of unnecessary light is formed at the boundary between the pixels PX.
In the phase difference detection pixel group PDXG10, a light-shielding film SLDF20 that prevents unnecessary light from entering is formed on at least a portion of the boundary between at least one phase difference detection pixel PDPX in the central region ACTR for acquiring a phase difference detection signal and a detection pixel DPX in the end region AEDG for acquiring a signal, so as to spatially overlap at least a portion of the detection pixel DPX in the end region AEDG.
In other words, on the detection pixel DPX in the end region AEDG, a light-shielding film SLDF20 that prevents the incidence of unnecessary light is formed in approximately half of the area from the boundary in the central region ACTR toward the end, so as to spatially overlap with the individual microlenses PMCL20, etc.

また、本実施形態では、混色やブルーミングを抑制するために、位相差検出画素PDPXと通常画素NPXの境界部、位相差検出画素群PDXG10内の画素境界部のうちの少なくともいずれ一方で遮光膜SLDFの幅が他の領域より太く(厚く、広く)形成されている。 In addition, in this embodiment, in order to suppress color mixing and blooming, the width of the light-shielding film SLDF is made thicker (thicker, wider) than in other regions in at least one of the boundary between the phase difference detection pixel PDPX and the normal pixel NPX and the pixel boundary within the phase difference detection pixel group PDXG10.

なお、以上に構成等の概要について述べた位相差検出画素群PDXG10の具体的な構成例等については、後で説明する。 Specific configuration examples of the phase difference detection pixel group PDXG10, the configuration of which has been outlined above, will be described later.

以上のように、本実施形態では、画素部20において、通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14は、第1の同色画素ユニットPU111、第2の同色画素ユニットPU112、第3の同色画素ユニットPU113、および第4の同色画素ユニットの4つが、第1方向に、第1の同色画素ユニットPU111と第2の同色画素ユニットPU112が隣接するとともに、第3の同色画素ユニットPU113と第4の同色画素ユニットPU114が隣接し、第1方向に直交する第2方向に、第1の同色画素ユニットPU111と第3の同色画素ユニットPU113が隣接するとともに、第2の同色画素ユニットPU112と第4の同色画素ユニットPU114が隣接するように正方配列されている。
そして、第1の同色画素ユニットPU111、第2の同色画素ユニットPU112、第3の同色画素ユニットPU113、および第4の同色画素ユニットPU114のそれぞれは、画素ユニットPUを形成する複数の同色の通常画素NPXが、q×q(qは2以上の正の整数)のマトリクス状に配列され、通常画素NPXごとに、通常画素NPXの光電変換部に光を入射する個別型マイクロレンPMCL1がそれぞれ形成されている。
あるいは、第1の同色画素ユニットPU111、第2の同色画素ユニットPU112、第3の同色画素ユニットPU113、および第4の同色画素ユニットPU114のそれぞれは、画素ユニットPUを形成する複数の同色の通常画素NPXが、q×q(qは2以上の正の整数)のマトリクス状に配列され、各画素ユニットの4通常画素NPXに対して1つの共有型のマイクロレンズCMCL20が配置されていてもよい。
As described above, in this embodiment, in the pixel section 20, the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14 are four units, namely the first same-color pixel unit PU111, the second same-color pixel unit PU112, the third same-color pixel unit PU113, and the fourth same-color pixel unit, which are arranged in a square such that in the first direction, the first same-color pixel unit PU111 and the second same-color pixel unit PU112 are adjacent to each other, and the third same-color pixel unit PU113 and the fourth same-color pixel unit PU114 are adjacent to each other, and in the second direction perpendicular to the first direction, the first same-color pixel unit PU111 and the third same-color pixel unit PU113 are adjacent to each other, and the second same-color pixel unit PU112 and the fourth same-color pixel unit PU114 are adjacent to each other.
Each of the first same-color pixel unit PU111, the second same-color pixel unit PU112, the third same-color pixel unit PU113, and the fourth same-color pixel unit PU114 has a plurality of same-color normal pixels NPX that form a pixel unit PU arranged in a matrix of q x q (q is a positive integer of 2 or more), and each normal pixel NPX has an individual type microlens PMCL1 that introduces light into the photoelectric conversion unit of the normal pixel NPX.
Alternatively, each of the first same-color pixel unit PU111, the second same-color pixel unit PU112, the third same-color pixel unit PU113, and the fourth same-color pixel unit PU114 may have a plurality of same-color normal pixels NPX that form the pixel unit PU arranged in a q x q matrix (q is a positive integer greater than or equal to 2), and one shared microlens CMCL20 is arranged for every four normal pixels NPX of each pixel unit.

また、本実施形態では、通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14の第1の同色画素ユニットPU111および第4の同色画素ユニットPU114を形成する通常画素NPX、並びに、位相差検出画素群PDXG10内の位相差検出画素ユニットPU211,PU212を形成する位相差検出画素PDPXは、同色の画素(たとえば緑色(G))により形成されている。 In addition, in this embodiment, the normal pixels NPX that form the first same-color pixel unit PU111 and the fourth same-color pixel unit PU114 of the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14, and the phase difference detection pixels PDPX that form the phase difference detection pixel units PU211 and PU212 in the phase difference detection pixel group PDXG10 are formed of pixels of the same color (for example, green (G)).

垂直走査回路30は、タイミング制御回路60の制御に応じてシャッター行および読み出し行において行走査制御線を通して画素の駆動を行う。
また、垂直走査回路30は、アドレス信号に従い、信号の読み出しを行うリード行と、フォトダイオードPDに蓄積された電荷をリセットするシャッター行の行アドレスの行選択信号を出力する。
The vertical scanning circuit 30 drives pixels in the shutter row and the readout row through row scanning control lines under the control of the timing control circuit 60 .
Furthermore, the vertical scanning circuit 30 outputs a row selection signal of the row address of a read row for reading out a signal and a shutter row for resetting the charge accumulated in the photodiode PD in accordance with the address signal.

通常のピクセル読み出し動作においては、読み出し制御系の垂直走査回路30による駆動により、シャッタースキャンが行われ、その後、読み出しスキャンが行われる。 In normal pixel readout operation, a shutter scan is performed by the vertical scanning circuit 30 of the readout control system, and then a readout scan is performed.

読み出し回路40は、画素部20の各列出力に対応して配置された複数の列信号処理回路(図示せず)を含み、複数の列信号処理回路で列並列処理が可能に構成されてもよい。 The readout circuit 40 may include multiple column signal processing circuits (not shown) arranged corresponding to each column output of the pixel section 20, and may be configured to enable column parallel processing by the multiple column signal processing circuits.

読み出し回路40は、相関二重サンプリング(CDS:Correlated Double Sampling)回路やADC(アナログデジタルコンバータ;AD変換器)、アンプ(AMP,増幅器)、サンプルホールド(S/H)回路等を含んで構成可能である。 The readout circuit 40 can be configured to include a correlated double sampling (CDS) circuit, an analog-to-digital converter (ADC), an amplifier (AMP), a sample-and-hold (S/H) circuit, etc.

水平走査回路50は、読み出し回路40のADC等の複数の列信号処理回路で処理された信号を走査して水平方向に転送し、信号処理回路に出力する。 The horizontal scanning circuit 50 scans the signals processed by multiple column signal processing circuits such as the ADC of the readout circuit 40, transfers them in the horizontal direction, and outputs them to the signal processing circuit.

タイミング制御回路60は、画素部20、垂直走査回路30、読み出し回路40、水平走査回路50等の信号処理に必要なタイミング信号を生成する。 The timing control circuit 60 generates timing signals necessary for signal processing of the pixel section 20, vertical scanning circuit 30, readout circuit 40, horizontal scanning circuit 50, etc.

なお、本実施形態においては、読み出し駆動制御部70の制御の下、通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14の通常画素NPXの画素信号、並びに、位相差検出画素群PDXG10の位相差検出画素PDPXによる位相差情報を全て加算して読み出し可能に構成されている。 In this embodiment, under the control of the read drive control unit 70, the pixel signals of the normal pixels NPX in the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14, and the phase difference information from the phase difference detection pixels PDPX in the phase difference detection pixel group PDXG10 are all added together and read out.

以下、固体撮像装置10の画素部20、並びに、画素部20における複数の同色画素(本例では同色の4画素)を含む画素ユニット、通常画素群、位相差検出画素群等の具体的な構成、配置等、並びに、各部の構成および機能の概要について説明する。 The following describes the pixel section 20 of the solid-state imaging device 10, as well as the specific configuration and arrangement of the pixel unit including multiple pixels of the same color (in this example, four pixels of the same color) in the pixel section 20, the normal pixel group, the phase difference detection pixel group, etc., and an overview of the configuration and function of each part.

(画素部20の画素アレイ200、画素群PXG、画素ユニットPU、位相差検出画素群PDXG10の構成例)
図4は、本発明の第1の実施形態に係る画素部における画素アレイの形成例を示す図である。
図5は、本発明の第1の実施形態に係る画素アレイを形成する画素群の一例を抽出して示す図である。
図6は、本発明の第1の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群の一例を示す図である。
図7は、本発明の第1の実施形態に係る位相差検出画素群の画素配列の一例を示す図である。
図8は、本発明の第1の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群およびその隣接領域の一例を示す簡略断面図である。
図9は、本発明の第1の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群における素子分離部の一例を示す図である。
図10は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素群の4つの画素で1つのフローティングディフュージョンを共有する画素ユニットの一例を示す回路図である。
(Examples of the configuration of the pixel array 200, pixel group PXG, pixel unit PU, and phase difference detection pixel group PDXG10 of the pixel section 20)
FIG. 4 is a diagram showing an example of forming a pixel array in a pixel section according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a pixel group that forms a pixel array according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a phase difference detection pixel group that forms a pixel array according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a pixel array of a phase difference detection pixel group according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a simplified cross-sectional view showing an example of a phase difference detection pixel group forming a pixel array according to the first embodiment of the present invention and its adjacent region.
FIG. 9 is a diagram showing an example of an element isolation unit in a phase difference detection pixel group that forms a pixel array according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a pixel unit in which one floating diffusion is shared by four pixels in a pixel group of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.

なお、本実施形態において、第1方向は、たとえば複数の画素が行列状に配列される画素部20の列方向(水平方向、X方向)または行方向(垂直方向、Y方向)または斜め方向である、
以下の説明では、一例として、第1方向は列方向(水平方向、X方向)とする。これに伴い第2方向は行方向(垂直方向、Y方向)とする。
In this embodiment, the first direction is, for example, a column direction (horizontal direction, X direction), a row direction (vertical direction, Y direction), or a diagonal direction of the pixel unit 20 in which a plurality of pixels are arranged in a matrix.
In the following description, as an example, the first direction is the column direction (horizontal direction, X direction), and the second direction is the row direction (vertical direction, Y direction).

画素部20は、フォトダイオード(光電変換部)と画素内アンプとを含む複数の画素PXが2次元の行列状(マトリクス状)に配列されて画素アレイ200が形成されている。 The pixel section 20 is configured by arranging a plurality of pixels PX, each of which includes a photodiode (photoelectric conversion section) and an in-pixel amplifier, in a two-dimensional matrix to form a pixel array 200.

上述したように、画素部20は、図4に示すように、光電変換を行う複数の同色画素(PX)を含む画素ユニット(PU)がアレイ状(図4の例ではマトリクス状)に配置されて形成されている。
画素部20においては、隣接する複数(本例では4つ)の同色画素PXを含む複数(本例では4)の画素ユニットPUにより形成される画素群PXG11,PXG12,PXG13,PXG14が2×2のマトリクス状に配置されている。
より具体的には、画素部20は、隣接する複数(本例では4つ)の同色画素PXを含む複数(本例では4)の画素ユニットPUにより形成される通常画素群NPXGと、焦点機能を制御するための位相差情報を検出するための位相差検出画素群PDXG10と、が混載されて構成されている。
As described above, the pixel section 20 is formed by arranging pixel units (PU) including a plurality of same-color pixels (PX) that perform photoelectric conversion in an array (in the example of FIG. 4, in a matrix shape) as shown in FIG.
In the pixel section 20, pixel groups PXG11, PXG12, PXG13, and PXG14 formed by a plurality (four in this example) of pixel units PU each including a plurality (four in this example) of adjacent same-color pixels PX are arranged in a 2x2 matrix.
More specifically, the pixel section 20 is configured by mixing a normal pixel group NPXG formed by a plurality (four in this example) of pixel units PU including a plurality (four in this example) of adjacent same-color pixels PX, and a phase difference detection pixel group PDXG10 for detecting phase difference information for controlling the focus function.

図4の例では、後述するように、画素群PXG11,PXG12,PXG14が通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14として適用され、画素群PXG13の一部が位相差検出画素群PDXG10として援用されている。 In the example of Figure 4, as described below, pixel groups PXG11, PXG12, and PXG14 are applied as normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14, and a portion of pixel group PXG13 is used as phase difference detection pixel group PDXG10.

画素PXは、基本的には、フォトダイオードと複数の画素トランジスタを含んで構成される。複数の画素トランジスタとしては、たとえば転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅機能を有するソースフォロワトランジスタ、選択トランジスタを含む。
ただし、本第1の実施形態では、一例として、図5および図10に示すように、画素ユニットPUの4つの同色画素PXで1つのフローティングディフュージョンFD(Floating Diffusion;浮遊拡散層)を共有する4画素共有構成が採用されている。
具体的には、後で詳述するように、4つの同色画素PXでフローティングディフュージョンFD11、リセットトランジスタRST11-Tr、ソースフォロワトランジスタSF11-Tr、および選択トランジスタSEL11-Trが共有されている。
また、共有されるフローティングディフュージョンFD11は、たとえば任意の画素の感度値の補正の際に、補正で参照する同じ画素ユニットPUの複数の画素から読み出す画素信号の加算部として機能する。
Each pixel PX basically includes a photodiode and a plurality of pixel transistors, such as a transfer transistor, a reset transistor, a source follower transistor having an amplification function, and a selection transistor.
However, in this first embodiment, as an example, a four-pixel sharing configuration is adopted in which four same-color pixels PX of a pixel unit PU share one floating diffusion FD (Floating Diffusion layer), as shown in Figures 5 and 10.
Specifically, as will be described in detail later, four same-color pixels PX share a floating diffusion FD11, a reset transistor RST11-Tr, a source follower transistor SF11-Tr, and a selection transistor SEL11-Tr.
Furthermore, the shared floating diffusion FD11 functions as an adder of pixel signals read out from a plurality of pixels of the same pixel unit PU that are referenced for correction, for example, when correcting the sensitivity value of an arbitrary pixel.

本第1の実施形態の画素アレイ200は、隣接した複数(本第1の実施形態では4)の同色画素PXを、q×q(qは2以上の整数、本第1の実施形態では2×2)の正方配列にして画素ユニットPUが形成されて、隣接する4つの画素ユニットPUにより画素群PXGが形成され、複数の画素群PXGがマトリクス状に配列されて画素アレイ200が構成されている。 In the pixel array 200 of the first embodiment, a pixel unit PU is formed by arranging multiple adjacent (four in the first embodiment) same-color pixels PX in a q×q (q is an integer equal to or greater than 2, 2×2 in the first embodiment) square array, and four adjacent pixel units PU form a pixel group PXG, and the pixel array 200 is constituted by arranging multiple pixel groups PXG in a matrix.

図4の例では、図面の簡単化のため、4つの画素群PXG11,PXG12,PXG13,PXG14が2×2のマトリクス状に配置された画素アレイ200が示されている。 In the example of Figure 4, in order to simplify the drawing, a pixel array 200 is shown in which four pixel groups PXG11, PXG12, PXG13, and PXG14 are arranged in a 2 x 2 matrix.

(画素群PXGおよび画素ユニットPUの構成)
図4において、画素群PXG11は、G(Gb)画素の画素ユニットPU111、B画素の画素ユニットPU112、R画素の画素ユニットPU113、およびG(Gr)画素の画素ユニットPU114がベイヤ配列されている。画素群PXG11は通常画素群NPXG11として形成されている。
(Configuration of pixel group PXG and pixel unit PU)
4, the pixel group PXG11 has a pixel unit PU111 of G (Gb) pixels, a pixel unit PU112 of B pixels, a pixel unit PU113 of R pixels, and a pixel unit PU114 of G (Gr) pixels arranged in a Bayer array. The pixel group PXG11 is formed as a normal pixel group NPXG11.

画素群PXG12は、G(Gb)画素の画素ユニットPU121、B画素の画素ユニットPU122、R画素の画素ユニットPU123、およびG(Gr)画素の画素ユニットPU124がベイヤ配列されている。画素群PXG12は通常画素群NPXG12として形成されている。 The pixel group PXG12 has a pixel unit PU121 of a G (Gb) pixel, a pixel unit PU122 of a B pixel, a pixel unit PU123 of an R pixel, and a pixel unit PU124 of a G (Gr) pixel arranged in a Bayer array. The pixel group PXG12 is normally formed as a pixel group NPXG12.

画素群PXG13は、G(Gb)画素の画素ユニットPU131、G画素の画素ユニットPU132、R画素の画素ユニットPU133、およびG(Gr)画素の画素ユニットPU134がベイヤ配列されている。
画素群PXG13は、通常画素群NPXG13として形成する場合にはB画素が適用される画素ユニットPU132の画素が画素ユニットPU131(または画素ユニットPU134)と同色のG画素により形成されている。
そして、画素群PXG13の一部が位相差検出画素群PDXG10として援用されている。
具体的には、G画素の画素ユニットPU131を位相差検出用の画素ユニットPU211として、画素ユニットPU131に対してX方向に隣接して延設するように接続されたG画素の画素ユニットPU132を位相差検出用の画素ユニットPU212として援用して、位相差検出画素群PDXG10が形成されている。
The pixel group PXG13 includes a pixel unit PU131 of G (Gb) pixels, a pixel unit PU132 of G pixels, a pixel unit PU133 of R pixels, and a pixel unit PU134 of G (Gr) pixels arranged in a Bayer array.
When the pixel group PXG13 is formed as a normal pixel group NPXG13, the pixels of the pixel unit PU132 to which B pixels are applied are formed by G pixels of the same color as the pixel unit PU131 (or pixel unit PU134).
A part of the pixel group PXG13 is used as a phase difference detection pixel group PDXG10.
Specifically, the pixel unit PU131 of the G pixel is used as a pixel unit PU211 for phase difference detection, and the pixel unit PU132 of the G pixel, which is connected so as to extend adjacent to the pixel unit PU131 in the X direction, is used as a pixel unit PU212 for phase difference detection, thereby forming the phase difference detection pixel group PDXG10.

そして、位相差検出画素群PDXG10は、通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14の画素ユニットPUを形成する画素NPXの数(4)より多い数(5以上、本例では2×4=8)の同色(本例では緑色(G))の位相差検出画素PDPXを含んで形成されている。
これにより、固体撮像装置10は、微細化画素においても位相差画素の感度低下を抑制することができ、入射光量の低い撮影シーンにおいても高速かつ良好な合焦性能を持つ高い位相差性能を実現することが可能となることを実現している。
The phase difference detection pixel group PDXG10 is formed to include a greater number (5 or more, 2 x 4 = 8 in this example) of phase difference detection pixels PDPX of the same color (green (G) in this example) than the number (4) of pixels NPX that form the pixel units PU of the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14.
As a result, the solid-state imaging device 10 can suppress a decrease in sensitivity of phase difference pixels even in miniaturized pixels, and realizes that it is possible to achieve high phase difference performance with high speed and good focusing performance even in shooting scenes with a low amount of incident light.

画素群PXG14は、G(Gr)画素の画素ユニットPU141、B画素の画素ユニットPU142、R画素の画素ユニットPU143、およびG(Gr)画素の画素ユニットPU144がベイヤ配列されている。画素群PXG14は通常画素群NPXG14として形成されている。 The pixel group PXG14 is a Bayer array of pixel units PU141 for G (Gr) pixels, pixel units PU142 for B pixels, pixel units PU143 for R pixels, and pixel units PU144 for G (Gr) pixels. The pixel group PXG14 is formed as a normal pixel group NPXG14.

また、本実施形態では、混色やブルーミングを抑制するために、位相差検出画素PDPXと通常画素NPXの境界部、位相差検出画素群PDXG10内の画素境界部のうちの少なくともいずれ一方で遮光膜SLDFの幅が他の領域より厚く(太く、広く)形成されている。 In addition, in this embodiment, in order to suppress color mixing and blooming, the width of the light-shielding film SLDF is made thicker (wider) than in other regions in at least one of the boundary between the phase difference detection pixel PDPX and the normal pixel NPX and the pixel boundary within the phase difference detection pixel group PDXG10.

(位相差検出画素群PDXG10の構成例)
ここで、本第1の実施形態に係る位相差検出画素群PDXG10の具体的な構成例について説明する。
本第1の実施形態の通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14においては、各画素ユニットPUを形成する各画素NPXに対して平面視して略円形をなすように形成された1つの個別型マイクロレンズPMCL1が配置されている。
(Configuration example of phase difference detection pixel group PDXG10)
Here, a specific configuration example of the phase difference detection pixel group PDXG10 according to the first embodiment will be described.
In the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14 of the first embodiment, one individual microlens PMCL1 formed to have a substantially circular shape in a plan view is disposed for each pixel NPX that forms each pixel unit PU.

これに対して、位相差検出画素群PDXG10は、図6に示すように、位相差検出画素群PDXG10を形成する配置方向の中央領域ACTRにおける4つの位相差検出画素PDPX(以下、PDXと呼ぶ(表記する)場合もある)の光電変換部に光を入射する平面視して略円形をなすように形成された1つの共有型マイクロレンズCMCL10が配置されている。
また、位相差検出画素群PDXG10においては、配置方向の端部領域AEDGにおける4つの画素PDPXの光電変換部に光を入射する平面視して略円形をなすように形成された4つの個別型マイクロレンズPMCL20(21~24)
が配置されている。
In contrast, as shown in FIG. 6, the phase difference detection pixel group PDXG10 is arranged with one shared microlens CMCL10 that is arranged so as to form an approximately circular shape in a planar view, in which light is incident on the photoelectric conversion units of four phase difference detection pixels PDPX (hereinafter, sometimes referred to (or written as) PDX) in a central region ACTR in the arrangement direction that forms the phase difference detection pixel group PDXG10.
In addition, in the phase difference detection pixel group PDXG10, four individual microlenses PMCL20 (21 to 24) are formed to form a substantially circular shape in a plan view, which allow light to be incident on the photoelectric conversion units of the four pixels PDPX in the end area AEDG in the arrangement direction.
are placed.

位相差検出画素群PDXG10は、たとえば、通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14に隣接して配置されている2つの画素ユニットPU211,PU212を第1方向および第1方向に直交する第2方向の少なくともいずれか一方の方向(本実施形態では第1方向、X方向)に延設するようにして形成されている。 The phase difference detection pixel group PDXG10 is formed, for example, by extending two pixel units PU211, PU212 arranged adjacent to the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, NPXG14 in at least one of a first direction and a second direction perpendicular to the first direction (the first direction, X direction in this embodiment).

2つの画素ユニットPU211,PU212は、同色(G)の画素ユニットとして形成されている。 The two pixel units PU211 and PU212 are formed as pixel units of the same color (G).

なお、各画素ユニットPU211~PU212において、図8に示すように、各同色画素としての2画素PX-A~PX-Bは、光電変換領域PD(1,2)の光入射部分において、第1の素子分離部ESPL1により2つに分離されている。第1の素子分離部ESPL1は、たとえばバックサイド分離部としてのバックサイドメタルBSMにより2つに分離されている。
また、光電変換領域PDにおいて、バックサイドメタルBSM等により形成される第1の素子分離部ESPL1と光電変換領域PDの深さ方向に空間的に重なるように、トレンチ型バックサイド分離としての第2の素子分離部ESPL2が形成されている。第2の素子分離部RSPL2は、たとえばバックサイドディープトレンチアイソレーション(BDTI)により形成される。
これにより、同色画素PX-Aは第1の光電変換領域を含み、同色画素PX-Bは第2の光電変換領域を含んでいる。
また、色が異なる画素ユニット間も、第1の素子分離部ESPL1(たとえばBSM)、あるいは第1の素子分離部ESPL1(たとえばBSM)と第2の素子分離部ESPL2(たとえばBDTI)により分離されている。
なお、図8の例において、色が異なる画素ユニット間における遮光能力を強化するために、第1の素子分離部ESPL1(たとえばBSM)と第2の素子分離部ESPL2(たとえばBDTI)の膜厚を厚くして素子分離を行うように形成することも可能である。
8, in each of the pixel units PU211 to PU212, two pixels PX-A to PX-B as pixels of the same color are separated into two by a first element isolation portion ESPL1 in the light incidence portion of the photoelectric conversion region PD(1,2). The first element isolation portion ESPL1 is separated into two by, for example, a backside metal BSM as a backside isolation portion.
In addition, in the photoelectric conversion region PD, a second element isolation portion ESPL2 as a trench-type backside isolation is formed so as to spatially overlap with the first element isolation portion ESPL1 formed by a backside metal BSM or the like in the depth direction of the photoelectric conversion region PD. The second element isolation portion RSPL2 is formed by, for example, backside deep trench isolation (BDTI).
As a result, the same-color pixel PX-A includes a first photoelectric conversion region, and the same-color pixel PX-B includes a second photoelectric conversion region.
Moreover, pixel units of different colors are also isolated by a first element isolation portion ESPL1 (for example, BSM), or by a first element isolation portion ESPL1 (for example, BSM) and a second element isolation portion ESPL2 (for example, BDTI).
In the example of Figure 8, in order to strengthen the light-shielding ability between pixel units of different colors, it is also possible to form the first element isolation portion ESPL1 (e.g., BSM) and the second element isolation portion ESPL2 (e.g., BDTI) so as to have a thicker film thickness for element isolation.

なお、バックサイドメタル部BSM等により形成される第1の素子分離部ESPL1は、たとえば金、アルミニウム、チタン、銅、クロム、パラジウム、ニッケル、銀、タングステン等により形成される。 The first element isolation portion ESPL1 formed by the backside metal portion BSM or the like is formed of, for example, gold, aluminum, titanium, copper, chromium, palladium, nickel, silver, tungsten, or the like.

このように、本実施形態では、上述したように、混色やブルーミングを抑制するために、位相差検出画素PDPXと通常画素NPXの境界部、位相差検出画素群PDXG10内の画素境界部のうちの少なくともいずれ一方で遮光膜SLDF幅が他の領域より厚く(太く、広く)形成されている。 As described above, in this embodiment, in order to suppress color mixing and blooming, the width of the light-shielding film SLDF is made thicker (wider) than in other regions at least in one of the boundaries between the phase difference detection pixels PDPX and normal pixels NPX and the pixel boundaries within the phase difference detection pixel group PDXG10.

本第1の実施形態に係る位相差検出画素群PDXG10は、図6に示すように、第1の画素ユニットPU211側に形成された第1の遮光膜SLDF21と、第2の画素ユニットPU212側に形成された第2の遮光膜SLDF22と、を有している。 As shown in FIG. 6, the phase difference detection pixel group PDXG10 according to the first embodiment has a first light-shielding film SLDF21 formed on the first pixel unit PU211 side and a second light-shielding film SLDF22 formed on the second pixel unit PU212 side.

そして、位相差検出画素群PDXG10は、配置方向の中央領域ACTRにおける少なくとも一つの位相差検出画素PDPXにより取得した位相差検出信号と配置方向の端部領域AEDGにおける画素PXにより取得した信号を同じ(共通の)読み出しノードとしてのフローティングディフュージョンFD11(FD12)に読み出し可能である。 The phase difference detection pixel group PDXG10 can read out a phase difference detection signal acquired by at least one phase difference detection pixel PDPX in the central region ACTR in the arrangement direction and a signal acquired by a pixel PX in the end region AEDG in the arrangement direction to the floating diffusion FD11 (FD12) as the same (common) readout node.

本第1の実施形態の位相差検出画素群PDXG10は、共有型マイクロレンズCMCL10による光が入射される一対の第1組の位相差検出画素PDPX1と第2組の位相差検出画素PDPX2を含み、第1組の位相差検出画素PDPX1から読み出された位相差検出信号と第2組の位相差検出画素PDPX2から読み出された位相差検出信号とは異なる読み出しノードとしてのフローティングディフュージョンFD11,FD12に読み込まれる。 The phase difference detection pixel group PDXG10 of this first embodiment includes a pair of a first set of phase difference detection pixels PDPX1 and a second set of phase difference detection pixels PDPX2 to which light is incident through the shared microlens CMCL10, and the phase difference detection signal read out from the first set of phase difference detection pixels PDPX1 and the phase difference detection signal read out from the second set of phase difference detection pixels PDPX2 are read into floating diffusions FD11 and FD12 as different readout nodes.

さらに、本第1の実施形態の画素部20において、画素PX間の境界部には不要な光の入射を防止する遮光膜SLDF21,SLDF22が形成されている。
そして、位相差検出画素群PDXG10においては、位相差検出信号を取得するための中央領域ACTRにおける少なくとも一つの位相差検出画素PDPXと、信号を取得するための端部領域AEDGにおける検出画素DPX間の境界部の少なくとも一部に、不要な光の入射を防止する遮光膜SLDF21,22が端部領域AEDGにおける検出画素DPXの少なくとも一部に空間的に重なるように形成されている。
換言すると、端部領域AEDG1,2における検出画素DPX上であって、中央領域ACTRにおける境界部BDR11,BDR12から端部TP1,TP2に向かって略半分の領域に、不要な光の入射を防止する遮光膜SLDF21,SLDF22が個別型マイクロレンズPMCL20等と空間的に重なるように形成されている。
Furthermore, in the pixel section 20 of the first embodiment, light shielding films SLDF21 and SLDF22 for preventing the incidence of unnecessary light are formed at the boundaries between the pixels PX.
In the phase difference detection pixel group PDXG10, at least one phase difference detection pixel PDPX in the central region ACTR for acquiring a phase difference detection signal and at least a portion of the boundary between the detection pixel DPX in the end region AEDG for acquiring a signal, light-shielding films SLDF21, 22 for preventing the incidence of unnecessary light are formed so as to spatially overlap at least a portion of the detection pixel DPX in the end region AEDG.
In other words, on the detection pixel DPX in the end regions AEDG1, 2, light-shielding films SLDF21, SLDF22 that prevent the incidence of unnecessary light are formed in approximately half of the area from the boundaries BDR11, BDR12 in the central region ACTR toward the ends TP1, TP2, so as to spatially overlap with the individual microlenses PMCL20, etc.

ここで、位相差検出画素群PDXG10のより具体的な構成例について説明する。 Here, we will explain a more specific example configuration of the phase difference detection pixel group PDXG10.

位相差検出画素群PDXG10において、第1の画素ユニットPU211は、図6に示すように、第1の同色画素DPX1、第2の同色画素DPX2、第3の同色画素DPX3および第4の同色画素DPX4の4つが、第1方向(X方向、または第2方向(Y方向))に、第1の同色画素DPX1と第2の同色画素DPX2が隣接するとともに、第3の同色画素DPX3と第4の同色画素DPX4が隣接し、第1方向(または第2方向)に直交する第2方向(または第1方向)に、第1の同色画素DPX1と第3の同色画素DPX3が隣接するとともに、第2の同色画素DPX2と第4の同色画素DPX4が隣接するように正方配列されている。 In the phase difference detection pixel group PDXG10, the first pixel unit PU211 has four pixels, a first same-color pixel DPX1, a second same-color pixel DPX2, a third same-color pixel DPX3, and a fourth same-color pixel DPX4, which are arranged in a square shape as shown in FIG. 6, such that the first same-color pixel DPX1 and the second same-color pixel DPX2 are adjacent to each other in the first direction (X direction or second direction (Y direction)), and the third same-color pixel DPX3 and the fourth same-color pixel DPX4 are adjacent to each other in the second direction (or first direction) perpendicular to the first direction (or second direction).

第2の画素ユニットPU212は、第5の同色画素DPX5、第6の同色画素DPX6、第7の同色画素DPX7、および第8の同色画素DPX8の4つが、第1方向(または第2方向)に、第5の同色画素DPX5と第6の同色画素DPX6が隣接するとともに、第7の同色画素DPX7と第8の同色画素DPX8が隣接し、第1方向(または第2方向)に直交する第2方向(または第1方向)に、第5の同色画素DPX5と第7の同色画素DPX7が隣接するとともに、第6の同色画素DPX6と第8の同色画素DPX8が隣接するように正方配列されている。 The second pixel unit PU212 has four pixels of the same color: a fifth pixel of the same color DPX5, a sixth pixel of the same color DPX6, a seventh pixel of the same color DPX7, and an eighth pixel of the same color DPX8. The pixels are arranged in a square such that the fifth pixel of the same color DPX5 and the sixth pixel of the same color DPX6 are adjacent to each other in the first direction (or the second direction), and the seventh pixel of the same color DPX7 and the eighth pixel of the same color DPX8 are adjacent to each other in the second direction (or the first direction) perpendicular to the first direction (or the second direction).

第1の画素ユニットPU211と第2の画素ユニットPU212は、第1方向(または第2方向)に、第2の同色画素DPX2と第5の同色画素DPX5が隣接するとともに、第4の同色画素DPX4と第7の同色画素DPX7が隣接するように配列されている。 The first pixel unit PU211 and the second pixel unit PU212 are arranged in the first direction (or the second direction) such that the second same-color pixel DPX2 and the fifth same-color pixel DPX5 are adjacent to each other, and the fourth same-color pixel DPX4 and the seventh same-color pixel DPX7 are adjacent to each other.

位相差検出画素群PDXG10において、配置方向の中央領域ACTRの画素ユニットPU213は、第1の画素ユニットPU211の第2の同色画素DPX2、第4の同色画素DPX4、並びに、第2の画素ユニットPU212の第5の同色画素DPX5、および第7の同色画素DPX7の4つが正方配列されて形成されている。 In the phase difference detection pixel group PDXG10, the pixel unit PU213 in the central region ACTR in the arrangement direction is formed by a square arrangement of four pixels: the second same-color pixel DPX2 and the fourth same-color pixel DPX4 of the first pixel unit PU211, and the fifth same-color pixel DPX5 and the seventh same-color pixel DPX7 of the second pixel unit PU212.

位相差検出画素群PDXG10は、第1の画素ユニットPU211における第1の同色画素DPX1、第2の同色画素DPX2、第3の同色画素DPX3、および第4の同色画素DPX4の4つが、第1の読み出しノードとしての第1のフローティングディフュージョンFD11を共有する第1の共有構造CMN1を有する。
位相差検出画素群PDXG10は、第2の画素ユニットPU212における第5の同色画素DPX5、第6の同色画素DPX6、第7の同色画素DPX7、および第8の同色画素DPX8の4つが、第2の読み出しノードとしての第2のフローティングディフュージョンFD12を共有する第2の共有構造CMN2を有する。
The phase difference detection pixel group PDXG10 has a first sharing structure CMN1 in which four pixels in the first pixel unit PU211, namely a first same-color pixel DPX1, a second same-color pixel DPX2, a third same-color pixel DPX3, and a fourth same-color pixel DPX4, share a first floating diffusion FD11 as a first readout node.
The phase difference detection pixel group PDXG10 has a second sharing structure CMN2 in which four pixels in the second pixel unit PU212, namely, the fifth same-color pixel DPX5, the sixth same-color pixel DPX6, the seventh same-color pixel DPX7, and the eighth same-color pixel DPX8, share a second floating diffusion FD12 as a second readout node.

位相差検出画素群PDXG10は、中央領域ACTRの画素ユニットPU213においては、一つの共有型マイクロレンズCMCL10が、第1の画素ユニットPU211の第2の同色画素DPXの光電変換部PD2、第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4、並びに、第2の画素ユニットPU212の第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5、および第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7に光を入射するように配置されている。 In the pixel unit PU213 of the central region ACTR, the phase difference detection pixel group PDXG10 is arranged such that one shared microlens CMCL10 causes light to be incident on the photoelectric conversion unit PD2 of the second same-color pixel DPX of the first pixel unit PU211, the photoelectric conversion unit PD4 of the fourth same-color pixel DPX4, the photoelectric conversion unit PD5 of the fifth same-color pixel DPX5 of the second pixel unit PU212, and the photoelectric conversion unit PD7 of the seventh same-color pixel DPX7.

また、位相差検出画素群PDXG10において、第1の個別型マイクロレンズPMCL21が、第1の画素ユニットPU211の第1の同色画素のDPX1の光電変換部PD1に光を入射するように配置されている。
第2の個別型マイクロレンズPMCL22が、第1の画素ユニットPU211の第3の同色画素DPX3の光電変換部PD3に光を入射するように配置されている。
第3の個別型マイクロレンズPMCL23が、第2の画素ユニットPU212の第6の同色画素DPX6の光電変換部PD6に光を入射するように配置されている。
第4の個別型マイクロレンズPMCL24が、第2の画素ユニットPU212の第8の同色画素DPX8の光電変換部PD8に光を入射するように配置されている。
Furthermore, in the phase difference detection pixel group PDXG10, the first individual microlens PMCL21 is arranged so as to make light incident on the photoelectric conversion unit PD1 of the first same-color pixel DPX1 of the first pixel unit PU211.
The second individual microlens PMCL22 is disposed so as to make light incident on the photoelectric conversion unit PD3 of the third same-color pixel DPX3 of the first pixel unit PU211.
The third individual type microlens PMCL23 is disposed so as to make light incident on the photoelectric conversion unit PD6 of the sixth same-color pixel DPX6 of the second pixel unit PU212.
The fourth individual type microlens PMCL24 is disposed so as to make light incident on the photoelectric conversion unit PD8 of the eighth same-color pixel DPX8 of the second pixel unit PU212.

また、位相差検出画素群PDXG10において、第1の端部領域AEDG1を形成する第1の画素ユニットPU211の第1の同色画素DPX1および第3の同色画素DPX3と、中央領域ACTRの画素ユニットPU213の第2の同色画素DPX2および第4の同色画素DPX4との第1の境界部BDR1から第1の端部領域AEDG1に向かって第1の個別型マイクロレンズPMCL21および第2の個別型マイクロレンズPMCL22の少なくとも一部に空間的に重なるように、不要な光の入射を防止する第1の遮光膜SLDF1が形成されている。 In addition, in the phase difference detection pixel group PDXG10, a first light-shielding film SLDF1 that prevents the incidence of unnecessary light is formed from a first boundary portion BDR1 between the first same-color pixel DPX1 and the third same-color pixel DPX3 of the first pixel unit PU211 that forms the first end region AEDG1 and the second same-color pixel DPX2 and the fourth same-color pixel DPX4 of the pixel unit PU213 in the central region ACTR toward the first end region AEDG1 so as to spatially overlap at least a portion of the first individual type microlens PMCL21 and the second individual type microlens PMCL22.

本第1の実施形態においては、第1の境界部BDR1から第1の端部領域AEDG1に向かって第1の個別型マイクロレンズPMCL21および第2の個別型マイクロレンズPMCL22の略半分の領域に空間的に重なるように、不要な光の入射を防止する第1の遮光膜SLDF21が形成されている。 In this first embodiment, a first light-shielding film SLDF21 that prevents the incidence of unnecessary light is formed so as to spatially overlap approximately half of the area of the first individual type microlens PMCL21 and the second individual type microlens PMCL22 from the first boundary portion BDR1 toward the first end region AEDG1.

さらにまた、位相差検出画素群PDXG10において、第2の端部領域AEDG2を形成する第2の画素ユニットPU212の第6の同色画素DPX6および第8の同色画素DPX8と、中央領域ACTRの画素ユニットPU213の第5の同色画素DPX5および第7の同色画素DPX7との第2の境界部BDR2から第1の端部とは反対方向である第2の端部に向かって第3の個別型マイクロレンズPMCL23および第4の個別型マイクロレンズPMCL24の少なくとも一部に空間的に重なるように、不要な光の入射を防止する第2の遮光膜SLDF22が形成されている。 Furthermore, in the phase difference detection pixel group PDXG10, a second light-shielding film SLDF22 that prevents the incidence of unnecessary light is formed from the second boundary portion BDR2 between the sixth same-color pixel DPX6 and the eighth same-color pixel DPX8 of the second pixel unit PU212 that forms the second end region AEDG2 and the fifth same-color pixel DPX5 and the seventh same-color pixel DPX7 of the pixel unit PU213 in the central region ACTR toward the second end in the opposite direction to the first end, so as to spatially overlap at least a portion of the third individual type microlens PMCL23 and the fourth individual type microlens PMCL24.

本第1の実施形態においては、第2の境界部BDR2から第2の端部領域AEDG2に向かって第3の個別型マイクロレンズPMCL23および第4の個別型マイクロレンズPMCL24の略半分の領域に空間的に重なるように、不要な光の入射を防止する第2の遮光膜SLDF2が形成されている。 In this first embodiment, a second light-shielding film SLDF2 that prevents the incidence of unnecessary light is formed so as to spatially overlap approximately half of the area of the third individual type microlens PMCL23 and the fourth individual type microlens PMCL24 from the second boundary portion BDR2 toward the second end region AEDG2.

位相差検出画素群PDXG10は、図7、図9に示すように、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4間、第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5間、第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間に、BSM、あるいはBSMとBDTI等により構成される素子分離部220(221~224)が形成されている。 As shown in Figures 7 and 9, in the pixel unit PU213 of the central region ACTR, the phase difference detection pixel group PDXG10 has element isolation sections 220 (221 to 224) formed of BSM or BSM and BDTI, etc. between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4, between the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7, between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5, and between the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7.

上述したように、本第1の実施形態では、図10に示すように、画素ユニットの4つの同色画素で1つのフローティングディフュージョンFDを共有する4画素共有構成が採用されていてもよい。
ここで、画素ユニットの4つの同色画素で1つのフローティングディフュージョンFDを共有する4画素共有の一構成例について説明する。
As described above, in the first embodiment, as shown in FIG. 10, a four-pixel sharing configuration in which four pixels of the same color in a pixel unit share one floating diffusion FD may be adopted.
Here, a description will be given of an example of a four-pixel sharing configuration in which one floating diffusion FD is shared by four pixels of the same color in a pixel unit.

(画素ユニットの4画素共有の構成例)
図10は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素群の4つの画素で1つのフローティングディフュージョンを共有する画素ユニットの回路系の一例を示している。
(Example of a configuration in which four pixels are shared in a pixel unit)
FIG. 10 shows an example of a circuit system of a pixel unit in which one floating diffusion is shared by four pixels of a pixel group of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.

図10の画素部20において、画素群PXGの画素ユニットPUは、4つの画素(本実施形態では色画素、ここではG画素)、すなわち、第1色画素PX11、第2色画素PX12、第3色画素PX13、および第4色画素PX14が2×2の正方に配置されている。 In the pixel section 20 of FIG. 10, the pixel unit PU of the pixel group PXG has four pixels (color pixels in this embodiment, G pixels here), namely, a first color pixel PX11, a second color pixel PX12, a third color pixel PX13, and a fourth color pixel PX14, arranged in a 2×2 square.

第1色画素PX11は、第1光電変換領域により形成されるフォトダイオードPD11、および転送トランジスタTG11-Trを含んで構成されている。 The first color pixel PX11 includes a photodiode PD11 formed by the first photoelectric conversion region, and a transfer transistor TG11-Tr.

第2色画素PX12は、第2光電変換領域により形成されるフォトダイオードPD12、および転送トランジスタTG12-Trを含んで構成されている。 The second color pixel PX12 includes a photodiode PD12 formed by the second photoelectric conversion region, and a transfer transistor TG12-Tr.

第3色画素PX13は、第3光電変換領域により形成されるフォトダイオードPD13、および転送トランジスタTG13-Trを含んで構成されている。 The third color pixel PX13 includes a photodiode PD13 formed by a third photoelectric conversion region, and a transfer transistor TG13-Tr.

第4色画素PX14は、第4光電変換領域により形成されるフォトダイオードPD14、および転送トランジスタTG14-Trを含んで構成されている。 The fourth color pixel PX14 includes a photodiode PD14 formed by a fourth photoelectric conversion region, and a transfer transistor TG14-Tr.

そして、画素群PXGを形成する画素ユニットPUは、4つの色画素PX11,PX12,PX13,PX14で、フローティングディフュージョンFD11、リセットトランジスタRST11-Tr、ソースフォロワトランジスタSF11-Tr、および選択トランジスタSEL11-Trが共有されている。 The pixel unit PU that forms the pixel group PXG has four color pixels PX11, PX12, PX13, and PX14, which share the floating diffusion FD11, reset transistor RST11-Tr, source follower transistor SF11-Tr, and selection transistor SEL11-Tr.

このような4画素共有構成において、たとえば第1色画素PX11、第2色画素PX12、第3色画素PX13、第4色画素PX14が、同色、たとえばG(Gr,Gb(緑))画素として形成される。
たとえば、第1色画素PX11のフォトダイオードPD11が第1の緑色(G)光電変換部として機能し、第2色画素PX12のフォトダイオードPD12が第2の緑色(G)光電変換部として機能し、第3色画素PX13のフォトダイオードPD13が第3の緑色(G)光電変換部として機能し、第4色画素PX14のフォトダイオードPD14が第4の緑色(G)光電変換部として機能する。
In such a four-pixel sharing configuration, for example, the first color pixel PX11, the second color pixel PX12, the third color pixel PX13, and the fourth color pixel PX14 are formed as pixels of the same color, for example, G (Gr, Gb (green)).
For example, the photodiode PD11 of the first color pixel PX11 functions as a first green (G) photoelectric conversion unit, the photodiode PD12 of the second color pixel PX12 functions as a second green (G) photoelectric conversion unit, the photodiode PD13 of the third color pixel PX13 functions as a third green (G) photoelectric conversion unit, and the photodiode PD14 of the fourth color pixel PX14 functions as a fourth green (G) photoelectric conversion unit.

フォトダイオードPD11、PD12、PD13、PD14としては、たとえば埋め込みフォトダイオード(PPD)が用いられる。
フォトダイオードPD11,PD12,PD13,PD14を形成する基板表面にはダングリングボンドなどの欠陥による表面準位が存在するため、熱エネルギーによって多くの電荷(暗電流)が発生し、正しい信号が読み出せなくなってしまう。
埋め込みフォトダイオード(PPD)では、フォトダイオードPDの電荷蓄積部を基板内に埋め込むことで、暗電流の信号への混入を低減することが可能となる。
As the photodiodes PD11, PD12, PD13, and PD14, for example, buried photodiodes (PPDs) are used.
Since the surface of the substrate on which the photodiodes PD11, PD12, PD13, and PD14 are formed has a surface state due to defects such as dangling bonds, a large amount of charge (dark current) is generated by thermal energy, making it impossible to read out a correct signal.
In a buried photodiode (PPD), the charge storage portion of the photodiode PD is embedded in a substrate, making it possible to reduce the inclusion of dark current in a signal.

フォトダイオードPD11,PD12,PD13,PD14は、入射光量に応じた量の信号電荷(ここでは電子)を発生し、蓄積する。
以下、信号電荷は電子であり、各トランジスタがn型トランジスタである場合について説明するが、信号電荷がホールであったり、各トランジスタがp型トランジスタであっても構わない。
The photodiodes PD11, PD12, PD13, and PD14 generate and accumulate signal charges (electrons in this case) in amounts corresponding to the amount of incident light.
In the following, a case will be described in which the signal charges are electrons and each transistor is an n-type transistor, but the signal charges may be holes and each transistor may be a p-type transistor.

転送トランジスタTG11-Trは、フォトダイオードPD11とフローティングディフュージョンFD11の間に接続され、制御信号TG11により導通状態が制御される。
転送トランジスタTG11-Trは、読み出し制御系の制御の下、制御信号TG11が所定レベルのハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードPD11で光電変換され蓄積された電荷(電子)をフローティングディフュージョンFD11に転送する。
The transfer transistor TG11-Tr is connected between the photodiode PD11 and the floating diffusion FD11, and its conduction state is controlled by a control signal TG11.
Under the control of the readout control system, the transfer transistor TG11-Tr is selected and turned on during the period when the control signal TG11 is at a predetermined high level (H), and transfers the charge (electrons) photoelectrically converted and accumulated in the photodiode PD11 to the floating diffusion FD11.

転送トランジスタTG12-Trは、フォトダイオードPD12とフローティングディフュージョンFD11の間に接続され、制御信号TG12により導通状態が制御される。
転送トランジスタTG12-Trは、読み出し制御系の制御の下、制御信号TG12が所定レベルのハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードPD12で光電変換され蓄積された電荷(電子)をフローティングディフュージョンFD11に転送する。
The transfer transistor TG12-Tr is connected between the photodiode PD12 and the floating diffusion FD11, and its conduction state is controlled by a control signal TG12.
Under the control of the readout control system, the transfer transistor TG12-Tr is selected and becomes conductive during the period when the control signal TG12 is at a predetermined high level (H), and transfers the charge (electrons) photoelectrically converted and accumulated in the photodiode PD12 to the floating diffusion FD11.

転送トランジスタTG13-Trは、フォトダイオードPD13とフローティングディフュージョンFD11の間に接続され、制御信号TG13により導通状態が制御される。
転送トランジスタTG13-Trは、読み出し制御系の制御の下、制御信号TG13が所定レベルのハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードPD13で光電変換され蓄積された電荷(電子)をフローティングディフュージョンFD11に転送する。
The transfer transistor TG13-Tr is connected between the photodiode PD13 and the floating diffusion FD11, and its conduction state is controlled by a control signal TG13.
Under the control of the readout control system, the transfer transistor TG13-Tr is selected and becomes conductive during the period when the control signal TG13 is at a predetermined high level (H), and transfers the charge (electrons) photoelectrically converted and accumulated in the photodiode PD13 to the floating diffusion FD11.

転送トランジスタTG14-Trは、フォトダイオードPD14とフローティングディフュージョンFD11の間に接続され、制御信号TG14により導通状態が制御される。
転送トランジスタTG14-Trは、読み出し制御系の制御の下、制御信号TG14が所定レベルのハイレベル(H)の期間に選択されて導通状態となり、フォトダイオードPD14で光電変換され蓄積された電荷(電子)をフローティングディフュージョンFD11に転送する。
The transfer transistor TG14-Tr is connected between the photodiode PD14 and the floating diffusion FD11, and its conduction state is controlled by a control signal TG14.
Under the control of the readout control system, the transfer transistor TG14-Tr is selected and becomes conductive during the period when the control signal TG14 is at a predetermined high level (H), and transfers the charge (electrons) photoelectrically converted and accumulated in the photodiode PD14 to the floating diffusion FD11.

リセットトランジスタRST11-Trは、図10に示すように、電源線VDD(または電源電位)とフローティングディフュージョンFD11の間に接続され、制御信号RST11により導通状態が制御される。
リセットトランジスタRST11-Trは、読み出し制御系の制御の下、たとえば読み出しスキャン時に、制御信号RST11がHレベルの期間に選択されて導通状態となり、フローティングディフュージョンFD11を電源線VDD(またはVRst)の電位にリセットする。
As shown in FIG. 10, the reset transistor RST11-Tr is connected between the power supply line VDD (or power supply potential) and the floating diffusion FD11, and its conduction state is controlled by a control signal RST11.
Under the control of the read control system, for example, during a read scan, the reset transistor RST11-Tr is selected and turned on while the control signal RST11 is at H level, and resets the floating diffusion FD11 to the potential of the power supply line VDD (or VRst).

ソースフォロワトランジスタSF11-Trと選択トランジスタSEL11-Trは、電源線VDDと垂直信号線LSGNの間に直列に接続されている。
ソースフォロワトランジスタSF11-TrのゲートにはフローティングディフュージョンFD11が接続され、選択トランジスタSEL11-Trは制御信号)SEL11により導通状態が制御される。
選択トランジスタSEL11-Trは、制御信号SEL11がHレベルの期間に選択されて導通状態となる。これにより、ソースフォロワトランジスタSF11-TrはフローティングディフュージョンFD11の電荷を電荷量(電位)に応じた利得をもって電圧信号に変換した列出力の読み出し電圧(信号)VSL(PIXOUT)を垂直信号線LSGNに出力する。
The source follower transistor SF11-Tr and the selection transistor SEL11-Tr are connected in series between the power supply line VDD and the vertical signal line LSGN.
A floating diffusion FD11 is connected to the gate of the source follower transistor SF11-Tr, and the conductive state of the selection transistor SEL11-Tr is controlled by a control signal SEL11.
The selection transistor SEL11-Tr is selected and turned on during a period when the control signal SEL11 is at H level, and the source follower transistor SF11-Tr outputs a column output readout voltage (signal) VSL (PIXOUT) obtained by converting the charge of the floating diffusion FD11 into a voltage signal with a gain according to the charge amount (potential) to the vertical signal line LSGN.

このような構成において、画素ユニットPUの各画素PX11、PX12、PX13、PX14の転送トランジスタTG11-Tr,TG12-Tr,TG13-Tr,TG14-Trを個別にオン、オフさせ、フォトダイオードPD11、PD12、PD13、PD14で光電変換されて蓄積された電荷を順次共通フローティングディフュージョンFD11に転送させた場合、画素単位の画素信号VSLが垂直信号線LSGNに送出され、カラム読み出し回路40に入力される。 In this configuration, when the transfer transistors TG11-Tr, TG12-Tr, TG13-Tr, and TG14-Tr of each pixel PX11, PX12, PX13, and PX14 of the pixel unit PU are turned on and off individually, and the charges photoelectrically converted and stored in the photodiodes PD11, PD12, PD13, and PD14 are sequentially transferred to the common floating diffusion FD11, the pixel signal VSL of the pixel unit is sent to the vertical signal line LSGN and input to the column readout circuit 40.

一方、各画素PX11、PX12、PX13、PX14の転送トランジスタTG11-Tr,TG12-Tr,TG13-Tr,TG14-Trの複数を同時にオン、オフさせ、フォトダイオードPD11、PD12、PD13、PD14で光電変換されて蓄積された電荷を共通フローティングディフュージョンFD11に同時並列的に転送させた場合、フローティングディフュージョンFD11は加算部として機能する。
この場合、画素ユニットPU内の複数、すなわち、2,3、または4画素の画素信号を加算した加算信号が垂直信号線LSGNに送出され、カラム読み出し回路40に入力される。
On the other hand, when multiple transfer transistors TG11-Tr, TG12-Tr, TG13-Tr, and TG14-Tr of each pixel PX11, PX12, PX13, and PX14 are turned on and off simultaneously, and the charges photoelectrically converted and accumulated in the photodiodes PD11, PD12, PD13, and PD14 are transferred simultaneously in parallel to the common floating diffusion FD11, the floating diffusion FD11 functions as an adder.
In this case, a signal obtained by adding together pixel signals from a plurality of pixels in the pixel unit PU, that is, two, three, or four pixels, is sent to a vertical signal line LSGN and input to the column readout circuit 40 .

以上説明したように、本第1の実施形態においては、画素部20は、光電変換部(PD)を含む複数の画素PXがアレイ状に配置されて形成されている。
画素部20においては、隣接する複数(本例では4つ)の同色画素PXを含む複数(本例では4)の画素ユニットPUにより形成される画素群PXG11,PXG112,PXG13,PXG14が2×2のマトリクス状に配置されている。本第1の実施形態の画素部20においては、隣接する複数(本例では4つ)の同色画素PXを含む複数(本例では4)の画素ユニットPUにより形成される通常画素群NPXGと、焦点機能を制御するための位相差情報を検出するための位相差検出画素群PDXGと、が混載され、画素群PXG11,PXG12,PXG14が通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14として適用され、画素群PXG13の一部が位相差検出画素群PDXG10として援用されている。
そして、位相差検出画素群PDXG10は、通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14の画素ユニットPUを形成する画素NPXの数(4)より多い数(5以上、本例では2×4=8)の同色(本例では緑色(G))の位相差検出画素PDPXを含んで形成されている。
As described above, in the first embodiment, the pixel section 20 is formed by arranging a plurality of pixels PX, each including a photoelectric conversion section (PD), in an array.
In the pixel section 20, pixel groups PXG11, PXG112, PXG13, and PXG14 formed by a plurality (four in this example) of pixel units PU including a plurality (four in this example) of adjacent same-color pixels PX are arranged in a 2 x 2 matrix. In the pixel section 20 of the first embodiment, a normal pixel group NPXG formed by a plurality (four in this example) of pixel units PU including a plurality (four in this example) of adjacent same-color pixels PX and a phase difference detection pixel group PDXG for detecting phase difference information for controlling the focus function are mixed, and the pixel groups PXG11, PXG12, and PXG14 are used as the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14, and a part of the pixel group PXG13 is used as the phase difference detection pixel group PDXG10.
The phase difference detection pixel group PDXG10 is formed to include a greater number (5 or more, 2 x 4 = 8 in this example) of phase difference detection pixels PDPX of the same color (green (G) in this example) than the number (4) of pixels NPX that form the pixel units PU of the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14.

さらに、本第1の実施形態の通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14においては、各画素ユニットPUを形成する各画素NPXに対して平面視して略円形をなすように形成された1つの個別型マイクロレンズCMCL1が配置されている。
これに対して、位相差検出画素群PDXG10は、位相差検出画素群を形成する配置方向の中央領域ACTRにおける4つの位相差検出画素PDPXの光電変換部に光を入射する平面視して略円形をなすように形成された1つの共有型マイクロレンズCMCL10と、配置方向の端部領域AEDGにおける4つの画素PDPXの光電変換部に光を入射する平面視して略円形をなすように形成された4つの個別型マイクロレンズPMCL20が配置されている。
位相差検出画素群PDXG10は、たとえば、通常画素群NPXG11,NPXG12,NPXG14に隣接して配置されている2つの同色(G)の画素ユニットPU211,PU212を第1方向(X方向)に延設するようにして形成されている。
Furthermore, in the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14 of this first embodiment, one individual microlens CMCL1 formed to form an approximately circular shape in a planar view is arranged for each pixel NPX that forms each pixel unit PU.
In contrast, the phase difference detection pixel group PDXG10 is arranged with one shared microlens CMCL10 formed so as to form an approximately circular shape in a planar view that causes light to be incident on the photoelectric conversion units of the four phase difference detection pixels PDPX in a central region ACTR in the arrangement direction that forms the phase difference detection pixel group, and four individual microlenses PMCL20 formed so as to form an approximately circular shape in a planar view that causes light to be incident on the photoelectric conversion units of the four pixels PDPX in an end region AEDG in the arrangement direction.
The phase difference detection pixel group PDXG10 is formed, for example, by extending two pixel units PU211, PU212 of the same color (G) that are arranged adjacent to the normal pixel groups NPXG11, NPXG12, and NPXG14 in a first direction (X direction).

そして、位相差検出画素群PDXG10は、配置方向の中央領域ACTRにおける少なくとも一つの位相差検出画素PDPXにより取得した位相差検出信号と配置方向の端部領域AEDGにおける画素PXにより取得した信号を同じ(共通の)読み出しノードとしてのフローティングディフュージョンFD11(FD12)に読み出し可能である。 The phase difference detection pixel group PDXG10 can read out a phase difference detection signal acquired by at least one phase difference detection pixel PDPX in the central region ACTR in the arrangement direction and a signal acquired by a pixel PX in the end region AEDG in the arrangement direction to the floating diffusion FD11 (FD12) as the same (common) readout node.

したがって、本第1の実施形態によれば、微細化画素においても位相差画素の感度低下を抑制することができ、入射光量の低い撮影シーンにおいても高速かつ良好な合焦性能を持つ高い位相差性能を実現することが可能となる。 Therefore, according to the first embodiment, it is possible to suppress the decrease in sensitivity of the phase difference pixels even in miniaturized pixels, and it is possible to achieve high phase difference performance with high speed and good focusing performance even in shooting scenes with a low amount of incident light.

また、本第1の実施形態によれば、位相差検出画素群PDXG10は、共有型マイクロレンズCMCL10による光が入射される一対の第1組の位相差検出画素PDPX1と第2組の位相差検出画素PDPX2を含み、第1組の位相差検出画素PDPX1から読み出された位相差検出信号と第2組の位相差検出画素PDPX2から読み出された位相差検出信号とは異なる読み出しノードとしてのフローティングディフュージョンFD11,FD12に読み込まれる。 Furthermore, according to this first embodiment, the phase difference detection pixel group PDXG10 includes a pair of a first set of phase difference detection pixels PDPX1 and a second set of phase difference detection pixels PDPX2 to which light is incident by the shared microlens CMCL10, and the phase difference detection signal read out from the first set of phase difference detection pixels PDPX1 and the phase difference detection signal read out from the second set of phase difference detection pixels PDPX2 are read into floating diffusions FD11 and FD12 as different readout nodes.

したがって、本第1の実施形態によれば、位相差検出画素を含む領域では、同一のフローティングディフュージョンFDに2色以上の信号を読み出すことができ、その結果、位相差検出画素群において同一の読み出しノードに同色の画素信号を、高画質でフレームレートを落とすことなく読み出すことが可能となる。 Therefore, according to the first embodiment, in an area including phase difference detection pixels, signals of two or more colors can be read out to the same floating diffusion FD, and as a result, pixel signals of the same color can be read out to the same readout node in the phase difference detection pixel group with high image quality and without reducing the frame rate.

また、本第1の実施形態によれば、位相差検出画素と通常画素の境界部、位相差検出画素群PDXG10内の画素境界部のうちの少なくともいずれ一方で遮光膜幅が他の領域より厚く(太く、広く)形成されていることから、混色やブルーミングを効率よく抑制することが可能となる。 In addition, according to the first embodiment, the light-shielding film width is made thicker (wider) in at least one of the boundaries between phase difference detection pixels and normal pixels and the pixel boundaries within the phase difference detection pixel group PDXG10 than in other regions, making it possible to efficiently suppress color mixing and blooming.

また、本第1の実施形態によれば、より優れた低照度PDAF(位相検出オートフォーカス)性能とより優れた遮光性能を同時に実現することが可能で、ひいてはより精度の高い画質を実現することが可能となる。 Furthermore, according to the first embodiment, it is possible to simultaneously achieve better low-light PDAF (phase detection autofocus) performance and better light blocking performance, which in turn makes it possible to achieve more accurate image quality.

以上のように、本第1の実施形態によれば、微細化画素においても位相差検出画素の感度低下を抑制することができ、入射光量の低い撮影シーンにおいても高速かつ良好な合焦性能を持つ高い位相差性能を実現することが可能となり、また、位相差検出画素群において同一の読み出しノードに同色の画素信号を、高画質でフレームレートを落とすことなく読み出すことが可能となる。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to suppress the decrease in sensitivity of phase difference detection pixels even in miniaturized pixels, and it is possible to achieve high phase difference performance with high speed and good focusing performance even in shooting scenes with a low amount of incident light, and it is also possible to read out pixel signals of the same color to the same readout node in a group of phase difference detection pixels with high image quality and without reducing the frame rate.

(第2の実施形態)
図11は、本発明の第2の実施形態に係る画素部の画素アレイにおける位相差検出画素群の形成例を示す図である。
図12は、本発明の第2の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群およびその隣接領域の一例を示す簡略断面図である。
図13は、本発明の第2の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群における素子分離部の形成例を示す図である。
Second Embodiment
FIG. 11 is a diagram showing an example of formation of a phase difference detection pixel group in a pixel array of a pixel section according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a simplified cross-sectional view showing an example of a phase difference detection pixel group and its adjacent region that form a pixel array according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing an example of formation of an element isolation portion in a phase difference detection pixel group that forms a pixel array according to the second embodiment of the present invention.

本第2の実施形態の画素部20Aが、上述した第1の実施形態の画素部20と異なる点は、次の通りである。 The pixel unit 20A of this second embodiment differs from the pixel unit 20 of the first embodiment described above in the following ways.

第1の実施形態の位相差検出画素群PDXG10は、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、平面視して略円形をなすように形成された一つの共有型マイクロレンズCMCL10が、第1の画素ユニットPU211の第2の同色画素DPXの光電変換部PD2、第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4、並びに、第2の画素ユニットPU212の第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5、および第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7に光を入射するように配置されている。 In the phase difference detection pixel group PDXG10 of the first embodiment, in the pixel unit PU213 of the central region ACTR, one shared microlens CMCL10 formed to have an approximately circular shape in a planar view is arranged so that light is incident on the photoelectric conversion unit PD2 of the second same-color pixel DPX of the first pixel unit PU211, the photoelectric conversion unit PD4 of the fourth same-color pixel DPX4, the photoelectric conversion unit PD5 of the fifth same-color pixel DPX5 of the second pixel unit PU212, and the photoelectric conversion unit PD7 of the seventh same-color pixel DPX7.

これに対して、本第2の実施形態の位相差検出画素群PDXG10Aは、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、平面視して長円形(楕円形)をなすように形成された2つの共有型マイクロレンズCMCL11、CMCL12が適用されている。 In contrast, the phase difference detection pixel group PDXG10A of the second embodiment employs two shared microlenses CMCL11 and CMCL12 formed to have an oval (elliptical) shape in plan view in the pixel unit PU213 of the central region ACTR.

本第2の実施形態の位相差検出画素群PDXG10Aは、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、第1の共有型マイクロレンズCMCL11が、第1の画素ユニットPU211の第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第2の画素ユニットPU212の第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5に光を入射するように配置されている。
同様に、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、第2の共有型マイクロレンズCMCL12が、第1の画素ユニットPU211の第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4と第2の画素ユニットPU212の第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7に光を入射するように配置されている。
In the phase difference detection pixel group PDXG10A of this second embodiment, in the pixel unit PU213 of the central region ACTR, the first shared microlens CMCL11 is arranged so that light is incident on the photoelectric conversion unit PD2 of the second same-color pixel DPX2 of the first pixel unit PU211 and the photoelectric conversion unit PD5 of the fifth same-color pixel DPX5 of the second pixel unit PU212.
Similarly, in the pixel unit PU213 in the central region ACTR, the second shared microlens CMCL12 is arranged so as to direct light to the photoelectric conversion unit PD4 of the fourth same-color pixel DPX4 of the first pixel unit PU211 and the photoelectric conversion unit PD7 of the seventh same-color pixel DPX7 of the second pixel unit PU212.

なお、本第2の実施形態に係る位相差検出画素群PDXG10Aにおける素子分離部220Aの形成は、上記した第1の実施形態に係る位相差検出画素群PDXG10と同様に行われている。 The element isolation section 220A in the phase difference detection pixel group PDXG10A according to the second embodiment is formed in the same manner as in the phase difference detection pixel group PDXG10 according to the first embodiment described above.

すなわち、位相差検出画素群PDXG10Aは、図13に示すように、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4間、第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5間、第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間に、BSM、あるいはBSMとBDTI等により構成される素子分離部220A(221~224)が形成されている。 That is, as shown in FIG. 13, in the phase difference detection pixel group PDXG10A, in the pixel unit PU213 in the central region ACTR, element isolation sections 220A (221-224) formed of BSM or BSM and BDTI, etc. are formed between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4, between the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7, between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5, and between the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7.

本第2の実施形態によれば、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
すなわち、本第2の実施形態によれば、微細化画素においても位相差検出画素の感度低下を抑制することができ、入射光量の低い撮影シーンにおいても高速かつ良好な合焦性能を持つ高い位相差性能を実現することが可能となり、また、位相差検出画素群において同一の読み出しノードに同色の画素信号を、高画質でフレームレートを落とすことなく読み出すことが可能となる。
According to the second embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the first embodiment described above.
That is, according to the second embodiment, it is possible to suppress a decrease in sensitivity of the phase difference detection pixels even in miniaturized pixels, and it is possible to realize high phase difference performance with high speed and good focusing performance even in shooting scenes with a low amount of incident light, and it is also possible to read out pixel signals of the same color to the same readout node in a phase difference detection pixel group with high image quality and without reducing the frame rate.

また、本第2の実施形態によれば、位相差検出画素と通常画素の境界部、位相差検出画素群PDXG10内の画素境界部のうちの少なくともいずれ一方で遮光膜幅が他の領域より厚く(太く、広く)形成されていることから、混色やブルーミングを効率よく抑制することが可能となる。
また、本第2の実施形態によれば、より優れた低照度PDAF(位相検出オートフォーカス)性能とより優れた遮光性能を同時に実現することが可能で、ひいてはより精度の高い画質を実現することが可能となる。
Furthermore, according to the second embodiment, the light-shielding film width is formed thicker (wider) than in other regions in at least one of the boundary between the phase difference detection pixel and the normal pixel and the pixel boundary within the phase difference detection pixel group PDXG10, so that it is possible to efficiently suppress color mixing and blooming.
Furthermore, according to the second embodiment, it is possible to simultaneously achieve better low-illumination PDAF (phase detection autofocus) performance and better light blocking performance, thereby making it possible to achieve more accurate image quality.

(第3の実施形態)
図14は、本発明の第3の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群における素子分離部の形成例を示す図である。
Third Embodiment
FIG. 14 is a diagram showing an example of formation of an element isolation portion in a phase difference detection pixel group that forms a pixel array according to the third embodiment of the present invention.

本第3の実施形態の画素部20Bが、上述した第1の実施形態の画素部20と異なる点は、次の通りである。 The pixel unit 20B of this third embodiment differs from the pixel unit 20 of the first embodiment described above in the following ways.

第1の実施形態の位相差検出画素群PDXG10は、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4間、第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5間、第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間に、BSM、あるいはBSMとBDTI等により構成される素子分離部220(221~224)が形成されている。 In the phase difference detection pixel group PDXG10 of the first embodiment, in the pixel unit PU213 of the central region ACTR, element isolation sections 220 (221 to 224) formed of BSM or BSM and BDTI, etc. are formed between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4, between the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7, between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5, and between the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7.

これに対して、本第3の実施形態の位相差検出画素群PDXG10Bは、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4間、第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間に選択的に素子分離部(221,222)が形成されず、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5間、第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間に、BSM、あるいはBSMとBDTI等により構成される素子分離部220B(223,224)が選択的に形成されている。 In contrast to this, in the phase difference detection pixel group PDXG10B of the third embodiment, in the pixel unit PU213 of the central region ACTR, element isolation sections (221, 222) are not selectively formed between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4, and between the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7, and element isolation sections 220B (223, 224) composed of BSM, or BSM and BDTI, etc. are selectively formed between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5, and between the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7.

本第3の実施形態によれば、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができることはもとより、他領域への不要輻射を抑制することが可能で、画素間のクロストークを小さくすることができる。 According to the third embodiment, it is possible to obtain the same effect as the first embodiment described above, and also to suppress unnecessary radiation to other regions, thereby reducing crosstalk between pixels.

(第4の実施形態)
図15は、本発明の第4の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群における素子分離部の形成例を示す図である。
Fourth Embodiment
FIG. 15 is a diagram showing an example of formation of an element isolation portion in a phase difference detection pixel group that forms a pixel array according to the fourth embodiment of the present invention.

本第4の実施形態の画素部20Cが、上述した第1の実施形態の画素部20と異なる点は、次の通りである。 The pixel unit 20C of this fourth embodiment differs from the pixel unit 20 of the first embodiment described above in the following ways.

第1の実施形態の位相差検出画素群PDXG10は、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4間、第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5間、第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間に、BSM、あるいはBSMとBDTI等により構成される素子分離部220A(221~224)が形成されている。 In the phase difference detection pixel group PDXG10 of the first embodiment, in the pixel unit PU213 of the central region ACTR, element isolation sections 220A (221 to 224) formed of BSM or BSM and BDTI, etc. are formed between the photoelectric conversion unit PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion unit PD4 of the fourth same-color pixel DPX4, between the photoelectric conversion unit PD5 of the fifth same-color pixel DPX5 and the photoelectric conversion unit PD7 of the seventh same-color pixel DPX7, between the photoelectric conversion unit PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion unit PD5 of the fifth same-color pixel DPX5, and between the photoelectric conversion unit PD4 of the fourth same-color pixel DPX4 and the photoelectric conversion unit PD7 of the seventh same-color pixel DPX7.

これに対して、本第4の実施形態の位相差検出画素群PDXG10Cは、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4間、第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間に選択的に素子分離部220C(223,224)が形成されていないとともに、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5間、第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間に、BSM、あるいはBSMとBDTI等により構成される素子分離部220C(221,222)が選択的に形成されていない。 In contrast, in the phase difference detection pixel group PDXG10C of the fourth embodiment, in the pixel unit PU213 of the central region ACTR, the element isolation section 220C (223, 224) is not selectively formed between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4, and between the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7, and the element isolation section 220C (221, 222) composed of BSM, or BSM and BDTI, etc. is not selectively formed between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5, and between the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7.

本第4の実施形態によれば、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができることはもとより、他領域への不要輻射を抑制することが可能で、画素間のクロストークを小さくすることができる。 According to the fourth embodiment, it is possible to obtain the same effect as the first embodiment described above, and also to suppress unnecessary radiation to other regions, thereby reducing crosstalk between pixels.

(第5の実施形態)
図16は、本発明の第5の実施形態に係る画素アレイを形成する位相差検出画素群における素子分離部の形成例を示す図である。
Fifth Embodiment
FIG. 16 is a diagram showing an example of formation of an element isolation portion in a phase difference detection pixel group that forms a pixel array according to the fifth embodiment of the present invention.

本第5の実施形態の画素部20Dが、上述した第2の実施形態の画素部20Aと異なる点は、次の通りである。 The pixel unit 20D of this fifth embodiment differs from the pixel unit 20A of the second embodiment described above in the following ways:

第2の実施形態の位相差検出画素群PDXG10Aは、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4間、第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5間、第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間に、BSM、あるいはBSMとBDTI等により構成される素子分離部220A(221~224)が形成されている。 In the phase difference detection pixel group PDXG10A of the second embodiment, in the pixel unit PU213 of the central region ACTR, element isolation sections 220A (221 to 224) formed of BSM or BSM and BDTI, etc. are formed between the photoelectric conversion unit PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion unit PD4 of the fourth same-color pixel DPX4, between the photoelectric conversion unit PD5 of the fifth same-color pixel DPX5 and the photoelectric conversion unit PD7 of the seventh same-color pixel DPX7, between the photoelectric conversion unit PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion unit PD5 of the fifth same-color pixel DPX5, and between the photoelectric conversion unit PD4 of the fourth same-color pixel DPX4 and the photoelectric conversion unit PD7 of the seventh same-color pixel DPX7.

これに対して、本第5の実施形態の位相差検出画素群PDXG10Dは、中央領域ACTRの画素ユニットPU213において、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4間、第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間に選択的に素子分離部(223,224)が形成されており、第2の同色画素DPX2の光電変換部PD2と第5の同色画素DPX5の光電変換部PD5間、第4の同色画素DPX4の光電変換部PD4と第7の同色画素DPX7の光電変換部PD7間に、BSM、あるいはBSMとBDTI等により構成される素子分離部220D(221,222)が選択的に形成されていない。 In contrast, in the phase difference detection pixel group PDXG10D of the fifth embodiment, in the pixel unit PU213 of the central region ACTR, element isolation sections (223, 224) are selectively formed between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4, and between the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7, and element isolation sections 220D (221, 222) composed of BSM, or BSM and BDTI, etc. are not selectively formed between the photoelectric conversion section PD2 of the second same-color pixel DPX2 and the photoelectric conversion section PD5 of the fifth same-color pixel DPX5, and between the photoelectric conversion section PD4 of the fourth same-color pixel DPX4 and the photoelectric conversion section PD7 of the seventh same-color pixel DPX7.

本第5の実施形態によれば、上述した第2の実施形態と同様の効果を得ることができることはもとより、他領域への不要輻射を抑制することが可能で、画素間のクロストークを小さくすることができる。 According to the fifth embodiment, it is possible to obtain the same effect as the second embodiment described above, and also to suppress unnecessary radiation to other regions, thereby reducing crosstalk between pixels.

以上説明した固体撮像装置10,10A~10Dは、デジタルカメラやビデオカメラ、携帯端末、あるいは監視用カメラ、医療用内視鏡用カメラなどの電子機器に、撮像デバイスとして適用することができる。 The solid-state imaging devices 10, 10A to 10D described above can be used as imaging devices in electronic devices such as digital cameras, video cameras, mobile terminals, surveillance cameras, and medical endoscope cameras.

図17は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置が適用されるカメラシステムを搭載した電子機器の構成の一例を示す図である。 Figure 17 is a diagram showing an example of the configuration of an electronic device equipped with a camera system to which a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention is applied.

本電子機器800は、図17に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置10,10A~10Dが適用可能なCMOSイメージセンサ810を有する。
さらに、電子機器800は、このCMOSイメージセンサ810の画素領域に入射光を導く(被写体像を結像する)光学系(レンズ等)820を有する。
電子機器800は、CMOSイメージセンサ810の出力信号を処理する信号処理回路(PRC)830を有する。
As shown in FIG. 17, the electronic device 800 has a CMOS image sensor 810 to which the solid-state imaging devices 10 and 10A to 10D according to the present embodiment can be applied.
Furthermore, the electronic device 800 has an optical system (lens or the like) 820 that guides incident light to the pixel region of the CMOS image sensor 810 (forming an image of a subject).
The electronic device 800 has a signal processing circuit (PRC) 830 that processes an output signal from the CMOS image sensor 810 .

信号処理回路830は、CMOSイメージセンサ810の出力信号に対して所定の信号処理を施す。
信号処理回路830で処理された画像信号は、液晶ディスプレイ等からなるモニタに動画として映し出し、あるいはプリンタに出力することも可能であり、またメモリカード等の記録媒体に直接記録する等、種々の態様が可能である。
The signal processing circuit 830 performs predetermined signal processing on the output signal of the CMOS image sensor 810 .
The image signal processed by the signal processing circuit 830 can be displayed as a moving image on a monitor such as an LCD display, or output to a printer. It can also be recorded directly on a recording medium such as a memory card, and various other forms are possible.

上述したように、CMOSイメージセンサ810として、前述した固体撮像装置10,10A~10Dを搭載することで、高性能、小型、低コストのカメラシステムを提供することが可能となる。
そして、カメラの設置の要件に実装サイズ、接続可能ケーブル本数、ケーブル長さ、設置高さなどの制約がある用途に使われる、たとえば、監視用カメラ、医療用内視鏡用カメラなどの電子機器を実現することができる。
As described above, by mounting the above-described solid-state imaging device 10, 10A to 10D as the CMOS image sensor 810, it is possible to provide a high-performance, small-sized, low-cost camera system.
This makes it possible to realize electronic devices such as surveillance cameras and medical endoscope cameras that are used in applications where the camera installation requirements include constraints such as mounting size, number of connectable cables, cable length, and installation height.

10,10A~10D・・・固体撮像装置、20,20A~20D・・・画素部、200,200A~200D・・・画素アレイ、PX・・・画素、PDPX,DPX・・・位相差検出画素、PXG・・・画素群、NPXG・・・通常画素群、PDXG・・・位相差検出画素群、PU・・・画素ユニット、CMCL20, CMCL21, CMCL22・・・共有型マイクロレンズ、PMCL20, PMCL21, PMCL22・・・個別型マイクロレンズ、SLDF, SLDF21,2 SLDF21, SLDF22・・・遮光膜、FD,FD11,FD12・・・フローティングディフュージョン(読み出しノード)、30・・・垂直走査回路、40・・・読み出し回路、50・・・水平走査回路、60・・・タイミング制御回路、70・・・読み出し駆動制御部、800・・・電子機器、810・・・CMOSイメージセンサ、820・・・光学系、830・・・信号処理回路(PRC)。


10, 10A to 10D... solid-state imaging device, 20, 20A to 20D... pixel unit, 200, 200A to 200D... pixel array, PX... pixel, PDPX, DPX... phase difference detection pixel, PXG... pixel group, NPXG... normal pixel group, PDXG... phase difference detection pixel group, PU... pixel unit, CMCL20, CMCL21, CMCL22... shared type microlens, PMCL20, PMCL21, PMCL22... individual type microlens, SLDF, SLDF21, 2 SLDF21, SLDF22: light shielding film, FD, FD11, FD12: floating diffusion (readout node), 30: vertical scanning circuit, 40: readout circuit, 50: horizontal scanning circuit, 60: timing control circuit, 70: readout drive control unit, 800: electronic device, 810: CMOS image sensor, 820: optical system, 830: signal processing circuit (PRC).


Claims (20)

光電変換部を含む複数の画素がアレイ状に配置された画素部を有し、
前記画素部においては、
隣接する複数の同色画素を含む複数の画素ユニットにより形成される通常画素群と、
前記通常画素群の前記画素ユニットを形成する画素の数より多い数の同色の位相差検出画素を含んで形成され、焦点機能を制御するための位相差情報を検出するための位相差検出画素群と、が混載され、
前記位相差検出画素群は、
複数の同色画素がマトリクス状に、第1方向および前記第1方向に直交する第2方向の少なくともいずれか一方の方向に延設するようにして形成され、
配置方向の中央領域における複数の位相差検出画素のうち少なくとも2つの位相差検出画素の光電変換部に光を入射する少なくとも一つの共有型マイクロレンズを含み、
前記中央領域における少なくとも一つの位相差検出画素により取得した位相差検出信号と前記配置方向の端部領域における画素により取得した信号を同じ読み出しノードに読み出し可能である
固体撮像装置。
A pixel unit in which a plurality of pixels, each including a photoelectric conversion unit, are arranged in an array,
In the pixel portion,
A normal pixel group formed by a plurality of pixel units including a plurality of adjacent pixels of the same color;
a phase difference detection pixel group formed to include a greater number of phase difference detection pixels of the same color than the number of pixels forming the pixel unit of the normal pixel group, and for detecting phase difference information for controlling a focusing function;
The phase difference detection pixel group includes:
a plurality of same-color pixels are formed in a matrix shape so as to extend in at least one of a first direction and a second direction perpendicular to the first direction;
At least one shared microlens that causes light to enter a photoelectric conversion unit of at least two of the phase difference detection pixels in a central region in an arrangement direction,
a phase difference detection signal acquired by at least one phase difference detection pixel in the central region and a signal acquired by a pixel in an end region in the arrangement direction can be read out to the same readout node.
前記位相差検出画素群において、
前記共有型マイクロレンズによる光が入射される一対の第1組の位相差検出画素と第2組の位相差検出画素を含み、
前記第1組の位相差検出画素から読み出された位相差検出信号と前記第2組の位相差検出画素から読み出された位相差検出信号とは異なる読み出しノードに読み込まれる
請求項1記載の固体撮像装置。
In the phase difference detection pixel group,
A pair of a first set of phase difference detection pixels and a second set of phase difference detection pixels to which light from the shared microlens is incident,
The solid-state imaging device according to claim 1 , wherein the phase difference detection signals read out from the first set of phase difference detection pixels and the phase difference detection signals read out from the second set of phase difference detection pixels are read into different read nodes.
前記位相差検出画素群は、
前記配置方向の端部領域における複数の位相差検出画素ごとに、当該位相差検出画素の光電変換部に光を入射する複数の個別型マイクロレンズを含む
請求項2記載の固体撮像装置。
The phase difference detection pixel group includes
The solid-state imaging device according to claim 2 , further comprising: a plurality of individual microlenses for each of a plurality of phase difference detection pixels in an end region in the arrangement direction, the individual microlenses making light incident on a photoelectric conversion unit of the phase difference detection pixel.
前記画素は、
蓄積期間に光電変換により生成した電荷を蓄積する前記光電変換部としての光電変換素子と、
前記光電変換素子に蓄積された電荷を前記蓄積期間後の転送期間に転送可能な転送素子と、
前記転送素子を通じて前記光電変換素子で蓄積された電荷が転送される前記読み出しノードとしてのフローティングディフュージョンと、を含み、
前記位相差検出画素群においては、
前記位相差検出信号を取得するための前記中央領域における少なくとも一つの位相差検出画素と、前記信号を取得するための前記端部領域における位相差検出画素は、前記フローティングディフュージョンを共有する共有構造を有する
請求項3記載の固体撮像装置。
The pixel is
a photoelectric conversion element as the photoelectric conversion unit that accumulates charges generated by photoelectric conversion during an accumulation period;
a transfer element capable of transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion element during a transfer period following the accumulation period;
a floating diffusion as the readout node to which the charge accumulated in the photoelectric conversion element is transferred through the transfer element;
In the phase difference detection pixel group,
The solid-state imaging device according to claim 3 , wherein at least one phase difference detection pixel in the central region for acquiring the phase difference detection signal and a phase difference detection pixel in the end region for acquiring the signal have a shared structure in which the floating diffusion is shared.
前記画素部において、
前記画素間の境界部には不要な光の入射を防止する遮光膜が形成され、
前記位相差検出画素群においては、
前記位相差検出信号を取得するための前記中央領域における少なくとも一つの位相差検出画素と、前記信号を取得するための前記端部領域における位相差検出画素間の境界部の少なくとも一部に、不要な光の入射を防止する遮光膜が前記端部領域における位相差検出画素の少なくとも一部に空間的に重なるように形成されている
請求項4記載の固体撮像装置。
In the pixel portion,
A light-shielding film is formed at the boundary between the pixels to prevent unnecessary light from entering the boundary.
In the phase difference detection pixel group,
5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a light-shielding film for preventing incidence of unnecessary light is formed in at least a portion of a boundary between at least one phase difference detection pixel in the central region for acquiring the phase difference detection signal and a phase difference detection pixel in the end region for acquiring the signal, so as to spatially overlap at least a portion of the phase difference detection pixel in the end region.
前記位相差検出画素と通常画素の境界部、前記位相差検出画素群内の画素境界部のうちの少なくともいずれかで遮光膜の膜幅が他の画素間領域の遮光膜より厚く形成されている
請求項5記載の固体撮像装置。
6. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the light-shielding film is formed to have a thickness greater than that of the light-shielding film in other inter-pixel regions at least in a boundary between the phase difference detection pixel and a normal pixel and a pixel boundary within the phase difference detection pixel group.
前記位相差検出画素群は、
前記通常画素群に隣接して配置されている2つの第1の画素ユニットおよび第2の画素ユニットを第1方向および前記第1方向に直交する第2方向の少なくともいずれか一方の方向に延設するようにして形成されている
請求項5記載の固体撮像装置。
The phase difference detection pixel group includes
6. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein two first pixel units and a second pixel unit arranged adjacent to the normal pixel group are formed so as to extend in at least one of a first direction and a second direction perpendicular to the first direction.
前記位相差検出画素群において、
前記第1の画素ユニットは、
第1の同色画素、第2の同色画素、第3の同色画素、および第4の同色画素の4つが、
第1方向または第2方向に、前記第1の同色画素と前記第2の同色画素が隣接するとともに、前記第3の同色画素と前記第4の同色画素が隣接し、
前記第1方向または第2方向に直交する第2方向または第1方向に、前記第1の同色画素と前記第3の同色画素が隣接するとともに、前記第2の同色画素と前記第4の同色画素が隣接するように正方配列され、
前記第2の画素ユニットは、
第5の同色画素、第6の同色画素、第7の同色画素、および第8の同色画素の4つが、
第1方向または第2方向に、前記第5の同色画素と前記第6の同色画素が隣接するとともに、前記第7の同色画素と前記第8の同色画素が隣接し、
前記第1方向または第2方向に直交する第2方向または第1方向に、前記第5の同色画素と前記第7の同色画素が隣接するとともに、前記第6の同色画素と前記第8の同色画素が隣接するように正方配列され、
前記第1の画素ユニットと前記第2の画素ユニットは、
第1方向または第2方向に、前記第2の同色画素と前記第5の同色画素が隣接するとともに、前記第4の同色画素と前記第7の同色画素が隣接するように配列され、
前記中央領域の画素ユニットは、
前記第1の画素ユニットの第2の同色画素、第4の同色画素、並びに、前記第2の画素ユニットの第5の同色画素、および第7の同色画素の4つが正方配列されて形成されている
請求項7記載の固体撮像装置。
In the phase difference detection pixel group,
The first pixel unit includes:
Four pixels, namely, a first pixel of the same color, a second pixel of the same color, a third pixel of the same color, and a fourth pixel of the same color, are
the first same-color pixel and the second same-color pixel are adjacent to each other in a first direction or a second direction, and the third same-color pixel and the fourth same-color pixel are adjacent to each other in a first direction or a second direction;
the first same-color pixel and the third same-color pixel are adjacent to each other in a second direction or the first direction perpendicular to the first direction or the second direction, and the second same-color pixel and the fourth same-color pixel are adjacent to each other in a square array;
The second pixel unit includes:
Four pixels, namely, a fifth pixel of the same color, a sixth pixel of the same color, a seventh pixel of the same color, and an eighth pixel of the same color, are
the fifth pixel of the same color and the sixth pixel of the same color are adjacent to each other in a first direction or a second direction, and the seventh pixel of the same color and the eighth pixel of the same color are adjacent to each other in a first direction or a second direction;
the fifth pixel of the same color and the seventh pixel of the same color are adjacent to each other in a second direction or the first direction perpendicular to the first direction or the second direction, and the sixth pixel of the same color and the eighth pixel of the same color are adjacent to each other in a square array;
The first pixel unit and the second pixel unit include:
the second same-color pixel and the fifth same-color pixel are adjacent to each other in a first direction or a second direction, and the fourth same-color pixel and the seventh same-color pixel are adjacent to each other in a first direction or a second direction;
The pixel unit in the central region is
8. The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the second same-color pixel, the fourth same-color pixel of the first pixel unit, and the fifth same-color pixel and the seventh same-color pixel of the second pixel unit are arranged in a square.
前記位相差検出画素群は、
前記第1の画素ユニットおける第1の同色画素、第2の同色画素、第3の同色画素、および第4の同色画素の4つが、第1の読み出しノードとしての第1のフローティングディフュージョンを共有する第1の共有構造と、
前記第2の画素ユニットにおける第5の同色画素、第6の同色画素、第7の同色画素、および第8の同色画素の4つが、第2の読み出しノードとしての第2のフローティングディフュージョンを共有する第2の共有構造と、を有する
請求項8記載の固体撮像装置。
The phase difference detection pixel group includes
a first sharing structure in which four pixels, namely a first pixel of the same color, a second pixel of the same color, a third pixel of the same color, and a fourth pixel of the same color in the first pixel unit, share a first floating diffusion as a first readout node;
and a second sharing structure in which four pixels of the second pixel unit, namely a fifth pixel of the same color, a sixth pixel of the same color, a seventh pixel of the same color, and an eighth pixel of the same color, share a second floating diffusion as a second readout node.
前記中央領域の画素ユニットにおいては、
一つの前記共有型マイクロレンズが、
前記第1の画素ユニットの前記第2の同色画素の光電変換部、前記第4の同色画素の光電変換部、並びに、前記第2の画素ユニットの前記第5の同色画素の光電変換部、および前記第7の同色画素の光電変換部に光を入射するように配置されている
請求項9記載の固体撮像装置。
In the pixel unit of the central region,
One of the shared microlenses is
10. The solid-state imaging device of claim 9, wherein light is arranged to be incident on the photoelectric conversion unit of the second same-color pixel of the first pixel unit, the photoelectric conversion unit of the fourth same-color pixel, the photoelectric conversion unit of the fifth same-color pixel of the second pixel unit, and the photoelectric conversion unit of the seventh same-color pixel.
前記中央領域の画素ユニットにおいて、
前記第2の同色画素の光電変換部と前記第4の同色画素の光電変換部間、前記第5の同色画素の光電変換部と前記第7の同色画素の光電変換部間、前記第2の同色画素の光電変換部と前記第5の同色画素の光電変換部間、前記第4の同色画素の光電変換部と前記第7の同色画素の光電変換部間に、素子分離部が形成されている
請求項10記載の固体撮像装置。
In the pixel unit of the central region,
11. The solid-state imaging device of claim 10, wherein element isolation sections are formed between the photoelectric conversion section of the second same-color pixel and the photoelectric conversion section of the fourth same-color pixel, between the photoelectric conversion section of the fifth same-color pixel and the photoelectric conversion section of the seventh same-color pixel, between the photoelectric conversion section of the second same-color pixel and the photoelectric conversion section of the fifth same-color pixel, and between the photoelectric conversion section of the fourth same-color pixel and the photoelectric conversion section of the seventh same-color pixel.
前記中央領域の画素ユニットにおいて、
前記第2の同色画素の光電変換部と前記第4の同色画素の光電変換部間、前記第5の同色画素の光電変換部と前記第7の同色画素の光電変換部間に素子分離部が形成されず、前記第2の同色画素の光電変換部と前記第5の同色画素の光電変換部間、前記第4の同色画素の光電変換部と前記第7の同色画素の光電変換部間に、素子分離部が形成されている
請求項10記載の固体撮像装置。
In the pixel unit of the central region,
11. The solid-state imaging device of claim 10, wherein no element isolation section is formed between the photoelectric conversion section of the second same-color pixel and the photoelectric conversion section of the fourth same-color pixel, and between the photoelectric conversion section of the fifth same-color pixel and the photoelectric conversion section of the seventh same-color pixel, and element isolation sections are formed between the photoelectric conversion section of the second same-color pixel and the photoelectric conversion section of the fifth same-color pixel, and between the photoelectric conversion section of the fourth same-color pixel and the photoelectric conversion section of the seventh same-color pixel.
前記中央領域の画素ユニットにおいて、
前記第2の同色画素の光電変換部と前記第4の同色画素の光電変換部間、前記第5の同色画素の光電変換部と前記第7の同色画素の光電変換部間に素子分離部が形成されず、前記第2の同色画素の光電変換部と前記第5の同色画素の光電変換部間、前記第4の同色画素の光電変換部と前記第7の同色画素の光電変換部間に、素子分離部が形成されていない
請求項10記載の固体撮像装置。
In the pixel unit of the central region,
11. The solid-state imaging device of claim 10, wherein no element isolation section is formed between the photoelectric conversion section of the second same-color pixel and the photoelectric conversion section of the fourth same-color pixel, between the photoelectric conversion section of the fifth same-color pixel and the photoelectric conversion section of the seventh same-color pixel, and no element isolation section is formed between the photoelectric conversion section of the second same-color pixel and the photoelectric conversion section of the fifth same-color pixel, and between the photoelectric conversion section of the fourth same-color pixel and the photoelectric conversion section of the seventh same-color pixel.
前記中央領域の画素ユニットにおいては、
第1の共有型マイクロレンズが、
前記第1の画素ユニットの前記第2の同色画素の光電変換部と前記第2の画素ユニットの前記第5の同色画素の光電変換部に光を入射するように配置され、
第2の共有型マイクロレンズが、
前記第1の画素ユニットの前記第4の同色画素の光電変換部と前記第2の画素ユニットの前記第7の同色画素の光電変換部に光を入射するように配置されている
請求項9記載の固体撮像装置。
In the pixel unit of the central region,
A first shared microlens,
a photoelectric conversion unit of the second same-color pixel of the first pixel unit and a photoelectric conversion unit of the fifth same-color pixel of the second pixel unit are arranged so that light is incident thereon;
A second shared microlens:
The solid-state imaging device according to claim 9 , wherein light is arranged to be incident on a photoelectric conversion unit of the fourth same-color pixel of the first pixel unit and a photoelectric conversion unit of the seventh same-color pixel of the second pixel unit.
前記中央領域の画素ユニットにおいて、
前記第2の同色画素の光電変換部と前記第4の同色画素の光電変換部間、前記第5の同色画素の光電変換部と前記第7の同色画素の光電変換部間、前記第2の同色画素の光電変換部と前記第5の同色画素の光電変換部間、前記第4の同色画素の光電変換部と前記第7の同色画素の光電変換部間に、素子分離部が形成されている
請求項14記載の固体撮像装置。
In the pixel unit of the central region,
15. The solid-state imaging device of claim 14, wherein element isolation sections are formed between the photoelectric conversion section of the second same-color pixel and the photoelectric conversion section of the fourth same-color pixel, between the photoelectric conversion section of the fifth same-color pixel and the photoelectric conversion section of the seventh same-color pixel, between the photoelectric conversion section of the second same-color pixel and the photoelectric conversion section of the fifth same-color pixel, and between the photoelectric conversion section of the fourth same-color pixel and the photoelectric conversion section of the seventh same-color pixel.
前記中央領域の画素ユニットにおいて、
前記第2の同色画素の光電変換部と前記第4の同色画素の光電変換部間、前記第5の同色画素の光電変換部と前記第7の同色画素の光電変換部間に素子分離部が形成され、前記第2の同色画素の光電変換部と前記第5の同色画素の光電変換部間、前記第4の同色画素の光電変換部と前記第7の同色画素の光電変換部間に、素子分離部が形成されていない
請求項14記載の固体撮像装置。
In the pixel unit of the central region,
15. The solid-state imaging device of claim 14, wherein element isolation sections are formed between the photoelectric conversion section of the second same-color pixel and the photoelectric conversion section of the fourth same-color pixel, and between the photoelectric conversion section of the fifth same-color pixel and the photoelectric conversion section of the seventh same-color pixel, and no element isolation sections are formed between the photoelectric conversion section of the second same-color pixel and the photoelectric conversion section of the fifth same-color pixel, and between the photoelectric conversion section of the fourth same-color pixel and the photoelectric conversion section of the seventh same-color pixel.
前記位相差検出画素群において、
第1の個別型マイクロレンズが、
前記第1の画素ユニットの前記第1の同色画素の光電変換部に光を入射するように配置され、
第2の個別型マイクロレンズが、
前記第1の画素ユニットの前記第3の同色画素の光電変換部に光を入射するように配置され、
第3の個別型マイクロレンズが、
前記第2の画素ユニットの前記第6の同色画素の光電変換部に光を入射するように配置され、
第4の個別型マイクロレンズが、
前記第2の画素ユニットの前記第8の同色画素の光電変換部に光を入射するように配置されている
請求項8から16のいずれか一に記載の固体撮像装置。
In the phase difference detection pixel group,
A first discrete microlens:
a first pixel unit having a first same-color pixel and a second pixel unit having a first same-color pixel;
A second discrete microlens:
a first pixel unit having a first same-color pixel and a second same-color pixel unit;
a third discrete microlens;
a sixth same-color pixel of the second pixel unit;
a fourth discrete microlens;
The solid-state imaging device according to claim 8 , wherein the second pixel unit is disposed so that light is incident on a photoelectric conversion unit of the eighth same-color pixel of the second pixel unit.
前記位相差検出画素群において
第1の端部領域を形成する前記第1の画素ユニットの前記第1の同色画素および前記第3の同色画素と、前記中央領域の画素ユニットの前記第2の同色画素および前記第4の同色画素との第1の境界部から前記第1の端部領域に向かって前記第1の個別型マイクロレンズおよび前記第2の個別型マイクロレンズの少なくとも一部に空間的に重なるように、不要な光の入射を防止する第1の遮光膜が形成され
第2の端部領域を形成する前記第2の画素ユニットの前記第6の同色画素および前記第8の同色画素と、前記中央領域の画素ユニットの前記第5の同色画素および前記第7の同色画素との第2の境界部から第1の端部とは反対方向である第2の端部に向かって前記第3の個別型マイクロレンズおよび前記第4の個別型マイクロレンズの少なくとも一部に空間的に重なるように、不要な光の入射を防止する第2の遮光膜が形成されている
請求項17記載の固体撮像装置。
In the phase difference detection pixel group ,
a first light-shielding film for preventing incidence of unnecessary light is formed from a first boundary between the first same-color pixel and the third same-color pixel of the first pixel unit forming a first end region and the second same-color pixel and the fourth same-color pixel of the pixel unit in the central region toward the first end region so as to spatially overlap at least a part of the first individual microlens and the second individual microlens ;
18. The solid-state imaging device of claim 17, wherein a second light-shielding film for preventing the incidence of unnecessary light is formed so as to spatially overlap at least a portion of the third individual microlens and the fourth individual microlens from a second boundary between the sixth same-color pixel and the eighth same-color pixel of the second pixel unit forming a second end region and the fifth same-color pixel and the seventh same-color pixel of the pixel unit in the central region toward a second end in the opposite direction to the first end.
光電変換部を含む複数の画素がアレイ状に配置された画素部を有し、
前記画素部においては、
隣接する複数の同色画素を含む複数の画素ユニットにより形成される通常画素群と、
前記通常画素群の前記画素ユニットを形成する画素の数より多い数の同色の位相差検出画素を含んで形成され、焦点機能を制御するための位相差情報を検出するための位相差検出画素群と、が混載されている固体撮像装置の製造方法であって、
前記位相差検出画素群の形成工程において、
複数の同色画素をマトリクス状に、第1方向および前記第1方向に直交する第2方向の少なくともいずれか一方の方向に延設するようにして形成し、
配置方向の中央領域における複数の位相差検出画素のうち少なくとも2つの位相差検出画素の光電変換部に光を入射する少なくとも一つの共有型マイクロレンズを形成し、
前記中央領域における少なくとも一つの位相差検出画素により取得した位相差検出信号と前記配置方向の端部領域における画素により取得した信号を同じ読み出しノードに読み出し可能に形成する
固体撮像装置の製造方法。
A pixel unit in which a plurality of pixels, each including a photoelectric conversion unit, are arranged in an array,
In the pixel portion,
A normal pixel group formed by a plurality of pixel units including a plurality of adjacent pixels of the same color;
a phase difference detection pixel group formed including a greater number of phase difference detection pixels of the same color than a number of pixels forming the pixel unit of the normal pixel group, the phase difference detection pixel group being for detecting phase difference information for controlling a focusing function,
In the step of forming the phase difference detection pixel group,
A plurality of same-color pixels are formed in a matrix shape so as to extend in at least one of a first direction and a second direction perpendicular to the first direction;
forming at least one shared microlens that allows light to be incident on a photoelectric conversion unit of at least two of the phase difference detection pixels in a central region in the arrangement direction;
a phase difference detection signal acquired by at least one phase difference detection pixel in the central region and a signal acquired by a pixel in an end region in the arrangement direction are formed so as to be read out to the same readout node.
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に被写体像を結像する光学系と、を有し、
前記固体撮像装置は、
光電変換部を含む複数の画素がアレイ状に配置された画素部を有し、
前記画素部においては、
隣接する複数の同色画素を含む複数の画素ユニットにより形成される通常画素群と、
前記通常画素群の前記画素ユニットを形成する画素の数より多い数の同色の位相差検出画素を含んで形成され、焦点機能を制御するための位相差情報を検出するための位相差検出画素群と、が混載され、
前記位相差検出画素群は、
複数の同色画素がマトリクス状に、第1方向および前記第1方向に直交する第2方向の少なくともいずれか一方の方向に延設するようにして形成され、
配置方向の中央領域における複数の位相差検出画素のうち少なくとも2つの位相差検出画素の光電変換部に光を入射する少なくとも一つの共有型マイクロレンズを含み、
前記中央領域における少なくとも一つの位相差検出画素により取得した位相差検出信号と前記配置方向の端部領域における画素により取得した信号を同じ読み出しノードに読み出し可能である
電子機器。

A solid-state imaging device;
an optical system that forms a subject image on the solid-state imaging device;
The solid-state imaging device includes:
A pixel unit in which a plurality of pixels, each including a photoelectric conversion unit, are arranged in an array,
In the pixel portion,
A normal pixel group formed by a plurality of pixel units including a plurality of adjacent pixels of the same color;
a phase difference detection pixel group formed to include a greater number of phase difference detection pixels of the same color than the number of pixels forming the pixel unit of the normal pixel group, and for detecting phase difference information for controlling a focusing function;
The phase difference detection pixel group includes
a plurality of same-color pixels are formed in a matrix shape so as to extend in at least one of a first direction and a second direction perpendicular to the first direction;
At least one shared microlens that causes light to enter a photoelectric conversion unit of at least two of the phase difference detection pixels in a central region in an arrangement direction,
the phase difference detection signal acquired by at least one phase difference detection pixel in the central region and the signal acquired by a pixel in an end region in the arrangement direction can be read out to the same readout node.

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