JPWO2020013130A1 - 固体撮像装置及び電子装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記第1画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも1つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第1の前記サブピクセルと第2の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置を提供する。
前記オーバーフロー領域が、前記第1のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第3のP型領域、及び、前記第2のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第4のP型領域の少なくともいずれかの領域を有するようにしてもよい。
前記オーバーフロー領域が、前記第1のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第3のP型領域、前記第2のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第4のP型領域、及び、前記第3のP型領域と前記第4のP型領域との間に形成される第5のN型領域の少なくともいずれかの領域を有するようにしてもよい。
前記オーバーフロー領域の深さが、
前記オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、前記信号電荷が蓄積されるN形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記オーバーフロー領域が、前記第1画素分離領域と前記十字型の第2画素分離領域とが近接する領域に形成されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記十字型の第2画素分離領域の少なくとも一部が、前記第1画素分離領域に接続されていてもよい。
また、本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記トランスファーゲートに供給する電圧を昇降する昇圧回路を更に備えていてもよい。
前記第1画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、
前記単位画素の全体を覆う第1集光部と、
前記サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第2集光部と、
を備える、固体撮像装置を提供する。
前記第2集光部は、前記第1画素分離領域及び前記第2画素分離領域の上部に設けられた遮光部と、前記サブピクセルの上部であって前記遮光部で囲まれる領域に設けられ、前記遮光部よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有していてもよい。
前記第2画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料により形成されていてもよい。
前記固体撮像装置が、2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、
前記第1画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも1つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第1の前記サブピクセルと第2の前記サブピクセルとの間に形成される、電子装置を提供する。
1.本技術の概要
2.第1の実施形態(固体撮像装置の例1)
3.第2の実施形態(固体撮像装置の例2)
4.第3の実施形態(固体撮像装置の例3)
5.第4の実施形態(固体撮像装置の例4)
6.第5の実施形態(固体撮像装置の例5)
7.第6の実施形態(固体撮像装置の例6)
8.第7の実施形態(固体撮像装置の例7)
9.第8の実施形態(固体撮像装置の例8)
10.第9の実施形態(固体撮像装置の例9)
11.第10の実施形態(固体撮像装置の例10)
12.第11の実施形態(固体撮像装置の例11)
13.第12の実施形態(電子装置の例)
14.本技術を適用した固体撮像装置の使用例
本技術は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサやCCD(Charge Coupled Device)などの固体撮像装置に関し、2以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ(High Dynamic Range)動作とオートフォーカス(Auto Focus)動作とを両立させる固体撮像装置及び電子装置に関する。本技術によれば、2以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることができるので、画質の向上を図ることができる。
本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置は、2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、第1画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも1つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、オーバーフロー領域が、第1のサブピクセルと第2の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置である。
本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置は、第1画素分離領域の内側に第1のP型領域が深さ方向に形成され、第2画素分離領域の周囲に第2のP型領域が深さ方向に形成されるとともに、第1のP型領域と第2のP型領域との間にN型領域が形成される、第2画素分離領域によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第1画素分離領域とオーバーフロー領域と第2画素分離領域とが含まれて形成され、オーバーフロー領域が、第1のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第3のP型領域、第2のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第4のP型領域、及び、第3のP型領域と第4のP型領域との間に形成される第5のN型領域の少なくともいずれかの領域を有する、固体撮像装置である。
本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置は、第1画素分離領域の内側に第1のP型領域が深さ方向に形成され、第2画素分離領域によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第1画素分離領域の一方の内側と、その一方の内側と対向する第1画素分離領域の他方の内側との間にオーバーフロー領域が含まれて形成され、オーバーフロー領域の深さが、オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、信号電荷が蓄積されるN形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成される、固体撮像装置である。
本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置は、信号電荷をオーバーフローさせるための電圧制御を行うトランスファーゲートを更に備える、固体撮像装置である。
本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置において、第2画素分離領域が十字型を有する、固体撮像装置である。
本技術に係る第6の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置において、トランスファーゲートTGに3値以上の電圧を供給する電源を更に備える、固体撮像装置である。
まず、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを一つの固体撮像装置で行う場合について説明する。
従来のデュアルピクセル型の画素において、全画素でオートフォーカス(AF)動作を行う場合、二つの分割フォトダイオードで構成されたフォトダイオード(一つの画素)上に、同色のカラーフィルタ及び一つのマイクロレンズが設けられている。このようなデュアルピクセル型の画素では、分割フォトダイオードのそれぞれが、結像光学系の一部分を通過した光を受光する。
すなわち、オートフォーカス(AF)信号を得るために像ずれ量を検出するには、各サブピクセルに対して共通の集光手段が必要となる。このような集光手段を用いた場合、マイクロレンズを通過した入射光が、サブピクセルの境界部分に形成された画素分離領域に集光されてしまう。このため、サブピクセル間のクロストークが顕著となり、像ズレ情報の検出精度が低下しやすくなる。画素サイズが微細化された固体撮像装置では、サブピクセルサイズも同時に縮小されてサブピクセル間のクロストークがより生じやすくなり、像ズレ情報の検出精度がより低下しやすくなる。
従って、デュアルピクセル型の画素において、オートフォーカス動作とHDR動作を両立するためには、光学的に相反した要請がある。
図35に、本技術に係る第7の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置1001のレイアウトを示す。図35は、4画素で構成される固体撮像装置1001の平面図である。図36に、本技術に係る第7の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置100のレイアウトを示す。図36は、1画素を構成する固体撮像装置100の平面図である。特に断りがない限り、「上」とは、各図中の上方向を意味し、「下」とは、各図中の下方向を意味するものとする。
固体撮像装置100には、カラーフィルタCFが設けられている。具体的には、固体撮像装置101には、カラーフィルタCF1が設けられている。固体撮像装置102には、カラーフィルタCF2が設けられている。固体撮像装置103には、カラーフィルタCF3が設けられている。固体撮像装置104には、カラーフィルタCF4が設けられている。図36は、固体撮像装置100のレイアウトの平面図を、固体撮像装置100のレイアウトの平面図として示したものである。
固体撮像装置101〜104のそれぞれの上に設けられたマイクロレンズLS1は、それぞれ別体に形成されていても良く、一体に形成されたマイクロレンズアレイであっても良い。
第1のサブピクセルSP1〜第4のサブピクセルSP4のそれぞれの上に設けられた第2のレンズLS2A〜LS2Dは、それぞれ別体に形成されていても良く、一体に形成されたレンズアレイであっても良い。
低屈折率層LLは、マイクロレンズLS1及び第2のレンズLS2A〜LS2Dと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。低屈折率層LLを構成する材料としては、例えば屈折率が1.2以上1.3以下である材料が好ましく、金属酸化物等が用いられる。
本技術に係る第8の実施形態の固体撮像装置は、2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、第1画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第1集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第2集光部と、単位画素をそれぞれ覆うカラーフィルタと、平面視でカラーフィルタを取り囲むように設けられた遮光層と、を備える固体撮像装置である。
図38に、本技術に係る第8の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置1002のレイアウトを示す。図38は、4画素で構成される固体撮像装置1002の平面図である。なお、図38の固体撮像装置1002では、第1画素分離領域DTI1及び第2画素分離領域DTI2と、第1のサブピクセルSP1〜第4のサブピクセルSP4以外の各部については省略している。
遮光層BL1は、異なる色のカラーフィルタを区切るように設けられていればよい。すなわち、遮光層BL1は、隣接する固体撮像装置100上に同色のカラーフィルタが設けられた場合には、必ずしも第1画素分離領域DTI1の上部に設けられていなくても良い。
(1)変形例1
図40に、本技術を適用した第8の実施形態の固体撮像装置1002の第1の変形例である固体撮像装置1002Aの断面図の一例を示す。
固体撮像装置1002Aは、2以上のサブピクセルSP(第1のサブピクセルSP1〜第4のサブピクセルSP4)から構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域DTI1と、第1画素分離領域DTI1によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域DTI2と、を備えて構成されている。また、固体撮像装置1001は、単位画素の全体を覆う第1集光部であるマイクロレンズLS1と、固体撮像装置100のサブピクセルのそれぞれを覆う複数の第2集光部である第2のレンズLS2A〜LS2Dと、マイクロレンズLS1と第2のレンズLS2A〜LS2Dとの間に設けられた中間レンズ層LS3と、平面視でカラーフィルタを取り囲むように設けられた遮光層BL1と、を備える固体撮像装置である。
固体撮像装置1002Aは、中間レンズ層LS3を有する点で、固体撮像装置1002と相違する。
中間レンズ層LS3は、マイクロレンズLS1と比較して高い屈折率を有し、第2のレンズLS2A〜LS2Dと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。中間レンズ層LS3を構成する材料としては、金属酸化物が挙げられる。
なお、中間レンズ層LS3は、1層構造に限られず、複数層構造であってもよい。中間レンズ層LS3が複数層構造である場合、マイクロレンズLS1から第2のレンズLS2A〜LS2Dに近づくにつれて徐々に屈折率が大きくなるように各層の材料が選択される。
図41に、本技術を適用した第8の実施形態の固体撮像装置1002の第2の変形例である固体撮像装置1002Bの断面図の一例を示す。
固体撮像装置1002Bは、2以上のサブピクセルSP(第1のサブピクセルSP1〜第4のサブピクセルSP4)から構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域DTI1と、第1画素分離領域DTI1によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域DTI2と、を備えて構成されている。また、固体撮像装置1001は、単位画素の全体を覆う第1集光部であるマイクロレンズLS1と、固体撮像装置100のサブピクセルのそれぞれを覆う複数の第2集光部である第2のレンズLS2A〜LS2Dと、マイクロレンズLS1と第2のレンズLS2A〜LS2Dとの間に設けられた中間レンズ層LS3A〜LS3Dと、第2のレンズLS2A〜LS2Dの中間レンズ層LS3A〜LS3Dとは反対側の面に設けられた光透過層TL1と、平面視でカラーフィルタを取り囲むように設けられた遮光層BL1と、を備える固体撮像装置である。
固体撮像装置1002Bは、中間レンズ層LS3A〜LS3Dと、光透過層TL1とを有する点で、変形例1の固体撮像装置1002と相違する。中間レンズ層LS3A〜LS3Dは、変形例1の固体撮像装置1002Aの中間レンズ層LS3A〜LS3Dと同様の構成であるため、説明を省略する。
光透過層TL1は、マイクロレンズLS1と比較して高い屈折率を有し、第2のレンズLS2A〜LS2Dと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。光透過層TL1は、中間レンズ層LS3A〜LS3Dと同一の材料また、同一の屈折率を有する他の材料で形成されていても良い。光透過層TL1を構成する材料としては、金属酸化物が挙げられる。
本技術に係る第9の実施形態の固体撮像装置は、2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、第1画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第1集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第2集光部と、を備える固体撮像装置である。第9の実施形態の固体撮像装置では、第2集光部が、第1画素分離領域及び第2画素分離領域の上部に設けられた遮光層と、サブピクセルの上部であって遮光層で囲まれる領域に設けられ、遮光層よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有している。
図42に、本技術に係る第9の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置1003のレイアウトを示す。図42は、4画素で構成される固体撮像装置1003の平面図である。なお、図42の固体撮像装置1003では、第1のサブピクセルSP1〜第4のサブピクセルSP4内の詳細の構造については省略している。
図44に、本技術を適用した第9の実施形態の固体撮像装置1003の断面の構成を示す。図44は、図42に示す固体撮像装置1003(固体撮像装置101及び102)のG−G’断面の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図44中の上方向を意味し、「下」とは、図44中の下方向を意味する。
なお、光透過層TL2A〜TL2Dは、カラーフィルタCF1〜CF4と、固体撮像素子100(101〜104)との間に設けられていても良い。
(1)変形例1
図45に、本技術を適用した第9の実施形態の固体撮像装置1003の第1の変形例である固体撮像装置1003Aの断面図の一例を示す。
固体撮像装置1003Aは、2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、第1画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第1集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第2集光部と、を備える固体撮像装置である。第9の実施形態の固体撮像装置では、第2集光部が、第1画素分離領域及び第2画素分離領域の上部に設けられた遮光層と、サブピクセルの上部であって遮光層で囲まれる領域に設けられ、遮光層よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、第1集光部及び光透過層の間に設けられた第1中間層とを有している。
固体撮像装置1003Aは、第1画素分離領域DTI1の上部に設けられた遮光層BL3と、第2画素分離領域DTI2の上部に設けられた遮光層BL2と、第1中間層ML1A〜ML1D(ML1C、ML1Dは図示せず)とを有する点で、固体撮像装置1003と相違する。
固体撮像装置1003Aは、第1画素分離領域DTI1の上部に、遮光層BL1と遮光層BL2とが一体に形成された遮光層BL3が設けられている。遮光層BL3は、例えば遮光層BL1の側面及び上面の少なくとも一面を遮光層BL2が覆った状態で一体に形成されている。
遮光層BL2は、第9の実施形態の固体撮像装置1003における遮光層BL2と同様の構成である。遮光層BL2は、カラーフィルタCF1〜CF4よりも厚く形成され、遮光層BL2の上部がカラーフィルタCF1〜CF4の上面(光透過層TL2A〜TL2Dと対向する面)よりもマイクロレンズLS1方向に突出するように設けられている。
第1中間層ML1A〜ML1Dは、光透過層TL2A〜TL2D上に設けられる。すなわち、第1中間層ML1A〜ML1Dは、第1のサブピクセルSP1〜第4のサブピクセルSP4の上部に設けられる。
なお、第1中間層ML1A〜ML1Dは、1層構造に限られず、複数層構造であってもよい。第1中間層ML1A〜ML1Dが複数層構造である場合、マイクロレンズLS1から光透過層TL2A〜TL2Dに近づくにつれて徐々に屈折率が大きくなるように各層の材料が選択される。
図46に、本技術を適用した第9の実施形態の固体撮像装置1003の第2の変形例である固体撮像装置1003Bの断面図の一例を示す。
固体撮像装置1003Bは、2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、第1画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第1集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第2集光部と、を備える固体撮像装置である。第9の実施形態の固体撮像装置では、第2集光部が、第1画素分離領域及び第2画素分離領域の上部に設けられた遮光層と、サブピクセルの上部であって遮光層で囲まれる領域に設けられ、遮光層よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、第1集光部及び光透過層の間に設けられた第1中間層と、光透過層とカラーフィルタの間に設けられた第2中間層と、を有している。
固体撮像装置1003Bは、光透過層TL2A〜TL2Dの下面に、第2中間層ML2A〜ML2Dを有する点で、変形例1の固体撮像装置1003Aと相違する。
第2中間層ML2A〜ML2Dは、光透過層TL2A〜TL2Dの下面に設けられる。すなわち、第2中間層ML2A〜ML2Dは、第1のサブピクセルSP1〜第4のサブピクセルSP4の上部に設けられる。
第2中間層ML2A〜ML2Dは、第1中間層ML1A〜ML1Dと同様の材料により形成される。
本技術に係る第10の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第1〜第9の実施形態の固体撮像装置において、第2画素分離領域、又は第1画素分離領域及び第2画素分離領域の双方が光を受光する受光面からシリコン基板Sまで貫通していない構成である、固体撮像装置である。
図47に示すように、固体撮像装置105は、第7又は第8の実施形態の固体撮像装置100に替えて用いられてもよい。また、図48に示すように、固体撮像装置105は、第9の実施形態の固体撮像装置100に替えて用いられてもよい。
また、第2画素分離領域DTI2は、同一色のカラーフィルタで覆われた一画素内のサブピクセルSP(第1のサブピクセルSP1〜第4のサブピクセルSP4)同士の境界部に設けられている。このため、同色画素内のサブピクセルSP間での信号電子のオーバーフローを実現することができる。
すなわち、図47及び図48に記載の構成では、異なる色のカラーフィルタで覆われた画素同士における異なる色信号の混色の防止と、同色のカラーフィルタで覆われた画素内のサブピクセルSP間での信号電子のオーバーフローの実現を両立させることができる。
図49に示すように、固体撮像装置106は、第7又は第8の実施形態の固体撮像装置100に替えて用いられてもよい。また、図50に示すように、固体撮像装置106は、第9の実施形態の固体撮像装置100に替えて用いられてもよい。
この場合、第1画素分離領域DTI1及び第2画素分離領域DTI2を同一の高低で形成することができ、製造コストを低減させることができる。
本技術に係る第11の実施形態の固体撮像装置1004は、第1画素分離領域DTI1が、2以上のサブピクセルSP(第1のサブピクセルSP1〜第16のサブピクセルSP16)から構成される複数の単位画素を分離する構成である、固体撮像装置107である。固体撮像装置1004は、第1〜第9の実施形態の固体撮像装置の代わりに用いても良い。
本技術に係る第12の実施形態の電子装置は、固体撮像素子が搭載されて、固体撮像素子が、2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、第1画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも1つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、オーバーフロー領域が、第1のサブピクセルと第2のサブピクセルとの間に形成される、電子装置である。また、本技術に係る第12の実施形態の電子装置は、本技術に係る第1の実施形態〜第11の実施形態の固体撮像装置が搭載された電子装置でもよい。
図52は、イメージセンサとしての本技術に係る第1〜第11の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。
[1]2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、
前記第1画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも1つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第1の前記サブピクセルと第2の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置。
[2]前記第1画素分離領域の内側に第1のP型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第2画素分離領域の周囲に第2のP型領域が深さ方向に形成され、前記第2画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第1画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第2画素分離領域とが含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域が、前記第1のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第3のP型領域、及び、前記第2のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第4のP型領域の少なくともいずれかの領域を有する、前記[1]に記載の固体撮像装置。
[3]前記第1画素分離領域の内側に第1のP型領域が深さ方向に形成され、前記第2画素分離領域の周囲に第2のP型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第1のP型領域と前記第2のP型領域との間にN型領域が形成され、前記第2画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第1画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第2画素分離領域とが含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域が、前記第1のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第3のP型領域、前記第2のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第4のP型領域、及び、前記第3のP型領域と前記第4のP型領域との間に形成される第5のN型領域の少なくともいずれかの領域を有する、前記[1]又は[2]に記載の固体撮像装置。
[4]前記第1画素分離領域の内側に第1のP型領域が深さ方向に形成され、前記第2画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第1画素分離領域の一方の内側と、当該一方の内側と対向する前記第1画素分離領域の他方の内側との間に前記オーバーフロー領域が含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域の深さが、
前記オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、前記信号電荷が蓄積されるN形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成される、前記[1]乃至[3]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[5]前記第2画素分離領域が、
前記複数の単位画素のそれぞれを2×2の前記サブピクセルに分離する、前記[1]乃至[4]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[6]前記第2画素分離領域が、
十字型を有する、前記[1]乃至[5]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[7]前記オーバーフロー領域が、前記第1画素分離領域と前記十字型の第2画素分離領域とが近接する領域に形成される、前記[6]に記載の固体撮像装置。
[8]前記第1画素分離領域と前記十字型の第2画素分離領域との近接する距離が、同一である、又は、異なる、前記[6]又は[7]に記載の固体撮像装置。
[9]前記十字型の第2画素分離領域の少なくとも一部が、前記第1画素分離領域に接続される、前記[6]乃至[8]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[10]前記信号電荷をオーバーフローさせるための電圧制御を行うトランスファーゲートを更に備える、前記[1]乃至[9]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[11]前記トランスファーゲートに3値以上の電圧を供給する電源を更に備える、前記[10]に記載の固体撮像装置。
[12]前記トランスファーゲートに供給する電圧を昇降する昇圧回路を更に備える、前記[10]又は[11]に記載の固体撮像装置。
[13]前記第2画素分離領域が、
光を受光する受光面から、前記信号電荷が蓄積される光電変換素子が形成されるシリコン基板まで貫通している、前記[1]乃至[12]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[14]2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、
前記第1画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、
前記単位画素の全体を覆う第1集光部と、
前記サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第2集光部と、
を備える固体撮像装置。
[15]前記第1集光部及び前記第2集光部は、レンズである、
前記[14]に記載の固体撮像装置。
[16]前記第1集光部は、レンズであり、
前記第2集光部は、前記第1画素分離領域及び前記第2画素分離領域の上部に設けられた遮光部と、前記サブピクセルの上部であって前記遮光部で囲まれる領域に設けられ、前記遮光部よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有している、前記[14]に記載の固体撮像装置。
[17]前記第1集光部と前記光透過層との間に設けられ、前記第1集光部と比較して高い屈折率を有し、前記光透過層と比較して低い屈折率を有する材料により形成された中間層を備える、前記[16]に記載の固体撮像装置。
[18]前記第1画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料及び金属の少なくとも一方を含む材料により形成されており、
前記第2画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料により形成されている、前記[14]乃至[17]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[19]前記サブピクセルと、前記第2集光部との間に設けられたカラーフィルタを備える、
前記[14]乃至[18]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[20]固体撮像装置が搭載されて、
前記固体撮像装置が、2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、
前記第1画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも1つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第1の前記サブピクセルと第2の前記サブピクセルとの間に形成される、電子装置。
[21]前記[1]乃至[19]のいずれか1つに記載の固体撮像装置を備える電子装置。
1000、1001、1002、1002A、1002B、1003、1003A、1003B 固体撮像装置
DTI1 第1画素分離領域
DTI2 第2画素分離領域
SP1〜SP16 第1〜第16のサブピクセル
OF、OF1〜OF4 オーバーフロー領域
TG、TG1〜TG4 トランスファーゲート
FD、FD1〜FD4 フローティングディフュージョン
TR1〜TR4 トランジスタ
PD1〜PD4 フォトダイオード
PR1 第1のP型領域
PR2 第2のP型領域
PR3 第3のP型領域
PR4 第4のP型領域
NR N型領域
NC 第5のN型領域
CF、CF1〜CF4 カラーフィルタ
LS1 マイクロレンズ
LS2A〜LS2D 第2のレンズ
BL 遮光層
TL2A〜TL2D 光透過層
ML1A〜ML1D 第1中間層
ML2A〜ML2D 第2中間層
Claims (20)
- 2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、
前記第1画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも1つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第1の前記サブピクセルと第2の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置。 - 前記第1画素分離領域の内側に第1のP型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第2画素分離領域の周囲に第2のP型領域が深さ方向に形成され、前記第2画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第1画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第2画素分離領域とが含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域が、前記第1のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第3のP型領域、及び、前記第2のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第4のP型領域の少なくともいずれかの領域を有する、請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第1画素分離領域の内側に第1のP型領域が深さ方向に形成され、前記第2画素分離領域の周囲に第2のP型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第1のP型領域と前記第2のP型領域との間にN型領域が形成され、前記第2画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第1画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第2画素分離領域とが含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域が、前記第1のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第3のP型領域、前記第2のP型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第4のP型領域、及び、前記第3のP型領域と前記第4のP型領域との間に形成される第5のN型領域の少なくともいずれかの領域を有する、請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第1画素分離領域の内側に第1のP型領域が深さ方向に形成され、前記第2画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第1画素分離領域の一方の内側と、当該一方の内側と対向する前記第1画素分離領域の他方の内側との間に前記オーバーフロー領域が含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域の深さが、
前記オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、前記信号電荷が蓄積されるN形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成される、請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第2画素分離領域が、
前記複数の単位画素のそれぞれを2×2の前記サブピクセルに分離する、請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第2画素分離領域が、
十字型を有する、請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記オーバーフロー領域が、前記第1画素分離領域と前記十字型の第2画素分離領域とが近接する領域に形成される、請求項6に記載の固体撮像装置。
- 前記第1画素分離領域と前記十字型の第2画素分離領域との近接する距離が、同一である、又は、異なる、請求項6に記載の固体撮像装置。
- 前記十字型の第2画素分離領域の少なくとも一部が、前記第1画素分離領域に接続される、請求項6に記載の固体撮像装置。
- 前記信号電荷をオーバーフローさせるための電圧制御を行うトランスファーゲートを更に備える、請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記トランスファーゲートに3値以上の電圧を供給する電源を更に備える、請求項10に記載の固体撮像装置。
- 前記トランスファーゲートに供給する電圧を昇降する昇圧回路を更に備える、請求項10に記載の固体撮像装置。
- 前記第2画素分離領域が、
光を受光する受光面から、前記信号電荷が蓄積される光電変換素子が形成されるシリコン基板まで貫通している、請求項1に記載の固体撮像装置。 - 2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、
前記第1画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、
前記単位画素の全体を覆う第1集光部と、
前記サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第2集光部と、
を備える、固体撮像装置。 - 前記第1集光部及び前記第2集光部は、レンズである、
請求項14に記載の固体撮像装置。 - 前記第1集光部は、レンズであり、
前記第2集光部は、前記第1画素分離領域及び前記第2画素分離領域の上部に設けられた遮光部と、前記サブピクセルの上部であって前記遮光部で囲まれる領域に設けられ、前記遮光部よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有している、請求項14に記載の固体撮像装置。 - 前記第1集光部と前記光透過層との間に設けられ、前記第1集光部と比較して高い屈折率を有し、前記光透過層と比較して低い屈折率を有する材料により形成された中間層を備える、請求項16に記載の固体撮像装置。
- 前記第1画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料及び金属の少なくとも一方を含む材料により形成されており、
前記第2画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料により形成されている、請求項14に記載の固体撮像装置。 - 前記サブピクセルと、前記第2集光部との間に設けられたカラーフィルタを備える、請求項14に記載の固体撮像装置。
- 固体撮像装置が搭載されて、
前記固体撮像装置が、2以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第1画素分離領域と、
前記第1画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第2画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも1つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第1の前記サブピクセルと第2の前記サブピクセルとの間に形成される、電子装置。
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