WO2020008907A1 - 受光素子、測距モジュール、および、電子機器 - Google Patents

受光素子、測距モジュール、および、電子機器 Download PDF

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    • G01S17/36—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal

Definitions

  • the present technology relates to a light receiving element, a distance measuring module, and an electronic device, and more particularly, to a light receiving element, a distance measuring module, and an electronic device capable of reducing signal deterioration during charge transfer.
  • a semiconductor detection element for measuring a distance to an object by a ToF (Time of Flight) method is known.
  • a ToF type semiconductor detection element light emitted from a light source is reflected on a target object, and the reflected light is photoelectrically converted by a photodiode.
  • the signal charges generated by the photoelectric conversion are distributed to two FDs (floating diffusions) by a pair of gate electrodes driven alternately (for example, see Patent Document 1).
  • the present technology has been made in view of such a situation, and is intended to reduce signal deterioration during charge transfer.
  • the light receiving element includes a first and a second charge holding unit that holds a charge generated by a photodiode, and a first transfer that transfers the charge to the first charge holding unit.
  • a pixel having at least a transistor and a second transfer transistor that transfers the charge to the second charge holding unit, wherein the first and second transfer transistors are vertical transistors having a vertical gate electrode unit. It is configured.
  • a ranging module includes a first and a second charge holding unit that holds a charge generated by a photodiode, and a first charge transfer unit that transfers the charge to the first charge holding unit.
  • a pixel having at least a transfer transistor and a second transfer transistor for transferring the charge to the second charge holding unit, wherein the first and second transfer transistors have a vertical gate electrode unit ,
  • a light source that emits irradiation light whose brightness varies periodically, and a light emission control unit that controls the irradiation timing of the irradiation light.
  • An electronic device includes first and second charge holding units that hold charges generated by a photodiode, and a first transfer that transfers the charges to the first charge holding unit.
  • a pixel having at least a transistor and a second transfer transistor that transfers the charge to the second charge holding unit, wherein the first and second transfer transistors are vertical transistors having a vertical gate electrode unit. It has a light receiving element configured.
  • a pixel includes a first and a second charge holding unit that holds a charge generated by a photodiode, and transfers the charge to the first charge holding unit. And at least a second transfer transistor for transferring the charge to the second charge holding unit, wherein the first and second transfer transistors have a vertical gate electrode unit. It is composed of a type transistor.
  • the light receiving element, the distance measuring module, and the electronic device may be an independent device or a module incorporated in another device.
  • signal deterioration during charge transfer can be reduced.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a pixel. It is a top view of a pixel. It is sectional drawing of a pixel.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an effect of a pixel to which the present technology is applied.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an effect of a pixel to which the present technology is applied.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an effect of a pixel to which the present technology is applied.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a planar shape of a vertical gate electrode unit. It is a figure showing the example of a pixel arrangement of a pixel array part.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a planar shape of a vertical gate electrode unit. It is a figure showing the example of a pixel arrangement of a pixel array part.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating driving of a transfer transistor.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating driving of a transfer transistor.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of the arrangement of a multilayer wiring layer. It is a top view showing a modification of a pixel. It is sectional drawing which shows the modification of a pixel. It is a top view of the pixel of 4 taps. It is a figure explaining drive of a pixel of 4 taps. It is a figure explaining application to a light receiving element of an electric field control type. It is a block diagram showing a configuration example of a distance measuring module to which the present technology is applied.
  • FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration example of a smartphone as an electronic device to which the present technology is applied.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a camera head and a CCU.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a vehicle control system. It is explanatory drawing which shows an example of the installation position of a vehicle exterior information detection part and an imaging part.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a light receiving element to which the present technology is applied.
  • the light receiving element 1 shown in FIG. 1 is an element that outputs distance measurement information by the indirect ToF method.
  • the light receiving element 1 receives light (reflected light) reflected from an object with light (irradiation light) emitted from a predetermined light source, and outputs a depth image in which information on a distance to the object is stored as a depth value.
  • the irradiation light emitted from the light source is, for example, infrared light having a wavelength in the range of 780 nm to 1000 nm, and is pulse light that is repeatedly turned on and off at a predetermined cycle.
  • the light receiving element 1 has a pixel array unit 21 formed on a semiconductor substrate (not shown) and a peripheral circuit unit integrated on the same semiconductor substrate as the pixel array unit 21.
  • the peripheral circuit unit includes, for example, a vertical drive unit 22, a column processing unit 23, a horizontal drive unit 24, a system control unit 25, and the like.
  • the light receiving element 1 is further provided with a signal processing unit 26 and a data storage unit 27.
  • the signal processing unit 26 and the data storage unit 27 may be mounted on the same substrate as the light receiving element 1 or may be arranged on a substrate in an imaging device different from the light receiving element 1.
  • the pixel array section 21 has a configuration in which the pixels 10 that generate electric charges according to the amount of received light and output signals according to the electric charges are two-dimensionally arranged in rows and columns in a matrix. That is, the pixel array unit 21 has a plurality of pixels 10 that photoelectrically convert incident light and output a signal corresponding to the resulting charge. Details of the pixel 10 will be described later with reference to FIG.
  • the row direction refers to the arrangement direction of the pixels 10 in the horizontal direction
  • the column direction refers to the arrangement direction of the pixels 10 in the vertical direction.
  • the row direction is the horizontal direction in the figure
  • the column direction is the vertical direction in the figure.
  • a pixel drive line 28 is wired along a row direction for each pixel row in a matrix pixel array, and two vertical signal lines 29 are provided in each pixel column along the column direction. Wired.
  • the pixel drive line 28 transmits a drive signal for driving when reading a signal from the pixel 10.
  • the pixel drive line 28 is shown as one line, but is not limited to one line.
  • One end of the pixel drive line 28 is connected to an output end of the vertical drive unit 22 corresponding to each row.
  • the vertical drive unit 22 includes a shift register, an address decoder, and the like, and drives each pixel 10 of the pixel array unit 21 simultaneously for all pixels or in units of rows. That is, the vertical drive unit 22 constitutes a drive unit that controls the operation of each pixel 10 of the pixel array unit 21 together with the system control unit 25 that controls the vertical drive unit 22.
  • the detection signal output from each pixel 10 in the pixel row according to the drive control by the vertical drive unit 22 is input to the column processing unit 23 through the vertical signal line 29.
  • the column processing unit 23 performs predetermined signal processing on the detection signal output from each pixel 10 through the vertical signal line 29, and temporarily holds the detection signal after the signal processing. Specifically, the column processing unit 23 performs noise removal processing, AD (Analog to digital) conversion processing, and the like as signal processing.
  • the horizontal drive unit 24 is configured by a shift register, an address decoder, and the like, and sequentially selects unit circuits corresponding to the pixel columns of the column processing unit 23. By the selective scanning by the horizontal drive unit 24, the detection signals subjected to signal processing for each unit circuit in the column processing unit 23 are sequentially output.
  • the system control unit 25 is configured by a timing generator or the like that generates various timing signals, and based on the various timing signals generated by the timing generator, a vertical driving unit 22, a column processing unit 23, and a horizontal driving unit 24. And the like.
  • the signal processing unit 26 has at least an arithmetic processing function, and performs various signal processing such as arithmetic processing based on the detection signal output from the column processing unit 23.
  • the data storage unit 27 temporarily stores data required for the signal processing in the signal processing unit 26.
  • the light receiving element 1 configured as described above outputs a depth image in which distance information to an object is stored as a depth value in a pixel value.
  • the light receiving element 1 is mounted on a vehicle, for example, an in-vehicle system that measures a distance to an object outside the vehicle, or measures a distance to an object such as a user's hand, and based on the measurement result, Can be mounted on a gesture recognition device or the like that recognizes the above gesture.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit of the pixels 10 two-dimensionally arranged in the pixel array unit 21.
  • the pixel 10 includes a photodiode PD as a photoelectric conversion element.
  • the pixel 10 includes two transfer transistors TRG, two floating diffusion regions FD, additional capacitance FDL, two switching transistors FDG, one reset transistor RST, two amplification transistors AMP, and two selection transistors SEL.
  • the transfer transistor TRG, the switching transistor FDG, the reset transistor RST, the amplification transistor AMP, and the selection transistor SEL are configured by, for example, N-type MOS transistors.
  • the floating diffusion regions FD1 and FD2 are charge holding units for temporarily holding the charges transferred from the photodiode PD.
  • the switching transistor FDG1 is turned on in response to the FD drive signal FDG1g supplied to the gate electrode being activated, thereby connecting the additional capacitance FDL1 to the floating diffusion region FD1.
  • the switching transistor FDG2 is turned on in response to the FD drive signal FDG2g supplied to the gate electrode being activated, thereby connecting the additional capacitance FDL2 to the floating diffusion region FD2.
  • the vertical drive unit 22 activates the switching transistors FDG1 and FDG2 to connect the floating diffusion region FD1 and the additional capacitance FDL1, and connects the floating diffusion region FD2 and the additional capacitance FDL2. Connect. Thereby, more charges can be accumulated at the time of high illuminance.
  • the vertical drive unit 22 deactivates the switching transistors FDG1 and FDG2 to separate the additional capacitors FDL1 and FDL2 from the floating diffusion regions FD1 and FD2, respectively. Thereby, conversion efficiency can be improved.
  • the reset transistor RST1 resets the potential of the floating diffusion region FD1 to a predetermined level (power supply voltage VDD) by being turned on in response to the reset drive signal RST1g supplied to the gate electrode being activated, in response to the active state.
  • the reset transistor RST2 resets the potential of the floating diffusion region FD2 to a predetermined level (power supply voltage VDD) by being turned on in response to the reset drive signal RST2g supplied to the gate electrode being activated, in response to this. .
  • the switching transistors FDG1 and FDG2 are also activated at the same time.
  • the source electrode of the amplification transistor AMP1 is connected to the vertical signal line 29A via the selection transistor SEL1, thereby connecting to a constant current source (not shown) to form a source follower circuit.
  • the source electrode of the amplification transistor AMP2 is connected to the vertical signal line 29B via the selection transistor SEL2, thereby connecting to a constant current source (not shown) to form a source follower circuit.
  • the selection transistor SEL1 is connected between the source electrode of the amplification transistor AMP1 and the vertical signal line 29A.
  • the selection transistor SEL1 becomes conductive in response to the selection signal SEL1g supplied to the gate electrode being activated, and outputs the detection signal VSL1 output from the amplification transistor AMP1 to the vertical signal line 29A.
  • the selection transistor SEL2 is connected between the source electrode of the amplification transistor AMP2 and the vertical signal line 29B.
  • the selection transistor SEL2 becomes conductive in response to the selection signal SEL2g supplied to the gate electrode being activated, and outputs the detection signal VSL2 output from the amplification transistor AMP2 to the vertical signal line 29B.
  • the vertical drive unit 22 controls the transfer transistors TRG1 and TRG2, the switching transistors FDG1 and FDG2, the reset transistors RST1 and RST2, the amplification transistors AMP1 and AMP2, and the selection transistors SEL1 and SEL2 of the pixel 10.
  • the additional capacitances FDL1 and FDL2 and the switching transistors FDG1 and FDG2 for controlling the connection may be omitted.
  • the additional capacitance FDL is provided, and is selectively used in accordance with the amount of incident light. A range can be secured.
  • a reset operation for resetting the charge of the pixel 10 is performed in all the pixels. That is, the reset transistors RST1 and RST1, the switching transistors FDG1 and FDG2, and the transfer transistors TRG1 and TRG2 are turned on, and the charges accumulated in the photodiode PD, the floating diffusion regions FD1 and FD2, and the additional capacitances FDL1 and FDL2 become constant voltage. Drained to source VDD and reset.
  • the transfer transistors TRG1 and TRG2 are alternately driven. That is, in the first period, the transfer transistor TRG1 is controlled to be on and the transfer transistor TRG2 is controlled to be off. In the first period, the charge generated in the photodiode PD is transferred to the floating diffusion region FD1. In the second period following the first period, the transfer transistor TRG1 is controlled to be off, and the transfer transistor TRG2 is controlled to be on. In the second period, the charge generated in the photodiode PD is transferred to the floating diffusion region FD2. As a result, the charge generated in the photodiode PD is distributed to the floating diffusion regions FD1 and FD2 and accumulated.
  • each pixel 10 of the pixel array unit 21 is selected line-sequentially.
  • the selection transistors SEL1 and SEL2 are turned on.
  • the charges accumulated in the floating diffusion region FD1 are output to the column processing unit 23 via the vertical signal line 29A as the detection signal VSL1.
  • the charges accumulated in the floating diffusion region FD2 are output to the column processing unit 23 via the vertical signal line 29B as the detection signal VSL2.
  • the reflected light received by the pixel 10 is delayed according to the distance to the object from the timing of irradiation by the light source.
  • the distribution ratio of the electric charges stored in the two diffusion regions FD1 and FD2 changes according to the delay time according to the distance to the target object. The distance to can be obtained.
  • FIG. 3 is a plan view of the pixel 10 showing the arrangement of the pixel circuits shown in FIG.
  • the X direction in FIG. 3 corresponds to the row direction (horizontal direction) in FIG. 1, and the Y direction corresponds to the column direction (vertical direction) in FIG.
  • a photodiode PD is formed in the central region of the rectangular pixel 10 in the N-type semiconductor region 41, and faces the photodiode PD in the X direction.
  • TRG2 is arranged.
  • the floating diffusion region FD1, the switching transistor FDG1, the additional capacitance FDL1, the reset transistor RST1, the amplification transistor AMP1, and the selection transistor SEL1 are arranged mirror-symmetrically.
  • the transfer transistor TRG1 is constituted by a gate electrode 42 1, an N-type semiconductor region 41 as the source region, the N-type semiconductor region 43 1 serving as a drain region.
  • N-type semiconductor region 41 as the source region is also used as the photodiode PD, N-type semiconductor region 43 1 serving as the drain region is shared with the floating diffusion region FD1.
  • Switching transistor FDG1 is constituted by a gate electrode 44 1, an N-type semiconductor region 43 1 serving as a source region, an N-type semiconductor region 45 1 serving as a drain region.
  • N-type semiconductor region 43 1 serving as the source region is also used as the floating diffusion region FD1,
  • N-type semiconductor region 45 1 serving as the drain region is shared with additional capacitance FDL1.
  • Reset transistor RST1 is constituted by a gate electrode 46 1, an N-type semiconductor region 45 1 serving as a source region, an N-type semiconductor region 47 1 serving as a drain region.
  • Amplifying transistor AMP1 is constituted by a gate electrode 48 1, an N-type semiconductor region 47 1 serving as a drain region, an N-type semiconductor region 49 1 serving as a source region. N-type semiconductor region 47 1 serving as the drain region is shared with the drain region of the reset transistor RST1.
  • Selection transistors SEL1 is constituted by a gate electrode 50 1, an N-type semiconductor region 49 1 serving as a drain region, an N-type semiconductor region 51 1 serving as a source region.
  • the N-type semiconductor region 49 1 as a drain region is also used as a source region of the amplification transistor AMP1.
  • the reset transistor RST1, the amplification transistor AMP1, and the selection transistor SEL1 are arranged in this order in the Y direction, and the transfer transistor TRG1 and the switching transistor FDG1 are arranged in the X direction.
  • Transfer transistor TRG1, switching transistor FDG1, reset transistor RST1, amplifying transistor AMP1, and select transistor SEL1 are merely mirror-symmetrical in the X direction, and description thereof is omitted. Note that, when it is not necessary to particularly distinguish the gate electrodes, the drain regions, and the source regions of the transfer transistors TRG1 and TRG2, the transfer transistor TRG will be described with suffixes omitted.
  • ⁇ P-type semiconductor region 52 is formed outside the N-type semiconductor region forming the drain region and the source region of each pixel transistor in pixel 10.
  • the photodiode PD and the floating diffusion regions FD1 and FD2 are formed as rectangular regions longer in the Y direction than in the X direction.
  • the gate electrode 42 1 and 42 2 of the transfer transistors TRG1 and TRG2, in the Y direction is the longitudinal direction, it is formed longer than the photodiode PD and the floating diffusion region FD1 and FD2.
  • the gate width 61 of the gate electrode 42 1 and 42 2 of the transfer transistors TRG1 and TRG2 is greater than Y direction area width of the photodiode PD and the floating diffusion region FD1 and FD2.
  • the distance 62 between the gate electrodes 42 1 and 42 2 of the transfer transistors TRG1 and TRG2 is shorter than the gate width 61 of the gate electrode 42 1 and 42 2 of the transfer transistors TRG1 and TRG2.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the pixel 10.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the pixel 10 along the line a1-a2 in FIG. 3
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the pixel 10 along the line b1-b2 in FIG.
  • the vertical direction indicated by the Z axis in FIG. 4 corresponds to the depth direction of the substrate.
  • the transfer transistors TRG1 and TRG2 are configured by vertical transistors having a gate electrode 42 extending in the substrate depth direction. More specifically, the gate electrode 42 1 of the transfer transistor TRG1 has a planar gate electrode portion 42T 1 formed on the upper surface of the semiconductor substrate 70 formed by P-type semiconductor region 52, the vertical gate electrode extending in the substrate depth direction It is composed of a section 42V 1.
  • the gate electrode 42 2 of the transfer transistor TRG2 also a planar gate electrode portion 42T 2 formed on the upper surface of the semiconductor substrate 70 formed by P-type semiconductor region 52, and the vertical gate electrode portion 42V 2 extending in the substrate depth direction It is composed of
  • the upper surface of the semiconductor substrate 70 on which the transfer transistors TRG1 and TRG2 are formed is the front surface side of the semiconductor substrate 70, and the gate insulating film 71 is formed at the substrate interface. Further, a multilayer wiring layer described later with reference to FIG. 12 is formed on the front side of the semiconductor substrate 70.
  • a gate insulating film 71 and a P-type semiconductor region 72 are formed between the P-type semiconductor region 52 and the vertical gate electrode portion 42V.
  • the impurity concentration of the P-type semiconductor region 72 is higher than the impurity concentration of the P-type semiconductor region 52, and the P-type semiconductor region 72 functions as a pinning region for suppressing generation of dark current.
  • the lower surface side of the semiconductor substrate 70 which is the lower side in FIG. 4B, is an incident surface on which reflected light is incident, on which an unillustrated on-chip lens or the like is formed.
  • the N-type semiconductor region 41 constituting the photodiode PD includes an N-type semiconductor region 41A below (on the back side of the semiconductor substrate) the vertical gate electrode portion 42V of the transfer transistor TRG and a vertical gate electrode portion 42 of the two transfer transistors TRG. It comprises an N-type semiconductor region 41B and an N-type semiconductor region 41C formed between them.
  • the impurity concentrations of the N-type semiconductor regions 41A to 41C are increased in the order of the N-type semiconductor region 41A, the N-type semiconductor region 41B, and the N-type semiconductor region 41C.
  • the impurity concentration of the N-type semiconductor region is described as “N ++”, “N +”, “N”, “N ⁇ ”, and the impurity concentration of “N ++” is the highest, “N ++”, It indicates that the impurity concentration decreases in the order of “N +”, “N”, and “N ⁇ ”.
  • the vertical transfer transistor TRG can be formed by forming a trench (vertical hole) by dry etching from the substrate surface side, forming the gate insulating film 71, and then embedding polysilicon or the like serving as a gate electrode.
  • the N-type semiconductor regions 43 1 and 43 2 as floating diffusion regions FD1 and FD2 Is formed.
  • a plurality of vertical gate electrode portions 42V are formed at predetermined intervals so as to have a comb shape in a cross-sectional view in the Y direction which is the direction of the gate width 61.
  • a gate insulating film 71 and a P-type semiconductor region 72 are formed on the outer peripheral portion of the plurality of vertical gate electrode portions 42V of the transfer transistor TRG, and the P-type semiconductor region 72 formed on the outer peripheral portion of the vertical gate electrode portion 42V is formed. Between them, the P-type semiconductor region 52 is formed with a lower concentration than the P-type semiconductor region 72.
  • the two transfer transistors TRG1 and TRG2 of the pixel 10 are composed of vertical transistors having a plurality of vertical gate electrodes 42V in the gate width direction.
  • a of FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line b1-b2 of the pixel 10X when the transfer transistors TRG1 and TRG2 are formed of normal planar transistors.
  • 5B is a cross-sectional view of the pixel 10 taken along line b1-b2, similar to FIG.
  • portions corresponding to the pixel 10 are denoted by the same reference numerals as those of the pixel 10 for easy comparison.
  • the state transfer transistor TRG1 is controlled to be on, electrons (charge) 80 generated by the N-type semiconductor region 41 constituting the photodiode PD, which is transferred to the N-type semiconductor region 43 1 serving as the floating diffusion region FD think of.
  • the electrons 80 generated in the N-type semiconductor region 41 is transferred to the N-type semiconductor region 43 1.
  • the N-type semiconductor region 41 of the pixel 10 is composed of only the N-type semiconductor regions 41B and 41C, and the N-type semiconductor region 41A closest to the rear surface of the substrate is not formed. Further, in order to transfer the electrons 80 generated at a deep position in the substrate, it is necessary to make the depth 81 of the N-type semiconductor region 41C having a high impurity concentration deeper than the depth 81 of the pixel 10 in FIG. is there.
  • the transfer transistors TRG1 and TRG2 are generated in the N-type semiconductor region 41.
  • electronic 80 in addition to the lower planar gate electrode portion 42T 1, through a channel formed between the comb-like plurality of vertical gate electrode portion 42V, is transferred to the N-type semiconductor region 43 1.
  • electrons 80 as shown by the arrows in B of FIG. 5, can be moved linearly with respect to N-type semiconductor regions 43 1, it is possible to shorten the transfer path. As a result, the time required for the transfer is reduced.
  • the plurality of vertical gate electrode portions 42V even the electrons 80 generated at a deep position in the substrate can be transferred at a high speed.
  • the region 81A can be formed, and the depth 81 of the N-type semiconductor region 41C having a high impurity concentration can be made smaller than the depth 81 of the pixel 10X of FIG.
  • FIG. 6 is a graph showing potentials and transfer paths when the planar transistor of FIG. 5A is used as the transfer transistor and when the vertical transistor of FIG. 5B is used as the transfer transistor.
  • the vertical axis of the graph in FIG. 6 represents the potential, and the horizontal axis represents the electron transfer path from the photodiode PD to the floating diffusion region FD.
  • a solid line 101 in the graph of FIG. 6 indicates a potential gradient in the pixel 10X using the planar transistor of FIG. 5A.
  • the broken line 102 in the graph of FIG. 6 indicates a potential gradient when the transfer transistor of the pixel 10X in FIG. 5A is changed from a planar transistor to the same vertical transistor as the transfer transistor TRG.
  • the N-type semiconductor region 41 as the photodiode PD is the same as the pixel 10X in FIG.
  • the solid line 103 in the graph of FIG. 6 indicates the potential gradient of the pixel 10 in FIG. 5B. That is, the solid line 103 changes the transfer transistor of the pixel 10X in FIG. 5A from a planar transistor to a vertical transistor, and changes the N-type semiconductor region 41 as the photodiode PD as shown in FIG.
  • the potential gradient when the depth 81 of the N-type semiconductor region 41C having a high impurity concentration is made shallow and the N-type semiconductor region 41A is formed near the rear surface of the substrate is shown.
  • the transfer path can be shortened. Further, the depth 81 of the N-type semiconductor region 41C having a high impurity concentration is made shallow, and the N-type semiconductor region 41A is formed near the rear surface of the substrate, so that the potential of the deep portion of the photodiode PD is deepened. The potential can be reduced.
  • the photoelectric conversion region can be enlarged and the saturation charge can be increased.
  • FIG. 7 shows a potential distribution corresponding to the solid line 101, the dashed line 102, and the solid line 103 in FIG.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view along line b1-b2 (upper part) and a potential distribution (lower part) of pixel 10X using a planar transistor as a transfer transistor.
  • a in FIG. 7 corresponds to the solid line 101 in FIG.
  • ⁇ Circle around (b) ⁇ of FIG. 7 shows a cross-sectional view along line b1-b2 (upper row) and a potential distribution (lower row) of pixel 10X using a vertical transistor as a transfer transistor. 7B corresponds to the broken line 102 in FIG.
  • ⁇ Circle around (c) ⁇ in FIG. 7 shows a cross-sectional view of the pixel 10 of the light receiving element 1 along the line b1-b2 (upper part) and a potential distribution (lower part).
  • C in FIG. 7 corresponds to the solid line 103 in FIG.
  • each of the potential distributions A to C in FIG. 7 indicates a potential distribution in a state where the transfer transistor TRG1 is controlled to be turned on. Also, in the pixels 10X of FIGS. 7A and 7B, portions corresponding to the pixels 10 are denoted by the same reference numerals as those of the pixels 10, as in FIG.
  • the N-type semiconductor region 41A is formed in a region near the rear surface of the substrate, so that the pixel 10 of FIGS.
  • the depletion layer is enlarged to the vicinity of the back surface of the substrate. High sensitivity can be realized by this potential structure.
  • FIG. 8 is a plan view illustrating the planar shape of the vertical gate electrode portion 42V.
  • the planar shape of the vertical gate electrode portion 42V can be, for example, a round shape as shown in FIG. However, when the plane shape of the vertical gate electrode portion 42V is round, the area of the vertical gate electrode portion 42V with respect to the XY plane becomes large, and electrons may collide with the vertical gate electrode portion 42V, thereby lowering the transfer speed. There is.
  • planar shape of the vertical gate electrode portion 42V is, for example, as shown in FIG. ) Can be formed in an elongated shape having a long width. Further, the planar shape of the vertical gate electrode portion 42V can be formed in an elongated shape in which the photodiode PD side is convex. This makes it difficult for electrons to collide with the vertical gate electrode portion 42V, thereby suppressing a decrease in transfer speed.
  • FIG. 9 shows an example of a pixel array of the pixel array unit 21.
  • FIG. 9 shows only 16 ⁇ 4 ⁇ 16 pixels in which four pixels 10 are arranged in the row and column directions due to space limitations, but the number of pixels is not limited to this.
  • reference numerals are omitted due to space limitations.
  • FIG. 10 is a diagram showing an applied voltage when driving the transfer transistor TRG.
  • the pixel 10 of the light receiving element 1 distributes electric charges to the floating diffusion regions FD1 and FD2 by alternately performing control of turning on one of the two transfer transistors TRG1 and TRG2 and turning off the other.
  • the vertical drive unit 22 sets the applied voltage of one of the transfer transistors TRG (for example, the transfer transistor TRG1) to be turned on to the pixel 10 as a first predetermined drive, a positive predetermined voltage VA, and the other of the transfer transistors to be turned off. Control can be performed such that the voltage applied to the TRG (for example, the transfer transistor TRG2) is set to a predetermined negative voltage VB (first negative bias VB).
  • the first negative bias VB is a negative bias for pinning for suppressing a white point and a dark current.
  • the vertical drive unit 22 applies a voltage applied to one of the transfer transistors TRG (for example, the transfer transistor TRG1) to be turned on to the pixel 10 as a second drive, as shown in FIG.
  • the control can be performed such that the voltage applied to the other transfer transistor TRG (for example, the transfer transistor TRG2) to be turned off is set to the voltage VA and the negative predetermined voltage VC (second negative bias VC).
  • the second negative bias VC is a larger negative bias than the first negative bias VB for pinning.
  • FIG. 11 shows the potential between the two transfer transistors TRG1 and TRG2 when the second drive is performed.
  • the solid line in the graph of FIG. 11 indicates the potential between the two transfer transistors TRG1 and TRG2 when the second drive is performed, and the broken line indicates the potential when the transfer transistors TRG1 and TRG2 are turned off by the first negative bias VB. The potential is shown.
  • the gradient of the electric field can be further improved.
  • the size can be increased, and charge transfer can be assisted. Therefore, the charge transfer characteristics can be improved by the second driving.
  • FIG. 12 shows an arrangement example of a multilayer wiring layer of the light receiving element 1 formed on the front surface side of the semiconductor substrate 70.
  • FIG. 12 portions corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, but some reference numerals are omitted.
  • the light receiving element 1 has, for example, a multilayer wiring layer including four wiring layers including a first wiring layer M1 to a fourth wiring layer M4 and an interlayer insulating layer.
  • the four wiring layers are, in order from the side closer to the semiconductor substrate 70, a first wiring layer M1, a second wiring layer M2, a third wiring layer M3, and a fourth wiring layer M4.
  • FIG. 12A shows the gate electrode and the N-type semiconductor region of the pixel transistor formed on the surface side of the semiconductor substrate 70, the first wiring layer M1, and the contact between the gate electrode of the pixel transistor and the first wiring layer M1. It is a top view showing arrangement.
  • the first wiring layer M1 is formed at least at the boundary between the pixels 10, and is connected to GND.
  • the first wiring layer M1 is connected to the gate electrode of the pixel transistor via a contact.
  • N-type semiconductor region 43 1 serving as the floating diffusion region FD1 via the wiring 151 1 is connected to the gate electrode 48 1 of the amplification transistor AMP1
  • N-type semiconductor region 43 2 that functions as a floating diffusion region FD2 is wiring 151 2 through, and is connected to the gate electrode 48 and second amplifying transistor AMP2.
  • ⁇ B of FIG. 12 is a plan view showing the arrangement of the first wiring layer M1, the second wiring layer M2, and the vias connecting the first wiring layer M1 and the second wiring layer M2.
  • 12C is a plan view showing the arrangement of the second wiring layer M2, the third wiring layer M3, and vias connecting the second wiring layer M2 and the third wiring layer M3.
  • control lines and power lines for transmitting the pixel array section 21 in the horizontal direction are arranged.
  • the third wiring layer M3 includes wirings 161 1 and 161 2 for transmitting transfer drive signals TRG1g and TRG2g supplied to the gate electrodes of the transfer transistors TRG1 and TRG2, and gate electrodes of the switching transistors FDG1 and FDG2.
  • 12D is a plan view showing the arrangement of the third wiring layer M3, the fourth wiring layer M4, and vias connecting the third wiring layer M3 and the fourth wiring layer M4.
  • the vertical signal lines 29A and 29B for transmitting the pixel array section 21 in the vertical direction and the power supply lines are arranged.
  • FIG. 13 and FIG. 14 are diagrams illustrating modified examples of the pixel 10.
  • FIG. 13 is a plan view of a modification of the pixel 10
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a modification of the pixel 10.
  • the plan view of FIG. 13 corresponds to the plan view of the pixel 10 shown in FIG. 3
  • the cross-sectional view of FIG. 14 corresponds to the cross-sectional view of the pixel 10 shown in FIG.
  • FIGS. 13 and 14 show a pixel structure when the capacitance of the floating diffusion regions FD1 and FD2 is reduced in order to increase the conversion efficiency.
  • the circuit configuration of the pixel 10 is the same as the equivalent circuit shown in FIG.
  • N-type area of the semiconductor regions 43 1 and 43 2 as floating diffusion regions FD1 and FD2 (volume) is formed smaller as compared with FIG. Transfer transistors TRG1 and the gate electrode 42 1 of TRG2 and 42 2 of the gate width 201, shorter than the gate width 61 of the pixel 10 of Figure 3.
  • the transfer transistor TRG As the N-type semiconductor regions 43 1 and 43 change 2 region size as the floating diffusion region FD1 and FD2, the transfer transistor TRG, switching transistors FDG, a reset transistor RST, the amplifying transistor AMP, and the pixel transistors of the selection transistor SEL The placement has been changed.
  • the N-type semiconductor region 51 1 serving as the source region of the select transistor SEL1 and SEL2, and is formed in a region of the pixel 10 adjacent to the vertical direction.
  • N-type semiconductor region 43 1 serving as the floating diffusion region FD1 via the wiring 151 is connected to the gate electrode 48 1 of the amplification transistor AMP1
  • N-type semiconductor region 43 which serves as a floating diffusion region FD2 2 through the wiring 151 2 is connected to the gate electrode 48 and second amplifying transistor AMP2.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view of the pixel 10 along the line a1-a2 in FIG. 13, and FIG. 14B is a cross-sectional view of the pixel 10 along the line b1-b2 in FIG.
  • the gate electrode 42 2 of the transfer transistor TRG2 includes a planar gate electrode portion 42T 2, is constituted by one and the vertical gate electrode portion 42V 2.
  • the number of the vertical gate electrode portions 42V may be plural, such as two or three, depending on the gate width 201 of the gate electrode 42 of the transfer transistor TRG.
  • FIG. 15 is a plan view showing still another modified example of the pixel 10.
  • the pixel 10 shown in FIGS. 3 and 13 has two transfer transistors TRG1 and TRG2 and floating diffusion regions FD1 and FD2 with respect to one photodiode PD, and stores the charges generated by the photodiode PD. It has a two-tap pixel structure that is divided into two floating diffusion regions FD1 and FD2.
  • the pixel 10 shown in FIG. 15 has four transfer transistors TRG1 to TRG4 and floating diffusion regions FD1 to FD4 for one photodiode PD, and is generated by the photodiode PD. It has a four-tap pixel structure for distributing charges to four floating diffusion regions FD1 to FD4.
  • the pixel 10 has four transfer transistors TRG, floating diffusion regions FD, additional capacitances FDL, switching transistors FDG, reset transistors RST, amplification transistors AMP, and four selection transistors SEL.
  • a combination (one set) of the transfer transistor TRG, the floating diffusion region FD, the additional capacitance FDL, the switching transistor FDG, the reset transistor RST, the amplification transistor AMP, and the selection transistor SEL is a rectangular pixel region.
  • the four taps in FIG. 15 are arranged on each side.
  • each set of the transfer transistor TRG, the floating diffusion region FD, the additional capacitance FDL, the switching transistor FDG, the reset transistor RST, the amplification transistor AMP, and the selection transistor SEL has any one of 1 to 4. They are distinguished by letters.
  • the cross-sectional view of the pixel 10 along the line a1-a2 in FIG. 15 is the same as that in FIG. 4A, and all the transfer transistors TRG are configured by vertical transistors. Note that, of course, the number of the vertical gate electrode portions 42V of the transfer transistor TRG may be different from the case of two taps.
  • the distance 222 between the gate electrodes 42 of the two transfer transistors TRG opposed to each other is set to the same length as the gate width 221 of the gate electrode 42 of the transfer transistor TRG.
  • the transfer transistor TRG is a vertical transistor, the modulation capability is enhanced, and a second negative bias VC larger than the first negative bias VB for pinning is applied to the transfer transistor TRG on the side to be turned off. By performing the second drive, high-speed transfer of charges is possible.
  • FIG. 16 is a timing chart illustrating the second drive in the 4-tap pixel 10.
  • the vertical drive unit 22 sets the transfer transistor TRG opposite to the predetermined one transfer transistor TRG to be turned on to the second negative bias VC, and sets the remaining two transfer transistors orthogonal to each other.
  • One transfer transistor TRG is controlled to the first negative bias VB.
  • the vertical driving unit 22 turns on the transfer transistor TRG1, controls the transfer transistor TRG3 to the second negative bias VC, and sets the transfer transistors TRG2 and TRG4 to the first negative bias. Control to VB.
  • the vertical drive unit 22 turns on the transfer transistor TRG2, controls the transfer transistor TRG4 to the second negative bias VC, and sets the transfer transistors TRG1 and TRG3 to the first negative bias VB. To control.
  • the vertical drive unit 22 turns on the transfer transistor TRG3, controls the transfer transistor TRG1 to the second negative bias VC, and sets the transfer transistors TRG2 and TRG4 to the first negative bias VB. To control.
  • the vertical drive unit 22 turns on the transfer transistor TRG4, controls the transfer transistor TRG2 to the second negative bias VC, and sets the transfer transistors TRG1 and TRG3 to the first negative bias VB. To control.
  • FIG. 17A is a plan view of a pixel of the electric field control type light receiving element
  • FIG. 17B is a sectional view and a potential diagram of the pixel of the electric field control type light receiving element.
  • the pixel 300 of the light-receiving element of the electric field control type transfers the electric charge generated in the N-type semiconductor region 301 as the photoelectric conversion region to a pair of the first electric field control electrodes 311a and 311b and a pair of the second electric field control electrodes 311a and 311b adjacent thereto.
  • the electric charge is distributed to the two charge accumulation regions 313a and 313b.
  • the charges stored in the two charge storage regions 313a and 313b are transferred to the charge readout regions 314a and 314b by the transfer transistors TRGa and TRGb, respectively.
  • the N-type semiconductor region 301 which is a photoelectric conversion region, that has passed through the rectangular opening region of the light shielding plate 302 shown in FIG.
  • a pair of first electric field control electrodes 311a and 311b and a pair of adjacent second electric field control electrodes 312a and 312b shown in FIG. 17A are arranged between the light shielding plate 302 and the insulating film 303.
  • the P-type semiconductor region 304 between the N-type semiconductor region 301 and the insulating film 303 is a pinning layer.
  • the configuration of the transfer transistors TRG1 and TRG2 described above that is, A configuration of a vertical transistor having a comb-shaped vertical gate electrode portion 42V can be employed.
  • the modulation ability is improved and an electric field is easily generated, so that the transfer characteristics can be improved.
  • FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration example of a ranging module that outputs ranging information using the light receiving element 1 described above.
  • the distance measuring module 500 includes a light emitting unit 511, a light emission control unit 512, and a light receiving unit 513.
  • the light emitting unit 511 has a light source that emits light of a predetermined wavelength, and emits irradiation light whose brightness varies periodically to irradiate the object.
  • the light emitting unit 511 includes, as a light source, a light emitting diode that emits infrared light having a wavelength in the range of 780 nm to 1000 nm, and emits light in synchronization with a rectangular wave light emission control signal CLKp supplied from the light emission control unit 512. Generates light.
  • the light emission control signal CLKp is not limited to a rectangular wave as long as it is a periodic signal.
  • the light emission control signal CLKp may be a sine wave.
  • the light emission control unit 512 supplies the light emission control signal CLKp to the light emitting unit 511 and the light receiving unit 513, and controls the irradiation timing of the irradiation light.
  • the frequency of the light emission control signal CLKp is, for example, 20 megahertz (MHz).
  • the frequency of the light emission control signal CLKp is not limited to 20 megahertz (MHz) but may be 5 megahertz (MHz).
  • the light receiving unit 513 receives the light reflected from the object, calculates distance information for each pixel according to the light reception result, and generates a depth image in which the distance to the object is represented by a gradation value for each pixel. Output.
  • the light receiving element 1 as the light receiving unit 513 alternately drives a plurality of transfer transistors TRG of each pixel 10 of the pixel array unit 21 based on, for example, a light emission control signal CLKp, and generates a plurality of electric charges generated by the photodiode PD.
  • the light receiving element 1 calculates distance information for each pixel from the signal intensities detected by the plurality of charge storage units.
  • the light receiving element 1 described above can be incorporated as the light receiving unit 513 of the distance measuring module 500 that obtains and outputs distance information to a subject by the indirect ToF method. Thereby, the ranging characteristics of the ranging module 500 can be improved.
  • the light receiving element 1 can be applied to a distance measuring module as described above.
  • various electronic devices such as an imaging device having a distance measuring function, such as a digital still camera and a digital video camera, and a smartphone having a distance measuring function. Can be applied to
  • FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration example of a smartphone as an electronic device to which the present technology is applied.
  • the smartphone 601 includes a distance measuring module 602, an imaging device 603, a display 604, a speaker 605, a microphone 606, a communication module 607, a sensor unit 608, a touch panel 609, and a control unit 610, which are connected to a bus 611. It is connected and configured through.
  • the control unit 610 has functions as an application processing unit 621 and an operation system processing unit 622 when the CPU executes the program.
  • the distance measuring module 500 shown in FIG. 18 is applied to the distance measuring module 602.
  • the distance measurement module 602 is disposed in front of the smartphone 601 and performs distance measurement for a user of the smartphone 601 to obtain a depth value of a surface shape of the user's face, hand, finger, or the like. Can be output as
  • the imaging device 603 is disposed on the front of the smartphone 601 and captures an image of the user of the smartphone 601 by performing imaging with the user of the smartphone 601 as a subject.
  • a configuration in which the imaging device 603 is also arranged on the back surface of the smartphone 601 may be adopted.
  • the display 604 displays an operation screen for performing processing by the application processing unit 621 and the operation system processing unit 622, an image captured by the imaging device 603, and the like.
  • the speaker 605 and the microphone 606 output, for example, the voice of the other party and collect the voice of the user when making a call with the smartphone 601.
  • the communication module 607 is a network via a communication network such as the Internet, a public telephone line network, a wide area communication network for wireless mobile such as a so-called 3G line or 4G line, a WAN (Wide Area Network), and a LAN (Local Area Network). It performs communication, short-range wireless communication such as Bluetooth (registered trademark) and NFC (Near Field Communication).
  • the sensor unit 608 senses speed, acceleration, proximity, and the like, and the touch panel 609 acquires a user's touch operation on the operation screen displayed on the display 604.
  • the application processing unit 621 performs a process for providing various services by the smartphone 601. For example, based on the depth value supplied from the distance measurement module 602, the application processing unit 621 can perform a process of creating a computer graphics face that virtually reproduces the user's expression and displaying the face on the display 604. . Further, the application processing unit 621 can perform, for example, a process of creating three-dimensional shape data of an arbitrary three-dimensional object based on the depth value supplied from the distance measurement module 602.
  • the operation system processing unit 622 performs processing for realizing basic functions and operations of the smartphone 601. For example, the operation system processing unit 622 can perform a process of authenticating the user's face and unlocking the smartphone 601 based on the depth value supplied from the distance measurement module 602. Further, the operation system processing unit 622 performs, for example, a process of recognizing a user's gesture based on the depth value supplied from the distance measurement module 602, and performs a process of inputting various operations according to the gesture. Can be.
  • the smartphone 601 configured as described above, by applying the above-described distance measurement module 500 as the distance measurement module 602, for example, the distance to a predetermined object is measured and displayed, or the tertiary of the predetermined object is measured. Processing for creating and displaying original shape data can be performed.
  • Example of application to endoscopic surgery system The technology (the present technology) according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technology (the present technology) according to the present disclosure may be applied.
  • FIG. 20 shows a state in which an operator (doctor) 11131 is performing an operation on a patient 11132 on a patient bed 11133 using the endoscopic surgery system 11000.
  • the endoscopic surgery system 11000 includes an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment tool 11112, and a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100.
  • a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
  • the endoscope 11100 includes a lens barrel 11101 having a region of a predetermined length from the distal end inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the proximal end of the lens barrel 11101.
  • the endoscope 11100 which is configured as a so-called rigid endoscope having a hard barrel 11101 is illustrated.
  • the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible endoscope having a soft barrel. Good.
  • An opening in which the objective lens is fitted is provided at the tip of the lens barrel 11101.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to a distal end of the lens barrel by a light guide extending inside the lens barrel 11101, and an objective is provided. The light is radiated toward the observation target in the body cavity of the patient 11132 via the lens.
  • the endoscope 11100 may be a direct view, a perspective view, or a side view.
  • An optical system and an image sensor are provided inside the camera head 11102, and the reflected light (observation light) from the observation target is focused on the image sensor by the optical system.
  • the observation light is photoelectrically converted by the imaging element, and an electric signal corresponding to the observation light, that is, an image signal corresponding to the observation image is generated.
  • the image signal is transmitted to a camera control unit (CCU: ⁇ Camera ⁇ Control ⁇ Unit) 11201 as RAW data.
  • the $ CCU 11201 is configured by a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and the like, and controls the operations of the endoscope 11100 and the display device 11202 overall. Further, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102, and performs various image processing on the image signal for displaying an image based on the image signal, such as a development process (demosaicing process).
  • a development process demosaicing process
  • the display device 11202 displays an image based on an image signal on which image processing has been performed by the CCU 11201 under the control of the CCU 11201.
  • the light source device 11203 includes a light source such as an LED (Light Emitting Diode), for example, and supplies the endoscope 11100 with irradiation light when imaging an operation part or the like.
  • a light source such as an LED (Light Emitting Diode), for example, and supplies the endoscope 11100 with irradiation light when imaging an operation part or the like.
  • the input device 11204 is an input interface to the endoscopic surgery system 11000.
  • the user can input various information and input instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
  • the user inputs an instruction or the like to change imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, and the like) by the endoscope 11100.
  • the treatment instrument control device 11205 controls the driving of the energy treatment instrument 11112 for cauterizing, incising a tissue, sealing a blood vessel, and the like.
  • the insufflation device 11206 is used to inflate the body cavity of the patient 11132 for the purpose of securing the visual field by the endoscope 11100 and securing the working space of the operator.
  • the recorder 11207 is a device that can record various types of information related to surgery.
  • the printer 11208 is a device that can print various types of information on surgery in various formats such as text, images, and graphs.
  • the light source device 11203 that supplies the endoscope 11100 with irradiation light at the time of imaging the operation site can be configured by a white light source configured by, for example, an LED, a laser light source, or a combination thereof.
  • a white light source configured by a combination of the RGB laser light sources
  • the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high accuracy. It can be carried out.
  • laser light from each of the RGB laser light sources is irradiated to the observation target in a time-division manner, and the driving of the image pickup device of the camera head 11102 is controlled in synchronization with the irradiation timing, so that each of the RGB laser light sources is controlled. It is also possible to capture the image obtained in a time-division manner. According to this method, a color image can be obtained without providing a color filter in the image sensor.
  • the driving of the light source device 11203 may be controlled so as to change the intensity of the output light every predetermined time.
  • the driving of the image pickup device of the camera head 11102 in synchronization with the timing of the change of the light intensity, an image is acquired in a time-division manner, and the image is synthesized, so that a high dynamic image without a so-called blackout or whiteout is obtained.
  • An image of the range can be generated.
  • the light source device 11203 may be configured to be able to supply light in a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, by utilizing the wavelength dependence of light absorption in body tissue, by irradiating light in a narrower band compared to irradiation light (ie, white light) during normal observation, the surface of the mucous membrane is exposed.
  • a narrow band light observation (Narrow / Band / Imaging) for photographing a predetermined tissue such as a blood vessel with high contrast is performed.
  • a fluorescence observation for obtaining an image by fluorescence generated by irradiating the excitation light may be performed.
  • a body tissue is irradiated with excitation light to observe fluorescence from the body tissue (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and the body tissue is subjected to the fluorescence observation.
  • ICG indocyanine green
  • Irradiation with excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent can be performed to obtain a fluorescence image.
  • the light source device 11203 can be configured to be able to supply narrowband light and / or excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 21 is a block diagram showing an example of a functional configuration of the camera head 11102 and the CCU 11201 shown in FIG.
  • the camera head 11102 includes a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a driving unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • the CCU 11201 includes a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and the CCU 11201 are communicably connected to each other by a transmission cable 11400.
  • the lens unit 11401 is an optical system provided at a connection with the lens barrel 11101. Observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102, and enters the lens unit 11401.
  • the lens unit 11401 is configured by combining a plurality of lenses including a zoom lens and a focus lens.
  • the imaging unit 11402 includes an imaging element.
  • the number of imaging elements constituting the imaging unit 11402 may be one (so-called single-panel type) or plural (so-called multi-panel type).
  • image signals corresponding to RGB may be generated by the imaging elements, and a color image may be obtained by combining the image signals.
  • the imaging unit 11402 may be configured to include a pair of imaging devices for acquiring right-eye and left-eye image signals corresponding to 3D (Dimensional) display. By performing the 3D display, the operator 11131 can more accurately grasp the depth of the living tissue in the operative part.
  • a plurality of lens units 11401 may be provided for each imaging device.
  • the imaging unit 11402 does not necessarily need to be provided in the camera head 11102.
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101 immediately after the objective lens.
  • the driving unit 11403 is configured by an actuator, and moves the zoom lens and the focus lens of the lens unit 11401 by a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405.
  • the magnification and the focus of the image captured by the imaging unit 11402 can be appropriately adjusted.
  • the communication unit 11404 is configured by a communication device for transmitting and receiving various information to and from the CCU 11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 receives a control signal for controlling the driving of the camera head 11102 from the CCU 11201 and supplies the control signal to the camera head control unit 11405.
  • the control signal includes, for example, information indicating the frame rate of the captured image, information indicating the exposure value at the time of imaging, and / or information indicating the magnification and focus of the captured image. Contains information about the condition.
  • imaging conditions such as the frame rate, the exposure value, the magnification, and the focus may be appropriately designated by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal. Good.
  • a so-called AE (Auto Exposure) function, an AF (Auto Focus) function, and an AWB (Auto White Balance) function are mounted on the endoscope 11100.
  • the camera head controller 11405 controls driving of the camera head 11102 based on a control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is configured by a communication device for transmitting and receiving various information to and from the camera head 11102.
  • the communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11411 transmits a control signal for controlling driving of the camera head 11102 to the camera head 11102.
  • the image signal and the control signal can be transmitted by electric communication, optical communication, or the like.
  • the image processing unit 11412 performs various types of image processing on an image signal that is RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various kinds of control relating to imaging of the operation section and the like by the endoscope 11100 and display of a captured image obtained by imaging the operation section and the like. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling driving of the camera head 11102.
  • control unit 11413 causes the display device 11202 to display a captured image showing the operative part or the like based on the image signal on which the image processing is performed by the image processing unit 11412.
  • the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques. For example, the control unit 11413 detects a surgical tool such as forceps, a specific living body site, a bleeding, a mist at the time of using the energy treatment tool 11112, and the like by detecting the shape and color of the edge of the object included in the captured image. Can be recognized.
  • the control unit 11413 may use the recognition result to superimpose and display various types of surgery support information on the image of the operative site. By superimposing the operation support information and presenting it to the operator 11131, the burden on the operator 11131 can be reduced, and the operator 11131 can surely proceed with the operation.
  • the transmission cable 11400 connecting the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electric signal cable corresponding to electric signal communication, an optical fiber corresponding to optical communication, or a composite cable thereof.
  • the communication is performed by wire using the transmission cable 11400, but the communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may be performed wirelessly.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 11402 in the configuration described above.
  • the light receiving element 1 including the pixel 10 can be applied as a part of the configuration of the imaging unit 11402.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to, for example, a microscopic surgery system and the like.
  • the technology (the present technology) according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on any type of moving object such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. May be.
  • FIG. 22 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a vehicle control system that is an example of a mobile object control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • Vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside information detection unit 12030, an inside information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio / video output unit 12052, and a vehicle-mounted network I / F (interface) 12053 are illustrated.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 includes a drive force generation device for generating a drive force of the vehicle such as an internal combustion engine or a drive motor, a drive force transmission mechanism for transmitting the drive force to wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism for adjusting and a braking device for generating a braking force of the vehicle.
  • the body control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a head lamp, a back lamp, a brake lamp, a blinker, a fog lamp, and the like.
  • a radio wave or various switch signals transmitted from a portable device that substitutes for a key may be input to the body control unit 12020.
  • the body control unit 12020 receives the input of these radio waves or signals, and controls a door lock device, a power window device, a lamp, and the like of the vehicle.
  • Out-of-vehicle information detection unit 12030 detects information external to the vehicle on which vehicle control system 12000 is mounted.
  • an imaging unit 12031 is connected to the outside-of-vehicle information detection unit 12030.
  • the out-of-vehicle information detection unit 12030 causes the image capturing unit 12031 to capture an image outside the vehicle, and receives the captured image.
  • the outside-of-vehicle information detection unit 12030 may perform an object detection process or a distance detection process of a person, a vehicle, an obstacle, a sign, a character on a road surface, or the like based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of received light.
  • the imaging unit 12031 can output the electric signal as an image or can output the electric signal as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or non-visible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects information in the vehicle.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 is connected to, for example, a driver status detection unit 12041 that detects the status of the driver.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. The calculation may be performed, or it may be determined whether the driver has fallen asleep.
  • the microcomputer 12051 calculates a control target value of the driving force generation device, the steering mechanism, or the braking device based on the information on the inside and outside of the vehicle acquired by the outside information detection unit 12030 or the inside information detection unit 12040, and the drive system control unit.
  • a control command can be output to 12010.
  • the microcomputer 12051 implements the functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following running based on the following distance, vehicle speed maintaining running, vehicle collision warning, vehicle lane departure warning, and the like.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the cooperative control for the purpose can be performed.
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generation device, the steering mechanism, the braking device, and the like based on information on the surroundings of the vehicle acquired by the outside-of-vehicle information detection unit 12030 or the inside-of-vehicle information detection unit 12040, so that the driver It is possible to perform cooperative control for automatic driving or the like in which the vehicle travels autonomously without relying on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on information on the outside of the vehicle acquired by the outside information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamp in accordance with the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the outside-of-vehicle information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of anti-glare such as switching a high beam to a low beam. It can be carried out.
  • the audio image output unit 12052 transmits at least one of an audio signal and an image signal to an output device capable of visually or audibly notifying a passenger of the vehicle or the outside of the vehicle of information.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating an example of an installation position of the imaging unit 12031.
  • the vehicle 12100 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 as the imaging unit 12031.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at positions such as a front nose, a side mirror, a rear bumper, a back door, and an upper portion of a windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100.
  • An imaging unit 12101 provided in the front nose and an imaging unit 12105 provided above a windshield in the vehicle cabin mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire images of the side of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100.
  • the forward images acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, and the like.
  • FIG. 23 shows an example of the imaging range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 indicates 14 shows an imaging range of an imaging unit 12104 provided in a rear bumper or a back door. For example, by overlaying image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 viewed from above can be obtained.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of imaging elements or an imaging element having pixels for detecting a phase difference.
  • the microcomputer 12051 calculates the distance to each three-dimensional object in the imaging ranges 12111 to 12114 and the temporal change of this distance (relative speed with respect to the vehicle 12100). , It is possible to extract, as a preceding vehicle, a three-dimensional object that travels at a predetermined speed (for example, 0 km / h or more) in a direction substantially the same as the vehicle 12100, which is the closest three-dimensional object on the traveling path of the vehicle 12100. it can.
  • a predetermined speed for example, 0 km / h or more
  • microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured before the preceding vehicle, and perform automatic brake control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. As described above, it is possible to perform cooperative control for automatic driving or the like in which the vehicle travels autonomously without depending on the operation of the driver.
  • the microcomputer 12051 converts the three-dimensional object data relating to the three-dimensional object into other three-dimensional objects such as a two-wheeled vehicle, a normal vehicle, a large vehicle, a pedestrian, and a utility pole based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see.
  • the microcomputer 12051 determines a collision risk indicating a risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 transmits the signal via the audio speaker 12061 or the display unit 12062.
  • driving assistance for collision avoidance can be performed.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared light.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian exists in the captured images of the imaging units 12101 to 12104. The recognition of such a pedestrian is performed by, for example, extracting a feature point in an image captured by the imaging unit 12101 to 12104 as an infrared camera, and performing a pattern matching process on a series of feature points indicating the outline of the object to determine whether the object is a pedestrian.
  • the audio image output unit 12052 outputs a rectangular contour for emphasis to the recognized pedestrian.
  • the display unit 12062 is controlled so that is superimposed. Further, the sound image output unit 12052 may control the display unit 12062 so as to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to the out-of-vehicle information detection unit 12030 and the imaging unit 12031 among the configurations described above.
  • the light receiving element 1 or the distance measuring module 500 can be applied to a distance detection processing block of the outside information detection unit 12030 and the imaging unit 12031.
  • the photoelectric conversion region is constituted by a P-type semiconductor region
  • the semiconductor substrate 70 is constituted by an N-type semiconductor region
  • the holes as signal carriers are detected in the photoelectric conversion region.
  • the charge transferred from the photodiode PD is held in the floating diffusion regions FD1 and FD2.
  • the charge may be held by forming a memory unit as a charge holding unit. Good.
  • the light receiving element 1 described above may be configured as a single chip by itself, or may be configured in any form such as a module or a distance measuring device packaged together with a light source, an optical system, a signal processing circuit, and the like. Is also good.
  • the present technology may also have the following configurations.
  • First and second charge holding units for holding the charge generated by the photodiode; A first transfer transistor that transfers the charge to the first charge holding unit; And a second transfer transistor that transfers the charge to the second charge holding unit.
  • the light receiving element wherein the first and second transfer transistors are constituted by a vertical transistor having a vertical gate electrode portion.
  • the pixel is A first additional capacitor for storing the charge; A first connection transistor that connects the first additional capacitance to the first charge holding unit, a second additional capacitance that stores the charge,
  • the pixel is A third charge holding unit for holding the charge, A third transfer transistor that transfers the charge to the third charge holding unit; A fourth charge holding unit for holding the charge, And a fourth transfer transistor that transfers the charge to the fourth charge holding unit.
  • the second transfer transistor opposed to the first transfer transistor has a voltage larger than a first negative bias. It is configured such that a second negative bias is applied, and configured such that the first negative bias is applied to the third transfer transistor and the fourth transfer transistor.
  • a negative bias is applied to the second transfer transistor.
  • First and second charge holding units for holding the charge generated by the photodiode; A first transfer transistor that transfers the charge to the first charge holding unit; And a second transfer transistor that transfers the charge to the second charge holding unit.
  • the first and second transfer transistors include a light receiving element formed of a vertical transistor having a vertical gate electrode portion; A light source that emits irradiation light whose brightness varies periodically, A light emission control unit that controls the irradiation timing of the irradiation light.
  • First and second charge holding units for holding charges generated by the photodiode; A first transfer transistor that transfers the charge to the first charge holding unit; And a second transfer transistor that transfers the charge to the second charge holding unit.
  • An electronic device comprising: a light receiving element in which each of the first and second transfer transistors is a vertical transistor having a vertical gate electrode portion.
  • Light receiving element ⁇ 10 ⁇ pixel, ⁇ 21 ⁇ pixel array, FD1, FD2 floating diffusion region, FDG1, FDG2 switching transistor, FDL1, FDL2 additional capacitance, PD photodiode, RST1, RST2 reset transistor, SEL1, SEL2 selection transistor, TRG1, TRG2 Transfer transistor, ⁇ 42 ⁇ gate electrode, ⁇ 42T ⁇ plane gate electrode section, ⁇ 42V ⁇ vertical gate electrode section, ⁇ 61 ⁇ gate width, ⁇ 500 ⁇ distance measuring module, ⁇ 511 ⁇ light emitting section, ⁇ 512 ⁇ light emission control section, ⁇ 513 ⁇ light receiving section, ⁇ 601 ⁇ smartphone, ⁇ 602 ⁇ ranging module

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Abstract

本技術は、電荷転送時の信号劣化を低減することができるようにする受光素子、測距モジュール、および、電子機器に関する。 受光素子は、フォトダイオードで生成された電荷を保持する第１および第２の電荷保持部と、電荷を第１の電荷保持部に転送する第１の転送トランジスタと、電荷を第２の電荷保持部に転送する第２の転送トランジスタとを少なくとも有する画素を備え、第１および第２の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている。本技術は、例えば、間接ToF方式による測距を行う受光素子等に適用できる。

Description

受光素子、測距モジュール、および、電子機器
　本技術は、受光素子、測距モジュール、および、電子機器に関し、特に、電荷転送時の信号劣化を低減することができるようにした受光素子、測距モジュール、および、電子機器に関する。
　ToF（Time of Flight）方式により対象物までの距離を測定する半導体検出素子が知られている。ToF方式の半導体検出素子では、光源から照射された光が対象物にあたって反射された反射光がフォトダイオードで光電変換される。光電変換により生成された信号電荷は、交互に駆動される対のゲート電極によって２つのFD(フローティングディフュージョン)に振り分けられる（例えば、特許文献１参照）。
特表２００７－５２６４４８号公報
　上記のような対のゲート電極構造を用いた半導体検出素子において、オンさせた一方のゲート電極をオフしたとき、転送途中の信号電荷がフォトダイオードに戻ってしまうことによる信号劣化の低減が求められる。
　本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、電荷転送時の信号劣化を低減することができるようにするものである。
　本技術の第１の側面の受光素子は、フォトダイオードで生成された電荷を保持する第１および第２の電荷保持部と、前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する第１の転送トランジスタと、前記電荷を前記第２の電荷保持部に転送する第２の転送トランジスタとを少なくとも有する画素を備え、前記第１および第２の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている。
　本技術の第２の側面の測距モジュールは、フォトダイオードで生成された電荷を保持する第１および第２の電荷保持部と、前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する第１の転送トランジスタと、前記電荷を前記第２の電荷保持部に転送する第２の転送トランジスタとを少なくとも有する画素を備え、前記第１および第２の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている受光素子と、周期的に明るさが変動する照射光を照射する光源と、前記照射光の照射タイミングを制御する発光制御部とを備える。
　本技術の第３の側面の電子機器は、フォトダイオードで生成された電荷を保持する第１および第２の電荷保持部と、前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する第１の転送トランジスタと、前記電荷を前記第２の電荷保持部に転送する第２の転送トランジスタとを少なくとも有する画素を備え、前記第１および第２の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている受光素子を備える。
　本技術の第１乃至第３の側面においては、画素には、フォトダイオードで生成された電荷を保持する第１および第２の電荷保持部と、前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する第１の転送トランジスタと、前記電荷を前記第２の電荷保持部に転送する第２の転送トランジスタとが少なくとも設けられ、前記第１および第２の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成される。
　受光素子、測距モジュール、及び、電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
　本技術の第１乃至第３の側面によれば、電荷転送時の信号劣化を低減することができる。
　なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した受光素子の概略構成例を示すブロック図である。 画素の等価回路を示す図である。 画素の平面図である。 画素の断面図である。 本技術を適用した画素の効果を説明する図である。 本技術を適用した画素の効果を説明する図である。 本技術を適用した画素の効果を説明する図である。 縦ゲート電極部の平面形状を説明する平面図である。 画素アレイ部の画素配列例を示す図である。 転送トランジスタの駆動を説明する図である。 転送トランジスタの駆動を説明する図である。 多層配線層の配置例を示す平面図である。 画素の変形例を示す平面図である。 画素の変形例を示す断面図である。 ４タップの画素の平面図である。 ４タップの画素の駆動を説明する図である。 電界制御型の受光素子への適用について説明する図である。 本技術を適用した測距モジュールの構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した電子機器としてのスマートフォンの構成例を示すブロック図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．受光素子の構成例
２．画素の等価回路
３．画素の平面図
４．画素の断面図
５．縦型トランジスタの効果
６．縦ゲート電極部の平面形状
７．複数画素の配列例
８．転送トランジスタの駆動
９．配線層の配置例
１０．画素の変形例
１１．４タップの画素構成例
１２．電界制御型の受光素子への適用
１３．測距モジュールの構成例
１４．電子機器の構成例
１５．内視鏡手術システムへの応用例
１６．移動体への応用例
＜１．受光素子の構成例＞
　図１は、本技術を適用した受光素子の概略構成例を示すブロック図である。
　図１に示される受光素子１は、間接ToF方式による測距情報を出力する素子である。
　受光素子１は、所定の光源から照射された光（照射光）が物体にあたって反射されてきた光（反射光）を受光し、物体までの距離情報をデプス値として格納したデプス画像を出力する。なお、光源から照射される照射光は、例えば、波長が７８０nm乃至１０００nmの範囲の赤外光であり、オンオフが所定の周期で繰り返されるパルス光である。
　受光素子１は、図示せぬ半導体基板上に形成された画素アレイ部２１と、画素アレイ部２１と同じ半導体基板上に集積された周辺回路部とを有する。周辺回路部は、例えば垂直駆動部２２、カラム処理部２３、水平駆動部２４、およびシステム制御部２５等から構成されている。
　受光素子１には、さらに信号処理部２６およびデータ格納部２７も設けられている。なお、信号処理部２６およびデータ格納部２７は、受光素子１と同じ基板上に搭載してもよいし、受光素子１とは別の撮像装置内の基板上に配置してもよい。
　画素アレイ部２１は、受光した光量に応じた電荷を生成し、その電荷に応じた信号を出力する画素１０が行方向および列方向の行列状に２次元配置された構成となっている。すなわち、画素アレイ部２１は、入射した光を光電変換し、その結果得られた電荷に応じた信号を出力する画素１０を複数有する。画素１０の詳細については、図２以降で後述する。
　ここで、行方向とは、水平方向の画素１０の配列方向をいい、列方向とは、垂直方向の画素１０の配列方向をいう。行方向は、図中、横方向であり、列方向は図中、縦方向である。
　画素アレイ部２１においては、行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線２８が行方向に沿って配線されるとともに、各画素列に２つの垂直信号線２９が列方向に沿って配線されている。例えば画素駆動線２８は、画素１０から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。なお、図１では、画素駆動線２８について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線２８の一端は、垂直駆動部２２の各行に対応した出力端に接続されている。
　垂直駆動部２２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部２１の各画素１０を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動部２２は、垂直駆動部２２を制御するシステム制御部２５とともに、画素アレイ部２１の各画素１０の動作を制御する駆動部を構成している。
　垂直駆動部２２による駆動制御に応じて画素行の各画素１０から出力される検出信号は、垂直信号線２９を通してカラム処理部２３に入力される。カラム処理部２３は、各画素１０から垂直信号線２９を通して出力される検出信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の検出信号を一時的に保持する。具体的には、カラム処理部２３は、信号処理としてノイズ除去処理やAD（Analog to Digital）変換処理などを行う。
　水平駆動部２４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部２３の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部２４による選択走査により、カラム処理部２３において単位回路ごとに信号処理された検出信号が順番に出力される。
　システム制御部２５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、そのタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動部２２、カラム処理部２３、および水平駆動部２４などの駆動制御を行う。
　信号処理部２６は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部２３から出力される検出信号に基づいて演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部２７は、信号処理部２６での信号処理にあたって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
　以上のように構成される受光素子１は、物体までの距離情報をデプス値として画素値に格納したデプス画像を出力する。受光素子１は、例えば、車両に搭載され、車外にある対象物までの距離を測定する車載用のシステムや、ユーザの手等の対象物までの距離を測定し、その測定結果に基づいてユーザのジェスチャを認識するジェスチャ認識用の装置などに搭載することができる。
＜２．画素の等価回路＞
　図２は、画素アレイ部２１に２次元配置された画素１０の等価回路を示している。
　画素１０は、光電変換素子としてフォトダイオードPDを備える。また、画素１０は、転送トランジスタTRG、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELをそれぞれ２個ずつ有する。
　ここで、画素１０において２個ずつ設けられる転送トランジスタTRG、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELのそれぞれを区別する場合、図２に示されるように、転送トランジスタTRG１およびTRG２、浮遊拡散領域FD１およびFD２、付加容量FDL１およびFDL２、切替トランジスタFDG１およびFDG２、リセットトランジスタRST１およびRST２、増幅トランジスタAMP１およびAMP２、並びに、選択トランジスタSEL１およびSEL２のように称する。
　転送トランジスタTRG、切替トランジスタFDG、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELは、例えば、N型のMOSトランジスタで構成される。
　転送トランジスタTRG１は、ゲート電極に供給される転送駆動信号TRG１gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPDに蓄積されている電荷を浮遊拡散領域FD１に転送する。転送トランジスタTRG２は、ゲート電極に供給される転送駆動信号TRG２gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオードPDに蓄積されている電荷を浮遊拡散領域FD２に転送する。
　浮遊拡散領域FD１およびFD２は、フォトダイオードPDから転送された電荷を一時保持する電荷保持部である。
　切替トランジスタFDG１は、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDG１gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、付加容量FDL１を、浮遊拡散領域FD１に接続させる。切替トランジスタFDG２は、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDG２gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、付加容量FDL２を、浮遊拡散領域FD２に接続させる。
　垂直駆動部２２は、例えば、入射光の光量が多い高照度のとき、切替トランジスタFDG１およびFDG２をアクティブ状態として、浮遊拡散領域FD１と付加容量FDL１を接続するとともに、浮遊拡散領域FD２と付加容量FDL２を接続する。これにより、高照度時に、より多くの電荷を蓄積することができる。
　一方、入射光の光量が少ない低照度のときには、垂直駆動部２２は、切替トランジスタFDG１およびFDG２を非アクティブ状態として、付加容量FDL１およびFDL２を、それぞれ、浮遊拡散領域FD１およびFD２から切り離す。これにより、変換効率を上げることができる。
　リセットトランジスタRST１は、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RST１gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、浮遊拡散領域FD１の電位を所定のレベル（電源電圧VDD）にリセットする。リセットトランジスタRST２は、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RST２gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、浮遊拡散領域FD２の電位を所定のレベル（電源電圧VDD）にリセットする。なお、リセットトランジスタRST１およびRST２がアクティブ状態とされるとき、切替トランジスタFDG１およびFDG２も同時にアクティブ状態とされる。
　増幅トランジスタAMP１は、ソース電極が選択トランジスタSEL１を介して垂直信号線２９Aに接続されることにより、不図示の定電流源と接続し、ソースフォロワ回路を構成する。増幅トランジスタAMP２は、ソース電極が選択トランジスタSEL２を介して垂直信号線２９Bに接続されることにより、不図示の定電流源と接続し、ソースフォロワ回路を構成する。
　選択トランジスタSEL１は、増幅トランジスタAMP１のソース電極と垂直信号線２９Aとの間に接続されている。選択トランジスタSEL１は、ゲート電極に供給される選択信号SEL１gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態となり、増幅トランジスタAMP１から出力される検出信号VSL１を垂直信号線２９Aに出力する。
　選択トランジスタSEL２は、増幅トランジスタAMP２のソース電極と垂直信号線２９Bとの間に接続されている。選択トランジスタSEL２は、ゲート電極に供給される選択信号SEL２gがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態となり、増幅トランジスタAMP２から出力される検出信号VSL２を垂直信号線２９Bに出力する。
　画素１０の転送トランジスタTRG１およびTRG２、切替トランジスタFDG１およびFDG２、リセットトランジスタRST１およびRST２、増幅トランジスタAMP１およびAMP２、並びに、選択トランジスタSEL１およびSEL２は、垂直駆動部２２によって制御される。
　図２の等価回路において、付加容量FDL１およびFDL２と、その接続を制御する、切替トランジスタFDG１およびFDG２は省略してもよいが、付加容量FDLを設け、入射光量に応じて使い分けることにより、高ダイナミックレンジを確保することができる。
　画素１０の動作について簡単に説明する。
　まず、受光を開始する前に、画素１０の電荷をリセットするリセット動作が全画素で行われる。すなわち、リセットトランジスタRST１およびRST１と、切替トランジスタFDG１およびFDG２、並びに、転送トランジスタTRG１およびTRG２がオンされ、フォトダイオードPD、浮遊拡散領域FD１およびFD２、並びに、付加容量FDL１およびFDL２の蓄積電荷が定電圧源VDDに排出され、リセットされる。
　蓄積電荷の排出後、全画素で受光が開始される。
　受光期間では、転送トランジスタTRG１とTRG２とが交互に駆動される。すなわち、第１の期間において、転送トランジスタTRG１がオン、転送トランジスタTRG２がオフに制御される。この第１の期間では、フォトダイオードPDで発生した電荷が、浮遊拡散領域FD１に転送される。第１の期間の次の第２の期間では、転送トランジスタTRG１がオフ、転送トランジスタTRG２がオンに制御される。この第２の期間では、フォトダイオードPDで発生した電荷が、浮遊拡散領域FD２に転送される。これにより、フォトダイオードPDで発生した電荷が、浮遊拡散領域FD１とFD２とに振り分けられて、蓄積される。
　そして、受光期間が終了すると、画素アレイ部２１の各画素１０が、線順次に選択される。選択された画素１０では、選択トランジスタSEL１およびSEL２がオンされる。これにより、浮遊拡散領域FD１に蓄積された電荷が、検出信号VSL１として、垂直信号線２９Aを介してカラム処理部２３に出力される。浮遊拡散領域FD２に蓄積された電荷は、検出信号VSL２として、垂直信号線２９Bを介してカラム処理部２３に出力される。
　以上で１回の受光動作が終了し、リセット動作から始まる次の受光動作が実行される。
　画素１０が受光する反射光は、光源が照射したタイミングから、対象物までの距離に応じて遅延されている。対象物までの距離に応じた遅延時間によって、２つの拡散領域FD１とFD２に蓄積される電荷の配分比が変化するため、２つの拡散領域FD１とFD２に蓄積される電荷の配分比から、物体までの距離を求めることができる。
＜３．画素の平面図＞
　図３は、図２に示した画素回路の配置を示した画素１０の平面図である。
　図３におけるX方向は、図１の行方向（水平方向）に対応し、Y方向は図１の列方向（垂直方向）に対応する。
　図３に示されるように、矩形の画素１０の中央部の領域に、フォトダイオードPDがN型半導体領域４１で形成され、そのフォトダイオードPDに対してX方向に対向して、転送トランジスタTRG１およびTRG２が配置されている。
　さらに、対向配置された転送トランジスタTRG１およびTRG２の中間線（不図示）を基準として、浮遊拡散領域FD１、切替トランジスタFDG１、付加容量FDL１、リセットトランジスタRST１、増幅トランジスタAMP１、および、選択トランジスタSEL１と、浮遊拡散領域FD２、切替トランジスタFDG２、付加容量FDL２、リセットトランジスタRST２、増幅トランジスタAMP２、および、選択トランジスタSEL２が鏡面対称に配置されている。
　転送トランジスタTRG１は、ゲート電極４２1と、ソース領域としてのN型半導体領域４１と、ドレイン領域としてのN型半導体領域４３1とで構成される。ソース領域としてのN型半導体領域４１は、フォトダイオードPDと兼用され、ドレイン領域としてのN型半導体領域４３1は、浮遊拡散領域FD１と兼用されている。
　切替トランジスタFDG１は、ゲート電極４４1と、ソース領域としてのN型半導体領域４３1と、ドレイン領域としてのN型半導体領域４５1とで構成される。ソース領域として
のN型半導体領域４３1は、浮遊拡散領域FD１と兼用され、ドレイン領域としてのN型半導体領域４５1は、付加容量FDL１と兼用されている。
　リセットトランジスタRST１は、ゲート電極４６1と、ソース領域としてのN型半導体領域４５1と、ドレイン領域としてのN型半導体領域４７1とで構成される。
　増幅トランジスタAMP１は、ゲート電極４８1と、ドレイン領域としてのN型半導体領域４７1と、ソース領域としてのN型半導体領域４９1とで構成される。ドレイン領域としてのN型半導体領域４７1は、リセットトランジスタRST１のドレイン領域と兼用されている。
　選択トランジスタSEL１は、ゲート電極５０1と、ドレイン領域としてのN型半導体領域４９1と、ソース領域としてのN型半導体領域５１1とで構成される。ドレイン領域としてのN型半導体領域４９1は、増幅トランジスタAMP１のソース領域と兼用されている。
　リセットトランジスタRST１、増幅トランジスタAMP１、および、選択トランジスタSEL１は、その順番でY方向に並んで配置され、転送トランジスタTRG１と切替トランジスタFDG１は、X方向に並んで配置されている。
　転送トランジスタTRG２、切替トランジスタFDG２、リセットトランジスタRST２、増幅トランジスタAMP２、および、選択トランジスタSEL２のゲート電極、ドレイン領域、および、ソース領域には、添え字に２を付して示してあり、画素内において、転送トランジスタTRG１、切替トランジスタFDG１、リセットトランジスタRST１、増幅トランジスタAMP１、および、選択トランジスタSEL１とX方向に鏡面対称に配置されている点が異なるだけであるので、説明は省略する。なお、転送トランジスタTRGに関し、転送トランジスタTRG１およびTRG２のゲート電極、ドレイン領域、および、ソース領域を特に区別する必要がない場合には、添え字を省略して記述する。
　画素１０内の各画素トランジスタのドレイン領域およびソース領域を形成するN型半導体領域の外側は、P型半導体領域５２で形成されている。
　フォトダイオードPDと浮遊拡散領域FD１およびFD２は、X方向よりもY方向に長い矩形領域で形成されている。転送トランジスタTRG１およびTRG2のゲート電極４２1および４２2は、長手方向であるY方向において、フォトダイオードPDと浮遊拡散領域FD１およびFD２よりも長く形成されている。換言すれば、転送トランジスタTRG１およびTRG2のゲート電極４２1および４２2のゲート幅６１は、フォトダイオードPDと浮遊拡散領域FD１およびFD２のY方向の領域幅より大きい。
　また、転送トランジスタTRG１およびTRG2のゲート電極４２1および４２2間の距離６２は、転送トランジスタTRG１およびTRG2のゲート電極４２1および４２2のゲート幅６１よりも短い。２つの転送トランジスタTRGのゲート電極４２間の距離６２を、転送トランジスタTRGのゲート幅６１よりも短くすることにより、電荷転送方向の電界がつきやすく構成されている。
＜４．画素の断面図＞
　図４は、画素１０の断面図を示している。
　図４のAは、図３のａ１－ａ２線における画素１０の断面図であり、図４のBは、図３のｂ１－ｂ２線における画素１０の断面図である。図４においてＺ軸で示される縦方向は、基板の深さ方向に対応する。
　図４のBに示されるように、転送トランジスタTRG1およびTRG2は、基板深さ方向に延びたゲート電極４２を有する縦型トランジスタで構成されている。より詳しくは、転送トランジスタTRG1のゲート電極４２1は、P型半導体領域５２で形成された半導体基板７０の上面に形成された平面ゲート電極部４２T1と、基板深さ方向に延びた縦ゲート電極部４２V1とで構成されている。転送トランジスタTRG2のゲート電極４２2も、P型半導体領域５２で形成された半導体基板７０の上面に形成された平面ゲート電極部４２T2と、基板深さ方向に延びた縦ゲート電極部４２V2とで構成されている。
　図４において、転送トランジスタTRG1およびTRG2が形成されている半導体基板７０の上側の面が、半導体基板７０の表面側であり、基板界面にはゲート絶縁膜７１が形成されている。また、半導体基板７０の表面側には、図１２を参照して後述する多層配線層が形成されている。
　P型半導体領域５２と縦ゲート電極部４２Vとの間には、ゲート絶縁膜７１とP型半導体領域７２が形成されている。P型半導体領域７２の不純物濃度は、P型半導体領域５２の不純物濃度よりも濃い濃度とされ、P型半導体領域７２は、暗電流の発生を抑制するピニング領域として機能する。
　図４のBで下側となる半導体基板７０の裏面側は、反射光が入射される入射面であって、図示せぬオンチップレンズ等が形成されている。
　フォトダイオードPDを構成するN型半導体領域４１は、転送トランジスタTRGの縦ゲート電極部４２Vより下側（半導体基板裏面側）のN型半導体領域４１Aと、２つの転送トランジスタTRGの縦ゲート電極部４２の間に形成されたN型半導体領域４１BおよびN型半導体領域４１Cとで構成される。N型半導体領域４１A乃至N型半導体領域４１Cの不純物濃度は、N型半導体領域４１A、N型半導体領域４１B、N型半導体領域４１Cの順番で濃度が濃く形成されている。なお、図面では、N型半導体領域の不純物濃度を、“N++”、“N+”、“N”、“N-”のように記述し、“N++”の不純物濃度が最も高く、 “N++”、“N＋”、“N”、“N-”の順で不純物濃度が低くなっていることを表す。
　縦型の転送トランジスタTRGは、基板表面側からドライエッチングによってトレンチ（縦穴）を形成し、ゲート絶縁膜７１を形成した後に、ゲート電極となるポリシリコン等を埋め込むことで形成することができる。
　縦型の転送トランジスタTRGのゲート電極４２を中心として、フォトダイオードPDを構成するN型半導体領域４１側と反対側には、浮遊拡散領域FD１およびFD２としてのN型半導体領域４３1および４３2が形成されている。
　図４のAに示されるように、転送トランジスタTRGは、ゲート幅６１の方向であるY方向の断面視において、櫛歯形状となるように所定の間隔を開けて複数の縦ゲート電極部４２Vを有する。転送トランジスタTRGの複数の縦ゲート電極部４２Vの外周部には、ゲート絶縁膜７１とP型半導体領域７２が形成されており、縦ゲート電極部４２Vの外周部に形成されたP型半導体領域７２どうしの間は、P型半導体領域７２よりも低濃度のP型半導体領域５２で形成されている。
　以上のように、画素１０の２つの転送トランジスタTRG１およびTRG２は、ゲート幅方向に、複数の縦ゲート電極部４２Vを有する縦型トランジスタで構成される。
＜５．縦型トランジスタの効果＞
　次に、図５を参照して、画素１０の２つの転送トランジスタTRG１およびTRG２を縦型トランジスタで形成した場合と、通常の平面型トランジスタで形成した場合を比較する。
　図５のAは、転送トランジスタTRG１およびTRG２を通常の平面型トランジスタで形成した場合の画素１０Xのｂ１－ｂ２線断面図を示している。
　図５のBは、図４のBと同様の、画素１０のｂ１－ｂ２線断面図である。
　なお、比較を容易とするため、図５のAの画素１０Xにおいても、画素１０と対応する部分に、画素１０と同じ符号を付してある。
　例えば、転送トランジスタTRG１がオンに制御され、フォトダイオードPDを構成するN型半導体領域４１で生成された電子（電荷）８０が、浮遊拡散領域FDとしてのN型半導体領域４３1に転送される状態を考える。
　図５のAに示されるように、２つの転送トランジスタTRG１およびTRG２が、平面ゲート電極部４２Tのみで構成された平面型トランジスタを有する画素１０Xでは、N型半導体領域４１で生成された電子８０は、平面ゲート電極部４２T1下部に形成されるチャネルを通って、N型半導体領域４３1に転送される。N型半導体領域４１とN型半導体領域４３1との間のチャネルは、平面ゲート電極部４２T1下の基板界面のみとなるため、電子８０の転送経路は長く、転送にかかる時間も長くなる。そのため、フォトダイオードPDのN型半導体領域４１を基板深くまで形成することはできない。例えば、画素１０のN型半導体領域４１は、図５のAに示されるように、N型半導体領域４１Bおよび４１Cのみで構成され、基板裏面側に最も近いN型半導体領域４１Aは形成されない。また、基板内の深い位置で生成された電子８０を転送するため、不純物濃度が濃いN型半導体領域４１Cの深さ８１を、図５のBの画素１０の深さ８１よりも深くする必要がある。
　これに対して、図５のBに示されるように、２つの転送トランジスタTRG１およびTRG２が、縦ゲート電極部４２Vを有する縦型トランジスタで形成された画素１０では、N型半導体領域４１で生成された電子８０は、平面ゲート電極部４２T1下部に加えて、櫛歯状の複数の縦ゲート電極部４２Vの間に形成されるチャネルを通って、N型半導体領域４３1に転送される。この場合、電子８０は、図５のBにおいて矢印で示されるように、N型半導体領域４３1に対して直線的に移動することができ、転送経路を短くすることができる。これにより、転送にかかる時間が短くなる。
　さらに、複数の縦ゲート電極部４２Vを設けたことにより、基板内の深い位置で生成された電子８０であっても高速に転送することができるため、基板裏面側に近い領域に、N型半導体領域４１Aを形成することができ、かつ、不純物濃度が濃いN型半導体領域４１Cの深さ８１を、図５のAの画素１０Xの深さ８１よりも浅くすることができる。
　図６は、転送トランジスタとして、図５のAの平面型トランジスタを用いた場合と、図５のBの縦型トランジスタを用いた場合とのポテンシャルと転送経路を示すグラフである。
　図６のグラフの縦軸は、ポテンシャルを表し、横軸は、フォトダイオードPDから浮遊拡散領域FDまでの電子の転送経路を表している。
　図６のグラフの実線１０１は、図５のAの平面型トランジスタを用いた画素１０Xにおけるポテンシャル勾配を示している。
　図６のグラフの破線１０２は、図５のAの画素１０Xの転送トランジスタを、平面型トランジスタから、転送トランジスタTRGと同じ縦型トランジスタに変更した場合のポテンシャル勾配を示している。破線１０２では、フォトダイオードPDとしてのN型半導体領域４１は、図５のAの画素１０Xと同様である。
　図６のグラフの実線１０３は、図５のBの画素１０のポテンシャル勾配を示している。すなわち、実線１０３は、図５のAの画素１０Xの転送トランジスタを平面型トランジスタから縦型トランジスタに変更し、かつ、フォトダイオードPDとしてのN型半導体領域４１を、図５のBのように、高不純物濃度のN型半導体領域４１Cの深さ８１を浅くし、基板裏面側近傍にN型半導体領域４１Aを形成した場合のポテンシャル勾配を示している。
　図６に示されるように、転送トランジスタTRGを平面型トランジスタから縦型トランジスタに変更することにより、転送経路を短くすることができる。また、高不純物濃度のN型半導体領域４１Cの深さ８１を浅くし、基板裏面側近傍にN型半導体領域４１Aを形成することにより、フォトダイオードPD深部のポテンシャルを深くし、転送トランジスタTRG近傍のポテンシャルを浅くすることができる。
　基板裏面側近傍にN型半導体領域４１Aを形成することにより、光電変換領域を拡大し、飽和電荷量を増大させることができる。
　転送トランジスタTRG近傍のポテンシャルを浅くすることで、転送トランジスタTRGのゲート電極をオフしたとき、転送途中の信号電荷がフォトダイオードに戻ってしまう動作、いわゆる信号戻しによる信号劣化をより低減することができる。
　図７は、図６の実線１０１、破線１０２、および、実線１０３に対応するポテンシャル分布を示している。
　図７のAは、転送トランジスタとして平面型トランジスタを用いた画素１０Xの、ｂ１－ｂ２線断面図（上段）とポテンシャル分布（下段）を示している。図７のAは、図６の実線１０１に対応する。
　図７のBは、転送トランジスタとして縦型トランジスタを用いた画素１０Xの、ｂ１－ｂ２線断面図（上段）とポテンシャル分布（下段）を示している。図７のBは、図６の破線１０２に対応する。
　図７のCは、受光素子１の画素１０の、ｂ１－ｂ２線断面図（上段）とポテンシャル分布（下段）を示している。図７のCは、図６の実線１０３に対応する。
　なお、図７のA乃至Cのポテンシャル分布は、いずれも、転送トランジスタTRG１がオンに制御された状態のポテンシャル分布を示している。また、図７のAおよびBの画素１０Xにおいても、画素１０と対応する部分に画素１０と同じ符号を付してある点は図５と同様である。
　図７のA乃至Cそれぞれの、転送トランジスタTRG１の基板表面側界面付近の領域１１１乃至１１３のポテンシャル分布を比較して明らかなように、図７のAおよびBでは、転送トランジスタTRG１近傍のポテンシャルが深く（高く）なっているのに対して、図７のCでは、転送トランジスタTRG１近傍のポテンシャルが浅く（低く）なっている。このポテンシャル構造により、信号戻しによる転送劣化に対して耐性あるセンサが実現できる。
　また、図７のCの画素１０では、基板裏面側に近い領域に、N型半導体領域４１Aを形成したことにより、領域１１４に示されるように、図７のAおよびBの画素１０Xよりも、空乏層が基板裏面側近傍まで拡大されている。このポテンシャル構造により高感度化が実現できる。
＜６．縦ゲート電極部の平面形状＞
　図８は、縦ゲート電極部４２Vの平面形状を説明する平面図である。
　縦ゲート電極部４２Vの平面形状は、例えば、図８のAに示されるように、丸形とすることができる。ただし、縦ゲート電極部４２Vの平面形状を丸形とした場合には、XY平面に対する縦ゲート電極部４２Vの面積が大きくなり、電子が縦ゲート電極部４２Vに衝突し、転送速度を低下させるおそれがある。
　そこで、縦ゲート電極部４２Vの平面形状は、例えば、図８のBに示されるように、ゲート幅６１の方向（Y方向）の幅よりも、ゲート幅６１の方向に直交する方向（X方向）の幅が長い細長形状で形成することができる。また、縦ゲート電極部４２Vの平面形状は、フォトダイオードPD側が凸の細長形状で形成することができる。これにより、電子が縦ゲート電極部４２Vに衝突しにくくなり、転送速度の低下を抑えることができる。
＜７．複数画素の配列例＞
　図９は、画素アレイ部２１の画素配列例を示している。
　画素アレイ部２１では、図９に示されるように、図３に示した画素１０が、行列方向に２次元配置されている。なお、図９では、紙面の制約上、画素１０を行方向および列方向に４個ずつ配列した４×４の１６個の配列のみが示されているが、画素数はこれに限定されない。図９では、紙面の制約上、符号も省略されている。
＜８．転送トランジスタの駆動＞
　次に、図１０および図１１を参照して、転送トランジスタTRGの駆動について説明する。
　図１０は、転送トランジスタTRGを駆動する際の印加電圧を示す図である。
　上述したように、受光素子１の画素１０は、２つの転送トランジスタTRG１およびTRG２の一方をオンし、他方をオフする制御を交互に行うことにより、電荷を浮遊拡散領域FD１とFD２とに振り分ける。
　垂直駆動部２２は、第１の駆動として、画素１０に対して、オンさせる一方の転送トランジスタTRG(例えば、転送トランジスタTRG１)の印加電圧を、正の所定電圧VAとし、オフさせる他方の転送トランジスタTRG(例えば、転送トランジスタTRG２)の印加電圧を、負の所定電圧VB（第１の負バイアスVB）とする制御を行うことができる。ここで、第１の負バイアスVBは、白点および暗電流を抑制するためのピニング用の負バイアスである。
　また、垂直駆動部２２は、第２の駆動として、図１０に示されるように、画素１０に対して、オンさせる一方の転送トランジスタTRG(例えば、転送トランジスタTRG１)の印加電圧を、正の所定電圧VAとし、オフさせる他方の転送トランジスタTRG(例えば、転送トランジスタTRG２)の印加電圧を、負の所定電圧VC（第２の負バイアスVC）とする制御を行うことができる。ここで、第２の負バイアスVCは、ピニング用の第１の負バイアスVBよりも大きな負バイアスである。
　図１１は、第２の駆動を行った場合の２つの転送トランジスタTRG１およびTRG２間のポテンシャルを示している。
　図１１のグラフにおける実線が、第２の駆動を行った場合の２つの転送トランジスタTRG１およびTRG２間のポテンシャルを表し、破線が、転送トランジスタTRG１およびTRG２を第１の負バイアスVBでオフしたときのポテンシャルを示している。
　図１１の実線で示されるように、オフさせる側の転送トランジスタTRGに対して、ピニング用の第１の負バイアスVBよりも大きな第２の負バイアスVCを印加することにより、電界の勾配をより大きくすることができ、電荷転送を補助することができる。したがって、第２の駆動により、電荷の転送特性を向上させることができる。
＜９．配線層の配置例＞
　図１２は、半導体基板７０の表面側に形成された受光素子１の多層配線層の配置例を示している。
　なお、図１２においては、図３と対応する部分について、同一の符号を付しているが、一部の符号は省略されている。
　受光素子１は、例えば、第１配線層M１乃至第４配線層M４からなる４層の配線層と、層間絶縁層とからなる多層配線層を有する。４層の配線層は、半導体基板７０に近い側から順に、第１配線層M１、第２配線層M２、第３配線層M３、第４配線層M４の順とする。
　図１２のAは、半導体基板７０の表面側に形成された画素トランジスタのゲート電極およびN型半導体領域、第１配線層M１、並びに、画素トランジスタのゲート電極と第１配線層M１とのコンタクトの配置を示す平面図である。
　図１２のAに示されるように、第１配線層M１は、画素１０の境界部分に少なくとも形成され、GNDと接続されている。また、第１配線層M１は、画素トランジスタのゲート電極と、コンタクトを介して接続されている。浮遊拡散領域FD１として機能するN型半導体領域４３1は、配線１５１1を介して、増幅トランジスタAMP１のゲート電極４８1と接続され、浮遊拡散領域FD２として機能するN型半導体領域４３2は、配線１５１2を介して、増幅トランジスタAMP２のゲート電極４８2と接続されている。
　図１２のBは、第１配線層M１、第２配線層M２、および、第１配線層M１と第２配線層M２とを接続するビアの配置を示す平面図である。
　第２配線層M２には、第３配線層M３および第４配線層M４に中継するための配線が配置されている。
　図１２のCは、第２配線層M２、第３配線層M３、および、第２配線層M２と第３配線層M３とを接続するビアの配置を示す平面図である。
　第３配線層M３には、画素アレイ部２１を水平方向に伝送する制御線や電源線が配置されている。
　具体的には、第３配線層M３には、転送トランジスタTRG１およびTRG２のゲート電極に供給される転送駆動信号TRG１gおよびTRG２gを伝送する配線１６１1および１６１2、切替トランジスタFDG１およびFDG２のゲート電極に供給されるFD駆動信号FDG１gおよびFDG２gを伝送する配線１６２1および１６２2、リセットトランジスタRST１およびRST２のゲート電極に供給されるリセット駆動信号RST１gおよびRST２gを伝送する配線１６３1および１６３2、選択トランジスタSEL１およびSRL２のゲート電極に供給される選択信号SEL１gおよびSEL２gを伝送する配線１６４1および１６４2、並びに、電源電圧VDDを伝送する配線１６５が、形成されている。
　転送駆動信号TRG１gおよびTRG２gを伝送する配線１６１1および１６１2の線幅１７１1および１７１2は、セトリング改善のため、他の画素トランジスタの配線１６２1、１６２2、１６３1、１６３2、１６４1、および、１６４2よりも太く形成されている。
　図１２のDは、第３配線層M３、第４配線層M４、および、第３配線層M３と第４配線層M４とを接続するビアの配置を示す平面図である。
　第４配線層M４には、画素アレイ部２１を垂直方向に伝送する垂直信号線２９Aおよび２９Bや、電源線が配置されている。
＜１０．画素の変形例＞
　図１３および図１４は、画素１０の変形例を示す図である。
　図１３は、画素１０の変形例の平面図であり、図１４は、画素１０の変形例の断面図である。図１３の平面図は、図３に示した画素１０の平面図に対応し、図１４の断面図は、図４に示した画素１０の断面図に対応する。
　図１３および図１４に示される変形例は、変換効率を上げるため、浮遊拡散領域FD１およびFD２の容量を小さくした場合の画素構造を示している。画素１０の回路構成は、図２に示した等価回路と同じである。
　図１３の平面図に示されるように、浮遊拡散領域FD１およびFD２としてのN型半導体領域４３1および４３2の面積（体積）が、図３と比較して小さく形成されている。転送トランジスタTRG１およびTRG2のゲート電極４２1および４２2のゲート幅２０１も、図３の画素１０のゲート幅６１よりも短い。
　浮遊拡散領域FD１およびFD２としてのN型半導体領域４３1および４３2の領域サイズの変更に伴い、転送トランジスタTRG、切替トランジスタFDG、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELの各画素トランジスタの配置が変更されている。例えば、選択トランジスタSEL１およびSEL２のソース領域としてのN型半導体領域５１1が、垂直方向の隣りの画素１０の領域に形成されている。
　図１３において、浮遊拡散領域FD１として機能するN型半導体領域４３1は、配線１５１1を介して、増幅トランジスタAMP１のゲート電極４８1と接続され、浮遊拡散領域FD２として機能するN型半導体領域４３2は、配線１５１2を介して、増幅トランジスタAMP２のゲート電極４８2と接続されている。
　図１４のAは、図１３のａ１－ａ２線における画素１０の断面図であり、図１４のBは、図１３のｂ１－ｂ２線における画素１０の断面図である。
　なお、図１４のBに示される画素１０の変形例のｂ１－ｂ２線における断面図は、図４のBの断面図と同様であるので、その説明は省略する。
　画素１０の変形例では、浮遊拡散領域FDとしてのN型半導体領域４３の面積（体積）が、図３と比較して小さく形成されるのに伴い、転送トランジスタTRGのゲート電極４２のゲート幅２０１も短く形成されるので、縦ゲート電極部４２Vの本数も、図３と比較して少ない。具体的には、図１４のAに示されるように、転送トランジスタTRG2のゲート電極４２2は、平面ゲート電極部４２T2と、１本の縦ゲート電極部４２V2とで構成されている。
　なお、転送トランジスタTRGのゲート電極４２のゲート幅２０１に応じて、縦ゲート電極部４２Vの本数は、２本や３本など、複数本で形成してもよい。
＜１１．４タップの画素構成例＞
　図１５は、画素１０のさらにその他の変形例を示す平面図である。
　図３および図１３で示した画素１０は、１つのフォトダイオードPDに対して、２つの転送トランジスタTRG１およびTRG２と、浮遊拡散領域FD１およびFD２とを有し、フォトダイオードPDで生成された電荷を、２つの浮遊拡散領域FD１およびFD２に振り分ける２タップの画素構造であった。
　これに対して、図１５に示される画素１０は、１つのフォトダイオードPDに対して、４つの転送トランジスタTRG１乃至TRG４と、浮遊拡散領域FD１乃至FD４とを有し、フォトダイオードPDで生成された電荷を、４つの浮遊拡散領域FD１乃至FD４に振り分ける４タップの画素構造を有する。
　画素１０は、転送トランジスタTRG、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELをそれぞれ４個ずつ有する。
　転送トランジスタTRG、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELの組み合わせからなる１セットの配置は、図３と同様である。
　図３の２タップでは、転送トランジスタTRG、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELの組み合わせ（１セット）が、矩形の画素領域の対向する２辺のみに配置されていたのに対して、図１５の４タップでは、各辺に配置されている。
　図１５の４タップにおいて、転送トランジスタTRG、浮遊拡散領域FD、付加容量FDL、切替トランジスタFDG、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELの各セットは、１乃至４のいずれかの添え字を付して区別されている。
　図１５のａ１－ａ２線における画素１０の断面図は、図４のAと同様であり、全ての転送トランジスタTRGは、縦型トランジスタで構成されている。なお、勿論、転送トランジスタTRGの縦ゲート電極部４２Vの本数は、２タップの場合と異なっていてもよい。
　４タップの画素１０では、図１５に示されるように、対向する２つの転送トランジスタTRGのゲート電極４２間の距離２２２は、転送トランジスタTRGのゲート電極４２のゲート幅２２１と同程度の長さになるが、転送トランジスタTRGを縦型トランジスタとすることによって変調能力を高め、オフさせる側の転送トランジスタTRGに対して、ピニング用の第１の負バイアスVBよりも大きな第２の負バイアスVCを印加する第２の駆動を行うことで、電荷の高速転送が可能である。
　図１６は、４タップの画素１０における第２の駆動を説明するタイミングチャートである。
　垂直駆動部２２は、４タップの画素１０において第２の駆動を行う場合、オン制御する所定の１つの転送トランジスタTRGと対向する転送トランジスタTRGを、第２の負バイアスVCとし、直交する残り２つの転送トランジスタTRGを、第１の負バイアスVBに制御する。
　図１６の例では、垂直駆動部２２は、T１期間において、転送トランジスタTRG１をオンするとともに、転送トランジスタTRG３を第２の負バイアスVCに制御し、転送トランジスタTRG２とTRG４を、第１の負バイアスVBに制御する。
　T１期間の次のT２期間では、垂直駆動部２２は、転送トランジスタTRG２をオンするとともに、転送トランジスタTRG４を第２の負バイアスVCに制御し、転送トランジスタTRG１とTRG３を、第１の負バイアスVBに制御する。
　T２期間の次のT３期間では、垂直駆動部２２は、転送トランジスタTRG３をオンするとともに、転送トランジスタTRG１を第２の負バイアスVCに制御し、転送トランジスタTRG２とTRG４を、第１の負バイアスVBに制御する。
　T３期間の次のT４期間では、垂直駆動部２２は、転送トランジスタTRG４をオンするとともに、転送トランジスタTRG２を第２の負バイアスVCに制御し、転送トランジスタTRG１とTRG３を、第１の負バイアスVBに制御する。
＜１２．電界制御型の受光素子への適用＞
　上述した受光素子１の縦型トランジスタの構造は、図１７に示すような電界制御型の受光素子にも適用することができる。
　図１７のAは、電界制御型の受光素子の画素の平面図であり、図１７のBは、電界制御型の受光素子の画素の断面図とポテンシャル図である。
　電界制御型の受光素子の画素３００は、光電変換領域であるN型半導体領域３０１で生成された電荷を、１対の第１の電界制御電極３１１ａおよび３１１ｂと、その隣の１対の第２の電界制御電極３１２ａおよび３１２ｂとに、互いに異なる電界制御電圧をそれぞれ印加することにより、２つの電荷蓄積領域３１３ａおよび３１３ｂに振り分ける。２つの電荷蓄積領域３１３ａおよび３１３ｂに蓄積された電荷は、それぞれ、転送トランジスタTRGａおよびTRGbによって、電荷読み出し領域３１４ａおよび３１４ｂに転送される。
　光電変換領域であるN型半導体領域３０１には、図１７のBに示される遮光板３０２の矩形の開口領域を通過した光が入射される。図１７のAに示した１対の第１の電界制御電極３１１ａおよび３１１ｂと、その隣の１対の第２の電界制御電極３１２ａおよび３１２ｂは、遮光板３０２と絶縁膜３０３との間に配置されている。N型半導体領域３０１と絶縁膜３０３との間のP型半導体領域３０４は、ピニング層である。
　例えば、１対の第１の電界制御電極３１１ａおよび３１１ｂに対して－２V、その隣の１対の第２の電界制御電極３１２ａおよび３１２ｂに対して１Vの電圧が印加された場合、光電変換で生成された電荷は、右側の電荷蓄積領域３１３ｂに転送される。
　一方、１対の第１の電界制御電極３１１ａおよび３１１ｂに対して１V、その隣の１対の第２の電界制御電極３１２ａおよび３１２ｂに対して－２Vの電圧が印加された場合、光電変換で生成された電荷は、左側の電荷蓄積領域３１３ａに転送される。
　以上のような電界制御型の受光素子の画素３００の第１の電界制御電極３１１ａおよび３１１ｂと、第２の電界制御電極３１２ａおよび３１２ｂに代えて、上述した転送トランジスタTRG1およびTRG2の構成、即ち、櫛歯形状の縦ゲート電極部４２Vを有する縦型トランジスタの構成を採用することができる。これにより、変調能力が向上し、電界が付きやすくなるので、転送特性を向上させることができる。
＜１３．測距モジュールの構成例＞
　図１８は、上述した受光素子１を用いて測距情報を出力する測距モジュールの構成例を示すブロック図である。
　測距モジュール５００は、発光部５１１、発光制御部５１２、および、受光部５１３を備える。
　発光部５１１は、所定波長の光を発する光源を有し、周期的に明るさが変動する照射光を発して物体に照射する。例えば、発光部５１１は、光源として、波長が７８０nm乃至１０００nmの範囲の赤外光を発する発光ダイオードを有し、発光制御部５１２から供給される矩形波の発光制御信号ＣＬＫｐに同期して、照射光を発生する。
　なお、発光制御信号ＣＬＫｐは、周期信号であれば、矩形波に限定されない。例えば、発光制御信号ＣＬＫｐは、サイン波であってもよい。
　発光制御部５１２は、発光制御信号ＣＬＫｐを発光部５１１および受光部５１３に供給し、照射光の照射タイミングを制御する。この発光制御信号ＣＬＫｐの周波数は、例えば、２０メガヘルツ（ＭＨｚ）である。なお、発光制御信号ＣＬＫｐの周波数は、２０メガヘルツ（ＭＨｚ）に限定されず、５メガヘルツ（ＭＨｚ）などであってもよい。
　受光部５１３は、物体から反射した反射光を受光し、受光結果に応じて距離情報を画素ごとに算出し、物体までの距離を画素ごとに階調値で表したデプス画像を生成して、出力する。
　受光部５１３には、図１の受光素子１が用いられる。受光部５１３としての受光素子１は、例えば、発光制御信号ＣＬＫｐに基づいて、画素アレイ部２１の各画素１０の複数の転送トランジスタTRGを交互に駆動し、フォトダイオードPDで生成された電荷を複数の電荷蓄積部（浮遊拡散領域FD）に転送する。受光素子１は、複数の電荷蓄積部で検出された信号強度から、距離情報を画素ごとに算出する。
　以上のように、間接ToF方式により被写体までの距離情報を求めて出力する測距モジュール５００の受光部５１３として、上述した受光素子１を組み込むことができる。これにより、測距モジュール５００としての測距特性を向上させることができる。
＜１４．電子機器の構成例＞
　なお、受光素子１は、上述したように測距モジュールに適用できる他、例えば、測距機能を備えるデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、測距機能を備えたスマートフォンといった各種の電子機器に適用することができる。
　図１９は、本技術を適用した電子機器としての、スマートフォンの構成例を示すブロック図である。
　スマートフォン６０１は、図１９に示されるように、測距モジュール６０２、撮像装置６０３、ディスプレイ６０４、スピーカ６０５、マイクロフォン６０６、通信モジュール６０７、センサユニット６０８、タッチパネル６０９、および制御ユニット６１０が、バス６１１を介して接続されて構成される。また、制御ユニット６１０では、CPUがプログラムを実行することによって、アプリケーション処理部６２１およびオペレーションシステム処理部６２２としての機能を備える。
　測距モジュール６０２には、図１８の測距モジュール５００が適用される。例えば、測距モジュール６０２は、スマートフォン６０１の前面に配置され、スマートフォン６０１のユーザを対象とした測距を行うことにより、そのユーザの顔や手、指などの表面形状のデプス値を測距結果として出力することができる。
　撮像装置６０３は、スマートフォン６０１の前面に配置され、スマートフォン６０１のユーザを被写体とした撮像を行うことにより、そのユーザが写された画像を取得する。なお、図示しないが、スマートフォン６０１の背面にも撮像装置６０３が配置された構成としてもよい。
　ディスプレイ６０４は、アプリケーション処理部６２１およびオペレーションシステム処理部６２２による処理を行うための操作画面や、撮像装置６０３が撮像した画像などを表示する。スピーカ６０５およびマイクロフォン６０６は、例えば、スマートフォン６０１により通話を行う際に、相手側の音声の出力、および、ユーザの音声の収音を行う。
　通信モジュール６０７は、インターネット、公衆電話回線網、所謂3G回線や4G回線等の無線移動体用の広域通信網、WAN（Wide Area Network）、LAN（Local Area Network）等の通信網を介したネットワーク通信、Bluetooth（登録商標）、NFC（Near Field Communication）等の近距離無線通信などを行う。センサユニット６０８は、速度や加速度、近接などをセンシングし、タッチパネル６０９は、ディスプレイ６０４に表示されている操作画面に対するユーザによるタッチ操作を取得する。
　アプリケーション処理部６２１は、スマートフォン６０１によって様々なサービスを提供するための処理を行う。例えば、アプリケーション処理部６２１は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、ユーザの表情をバーチャルに再現したコンピュータグラフィックスによる顔を作成し、ディスプレイ６０４に表示する処理を行うことができる。また、アプリケーション処理部６２１は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、例えば、任意の立体的な物体の三次元形状データを作成する処理を行うことができる。
　オペレーションシステム処理部６２２は、スマートフォン６０１の基本的な機能および動作を実現するための処理を行う。例えば、オペレーションシステム処理部６２２は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、ユーザの顔を認証し、スマートフォン６０１のロックを解除する処理を行うことができる。また、オペレーションシステム処理部６２２は、測距モジュール６０２から供給されるデプス値に基づいて、例えば、ユーザのジェスチャを認識する処理を行い、そのジェスチャに従った各種の操作を入力する処理を行うことができる。
　このように構成されているスマートフォン６０１では、測距モジュール６０２として、上述した測距モジュール５００を適用することで、例えば、所定の物体までの距離を測定して表示したり、所定の物体の三次元形状データを作成して表示する処理などを行うことができる。
＜１５．内視鏡手術システムへの応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
　図２０は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図２０では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：　Ｃａｍｅｒａ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ　Ｂａｎｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図２１は、図２０に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ　Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ　Ｗｈｉｔｅ　Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、画素１０を有する受光素子１を、撮像部１１４０２の構成の一部として適用することができる。撮像部１１４０２の構成の一部として本開示に係る技術を適用することにより、術部までの距離を高精度に測定することができ、より鮮明な術部画像を得ることができる。
　なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
＜１６．移動体への応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図２２は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２２に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２２の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図２３は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図２３では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図２３には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、車外情報検出ユニット１２０３０や撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、受光素子１または測距モジュール５００を、車外情報検出ユニット１２０３０や撮像部１２０３１の距離検出処理ブロックに適用することができる。車外情報検出ユニット１２０３０や撮像部１２０３１に、本開示に係る技術を適用することにより、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体までの距離を高精度に測定することができ、得られた距離情報を用いて、ドライバの疲労を軽減したり、ドライバや車両の安全度を高めることが可能になる。
　本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　また、上述した受光素子１おいては、信号キャリアとして電子を用いる例について説明したが、光電変換で発生した正孔を信号キャリアとして用いるようにしてもよい。そのような場合、光電変換領域がP型半導体領域により構成され、半導体基板７０がN型半導体領域により構成されるようにし、光電変換領域において、信号キャリアとしての正孔が検出されるようにすればよい。
　上述した受光素子１おいては、フォトダイオードPDから転送された電荷を浮遊拡散領域FD１およびFD２に保持するようにしたが、電荷保持部としてメモリ部を形成して電荷を保持するようにしてもよい。
　例えば、上述した受光素子１おいては、各実施の形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。
　上述した受光素子１は、それ単体でワンチップとして構成されてもよいし、光源や光学系、信号処理回路などと一緒にパッケージングされたモジュールや測距装置など、いずれの形態で構成されてもよい。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　フォトダイオードで生成された電荷を保持する第１および第２の電荷保持部と、
　前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する第１の転送トランジスタと、
　前記電荷を前記第２の電荷保持部に転送する第２の転送トランジスタと
　を少なくとも有する画素を備え、
　前記第１および第２の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている
　受光素子。
（２）
　前記第１の電荷保持部と前記第２の電荷保持部は、前記フォトダイオードを挟んで対向配置されて構成される
　前記（１）に記載の受光素子。
（３）
　前記第１の転送トランジスタと第２の転送トランジスタとの間の距離は、前記第１または第２の転送トランジスタのゲート幅よりも短い
　前記（１）または（２）に記載の受光素子。
（４）
　前記第１および第２の転送トランジスタのゲート幅は、同方向の前記フォトダイオードの幅よりも大きく構成される
　前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の受光素子。
（５）
　前記第１および第２の転送トランジスタは、複数の縦ゲート電極部を有する
　前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の受光素子。
（６）
　前記第１および第２の転送トランジスタは、断面視で櫛歯形状に形成されている
　前記（５）に記載の受光素子。
（７）
　前記縦ゲート電極部の平面形状は、ゲート幅方向の第１の幅よりも、前記ゲート幅方向に直交する第２の幅が長い細長形状で形成されている
　前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の受光素子。
（８）
　前記縦ゲート電極部の平面形状は、前記フォトダイオード側が凸の前記細長形状で形成されている
　前記（７）に記載の受光素子。
（９）
　前記フォトダイオードの光電変換領域を形成するN型またはP型の半導体領域は、前記第１および第２の転送トランジスタの前記縦ゲート電極部の間と、前記縦ゲート電極部の下側の領域に形成され、空乏層が前記第１および第２の転送トランジスタの形成面と反対側の基板界面近傍まで拡大されるように構成されている
　前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の受光素子。
（１０）
　前記画素は、
　　前記電荷を蓄積する第１の付加容量と、
　　前記第１の付加容量を前記第１の電荷保持部と接続する第１の接続トランジスタと、　　前記電荷を蓄積する第２の付加容量と、
　　前記第２の付加容量を前記第２の電荷保持部と接続する第２の接続トランジスタと
　をさらに有する
　前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の受光素子。
（１１）
　前記画素は、
　　前記電荷を保持する第３の電荷保持部と、
　　前記電荷を前記第３の電荷保持部に転送する第３の転送トランジスタと、
　　前記電荷を保持する第４の電荷保持部と、
　　前記電荷を前記第４の電荷保持部に転送する第４の転送トランジスタと
　をさらに有し、
　前記第３および第４の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている
　前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の受光素子。
（１２）
　前記第１の転送トランジスタをオンして前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する際、前記第１の転送トランジスタに対向する前記第２の転送トランジスタには第１の負バイアスよりも大きな第２の負バイアスが印加されるように構成され、前記第３の転送トランジスタおよび前記第４の転送トランジスタには前記第１の負バイアスが印加されるように構成される
　前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の受光素子。
（１３）
　前記第１の転送トランジスタをオンして前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する際、前記第２の転送トランジスタには負バイアスが印加されるように構成される
　前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の受光素子。
（１４）
　前記負バイアスは、ピニング用の負バイアスよりも大きな負バイアスである
　前記（１３）に記載の受光素子。
（１５）
　フォトダイオードで生成された電荷を保持する第１および第２の電荷保持部と、
　前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する第１の転送トランジスタと、
　前記電荷を前記第２の電荷保持部に転送する第２の転送トランジスタと
　を少なくとも有する画素を備え、
　前記第１および第２の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている受光素子と、
　周期的に明るさが変動する照射光を照射する光源と、
　前記照射光の照射タイミングを制御する発光制御部と
　を備える測距モジュール。
（１６）
　フォトダイオードで生成された電荷を保持する第１および第２の電荷保持部と、
　前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する第１の転送トランジスタと、
　前記電荷を前記第２の電荷保持部に転送する第２の転送トランジスタと
　を少なくとも有する画素を備え、
　前記第１および第２の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている
　受光素子
　を備える電子機器。
　１　受光素子，　１０　画素，　２１　画素アレイ部，　FD１，FD２　浮遊拡散領域，　FDG１，FDG２　切替トランジスタ，　FDL１,FDL２　付加容量，　PD　フォトダイオード，　RST１,RST２　リセットトランジスタ，　SEL１,SEL２　選択トランジスタ，　TRG１,TRG２　転送トランジスタ，　４２　ゲート電極，　４２T　平面ゲート電極部，　４２V　縦ゲート電極部，　６１　ゲート幅，　５００　測距モジュール，　５１１　発光部，　５１２　発光制御部，　５１３　受光部，　６０１　スマートフォン，　６０２　測距モジュール

Claims (16)

  1. 　フォトダイオードで生成された電荷を保持する第１および第２の電荷保持部と、
    　前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する第１の転送トランジスタと、
    　前記電荷を前記第２の電荷保持部に転送する第２の転送トランジスタと
    　を少なくとも有する画素を備え、
    　前記第１および第２の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている
    　受光素子。
  2. 　前記第１の電荷保持部と前記第２の電荷保持部は、前記フォトダイオードを挟んで対向配置されて構成される
    　請求項１に記載の受光素子。
  3. 　前記第１の転送トランジスタと第２の転送トランジスタとの間の距離は、前記第１または第２の転送トランジスタのゲート幅よりも短い
    　請求項１に記載の受光素子。
  4. 　前記第１および第２の転送トランジスタのゲート幅は、同方向の前記フォトダイオードの幅よりも大きく構成される
    　請求項１に記載の受光素子。
  5. 　前記第１および第２の転送トランジスタは、複数の縦ゲート電極部を有する
    　請求項１に記載の受光素子。
  6. 　前記第１および第２の転送トランジスタは、断面視で櫛歯形状に形成されている
    　請求項５に記載の受光素子。
  7. 　前記縦ゲート電極部の平面形状は、ゲート幅方向の第１の幅よりも、前記ゲート幅方向に直交する第２の幅が長い細長形状で形成されている
    　請求項１に記載の受光素子。
  8. 　前記縦ゲート電極部の平面形状は、前記フォトダイオード側が凸の前記細長形状で形成されている
    　請求項７に記載の受光素子。
  9. 　前記フォトダイオードの光電変換領域を形成するN型またはP型の半導体領域は、前記第１および第２の転送トランジスタの前記縦ゲート電極部の間と、前記縦ゲート電極部の下側の領域に形成され、空乏層が前記第１および第２の転送トランジスタの形成面と反対側の基板界面近傍まで拡大されるように構成されている
    　請求項１に記載の受光素子。
  10. 　前記画素は、
    　　前記電荷を蓄積する第１の付加容量と、
    　　前記第１の付加容量を前記第１の電荷保持部と接続する第１の接続トランジスタと、　　前記電荷を蓄積する第２の付加容量と、
    　　前記第２の付加容量を前記第２の電荷保持部と接続する第２の接続トランジスタと
    　をさらに有する
    　請求項１に記載の受光素子。
  11. 　前記画素は、
    　　前記電荷を保持する第３の電荷保持部と、
    　　前記電荷を前記第３の電荷保持部に転送する第３の転送トランジスタと、
    　　前記電荷を保持する第４の電荷保持部と、
    　　前記電荷を前記第４の電荷保持部に転送する第４の転送トランジスタと
    　をさらに有し、
    　前記第３および第４の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている
    　請求項１に記載の受光素子。
  12. 　前記第１の転送トランジスタをオンして前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する際、前記第１の転送トランジスタに対向する前記第２の転送トランジスタには第１の負バイアスよりも大きな第２の負バイアスが印加されるように構成され、前記第３の転送トランジスタおよび前記第４の転送トランジスタには前記第１の負バイアスが印加されるように構成される
    　請求項１１に記載の受光素子。
  13. 　前記第１の転送トランジスタをオンして前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する際、前記第２の転送トランジスタには負バイアスが印加されるように構成される
    　請求項１に記載の受光素子。
  14. 　前記負バイアスは、ピニング用の負バイアスよりも大きな負バイアスである
    　請求項１３に記載の受光素子。
  15. 　フォトダイオードで生成された電荷を保持する第１および第２の電荷保持部と、
    　前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する第１の転送トランジスタと、
    　前記電荷を前記第２の電荷保持部に転送する第２の転送トランジスタと
    　を少なくとも有する画素を備え、
    　前記第１および第２の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている受光素子と、
    　周期的に明るさが変動する照射光を照射する光源と、
    　前記照射光の照射タイミングを制御する発光制御部と
    　を備える測距モジュール。
  16. 　フォトダイオードで生成された電荷を保持する第１および第２の電荷保持部と、
    　前記電荷を前記第１の電荷保持部に転送する第１の転送トランジスタと、
    　前記電荷を前記第２の電荷保持部に転送する第２の転送トランジスタと
    　を少なくとも有する画素を備え、
    　前記第１および第２の転送トランジスタは、縦ゲート電極部を有する縦型トランジスタで構成されている
    　受光素子
    　を備える電子機器。
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