WO2020013130A1 - 固体撮像装置及び電子装置 - Google Patents

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WO2020013130A1
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山下　浩史
翔平 島田
悠介 大竹
田中　裕介
壽史 若野
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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Definitions

  • This technology relates to a solid-state imaging device and an electronic device.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • CCDs Charge Coupled Devices
  • the solid-state imaging device includes, for example, a photodiode and accumulates electric charges by photoelectric conversion.
  • the solid-state imaging device performs a different exposure control as a focusing method, thereby dividing a dynamic range (High Dynamic Range) operation for generating a captured image in a wide exposure area, a photodiode, and dividing the photodiode.
  • an auto-focus (Auto Focus) operation for adding the same color between photodiodes.
  • the photodiode is divided into two, and the light is received by each of the divided photodiodes, and one of the divided photodiodes receives the number of signal electrons exceeding the storage capacity, the same color is used.
  • the signal electrons overflow to the other split photodiode.
  • Patent Document 1 discloses a plurality of photoelectric conversion units, a separation region separating the plurality of photoelectric conversion units, and a setting unit for selectively setting a potential of the separation region.
  • An imaging device provided with the same is disclosed (see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 an element for controlling the separation potential of the split photodiode is added.
  • CMOS image sensor miniaturization by sub-pixels is progressing, and it is difficult to secure a region for disposing an element serving as a setting unit.
  • the present technology has been made in view of such a situation, and in a pixel configuration in which a plurality of unit pixels are configured from two or more sub-pixels, it is possible to achieve both a dynamic range operation and an autofocus operation. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device and an electronic device that can perform the above.
  • the present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-described object, and as a result, have achieved both a dynamic range operation and an autofocus operation in a pixel configuration in which a plurality of unit pixels are composed of two or more sub-pixels. This led to the completion of this technology.
  • the overflow area is A solid-state imaging device is provided between a first sub-pixel and a second sub-pixel.
  • a first P-type region is formed inside the first pixel separation region in a depth direction
  • a second P-type region is formed around the second pixel separation region.
  • the first pixel separation region, the overflow region, and the second pixel separation region are formed in a cross section in which a region of the unit pixel that is formed in a depth direction and is not separated by the second pixel separation region is cut along a light incident direction.
  • a two-pixel separation region has a third P-type region having an impurity concentration lower than the average impurity concentration of the first P-type region, and a fourth P-type region having an impurity concentration lower than the average impurity concentration of the second P-type region. May be included in at least one of the P-type regions.
  • a first P-type region is formed inside the first pixel isolation region in a depth direction, and a second P-type region is formed around the second pixel isolation region at a depth.
  • an N-type region is formed between the first P-type region and the second P-type region, and the region of the unit pixel that is not separated by the second pixel separation region is A cross section cut along the light incident direction is formed to include the first pixel separation region, the overflow region, and the second pixel separation region
  • the overflow region includes a third P-type region having an impurity concentration lower than the average impurity concentration of the first P-type region, and a fourth P-type region having an impurity concentration lower than the average impurity concentration of the second P-type region.
  • the semiconductor device may include a mold region and at least one of a fifth N-type region formed between the third P-type region and the fourth P-type region.
  • a first P-type region is formed in a depth direction inside the first pixel separation region, and a region of the unit pixel that is not separated by the second pixel separation region is light.
  • the cross section cut along the incident direction includes the overflow region between one inside of the first pixel separation region and the other inside of the first pixel separation region facing the one inside.
  • the depth of the overflow region is: It may be formed between a region where the transistor for controlling the overflow is arranged and a region having the highest impurity concentration in the N-type region where the signal charges are stored.
  • the second pixel separation region provided in the solid-state imaging device according to the present technology may separate each of the plurality of unit pixels into 2 ⁇ 2 sub-pixels.
  • the second pixel separation region provided in the solid-state imaging device according to the present technology may have a cross shape.
  • the overflow region provided in the solid-state imaging device according to the present technology may be formed in a region where the first pixel separation region and the cross-shaped second pixel separation region are close to each other.
  • the proximity distance between the first pixel isolation region and the cross-shaped second pixel isolation region may be the same or different. At least a part of the cross-shaped second pixel isolation region provided in the solid-state imaging device according to the present technology may be connected to the first pixel isolation region.
  • the solid-state imaging device may further include a transfer gate that performs voltage control for causing the signal charges to overflow. Furthermore, the solid-state imaging device according to the present technology may further include a power supply that supplies three or more voltages to the transfer gate. Further, the solid-state imaging device according to the present technology may further include a booster circuit that raises and lowers a voltage supplied to the transfer gate.
  • the second pixel isolation region provided in the solid-state imaging device according to the present technology may penetrate from a light receiving surface that receives light to a silicon substrate on which a photoelectric conversion element that accumulates the signal charges is formed.
  • a first pixel separation region that separates a plurality of unit pixels including two or more subpixels
  • a second pixel separation region that separates each of the plurality of unit pixels separated by the first pixel separation region
  • a first light collector that covers the entire unit pixel
  • a plurality of second light collectors covering each of the sub-pixels
  • a solid-state imaging device comprising:
  • the first light collecting unit and the second light collecting unit may be lenses.
  • the first light-collecting unit is a lens
  • the second light-collecting unit is provided in a light-blocking unit provided above the first pixel separation region and the second pixel separation region, and in a region above the sub-pixel and surrounded by the light-blocking unit, A light-transmitting layer formed of a material having a higher refractive index than the light-shielding portion.
  • the solid-state imaging device is provided between the first light-collecting unit and the light-transmitting layer, has a higher refractive index than the first light-collecting unit, and has a higher refractive index than the light-transmitting layer. And an intermediate layer formed of a material having a low refractive index.
  • the light-shielding portion provided above the first pixel isolation region is formed of a material having at least one of a material having a low refractive index with respect to the light transmission layer and a metal.
  • the light blocking portion provided above the second pixel separation region may be formed of a material having a low refractive index with respect to the light transmitting layer.
  • a color filter provided between the sub-pixel and the second light-collecting unit may be provided.
  • a solid-state imaging device is mounted, A first pixel separation region, wherein the solid-state imaging device separates a plurality of unit pixels including two or more sub-pixels; A second pixel separation region that separates each of the plurality of unit pixels separated by the first pixel separation region; An overflow region for causing the signal charge stored in the sub-pixel to overflow with at least one of the adjacent sub-pixels, The overflow area is An electronic device is provided between a first said sub-pixel and a second said sub-pixel.
  • the present technology it is possible to achieve both the dynamic range operation and the autofocus operation in a pixel configuration in which a plurality of unit pixels are formed from two or more sub-pixels.
  • the effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present technology.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a layout of the solid-state imaging device according to the first embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a layout of the solid-state imaging device according to the first embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an A-A ′ cross section of the solid-state imaging device according to the first embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a potential distribution and an overflow state of the solid-state imaging device according to the first embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an operation concept of an overflow area of the solid-state imaging device according to the first embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating a layout of a solid-state imaging device according to a third embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating a layout of a solid-state imaging device according to a third embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 15 is a plan view illustrating a layout of a solid-state imaging device according to a fourth embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 15 is a plan view illustrating a layout of a solid-state imaging device according to a fourth embodiment to which the present technology is applied.
  • It is a pixel circuit diagram which reads out a pixel signal of a solid-state imaging device of a fourth embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 15 is a plan view illustrating an example of the arrangement of a first pixel separation region and a second pixel separation region in a solid-state imaging device according to a fifth embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 21 is a plan view illustrating a modification of the arrangement of the first pixel separation region and the second pixel separation region in the solid-state imaging device according to the fifth embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 4 is a plan view showing a place where an overflow region is formed.
  • FIG. 4 is a plan view showing a place where an overflow region is formed.
  • FIG. 15B is a plan view in which an example of the arrangement of the first pixel isolation region and the second pixel isolation region shown in FIG. 14A is arranged in an array.
  • FIG. 15B is a plan view in which an example of the arrangement of the first pixel isolation region DTI1 and the second pixel isolation region DTI2 shown in FIG. 14B is arranged in an array.
  • FIG. 21 is a plan view showing an example in which color filters are arranged in the array of unit pixels shown in FIG. 20.
  • FIG. 15C is a plan view in which an example of the arrangement of the first pixel isolation region and the second pixel isolation region shown in FIG. 14C is arranged in an array.
  • 23 illustrates an example in which color filters are arranged in the arrangement of the unit pixels illustrated in FIG. 22 in an array.
  • FIG. 15B is a plan view in which an example of the arrangement of the first pixel isolation region DTI1 and the second pixel isolation region DTI2 shown in FIG. 14B is arranged in an array.
  • FIG. 21 is a plan view showing an example in which color filters are arranged in the array of unit pixels shown in FIG. 20.
  • FIG. 15C is a plan view in which an example
  • FIG. 15B is a plan view in which the arrangement example shown in FIG. 14B and the arrangement example shown in FIG. 14C are alternately arranged in an array.
  • FIG. 25 is a plan view illustrating an example in which color filters are arranged in the array of unit pixels illustrated in FIG. 24.
  • FIG. 15B is a plan view in which the arrangement example shown in FIG. 14B and the arrangement example shown in FIG. 14C are alternately arranged in an array, and arranged so that the same shape is aligned in the vertical direction.
  • FIG. 27 is a plan view showing an example in which color filters are arranged in the unit pixel array shown in FIG. 26.
  • FIG. 14B is a plan view in which the arrangement examples shown in FIG.
  • FIG. 14B are arranged in one row in the horizontal direction, and the arrangement examples shown in FIG. 14C are arranged in one row in the horizontal direction, and they are alternately arranged in an array. is there.
  • FIG. 29 is a plan view illustrating an example in which color filters are arranged in the array of unit pixels illustrated in FIG. 28.
  • FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration example of a solid-state imaging device according to a sixth embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration example of a solid-state imaging device according to a sixth embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration example of a solid-state imaging device according to a sixth embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 21 is a block diagram in which a part of a power supply circuit of a solid-state imaging device according to a sixth embodiment to which the present technology is applied is configured by a booster circuit.
  • FIG. 21 is a block diagram in which a part of a power supply circuit of a solid-state imaging device according to a sixth embodiment to which the present technology is applied is configured by a booster circuit.
  • FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration of a pixel array of a solid-state imaging device according to a sixth embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 21 is a plan view illustrating a layout of a solid-state imaging device according to a seventh embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 21 is a plan view illustrating a layout of a solid-state imaging device according to a seventh embodiment to which the present technology is applied. It is a sectional view showing an example of composition of an E-E 'section of a solid-state imaging device of a seventh embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 21 is a plan view illustrating a layout of a solid-state imaging device according to an eighth embodiment to which the present technology is applied. It is a sectional view showing an example of composition of F-F 'section of a solid-state image sensing device of an eighth embodiment to which the present technology is applied. It is a sectional view showing the 1st modification of a solid-state imaging device of an 8th embodiment to which this art is applied.
  • FIG. 21 is a plan view illustrating a layout of a solid-state imaging device according to a seventh embodiment to which the present technology is applied. It is a sectional view showing an example of composition of an E-E 'section of a solid-state imaging device of a
  • FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a second modification of the solid-state imaging device according to the eighth embodiment to which the present technology is applied. It is a top view showing the layout of the solid-state imaging device of a ninth embodiment to which the present technology is applied. It is a top view showing the layout of the solid-state imaging device of a ninth embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a G-G ′ cross-section of a solid-state imaging device according to a ninth embodiment to which the present technology is applied. It is a sectional view showing the 1st modification of the solid-state imaging device of a 9th embodiment to which this art is applied.
  • FIG. 29 is a diagram illustrating a usage example of the solid-state imaging devices according to first to eleventh embodiments to which the present technology is applied.
  • FIG. 14 is a functional block diagram of an example of an electronic device to which the present technology is applied.
  • the present technology relates to a solid-state imaging device such as a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor or a charge coupled device (CCD) in a pixel configuration in which a plurality of unit pixels includes two or more sub-pixels.
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • CCD charge coupled device
  • the present invention relates to a solid-state imaging device and an electronic device that achieve both a Range operation and an Auto Focus operation. According to the present technology, in a pixel configuration in which a plurality of unit pixels are configured by two or more sub-pixels, both a dynamic range operation and an autofocus operation can be achieved, so that image quality can be improved.
  • the photodiode is divided into two.
  • Each of the divided photodiodes receives light that has passed half through the coupling optical system.
  • two images are generated from each of the divided photodiodes, a distance is measured by detecting a shift between the two images, and the image is focused by signal processing in a subsequent stage. .
  • a separation potential that overflows between sub-pixels when a large amount of light is set is set, and a dynamic range operation for performing different exposure time control between sub-pixels is performed. Then, there is a concern that the number of signal electrons stored in the sub-pixel is significantly reduced, and the SN ratio is reduced on the reproduced image.
  • an element such as a MOS (Metal Oxide Silicon) gate is disposed in an isolation region between sub-pixels, and different voltages are applied to the gate during an autofocus operation and a dynamic range operation, thereby increasing the separation potential.
  • an element for controlling the separation potential has no space for additionally disposing an element in a fine pixel image sensor.
  • the present technology has been made in view of such a situation, and in a pixel configuration in which a plurality of unit pixels are formed from two or more sub-pixels without using an additional element, dynamic range operation and autofocusing are performed. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device and an electronic device that are compatible with operation.
  • the solid-state imaging device includes a first pixel separation region that separates a plurality of unit pixels including two or more subpixels, and a plurality of units that are separated by the first pixel separation region.
  • a second pixel separation region for separating each of the pixels, and an overflow region for causing signal charges accumulated in the sub-pixel to overflow with at least one of the adjacent sub-pixels, wherein the overflow region includes:
  • a solid-state imaging device is formed between a first sub-pixel and a second sub-pixel.
  • the solid-state imaging device According to the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present technology, it is possible to achieve both a dynamic operation and an autofocus operation in a pixel configuration including a plurality of unit pixels including two or more sub-pixels.
  • FIG. 1 shows a layout of a solid-state imaging device 1000 which is an example of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present technology.
  • FIG. 1 is a plan view of a solid-state imaging device 1000 including four pixels.
  • FIG. 2 illustrates a layout of a solid-state imaging device 100 that is an example of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is a plan view of the solid-state imaging device 100 forming one pixel.
  • “up” means an upward direction in each drawing, and “down” means a downward direction in each drawing.
  • the solid-state imaging device 1000 includes four 2 ⁇ 2 solid-state imaging devices 100 (in FIG. 1, the solid-state imaging devices 101 to 104).
  • the solid-state imaging device 101 is provided with a color filter CF1.
  • the solid-state imaging device 102 is provided with a color filter CF2.
  • the solid-state imaging device 103 is provided with a color filter CF3.
  • the solid-state imaging device 104 is provided with a color filter CF4.
  • FIG. 2 shows a plan view of the layout of the solid-state imaging device 101 as a plan view of the layout of the solid-state imaging device 100.
  • the solid-state imaging device 100 includes a first pixel separation region DTI1 that separates a plurality of unit pixels including two or more subpixels, and a second pixel separation region that separates each of the plurality of unit pixels separated by the first pixel separation region DTI1.
  • the overflow area OF1 is formed between the first sub-pixel SP1 and the second sub-pixel SP2.
  • the overflow area OF2 is formed between the second sub-pixel SP2 and the third sub-pixel SP3.
  • the overflow area OF3 is formed between the third sub-pixel SP3 and the fourth sub-pixel SP4.
  • the overflow area OF4 is formed between the first sub-pixel SP1 and the fourth sub-pixel SP4.
  • the first pixel separation region DTI1 separates a plurality of unit pixels composed of two or more sub-pixels.
  • the second pixel separation region DTI2 separates each of the plurality of unit pixels separated by the first pixel separation region DTI1. Further, the second pixel separation area DTI2 separates each of the plurality of unit pixels into 2 ⁇ 2 sub-pixels. In this case, for example, the second pixel isolation region DTI2 may have a cross shape.
  • the sub-pixel photodiode is separated by penetrating from the light-receiving silicon surface that receives light to the substrate-side surface. And a separation layer. That is, the sub-pixel SP is formed in a region from the silicon surface (not shown) to the substrate-side surface (not shown).
  • the overflow region OF (overflow region OF1 to overflow region OF4) is used to transfer signal charges accumulated in the sub-pixel SP (first sub-pixel SP1 to fourth sub-pixel SP4) to the adjacent sub-pixel SP (first sub-pixel SP). This is an area for overflowing at least one of the pixels SP1 to the fourth sub-pixel SP4).
  • one unit pixel (that is, one pixel) is formed from four sub-pixels SP (first to fourth sub-pixels SP1 to SP4).
  • the sub-pixel SP is a fine pixel that forms a unit pixel, and is not limited to four.
  • one unit pixel may be configured from two sub-pixels, or one unit pixel may be configured from eight sub-pixels.
  • the solid-state imaging device 100 is formed from four sub-pixels SP (first sub-pixel SP1 to fourth sub-pixel SP4), and has four overflow regions OF (overflow regions OF1 to overflow). Region OF4).
  • the sub-pixels SP (the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4) photoelectrically convert the received light into photoelectric charges having a charge amount corresponding to the light amount, and store the photodiodes (photoelectric conversion). Element).
  • the transistor TR1 includes transistors constituting a signal reading circuit, such as a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor.
  • the reset transistor is a transistor (RSTTr.) For setting a power supply voltage that sets a potential of the floating diffusion FD as a reference potential before reading signal charges from the photodiode to the floating diffusion FD.
  • the amplifying transistor is a transistor (AMPTr.) For reading a voltage signal of a floating diffusion FD (Floating Diffusion: floating diffusion layer) to a signal line provided for each column of the pixel array.
  • the selection transistor is a transistor (SELTr.) That selectively reads a signal from the pixel array for each row.
  • the transfer gate TG1 is a transistor for reading out signal charges accumulated in the photodiode to the floating diffusion FD.
  • the overflow area OF1 is an area formed between the first sub-pixel SP1 and the second sub-pixel SP2.
  • the overflow area OF1 allows the signal charge stored in the first subpixel SP1 or the second subpixel SP2 to overflow with an adjacent subpixel, that is, the second subpixel SP2 or the first subpixel SP1. Area.
  • the transistor TR2 includes transistors constituting a signal reading circuit, such as a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor.
  • the reset transistor is a transistor (RSTTr.) For setting a power supply voltage that sets the potential of the floating diffusion FD as a reference potential before reading signal charges from the photodiode to the floating diffusion FD.
  • the amplifying transistor is a transistor (AMPTr.) For reading a voltage signal of the floating diffusion FD (Floating Diffusion: floating diffusion layer) to a signal line provided for each column of the pixel array.
  • the selection transistor is a transistor (SELTr.) That selectively reads a signal from the pixel array for each row.
  • the transfer gate TG2 is a transistor for reading out signal charges accumulated in the photodiode to the floating diffusion FD.
  • the overflow area OF2 is an area formed between the second sub-pixel SP2 and the fourth sub-pixel SP4.
  • the overflow area OF2 is for causing the signal charges accumulated in the second sub-pixel SP2 or the fourth sub-pixel SP4 to overflow with an adjacent sub-pixel, that is, the fourth sub-pixel SP4 or the second sub-pixel SP2. Area.
  • the transistor TR3 includes transistors constituting a signal reading circuit, such as a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor.
  • the reset transistor is a transistor (RSTTr.) For setting a power supply voltage that sets the potential of the floating diffusion FD as a reference potential before reading signal charges from the photodiode to the floating diffusion FD.
  • the amplifying transistor is a transistor (AMPTr.) For reading a voltage signal of the floating diffusion FD (Floating Diffusion: floating diffusion layer) to a signal line provided for each column of the pixel array.
  • the selection transistor is a transistor (SELTr.) That selectively reads a signal from the pixel array for each row.
  • the transfer gate TG3 is a transistor for reading out the signal charges accumulated in the photodiode to the floating diffusion FD.
  • the overflow area OF3 is an area formed between the third sub-pixel SP3 and the fourth sub-pixel SP4.
  • the overflow area OF3 allows the signal charge accumulated in the third sub-pixel SP3 or the fourth sub-pixel SP4 to overflow with an adjacent sub-pixel, that is, the fourth sub-pixel SP4 or the third sub-pixel SP3. Area.
  • the transistor TR4 includes transistors constituting a signal reading circuit, such as a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor.
  • the reset transistor is a transistor (RSTTr.) For setting a power supply voltage that sets a potential of the floating diffusion FD as a reference potential before reading signal charges from the photodiode to the floating diffusion FD.
  • the amplifying transistor is a transistor (AMPTr.) For reading a voltage signal of a floating diffusion FD (Floating Diffusion: floating diffusion layer) to a signal line provided for each column of the pixel array.
  • the selection transistor is a transistor (SELTr.) That selectively reads a signal from the pixel array for each row.
  • the transfer gate TG4 is a transistor for reading out signal charges accumulated in the photodiode to the floating diffusion FD.
  • the overflow area OF4 is an area formed between the third sub-pixel SP3 and the first sub-pixel SP1.
  • the overflow region OF4 is used to cause the signal charges accumulated in the third sub-pixel SP3 or the first sub-pixel SP1 to overflow with the adjacent sub-pixel, that is, the first sub-pixel SP1 or the third sub-pixel SP3. Area.
  • Each of the sub-pixels SP (the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4) has the same configuration, and each sub-pixel is formed.
  • a first P-type region is formed in the depth direction inside the first pixel separation region, and a second P-type region is formed around the second pixel separation region.
  • the first pixel isolation region, the overflow region, and the second pixel isolation region are included in a cross section formed in the depth direction and in which the unit pixel is cut along the light incident direction, and the overflow region is formed in the second direction.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of the solid-state imaging device 100 according to the first embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a cross-section A-A ′ of the solid-state imaging device 100 illustrated in FIG. Unless otherwise specified, “up” means an upward direction in FIG. 3, and “down” means a downward direction in FIG.
  • the first P-type region PR1 is formed in the depth direction inside the first pixel separation region DTI1, and the second P-type region PR2 is formed deep around the second pixel separation region DTI2. Formed in the vertical direction.
  • the solid-state imaging device 100 includes a first pixel separation region DTI1, an overflow region OF1, and a second pixel separation region in which a region of a unit pixel that is not separated by the second pixel separation region DII2 is cut along the light incident direction.
  • the region DTI2 is formed.
  • the overflow region OF1 has a higher impurity concentration than the third P-type region PR3 and the second P-type region PR2 whose impurity concentration is lower than the average impurity concentration of the first P-type region PR1. It has at least one of the low fourth P-type regions PR4.
  • the first P-type region PR1 and the second P-type region PR2 correspond to a separation layer for separating the photodiode.
  • the overflow region OF1 is formed in a region of the separation layer where the photodiode is not separated, and the overflow of signal electrons (charges) at the time of a large amount of light can be performed between the unseparated sub-pixels.
  • the second pixel isolation region DTI2 extends from the light receiving surface that receives light to the silicon substrate on which the photoelectric conversion element (photodiode) in which signal charges are accumulated is formed. In this case, by adopting a configuration in which the second pixel isolation region DTI2 penetrates to the silicon substrate, crosstalk between subpixels due to diffusion of photoelectrons on the silicon surface side, leakage of incident light, and the like can be reduced.
  • FIG. 4 shows a potential distribution and an overflow state of the solid-state imaging device 100 according to the first embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a potential distribution of the solid-state imaging device 100 and an overflow state. Unless otherwise specified, “up” means an upward direction in FIG. 4, and “down” means a downward direction in FIG.
  • FIG. 4A shows a pixel potential distribution of the solid-state imaging device 100
  • FIG. 4B shows a BB 'cross section of the solid-state imaging device 100
  • FIG. 4C shows a CC' cross-section of the solid-state imaging device 100. Is shown.
  • FIG. 4B shows the potential distribution of the separation layer including the second pixel separation region DTI2
  • FIG. 4C shows the potential distribution of the region not separated by the second pixel separation region DTI2.
  • FIG. 5 shows a concept of a dynamic range operation and a concept of an overflow operation of the solid-state imaging device 100 according to the first embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the concept of the dynamic range operation and the concept of the overflow. Unless otherwise specified, “up” means upward in FIG. 5, and “down” means downward in FIG.
  • FIG. 5A shows the concept of the dynamic range operation of the solid-state imaging device 100 in FIG. 5A
  • FIG. 5B shows the concept of the overflow operation of the solid-state imaging device 100.
  • the first sub-pixel SP1 has a photodiode PD1, a transfer gate TG1, and a floating diffusion FD1.
  • the second sub-pixel SP2 has a photodiode PD2, a transfer gate TG2, and a floating diffusion FD2.
  • the first sub-pixel SP1 and the second sub-pixel SP2 are separated by an overflow barrier OFB.
  • An on-chip lens OCL is provided above the first sub-pixel SP1 and the second sub-pixel SP2.
  • an intermediate potential of -0.5 [V] is applied to the transfer gate TG1 and the transfer gate TG2.
  • the potentials of the transfer gates TG1 and TG2 are lower than the separation potential of the overflow barrier OFB.
  • the signal charge is accumulated in the photodiode PD1 of the first sub-pixel SP1, and the signal charge is also accumulated in the photodiode PD2 of the second sub-pixel SP2.
  • the signal charge is discharged from the transfer gate TG1 to the floating diffusion FD1.
  • the signal charge accumulated in the photodiode PD1 exceeds the allowable capacity, the signal charge overflows the overflow barrier OFB and enters the photodiode PD2 of the second sub-pixel SP2.
  • the solid-state imaging device 100 transfers the signal charges accumulated in the sub-pixels SP (the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4) to the neighboring sub-pixels SP.
  • An overflow area OF (overflow area OF1 to overflow area OF4) for overflowing at least one of the matching sub-pixels is provided. Further, an overflow area OF (overflow area OF1 to overflow area OF4) is formed, for example, between the first sub-pixel SP1 and the second sub-pixel SP2.
  • a pixel configuration in which a plurality of unit pixels are formed from two or more sub-pixels SP (first to fourth sub-pixels SP1 to SP4).
  • SP first to fourth sub-pixels SP1 to SP4
  • the first P-type region PR1 is formed inside the first pixel separation region DTI1 in the depth direction, and the second pixel separation region DTI2 is formed.
  • a second P-type region PR2 is formed in the depth direction.
  • the solid-state imaging device 100 includes a first pixel separation region DTI1, an overflow region OF1, and a second pixel separation region in which a region of a unit pixel that is not separated by the second pixel separation region DII2 is cut along the light incident direction.
  • the region DTI2 is formed.
  • the overflow region OF1 has a higher impurity concentration than the third P-type region PR3 and the second P-type region PR2 whose impurity concentration is lower than the average impurity concentration of the first P-type region PR1. It has at least one of the low fourth P-type regions PR4.
  • the overflow region OF1 has the third P-type region PR3 whose impurity concentration is lower than the average impurity concentration of the first P-type region PR1, and Since at least one of the fourth P-type regions PR4 having an impurity concentration lower than the average impurity concentration of the second P-type region PR2 is provided, overflow can be caused.
  • the first P-type region is formed in the depth direction inside the first pixel separation region, and the second P-type region is formed around the second pixel separation region.
  • a region of a unit pixel which is not separated by the second pixel separation region, wherein the region is formed in the depth direction and an N-type region is formed between the first P-type region and the second P-type region.
  • the overflow region includes the third P-type region and the second P-type region having an impurity concentration lower than the average impurity concentration of the first P-type region. And at least one of a fourth P-type region having an impurity concentration lower than the average impurity concentration of the fourth P-type region and a fifth N-type region formed between the third P-type region and the fourth P-type region. Formed in the area. Thereby, both the dynamic operation and the autofocus operation can be achieved.
  • FIG. 6 illustrates a cross-sectional configuration of the solid-state imaging device 101 according to the second embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another configuration example of the cross section A-A ′ shown in FIG. 2 in the solid-state imaging device 101.
  • up means upward in FIG. 6, and “down” means downward in FIG.
  • the first P-type region PR1 is formed inside the first pixel separation region DTI1 in the depth direction
  • the second P-type region PR2 is formed around the second pixel separation region DTI2 in the depth direction
  • an N-type region NR is formed between the first P-type region PR1 and the second P-type region PR2.
  • the solid-state imaging device 101 includes a first pixel separation region DTI1, an overflow region OF1, a second pixel separation region DTI1, an overflow region OF1, and a second pixel separation region DTI2.
  • the pixel separation region DTI2 is included.
  • the overflow region OF1 has a higher impurity concentration than the third P-type region PR3 and the second P-type region PR2 whose impurity concentration is lower than the average impurity concentration of the first P-type region PR1.
  • a fourth P-type region PR4 having a low concentration and at least one of a fifth N-type region NC formed between the third P-type region PR3 and the fourth P-type region PR4 are provided. are doing.
  • the first P-type region PR1, the second P-type region PR2, and the N-type region NR correspond to separation layers for separating photodiodes.
  • the overflow region OF1 is formed in a region of the separation layer where the photodiode is not separated, and the overflow of signal electrons (charges) at the time of a large light amount can be performed between the unseparated sub-pixels.
  • junction capacitance between the p-type layer and the n-type layer can be formed by the third P-type region PR3, the fourth P-type region PR4, and the fifth N-type region NC.
  • the junction capacitance between the p-type layer and the n-type layer can be formed by the third P-type region PR3, the fourth P-type region PR4, and the fifth N-type region NC.
  • the solid-state imaging device 101 includes the overflow areas OF (overflow areas OF1 to OF4) for causing overflow. Further, an overflow area OF (overflow area OF1 to overflow area OF4) is formed between the first sub-pixel SP1 and the second sub-pixel SP2.
  • a pixel configuration in which a plurality of unit pixels are formed from two or more sub-pixels SP (first to fourth sub-pixels SP1 to SP4).
  • SP first to fourth sub-pixels SP1 to SP4
  • the first P-type region is formed inside the first pixel separation region in the depth direction, and the unit pixel that is not separated by the second pixel separation region is A cross section in which the region is cut along the light incident direction includes an overflow region between one inside of the first pixel separation region and the other inside of the first pixel separation region facing the inside of the first pixel separation region.
  • the depth of the overflow region is formed between the region where the transistor for controlling the overflow is disposed and the region having the highest impurity concentration in the N-type region where the signal charge is accumulated. It is a solid-state imaging device.
  • the overflow region is provided between one inside of the first pixel separation region and the other inside of the first pixel separation region facing the one inside. Can be formed, so that both the dynamic operation and the autofocus operation can be achieved.
  • FIG. 7 illustrates a cross-sectional configuration of the solid-state imaging device 102 according to the third embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the solid-state imaging device 102 according to the third embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a cross section taken along line D-D ′ of the solid-state imaging device 102 according to the third embodiment illustrated in FIG.
  • "up” means an upward direction in FIG. 7, and "down” means a downward direction in FIG.
  • FIG. 8 shows the position of the cross section shown in FIG. 7, and the basic configuration is the same as that of FIG.
  • the regions of the photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 indicate regions where the photodiodes are formed, respectively.
  • the same reference numerals are given to the same members, and the description will be appropriately omitted.
  • a first P-type region is formed inside the first pixel separation region DTI1 in the depth direction, and the unit pixels of the unit pixels that are not separated by the second pixel separation region DTI2.
  • an overflow region is provided between one inside of the first pixel separation region DTI1 and the other inside of the first pixel separation region DTI1 facing the one inside. OF1 is formed.
  • the depth of the overflow region OF1 is formed between the region JD in which the transistor for controlling the sub-pixel is arranged and the region CD1 having the highest impurity concentration in the N-type region CD2 in which signal charges are accumulated.
  • the junction depth JD indicates the depth of the source / drain region of the MOS transistor.
  • a portion CD1 having a high impurity concentration indicates a portion having the highest impurity concentration in the N-type region where the photodiodes PD1 and PD2 are formed.
  • the solid-state imaging device 102 includes the overflow areas OF (overflow areas OF1 to OF4) for causing overflow. Further, an overflow area OF (overflow area OF1 to overflow area OF4) is formed between the first sub-pixel SP1 and the second sub-pixel SP2.
  • a pixel configuration in which a plurality of unit pixels are formed from two or more sub-pixels SP (first to fourth sub-pixels SP1 to SP4).
  • SP first to fourth sub-pixels SP1 to SP4
  • the solid-state imaging device is a solid-state imaging device further including a transfer gate that performs voltage control for causing signal charges to overflow.
  • the provision of the transfer gate allows the signal charge to overflow.
  • FIG. 9 shows a layout of a solid-state imaging device 100 which is an example of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present technology.
  • FIG. 9 is a plan view of the solid-state imaging device 100.
  • the transistor TR1 includes transistors constituting a signal reading circuit such as a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor.
  • the reset transistor is a transistor (RSTTr.) For setting a power supply voltage that sets the potential of the floating diffusion FD1 as a reference potential before reading signal charges from the photodiode to the floating diffusion FD.
  • the amplifying transistor is a transistor (AMPTr.) For reading a voltage signal of a floating diffusion FD (Floating Diffusion: floating diffusion layer) to a signal line provided for each column of the pixel array.
  • the selection transistor is a transistor (SELTr.) That selectively reads a signal from the pixel array for each row.
  • the transfer gate TG1 is a transistor for reading out the signal charges accumulated in the photodiode to the floating diffusion FD1.
  • the transistor TR2 includes transistors constituting a signal reading circuit, such as a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor.
  • the reset transistor is a transistor (RSTTr.) For setting a power supply voltage at which the potential of the floating diffusion FD becomes a reference potential before reading signal charges from the photodiode to the floating diffusion FD2.
  • the amplifying transistor is a transistor (AMPTr.) For reading a voltage signal of a floating diffusion FD (Floating Diffusion: floating diffusion layer) to a signal line provided for each column of the pixel array.
  • the selection transistor is a transistor (SELTr.) That selectively reads a signal from the pixel array for each row.
  • the transfer gate TG2 is a transistor for reading out signal charges accumulated in the photodiode to the floating diffusion FD2.
  • the transistor TR3 includes transistors constituting a signal reading circuit, such as a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor.
  • the reset transistor is a transistor (RSTTr.) For setting a power supply voltage that sets the potential of the floating diffusion FD3 as a reference potential before reading signal charges from the photodiode to the floating diffusion FD3.
  • the amplifying transistor is a transistor (AMPTr.) For reading a voltage signal of a floating diffusion FD (Floating Diffusion: floating diffusion layer) to a signal line provided for each column of the pixel array.
  • the selection transistor is a transistor (SELTr.) That selectively reads a signal from the pixel array for each row.
  • the transfer gate TG3 is a transistor for reading out the signal charges accumulated in the photodiode to the floating diffusion FD3.
  • the transistor TR4 includes transistors constituting a signal reading circuit, such as a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor.
  • the reset transistor is a transistor (RSTTr.) For setting a power supply voltage that sets the potential of the floating diffusion FD4 as a reference potential before reading signal charges from the photodiode to the floating diffusion FD4.
  • the amplifying transistor is a transistor (AMPTr.) For reading a voltage signal of a floating diffusion FD (Floating Diffusion: floating diffusion layer) to a signal line provided for each column of the pixel array.
  • the selection transistor is a transistor (SELTr.) That selectively reads a signal from the pixel array for each row.
  • the transfer gate TG4 is a transistor for reading out signal charges accumulated in the photodiode to the floating diffusion FD4.
  • FIG. 10 shows a pixel circuit that reads out pixel signals of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present technology.
  • FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a pixel circuit that reads out pixel signals of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 shows a pixel circuit diagram in FIG. 10A and a timing chart in FIG. 10B.
  • the pixel circuit has the photodiode PD1, the photodiode PD2, the photodiode PD3, and the photodiode PD4.
  • the unit pixel is composed of four pixels (four sub-pixels).
  • the photodiode PD1, the photodiode PD2, the photodiode PD3, and the photodiode PD4 may have the same characteristics as each other, or may have different characteristics from each other. For example, some or all of the photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 may photoelectrically convert incident light in a wavelength band different from the others.
  • the unit pixel has a transfer gate TG1, a transfer gate TG2, a transfer gate TG3, and a transfer gate TG4.
  • the pixel circuit illustrated in FIG. 10A controls reading of photoelectric charges from the photodiodes PD1, PD2, PD3, and PD4 based on the transfer gates TG1, TG2, TG3, and TG4. I do.
  • the capacitance Cfd is the capacitance of the floating diffusion.
  • FIG. 11 is a plan view of the solid-state imaging device 100.
  • FIG. 11 shows the same layout as FIG. 9 in FIG. 11A, and FIG. 11B shows the layout in which the arrangement position of GND is changed.
  • FIG. 11A has the same configuration as FIG. 11A and 11B is only a change in the arrangement of GND. Here, the description of FIG. 11B is also omitted.
  • FIG. 12 is a plan view showing a layout of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present technology.
  • FIG. 12A shows a layout further including a floating diffusion gate (FDG: Floating Diffusion Gate) in FIG. 12A
  • FIG. 12B shows a layout in which SEL transistors, RST transistors, and AMP transistors are assigned to transistors TR1 to TR4. .
  • FDG floating diffusion gate
  • the floating diffusion gate transistor (FDG) generates a signal generated by the photodiode PD1, the photodiode PD2, the photodiode PD3, and the photodiode PD4 when capturing a high-luminance subject. It is provided so that all of the charges can be stored in the floating diffusion FD.
  • the floating diffusion gate transistor (FDG) is a transistor (FDG @ Tr.) For adding a capacitance Cfd to the floating diffusion FD when capturing a high-luminance subject.
  • the capacitance Cfd2 is increased in parallel. In this case, the capacitance Cfd2 is connected in parallel by the connection wiring.
  • FIG. 13 illustrates a pixel circuit that reads out pixel signals of a solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the present technology.
  • FIG. 13 shows a pixel circuit diagram for reading out pixel signals of the solid-state imaging device according to the third embodiment.
  • the circuit diagram of FIG. 13 corresponds to the layout of FIG. 12.
  • a floating diffusion gate FDG is provided
  • a capacitor Cfd2 is arranged in series with a capacitor Cfd
  • FIG. 13B a floating diffusion gate FDG is provided.
  • the capacitor Cfd2 is provided in parallel with the capacitor Cfd.
  • the other configuration is the same as that of FIG. 10A, and the description is omitted.
  • the solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present technology is a solid-state imaging device in which the second pixel separation region has a cross shape in the solid-state imaging device of the first embodiment of the present technology.
  • the overflow region has a first pixel separation region and a cross-shaped second pixel separation region. And a solid-state imaging device formed in a region in which is located close to the device.
  • the first pixel separation region and the cross-shaped second pixel separation region are close to each other. Solid-state imaging devices having the same or different distances may be used.
  • the solid-state imaging device may be such that at least a part of the cross-shaped second pixel separation region is connected to the first pixel separation region.
  • FIG. 14 is a plan view showing an example of the arrangement of the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2 in the solid-state imaging device 100. Unless otherwise specified, “up” means upward in FIG. 14 and “right” means right in FIG.
  • FIG. 14 shows a solid-state imaging device in which the second pixel isolation region DTI2 has a cross shape in FIG. 14A.
  • the width of the first pixel isolation region DTI1 is the width W1.
  • the width of the second pixel separation region DTI2 is the width W2. Since the second pixel separation region DTI2 is provided at the center of the first pixel separation region DTI1, the second pixel separation region DTI2 is separated into a sub-pixel 1L, a sub-pixel 1R, a sub-pixel 2L, and a sub-pixel 2R.
  • the width W1 of the first pixel separation region DTI1 and the width W2 of the second pixel separation region DTI2 may be the same or different.
  • the width W1 of the first pixel isolation region DTI1 is equal to the width W2 of the second pixel isolation region DTI2. If the width W1 of the first pixel separation region DTI1 and the width W2 of the second pixel separation region DTI2 are the same, it is assumed that the photoelectric conversion characteristics at the time of photoelectric conversion are stable. Further, at least a part of the second pixel separation region DTI2 may be connected to the first pixel separation region DTI1.
  • FIG. 14B shows a solid-state imaging device in which at least a part of the second pixel separation region DTI2 is connected to the first pixel separation region DTI1.
  • cross-shaped second pixel separation regions DTI2 are connected to left and right side walls of the first pixel separation region DTI1.
  • the overflow is caused by a region (gap) where the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2 are not separated.
  • the process is performed in a non-separated region (gap) between the subpixel 1L and the subpixel 1R and between the subpixel 2L and the subpixel 2R.
  • the operation can be performed by the phase difference signals obtained by the sub-pixels 1L and 1R and the sub-pixels 2L and 2R.
  • the image signal may be composed of the sum of the signals of the sub-pixel 1L, the sub-pixel 1R, the sub-pixel 2L, and the sub-pixel 2R, or the sum of the sub-pixel 1L and the sub-pixel 1R, and The sum of the sub-pixel 2L and the sub-pixel 2R may be different image signals.
  • FIG. 14C shows a solid-state imaging device in which at least a part of the second pixel separation region DTI2 is connected to the first pixel separation region DTI1.
  • a cross-shaped second pixel isolation region DTI2 is connected to upper and lower sidewalls of the first pixel isolation region DTI1.
  • the overflow is caused by a region (gap) where the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2 are not separated.
  • the process is performed in an undivided region (gap) between the sub-pixel 1L and the sub-pixel 2L and between the sub-pixel 1R and the sub-pixel 2R.
  • the operation can be performed by the phase difference signals obtained by the sub-pixel 1L and the sub-pixel 2L and the sub-pixel 1R and the sub-pixel 2R.
  • the image signal may be composed of a sum of the signals of the sub-pixel 1L, the sub-pixel 2L, the sub-pixel 1R, and the sub-pixel 2R, a sum of the sub-pixel 1L and the sub-pixel 2L, and The sum of the sub-pixel 2L and the sub-pixel 2R may be different image signals.
  • FIG. 15 shows a modification of the arrangement of the second pixel isolation region DTI2.
  • FIG. 15 is a plan view when the distance between the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2 is different. Unless otherwise specified, “up” means upward in FIG. 15, and “right” means right in FIG.
  • the gap a that is not divided in the horizontal direction is wider than the gap b that is not divided in the vertical direction.
  • the gap a formed between the sub-pixel 1L and the sub-pixel 1R is wider than the gap b formed between the sub-pixel 1L and the sub-pixel 2L.
  • the gap a that is not divided in the vertical direction is wider than the gap b that is not divided in the horizontal direction.
  • the gap a formed between the sub-pixel 1L and the sub-pixel 2L is wider than the gap b formed between the sub-pixel 1L and the sub-pixel 1R.
  • FIG. 16 is a plan view showing a place where the overflow area OF is formed.
  • the overflow region OF may be provided in all (for example, four) overflow regions OF formed between the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2.
  • FIG. 16A shows an overflow area OF (overflow area OF1, overflow area OF2, overflow area OF3, overflow area OF4) formed in all gaps formed between first pixel isolation area DTI1 and second pixel isolation area DTI2. An example is shown.
  • an overflow area OF (overflow area OF1, overflow area OF3) is formed in a horizontal gap.
  • An example is shown. Specifically, an overflow area OF1 is formed in a gap between the sub-pixel 1L and the sub-pixel 1R, and an overflow area OF3 is formed in a gap between the sub-pixel 2L and the sub-pixel 2R.
  • FIG. 16C shows an overflow area OF (overflow area OF2, overflow area OF4) formed in a vertical gap among gaps formed between first pixel isolation area DTI1 and second pixel isolation area DTI2.
  • An example is shown. Specifically, an overflow area OF4 is formed in a gap between the sub-pixel 1L and the sub-pixel 2L, and an overflow area OF2 is formed in a gap between the sub-pixel 1R and the sub-pixel 2R.
  • FIG. 17 is a plan view showing a place where the overflow area OF is formed.
  • FIG. 17A shows overflow regions OF (overflow region OF1, overflow region OF2, overflow region OF3, overflow region OF4) formed in all gaps formed between first pixel separation region DTI1 and second pixel separation region DTI2. An example is shown.
  • the overflow area OF1 and the overflow area OF3 are formed in a gap between the first pixel separation area DTI1 and the second pixel separation area DTI2.
  • a difference may be provided in the impurity concentration of the P-type region between the overflow region OF1 and the overflow region OF3.
  • the overflow area OF2 and the overflow area OF4 are formed in the gap between the first pixel separation area DTI1 and the second pixel separation area DTI2.
  • a difference may be provided in the impurity concentration of the P-type region between the overflow region OF2 and the overflow region OF4.
  • FIG. 18 is a plan view in which the arrangement example of the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2 shown in FIG. 14A is arranged in an array.
  • FIG. 19 shows an example in which color filters are arranged in the unit pixel array shown in FIG.
  • one of the color filters CF1, CF2, CF3, and CF4 is mounted on each of the solid-state imaging devices.
  • the color filter CF1 is a green color filter
  • the color filter CF2 is a red color filter
  • the color filter CF3 is a blue color filter
  • the color filter CF4 is a green color filter.
  • FIG. 20 is a plan view in which the arrangement example of the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2 shown in FIG. 14B is arranged in an array.
  • FIG. 21 is a plan view showing an example in which color filters are arranged in the unit pixel array shown in FIG.
  • one of the color filters CF1, CF2, CF3, and CF4 is mounted on each of the solid-state imaging devices.
  • the color filter CF1 is a green color filter
  • the color filter CF2 is a red color filter
  • the color filter CF3 is a blue color filter
  • the color filter CF4 is a green color filter.
  • FIG. 22 is a plan view in which the arrangement example of the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2 shown in FIG. 14C is arranged in an array.
  • FIG. 23 shows an example in which color filters are arranged in the unit pixel array shown in FIG.
  • one of the color filters CF1, CF2, CF3, and CF4 is mounted on each of the solid-state imaging devices.
  • the color filter CF1 is a green color filter
  • the color filter CF2 is a red color filter
  • the color filter CF3 is a blue color filter
  • the color filter CF4 is a green color filter.
  • FIG. 24 is a plan view in which the arrangement example shown in FIG. 14B and the arrangement example shown in FIG. 14C are alternately arranged in an array.
  • FIG. 25 is a plan view showing an example in which color filters are arranged in the array arrangement of the unit pixels shown in FIG.
  • one of the color filters CF1, CF2, CF3, and CF4 is mounted on each of the solid-state imaging devices.
  • the color filter CF1 is a green color filter
  • the color filter CF2 is a red color filter
  • the color filter CF3 is a blue color filter
  • the color filter CF4 is a green color filter.
  • FIG. 26 shows a plan view in which the arrangement example shown in FIG. 14B and the arrangement example shown in FIG. 14C are alternately arranged in an array, and arranged so as to have the same shape in the vertical direction. It is.
  • FIG. 27 is a plan view showing an example in which color filters are arranged in the array arrangement of the unit pixels shown in FIG.
  • one of the color filters CF1, CF2, CF3, and CF4 is mounted on each of the solid-state imaging devices.
  • the color filter CF1 is a green color filter
  • the color filter CF2 is a red color filter
  • the color filter CF3 is a blue color filter
  • the color filter CF4 is a green color filter.
  • FIG. 28 is a plan view in which the arrangement example shown in FIG. 14B is arranged in a row in the horizontal direction, and the arrangement example shown in FIG. 14C is arranged in a row in the horizontal direction, and the arrangement examples are alternately arranged in an array. It is shown.
  • FIG. 29 is a plan view showing an example in which color filters are arranged in the array arrangement of the unit pixels shown in FIG.
  • one of the color filters CF1, CF2, CF3, and CF4 is mounted on each of the solid-state imaging devices.
  • the color filter CF1 is a green color filter
  • the color filter CF2 is a red color filter
  • the color filter CF3 is a blue color filter
  • the color filter CF4 is a green color filter.
  • the solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present technology is the solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present technology, further including a power supply that supplies three or more voltages to the transfer gate TG. It is.
  • the solid-state imaging device is the solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present technology, further including a booster circuit that raises or lowers a voltage supplied to the transfer gate TG. It may be a device.
  • FIG. 30 illustrates a configuration in which the solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present technology further includes a power supply that supplies a voltage of three or more values to the transfer gate TG.
  • FIG. 30 is a block diagram illustrating a configuration example of a solid-state imaging device 1 according to the sixth embodiment.
  • the solid-state imaging device 1 is configured as, for example, a CMOS image sensor.
  • the solid-state imaging device 1 has a pixel region (pixel array) 2 in which a plurality of pixels 1a are regularly arranged in a two-dimensional array on a semiconductor substrate (for example, a Si substrate) not shown, and a peripheral circuit unit.
  • the pixel 1a has a photoelectric conversion unit (for example, a photodiode) and a plurality of pixel transistors (MOS transistors).
  • the plurality of pixel transistors include, for example, three transistors of a transfer transistor, a reset transistor, and an amplification transistor. Further, the plurality of pixel transistors can be configured by four transistors by adding a selection transistor. Note that the equivalent circuit of the unit pixel is the same as that of a well-known technology, and thus a detailed description is omitted.
  • the pixel 1a can be configured as one unit pixel or a shared pixel structure.
  • This pixel sharing structure is a structure in which a plurality of photodiodes share other transistors than the floating diffusion and the plurality of transfer transistors. That is, in the shared pixel, the photodiodes and the transfer transistors that configure a plurality of unit pixels share another pixel transistor.
  • the peripheral circuit section includes a level shifter 3, a register logic4, an AD converter 5, an output circuit 6, a power supply 7, a power supply 8, and a power supply 9.
  • the level shifter 3 is connected to the power supply 7, the power supply 8, and the power supply 9, and determines a voltage to be applied to a plurality of pixels 1a arranged in the pixel array 2.
  • the voltage applied to the transfer gate TG by the level shifter 3 is “High potential” during signal reading, “Low potential 1” during signal accumulation during autofocus operation, and “Low potential 2” which does not cause overflow during dynamic range operation. Supply.
  • the level shifter 3 applies three types of voltages, “High potential”, “Low potential 1”, and “Low potential 2”, and therefore, a level shift circuit that changes the voltage from “High potential” to “Low potential 1”, A level shift circuit that changes the voltage from “Low potential 1” to “Low potential 2” and a level shift circuit that changes the voltage from “High potential” to “Low potential 2” are provided.
  • Each of these three level shift circuits constituting the level shifter 3 is connected to two kinds of power supplies.
  • the register logic4 is constituted by a shift register, for example.
  • the register logic4 selects a pixel driving wiring, supplies a pulse for driving the pixel to the selected pixel driving wiring, and drives the pixels in row units. That is, the register logic4 selectively scans each pixel 1a of the pixel array 2 sequentially in the vertical direction on a row-by-row basis. Then, the register logic 4 supplies a pixel signal based on the signal charge generated according to the amount of received light in the photoelectric conversion unit of each pixel 1 a to an AD (Analog to digital) converter 5.
  • AD Analog to digital
  • the AD converter 5 is arranged, for example, for each column of the pixels 1a.
  • the AD converter 5 performs signal processing such as noise removal for each pixel column on the signals output from the pixels 1a for one row.
  • the AD converter 5 performs signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) for removing fixed pattern noise unique to the pixel 1a, signal amplification, and A / D (Analog / Digital) conversion.
  • CDS Correlated Double Sampling
  • a / D Analog / Digital
  • the output circuit 6 performs signal processing on signals sequentially supplied from the AD converter 5 through the horizontal signal lines, and outputs the processed signals.
  • the output circuit 6 may perform, for example, only buffering, or may perform black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, and the like.
  • the power supply 7, the power supply 8, and the power supply 9 supply any one of three types of voltages of “High potential”, “Low potential 1”, and “Low potential 2” to the level shifter 3 which do not overlap.
  • FIG. 31 is a block diagram illustrating a configuration in which a plurality of pixels 1a of a solid-state imaging device according to a sixth embodiment of the present technology are arranged in a two-dimensional array and power is supplied.
  • FIG. 31 is a block diagram of a solid-state imaging device according to the sixth embodiment to which three voltages are supplied. Note that the solid-state imaging device 1 in FIG. 31 shows that a plurality of pixels 1a are arranged in a two-dimensional array, and the basic configuration is the same as that of the solid-state imaging device 1 in FIG. Therefore, detailed description is omitted.
  • the power supply 7 supplies -1.2 [V]
  • the power supply 8 supplies -0.5 [V]
  • the power supply 9 supplies 2.8 [V].
  • FIG. 32 is a block diagram in which a part of the power supply circuit of the solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present technology is configured by a booster circuit.
  • FIG. 32 is a block diagram in which a part of a power supply circuit of a solid-state imaging device according to a sixth embodiment of the present technology is configured by a booster circuit.
  • the power supply 7 is configured by a booster circuit 7a
  • the power supply 8 is configured by a booster circuit 8a.
  • the other configuration is the same as that of the solid-state imaging device 1 of FIG. 31, and the description is omitted.
  • the booster circuit 7a and the booster circuit 8a are booster circuits configured by a charge pump circuit and the like provided in the pixel 1a.
  • the booster circuit 7a applies -1.2 [V]
  • the booster circuit 8a applies -0.5 [V].
  • FIG. 33 is a block diagram in which a part of the power supply circuit of the solid-state imaging device 1b according to the sixth embodiment of the present technology is configured by a booster circuit.
  • FIG. 33 is a block diagram in which a part of the power supply circuit of the solid-state imaging device 1b according to the sixth embodiment of the present technology is configured by a booster circuit.
  • the power supply 7 is configured by a booster circuit 7a and the power supply 9 is configured by a booster circuit 9a.
  • the other configuration is the same as that of the solid-state imaging device 1 of FIG. 31, and the description is omitted.
  • the booster circuit 7a and the booster circuit 9a are booster circuits configured by a charge pump circuit and the like provided in the pixel 1a.
  • the booster circuit 7a applies -1.2 [v]
  • the booster circuit 9a applies 2.8 [V].
  • the solid-state imaging device supplies three voltages to the transfer gate TG by the power supply circuit and the booster circuit.
  • FIG. 34 illustrates a configuration of the pixel array 2 of the solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present technology.
  • FIG. 34 is a block diagram illustrating a configuration of the pixel array 2 of the solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present technology.
  • a plurality of pixels 1a are represented by i rows ⁇ n columns.
  • three voltages can be applied to the transfer gates TG of the plurality of pixels 1a composed of i rows ⁇ n columns.
  • the solid-state imaging device detects the image shift of each divided photodiode, measures the distance to the subject, and focuses the image by signal processing using the distance measurement information.
  • one of the parameters that determines the detection accuracy of the image shift amount of each divided photodiode is a signal separation ratio indicating a signal difference between the divided sub-pixels when out of focus.
  • an HDR that performs different exposure time control between sub-pixels, synthesizes signals with different exposure times by signal processing, constructs an image in a wide exposure area, and expands a dynamic range (High Dynamic Range) operation may be performed.
  • a common light-collecting unit is required for each sub-pixel.
  • incident light that has passed through the microlens is condensed on a pixel separation region formed at a boundary between subpixels. For this reason, crosstalk between the sub-pixels becomes remarkable, and the detection accuracy of the image shift information tends to decrease.
  • the subpixel size is also reduced at the same time, so that crosstalk between the subpixels is more likely to occur, and the detection accuracy of the image shift information is more likely to be reduced.
  • the solid-state imaging device sufficiently reduces crosstalk between sub-pixels, and achieves both an autofocus operation and an HDR operation in a dual-pixel type pixel.
  • the solid-state imaging device includes a first pixel separation region separating a plurality of unit pixels including two or more sub-pixels, and a plurality of units separated by the first pixel separation region.
  • the solid-state imaging device includes a second pixel separation region that separates each of the pixels, a first light collection unit that covers the entire unit pixel, and a plurality of second light collection units that cover each of the sub-pixels.
  • the solid-state imaging device of the seventh embodiment of the present technology in a pixel configuration in which a plurality of unit pixels are formed from two or more sub-pixels, it is possible to achieve both dynamic operation and autofocus operation with high accuracy. it can.
  • FIG. 35 illustrates a layout of a solid-state imaging device 1001 that is an example of the solid-state imaging device according to the seventh embodiment of the present technology.
  • FIG. 35 is a plan view of the solid-state imaging device 1001 including four pixels.
  • FIG. 36 illustrates a layout of a solid-state imaging device 100 that is an example of the solid-state imaging device according to the seventh embodiment of the present technology.
  • FIG. 36 is a plan view of the solid-state imaging device 100 forming one pixel.
  • “up” means an upward direction in each drawing, and “down” means a downward direction in each drawing.
  • the solid-state imaging device 1001 has four 2 ⁇ 2 solid-state imaging devices 100 (solid-state imaging devices 101 to 104 in FIG. 35).
  • the solid-state imaging device 100 is provided with a color filter CF.
  • the solid-state imaging device 101 is provided with a color filter CF1.
  • the solid-state imaging device 102 is provided with a color filter CF2.
  • the solid-state imaging device 103 is provided with a color filter CF3.
  • the solid-state imaging device 104 is provided with a color filter CF4.
  • FIG. 36 is a plan view of the layout of the solid-state imaging device 100 as a plan view of the layout of the solid-state imaging device 100.
  • the solid-state imaging device 100 separates a plurality of unit pixels including two or more sub-pixels SP (first to fourth sub-pixels SP1 to SP4). It comprises a pixel separation region DTI1 and a second pixel separation region DTI2 that separates each of the plurality of unit pixels separated by the first pixel separation region DTI1.
  • the solid-state imaging device 1001 includes a microlens LS1 (first lens) that is a first light-collecting unit that covers the entire unit pixel, and a plurality of second light-collecting units that cover each of the sub-pixels of the solid-state imaging device 100. And the second lenses LS2A to LS2D.
  • the solid-state imaging device 1001 is different from the solid-state imaging device 1000 in that the solid-state imaging device 1001 includes a microlens LS1 that is a first light collection unit and second lenses LS2A to LS2D that are second light collection units.
  • the solid-state imaging device 100 is different from the solid-state imaging device 1000 in that the overflow region OF (overflow region OF1 to overflow region OF4) is not essential.
  • each part other than the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2 and the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4 is used. Is omitted.
  • FIG. 37 illustrates a cross-sectional configuration of a solid-state imaging device 1001 according to a seventh embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 37 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the E-E ′ cross section of the solid-state imaging device 1001 (solid-state imaging devices 101 and 102) illustrated in FIG.
  • “up” means upward in FIG. 37
  • “down” means downward in FIG.
  • the microlens LS1 is provided above the solid-state imaging devices 101 and 102 (on the light incident side).
  • the micro lenses LS1 are arranged on the color filters CF1 and CF2, respectively, and are provided so as to cover the entire first to fourth sub-pixels SP1 to SP4 of the solid-state imaging device 101.
  • the micro lens LS1 is also provided above the solid-state imaging devices 103 and 104, respectively. That is, the microlens LS1 is disposed on each of the color filters CF3 and CF4, and is provided so as to cover the entire first to fourth sub-pixels SP1 to SP4 of the solid-state imaging device 101.
  • the microlenses LS1 provided on each of the solid-state imaging devices 101 to 104 may be formed separately, or may be a microlens array formed integrally.
  • the micro lens LS1 is formed of a material having a lower refractive index than the second lenses LS2A to LS2D.
  • a material constituting the microlens LS1 for example, a material having a refractive index of 1.5 or more and 1.6 or less is preferable.
  • an organic material such as an acrylic resin material is used.
  • the second lenses LS2A to LS2D are provided between the micro lens LS1 and the solid-state imaging device 101. More specifically, the second lenses LS2A to LS2D are provided between the micro lens LS1 and the color filter CF1 provided on the solid-state imaging device 101.
  • the second lens LS2A is provided so as to cover the first sub-pixel SP1 of each of the solid-state imaging devices 101 to 104.
  • the second lenses LS2B to LS2D are provided so as to cover the second to fourth sub-pixels SP2 to SP4 of the solid-state imaging devices 101 to 104, respectively.
  • the second lenses LS2A to LS2D provided on the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4, respectively, may be formed separately from each other, and may be a lens array formed integrally. May be.
  • the second lenses LS2A to LS2D are formed of a material having a higher refractive index than the microlens LS1.
  • a material constituting the second lenses LS2A to LS2D for example, a material having a refractive index of more than 1.6 is preferable.
  • an inorganic material such as silicon nitride or a metal oxide such as aluminum oxide, tantalum oxide and titanium oxide is used.
  • the second condensing section may include the low refractive index layer LL provided between the second lenses LS2A to LS2D and the solid-state imaging devices 101 to 104 together with the second lenses LS2A to LS2D.
  • the low refractive index layer LL is formed of a material having a lower refractive index than the micro lens LS1 and the second lenses LS2A to LS2D.
  • a material constituting the low refractive index layer LL for example, a material having a refractive index of 1.2 or more and 1.3 or less is preferable, and a metal oxide or the like is used.
  • the solid-state imaging device 1001 includes the microlens LS1 that covers the entire unit pixel (solid-state imaging devices 101 to 104) and the first sub-pixels SP1 to SP1. It has a plurality of second lenses LS2A to LS2D that cover each of the fourth sub-pixels SP4.
  • the solid-state imaging device 1001 At the time of an AF operation for obtaining an autofocus (AF) signal, light condensed by the microlens LS1, which is a common light condensing unit, is incident on each subpixel, and an image shift occurs between the subpixels. Different image information can be obtained.
  • the second lenses LS2A to LS2D prevent light from being condensed on the second pixel separation region DTI2 disposed between the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4. be able to.
  • a pixel configuration in which a plurality of unit pixels are formed from two or more sub-pixels SP first to fourth sub-pixels SP1 to SP4.
  • both the dynamic operation and the autofocus operation can be made compatible.
  • the present invention is not limited to this. That is, the solid-state imaging device 1001 is replaced with the solid-state imaging device 101 (see FIG. 6) of the second embodiment, the solid-state imaging device 102 (see FIG. 7) of the third embodiment, and the fourth embodiment. It may have the solid-state imaging device 100 according to the sixth to sixth embodiments.
  • the solid-state imaging device includes a first pixel separation region that separates a plurality of unit pixels including two or more subpixels, and a plurality of units that are separated by the first pixel separation region.
  • a second pixel separation region that separates each of the pixels, a first light collecting unit that covers the entire unit pixel, a plurality of second light collecting units that cover each of the sub-pixels, and a color filter that covers each of the unit pixels, And a light-blocking layer provided so as to surround the color filter in plan view.
  • the solid-state imaging device of the eighth embodiment of the present technology in a pixel configuration including a plurality of unit pixels including two or more sub-pixels, it is possible to achieve both dynamic operation and autofocus operation with higher accuracy. Can be.
  • FIG. 38 illustrates a layout of a solid-state imaging device 1002 that is an example of the solid-state imaging device according to the eighth embodiment of the present technology.
  • FIG. 38 is a plan view of the solid-state imaging device 1002 including four pixels. Note that, in the solid-state imaging device 1002 in FIG. 38, each part other than the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2 and the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4 is omitted.
  • the solid-state imaging device 1002 is different from the solid-state imaging device 1001 of the seventh embodiment in that the solid-state imaging device 1002 includes a light-blocking layer BL1 provided above the first pixel isolation region DTI1. In the following description, description of each part other than the light shielding layer BL1 will be omitted.
  • FIG. 39 illustrates a cross-sectional configuration of a solid-state imaging device 1002 according to an eighth embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 39 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a cross section taken along line F-F ′ of the solid-state imaging device 1002 (solid-state imaging devices 101 and 102) illustrated in FIG.
  • up means upward in FIG. 39
  • down means downward in FIG.
  • the light shielding layer BL1 is provided above the first pixel isolation region DTI1, and surrounds the color filters CF1 to CF4 provided on the solid-state imaging device 100 in plan view.
  • the light-shielding layer BL1 may be provided so as to separate color filters of different colors. That is, when a color filter of the same color is provided on the adjacent solid-state imaging device 100, the light-shielding layer BL1 does not necessarily need to be provided above the first pixel isolation region DTI1.
  • the light-shielding layer BL1 may be formed of a material that blocks light incident through the microlens LS1, and is a metal layer formed of a metal such as tungsten (W) or titanium (Ti).
  • the solid-state imaging device 1002 includes, in plan view, light shielding provided to surround the color filters CF1 to CF4 provided on the solid-state imaging device 100, respectively. It has a layer BL1.
  • the solid-state imaging device 1002 includes a microlens LS1 covering the entire solid-state imaging device 100 (101 to 104) as a unit pixel, and a plurality of microlenses LS1 covering each of the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4. It has second lenses LS2A to LS2D.
  • a plurality of unit pixels are configured from two or more sub-pixels SP (first to fourth sub-pixels SP1 to SP4).
  • both the dynamic operation and the autofocus operation can be made compatible.
  • the light blocking layer BL1 prevents light that has entered the color filters CF1 to CF4 from entering other adjacent color filters. Further, in the solid-state imaging device 1002, it is possible to prevent the light collected by the microlens LS1 provided for each unit pixel from being irradiated on the light-shielding layer BL1. Thus, in the solid-state imaging device 1002 according to the eighth embodiment of the present technology, crosstalk can be reduced to prevent a decrease in sensitivity in each solid-state imaging device 100 and to prevent an increase in optical color mixing. .
  • FIG. 40 illustrates an example of a cross-sectional view of a solid-state imaging device 1002A that is a first modification of the solid-state imaging device 1002 according to the eighth embodiment to which the present technology is applied.
  • the solid-state imaging device 1002A includes a first pixel separation region DTI1 that separates a plurality of unit pixels including two or more sub-pixels SP (a first sub-pixel SP1 to a fourth sub-pixel SP4), and a first pixel separation.
  • a second pixel separation region DTI2 for separating each of the plurality of unit pixels separated by the region DTI1.
  • the solid-state imaging device 1001 includes a microlens LS1 that is a first light collection unit that covers the entire unit pixel, and a second lens that is a plurality of second light collection units that cover each of the sub-pixels of the solid-state imaging device 100.
  • a solid-state imaging device including: LS2A to LS2D; an intermediate lens layer LS3 provided between the micro lens LS1 and the second lens LS2A to LS2D; Device.
  • the solid-state imaging device 1002A differs from the solid-state imaging device 1002 in having an intermediate lens layer LS3.
  • the intermediate lens layer LS3 has a higher refractive index than the microlens LS1, and is formed of a material having a lower refractive index than the second lenses LS2A to LS2D.
  • a material for forming the intermediate lens layer LS3 a metal oxide can be used.
  • the micro lens LS1 is formed of an organic material (refractive index of 1.5 or more and 1.6 or less), and the second lenses LS2A to LS2D are formed of titanium oxide (refractive index of about 2.5). In this case, for example, it is formed of aluminum oxide (refractive index: about 1.7) and tantalum oxide (refractive index: about 2.1).
  • the intermediate lens layer LS3 is not limited to a single-layer structure, and may have a multi-layer structure. When the intermediate lens layer LS3 has a multi-layer structure, the material of each layer is selected such that the refractive index gradually increases from the micro lens LS1 to the second lenses LS2A to LS2D.
  • the solid-state imaging device 1002A of the first modification by providing the intermediate lens layers LS3A to LS3D, the micro lens LS1, the intermediate lens layers LS3A to LS3D, the intermediate lens layers LS3A to LS3D, and the second lens LS2A.
  • the difference in refractive index between LS2D and LS2D can be reduced. For this reason, it is difficult for the light incident from the micro lens LS1 to be reflected at the boundary between the lenses, and it is difficult to reduce the amount of light incident on the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4, thereby reducing the sensitivity. Can be prevented.
  • FIG. 41 illustrates an example of a cross-sectional view of a solid-state imaging device 1002B that is a second modification example of the solid-state imaging device 1002 of the eighth embodiment to which the present technology is applied.
  • the solid-state imaging device 1002B includes a first pixel separation region DTI1 that separates a plurality of unit pixels including two or more sub-pixels SP (a first sub-pixel SP1 to a fourth sub-pixel SP4), and a first pixel separation.
  • a second pixel separation region DTI2 for separating each of the plurality of unit pixels separated by the region DTI1.
  • the solid-state imaging device 1001 includes a microlens LS1 that is a first light collection unit that covers the entire unit pixel, and a second lens that is a plurality of second light collection units that cover each of the sub-pixels of the solid-state imaging device 100.
  • LS2A to LS2D intermediate lens layers LS3A to LS3D provided between the micro lens LS1 and the second lenses LS2A to LS2D, and the intermediate lens layers LS3A to LS3D of the second lenses LS2A to LS2D on the opposite side.
  • the solid-state imaging device includes a light transmitting layer TL1 provided on a surface and a light shielding layer BL1 provided so as to surround a color filter in plan view.
  • the solid-state imaging device 1002B is different from the solid-state imaging device 1002 of Modification 1 in that it has intermediate lens layers LS3A to LS3D and a light transmission layer TL1. Since the intermediate lens layers LS3A to LS3D have the same configuration as the intermediate lens layers LS3A to LS3D of the solid-state imaging device 1002A of the first modification, the description is omitted.
  • the light transmission layer TL1 has a higher refractive index than the microlens LS1, and is formed of a material having a lower refractive index than the second lenses LS2A to LS2D.
  • the light transmission layer TL1 may be formed of the same material as the intermediate lens layers LS3A to LS3D, or another material having the same refractive index.
  • a metal oxide can be used as a material for forming the light transmitting layer TL1.
  • the light transmission layer TL1 is not limited to a single-layer structure, but may have a multi-layer structure.
  • the second lenses LS2A to LS2D gradually approach the low refractive index layer LL (or the color filters CF1 to CF4 when the low refractive index layer LL is not provided).
  • the material of each layer is selected so that the refractive index becomes small.
  • the light transmitting layer TL1 may be provided instead of the low refractive index layer LL of the solid-state imaging device 1002, or may be provided together with the low refractive index layer LL.
  • the light transmitting layer TL1 is provided between the second lenses LS2A to LS2D and the low refractive index layer LL, and the light is transmitted from the second lenses LS2A to LS2D.
  • the material is selected such that the refractive index gradually decreases as approaching the refractive index layer LL.
  • the solid-state imaging device 1002B of Modification 2 by providing the light transmission layer TL1, the second lenses LS2A to LS2D and the light transmission layer TL1, and the light transmission layer TL1 and the first subpixel SP1 to The difference in the refractive index between the fourth sub-pixel SP4 and the fourth sub-pixel SP4 can be reduced. For this reason, it is difficult for the light incident from the micro lens LS1 to be reflected at the boundary between the lenses, and it is difficult to reduce the amount of light incident on the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4, thereby reducing the sensitivity. Can be prevented.
  • the solid-state imaging device includes a first pixel separation region that separates a plurality of unit pixels including two or more subpixels, and a plurality of units that are separated by the first pixel separation region.
  • the solid-state imaging device includes a second pixel separation region that separates each of the pixels, a first light collection unit that covers the entire unit pixel, and a plurality of second light collection units that cover each of the sub-pixels.
  • the second light-collecting unit is surrounded by the light-shielding layer provided above the first pixel separation region and the second pixel separation region and the light-shielding layer above the sub-pixel.
  • a light-transmitting layer formed of a material having a higher refractive index than the light-shielding layer.
  • the solid-state imaging device of the ninth embodiment of the present technology in a pixel configuration including a plurality of unit pixels including two or more sub-pixels, it is possible to achieve both dynamic operation and autofocus operation with higher accuracy. Can be.
  • FIG. 42 illustrates a layout of a solid-state imaging device 1003 that is an example of the solid-state imaging device according to the ninth embodiment of the present technology.
  • FIG. 42 is a plan view of the solid-state imaging device 1003 including four pixels. Note that in the solid-state imaging device 1003 in FIG. 42, detailed structures in the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4 are omitted.
  • the solid-state imaging device 1003 is different from the solid-state imaging device 1001 of the seventh embodiment in that the configuration of the second light collecting unit is different from the second lenses LS2A to LS2D. In the following description, description of each unit other than the second light collecting unit will be omitted.
  • FIG. 43 is a plan view of the solid-state imaging device 100 included in the solid-state imaging device 1003 according to the ninth embodiment to which the present technology is applied, in which the microlens LS1 and the color filter CF1 are not illustrated. 2 shows a planar configuration.
  • FIG. 44 illustrates a cross-sectional configuration of a solid-state imaging device 1003 according to a ninth embodiment to which the present technology is applied.
  • FIG. 44 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a GG ′ cross-section of the solid-state imaging device 1003 (solid-state imaging devices 101 and 102) illustrated in FIG. Unless otherwise specified, “up” means an upward direction in FIG. 44, and “down” means a downward direction in FIG.
  • the second light-collecting unit has a light-shielding layer BL2 provided at least above the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2. Further, the second light-collecting unit has a light-transmitting layer TL2 (TL2A to TL2D) provided above the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4 and surrounded by the light-shielding layer BL2. are doing.
  • the cross-sectional shape of the light-shielding layer BL2 gradually decreases in width as approaching the microlens LS1 side.
  • it is shaped.
  • the cross-sectional shape of the light-shielding layer BL2 is preferably tapered or triangular.
  • the cross sections of the light transmission layers TL2A to TL2D that become waveguides of the light incident from the microlens LS1 are formed in an inversely tapered shape, and the incident light can be easily taken in the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4. can do.
  • the light-shielding layer BL2 is formed thicker than the color filters CF1 to CF4, and the upper part of the light-shielding layer BL2 is closer to the microlens LS1 than the upper surfaces of the color filters CF1 to CF4 (the surfaces facing the light transmission layers TL2A to TL2D). Preferably, it is provided so as to protrude.
  • each of the light transmitting layers TL2A to TL2D provided on the upper surfaces of the color filters CF1 to CF4 can be separated by the light shielding layer BL2.
  • the light shielding layer BL2 is formed of a material having a lower refractive index than the light transmitting layers TL2A to TL2D.
  • the light-shielding layer BL2 functions as a light-shielding layer, reflects the light condensed by the microlens LS1 to the light-transmitting layers TL2A to TL2D, and transmits the light to the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4. Guide to each. Further, the light-shielding layer BL2 prevents light that has entered the color filters CF1 to CF4 from entering other adjacent color filters.
  • the light shielding layer BL2 is preferably made of, for example, a material having a refractive index of 1.3 or less, and the lower the refractive index, the more preferable. As such a material, a metal oxide or the like is used.
  • the light transmission layers TL2A to TL2D are provided on the color filters CF1 to CF4, respectively, and are provided so as to cover the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4 of the solid-state imaging device 100, respectively. It is preferable that the light transmitting layers TL2A to TL2D be formed in a reverse tapered cross section. Thereby, the area of the light incident surface (the upper surface of the light transmitting layers TL2A to TL2D) is larger than the light emitting surface (the lower surface of the light transmitting layers TL2A to TL2D) from which the light is emitted to the color filters CF1 to CF4. Therefore, the incident light can be easily taken in the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4.
  • the light transmission layers TL2A to TL2D may be provided between the color filters CF1 to CF4 and the solid-state imaging device 100 (101 to 104).
  • the light transmission layers TL2A to TL2D may be formed of a material having the same refractive index as the microlens LS1, or a material having a higher refractive index than the microlens LS1.
  • a material for example, an organic material such as an acrylic resin material, an inorganic material such as silicon nitride, or a metal oxide such as aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide is used.
  • the solid-state imaging device 1003 includes, as the second light-collecting unit, the light shielding provided above the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2. It has a layer BL2. Further, the solid-state imaging device 1003 is provided in a region above the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4 and surrounded by the light-shielding layer BL2, and is formed of a material having a higher refractive index than the light-shielding layer BL2. Light transmission layers TL2A to TL2D.
  • a plurality of unit pixels are configured from two or more sub-pixels SP (first to fourth sub-pixels SP1 to SP4).
  • both the dynamic operation and the autofocus operation can be made compatible.
  • the light blocking layer BL2 prevents light that has entered the color filters CF1 to CF4 from entering other adjacent color filters. Further, in the solid-state imaging device 1003, it is possible to prevent the light collected by the microlens LS1 provided for each unit pixel from being applied to the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2. Thus, in the solid-state imaging device 1003 according to the ninth embodiment of the present technology, crosstalk can be reduced to prevent a decrease in sensitivity in each solid-state imaging device 100 and to prevent an increase in optical color mixing. .
  • FIG. 45 illustrates an example of a cross-sectional view of a solid-state imaging device 1003A that is a first modification of the solid-state imaging device 1003 according to the ninth embodiment to which the present technology is applied.
  • the solid-state imaging device 1003A includes a first pixel separation region that separates a plurality of unit pixels including two or more subpixels, and a second pixel that separates each of the plurality of unit pixels separated by the first pixel separation region.
  • the solid-state imaging device includes a separation region, a first light-collecting unit that covers the entire unit pixel, and a plurality of second light-collecting units that cover each of the sub-pixels.
  • the second light-collecting unit is surrounded by the light-shielding layer provided above the first pixel separation region and the second pixel separation region and the light-shielding layer above the sub-pixel.
  • a light transmitting layer formed of a material having a higher refractive index than the light shielding layer, and a first intermediate layer provided between the first light condensing portion and the light transmitting layer.
  • the solid-state imaging device 1003A includes a light shielding layer BL3 provided above the first pixel separation region DTI1, a light shielding layer BL2 provided above the second pixel separation region DTI2, and first intermediate layers ML1A to ML1D (ML1C, ML1D is not shown) and is different from the solid-state imaging device 1003.
  • a light-shielding layer BL2 is provided above the second pixel isolation region DTI2.
  • a light-shielding layer BL3 in which a light-shielding layer BL1 and a light-shielding layer BL2 are integrally formed is provided above the first pixel isolation region DTI1.
  • the light-shielding layer BL3 is formed integrally, for example, with at least one of the side surface and the upper surface of the light-shielding layer BL1 covered by the light-shielding layer BL2.
  • the light-shielding layer BL1 has the same configuration as the light-shielding layer BL1 in the solid-state imaging device 1002 of the eighth embodiment.
  • the light-shielding layer BL1 may be formed of a material that blocks light incident through the microlens LS1, and is a metal layer formed of a metal such as tungsten (W) or titanium (Ti).
  • the light-shielding layer BL2 has the same configuration as the light-shielding layer BL2 in the solid-state imaging device 1003 according to the ninth embodiment.
  • the light-shielding layer BL2 is formed thicker than the color filters CF1 to CF4, and the upper part of the light-shielding layer BL2 projects in the direction of the microlens LS1 from the upper surfaces of the color filters CF1 to CF4 (the surfaces facing the light transmission layers TL2A to TL2D). It is provided as follows.
  • the first intermediate layers ML1A to ML1D are provided on the light transmitting layers TL2A to TL2D. That is, the first intermediate layers ML1A to ML1D are provided above the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4.
  • the first intermediate layers ML1A to ML1D are formed of a material having a higher refractive index than the microlens LS1 and a lower refractive index than the second lenses LS2A to LS2D.
  • Examples of a material forming the first intermediate layers ML1A to ML1D include a metal oxide.
  • the microlenses LS1 are formed of an organic material (refractive index: 1.5 to 1.6), and the second lenses LS2A to LS2D are titanium oxide (refractive index: about 2.5). Alternatively, in the case of being formed of tantalum oxide (refractive index: about 2.1), for example, it is formed of aluminum oxide (refractive index: about 1.7).
  • the first intermediate layers ML1A to ML1D are not limited to a single-layer structure, and may have a multi-layer structure. When the first intermediate layers ML1A to ML1D have a multi-layer structure, the material of each layer is selected such that the refractive index gradually increases from the microlens LS1 to the light transmitting layers TL2A to TL2D.
  • the solid-state imaging device 1003A of Modification 1 by providing the first intermediate layers ML1A to ML1D, the micro lens LS1, the first intermediate layers ML1A to ML1D, the first intermediate layers ML1A to ML1D, and the light transmission
  • the difference in the refractive index between the layers TL2A to TL2D can be reduced. Therefore, light incident from the microlens LS1 is less likely to be reflected at the boundary between the layers, and the amount of light incident on the first to fourth subpixels SP1 to SP4 is less likely to be reduced, preventing a decrease in sensitivity. can do.
  • FIG. 46 illustrates an example of a cross-sectional view of a solid-state imaging device 1003B that is a second modification of the solid-state imaging device 1003 according to the ninth embodiment to which the present technology is applied.
  • the solid-state imaging device 1003B includes a first pixel separation region that separates a plurality of unit pixels including two or more subpixels, and a second pixel that separates each of the plurality of unit pixels separated by the first pixel separation region.
  • the solid-state imaging device includes a separation region, a first light-collecting unit that covers the entire unit pixel, and a plurality of second light-collecting units that cover each of the sub-pixels.
  • the second light-collecting unit is surrounded by the light-shielding layer provided above the first pixel separation region and the second pixel separation region and the light-shielding layer above the sub-pixel.
  • a light transmitting layer formed of a material having a higher refractive index than the light shielding layer, a first intermediate layer provided between the first light condensing portion and the light transmitting layer, a light transmitting layer, and a light transmitting layer.
  • a second intermediate layer provided between the filters.
  • the solid-state imaging device 1003B is different from the solid-state imaging device 1003A of the first modification in that the solid-state imaging device 1003B includes second intermediate layers ML2A to ML2D on the lower surfaces of the light transmission layers TL2A to TL2D.
  • the second intermediate layers ML2A to ML2D are provided on the lower surfaces of the light transmission layers TL2A to TL2D. That is, the second intermediate layers ML2A to ML2D are provided above the first to fourth sub-pixels SP1 to SP4.
  • the second intermediate layers ML2A to ML2D are formed of the same material as the first intermediate layers ML1A to ML1D.
  • the second intermediate layers ML2A to ML2D are not limited to a single-layer structure and may have a multi-layer structure.
  • the material of each layer is selected such that the refractive index gradually decreases from the light transmitting layers TL2A to TL2D to the color filters CF1 to CF4.
  • the solid-state imaging device 1003B of Modification 2 by providing the second intermediate layers ML2A to ML2D, the light transmission layers TL2A to TL2D, the second intermediate layers ML2A to ML2D, and the second intermediate layers ML2A to ML2D are provided. And the difference in the refractive index between the color filters CF1 to CF4 can be reduced. Therefore, light incident from the microlens LS1 is less likely to be reflected at the boundary between the layers, and the amount of light incident on the first to fourth subpixels SP1 to SP4 is less likely to be reduced, thereby preventing a decrease in sensitivity. can do.
  • Example 10 of solid-state imaging device The solid-state imaging device according to the tenth embodiment according to the present technology is the same as the solid-state imaging device according to the first to ninth embodiments according to the present technology, except that the second pixel separation region, or the first pixel separation region and the second pixel separation region. This is a solid-state imaging device in which both regions do not penetrate from the light receiving surface that receives light to the silicon substrate S.
  • FIGS. 47 and 48 show a configuration in which the second pixel isolation region DTI2 does not penetrate from the light receiving surface for receiving light to the silicon substrate S on which the photoelectric conversion element (photodiode) for storing signal charges is formed.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the solid-state imaging device 105 in a certain case.
  • the solid-state imaging device 105 may be used instead of the solid-state imaging device 100 according to the seventh or eighth embodiment.
  • the solid-state imaging device 105 may be used instead of the solid-state imaging device 100 according to the ninth embodiment.
  • the first pixel separation region DTI1 penetrates from the light receiving surface that receives light to the silicon substrate S on which the photoelectric conversion element in which signal charges are accumulated is formed, and is covered with a color filter of a different color (solid-state imaging device). 101 to 104) are provided at the boundary between them. Therefore, in the solid-state imaging device including the first pixel separation region DTI1, color mixing between different color signals can be prevented.
  • the second pixel separation region DTI2 is provided at a boundary between sub-pixels SP (first sub-pixel SP1 to fourth sub-pixel SP4) in one pixel covered with a color filter of the same color. . Therefore, overflow of signal electrons between the sub-pixels SP in the same color pixel can be realized. That is, in the configuration shown in FIG. 47 and FIG. 48, the prevention of color mixture of different color signals between pixels covered with color filters of different colors, and the inter-subpixel SP within the pixels covered with color filters of the same color. Can be realized at the same time.
  • FIGS. 49 and 50 show that the first pixel isolation region DTI1 and the second pixel isolation region DTI2 are formed on a silicon substrate S on which a photoelectric conversion element (photodiode) for storing signal charges is formed from a light receiving surface for receiving light.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the solid-state imaging device 106 having a configuration that does not penetrate through the solid-state imaging device 106.
  • the solid-state imaging device 106 may be used in place of the solid-state imaging device 100 according to the seventh or eighth embodiment.
  • the solid-state imaging device 106 may be used in place of the solid-state imaging device 100 of the ninth embodiment.
  • the first pixel separation region DTI1 and the second pixel separation region DTI2 can be formed at the same height, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the first pixel separation region DTI1 includes a plurality of subpixels SP (first subpixel SP1 to sixteenth subpixel SP16).
  • the solid-state imaging device 107 is configured to separate the unit pixels of the solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device 1004 may be used instead of the solid-state imaging devices of the first to ninth embodiments.
  • the solid-state imaging device 107 includes a plurality of second pixel separation regions DTI2 having a cross shape, so that one unit pixel has 16 subpixels (first subpixel SP1 to 16th subpixel). Are divided into sub-pixels SP16).
  • Twelfth embodiment (example of electronic device)> An electronic device according to a twelfth embodiment of the present technology is provided with a solid-state imaging device, wherein the solid-state imaging device separates a plurality of unit pixels including two or more sub-pixels, A second pixel separation region for separating each of the plurality of unit pixels separated by the first pixel separation region, and a signal charge accumulated in the subpixel overflowing at least one of the adjacent subpixels. And an overflow region, wherein the overflow region is formed between the first sub-pixel and the second sub-pixel.
  • the electronic device of the twelfth embodiment according to the present technology may be an electronic device on which the solid-state imaging device according to the first to eleventh embodiments of the present technology is mounted.
  • FIG. 52 is a diagram illustrating a use example of the solid-state imaging device according to the first to eleventh embodiments according to the present technology as an image sensor.
  • the solid-state imaging devices according to the first to eleventh embodiments described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-rays, for example, as described below. it can. That is, as shown in FIG. 52, for example, a field of appreciation for capturing an image used for appreciation, a field of transportation, a field of home appliances, a field of medical and healthcare, a field of security, a field of beauty, and a sport
  • the solid-state imaging device according to any one of the first to eleventh embodiments is used for a device (for example, the electronic device according to the above-described seventh embodiment) used in the field of agriculture or the field of agriculture. Can be.
  • a device for taking an image to be used for appreciation such as a digital camera, a smartphone, or a mobile phone with a camera function
  • a device for taking an image to be used for appreciation such as a digital camera, a smartphone, or a mobile phone with a camera function
  • the solid-state imaging device of any one of the embodiments can be used.
  • in-vehicle sensors for photographing the front, back, surroundings, and the inside of a vehicle, and monitoring of traveling vehicles and roads, for example, for safe driving such as automatic stop and recognition of a driver's condition.
  • the solid-state imaging device is used for a device used for traffic, such as a surveillance camera, a ranging sensor for measuring a distance between vehicles, or the like. be able to.
  • a device used for home appliances such as a television receiver, a refrigerator, and an air conditioner for photographing a gesture of a user and performing device operation according to the gesture.
  • the solid-state imaging device according to any one of the eleventh embodiments can be used.
  • the first to eleventh embodiments are applied to devices used for medical care and health care, such as endoscopes and devices for performing blood vessel imaging by receiving infrared light.
  • the solid-state imaging device of any one of the embodiments can be used.
  • a device provided for security such as a security camera for security use or a camera for personal authentication, is provided with a solid state camera according to any one of the first to eleventh embodiments.
  • An imaging device can be used.
  • a device used for beauty such as a skin measuring device for photographing the skin or a microscope for photographing the scalp, is provided with any one of the first to eleventh embodiments.
  • a solid-state imaging device of the form can be used.
  • a solid-state imaging device according to any one of the first to eleventh embodiments is provided for an apparatus provided for sports, such as an action camera or a wearable camera for sports use.
  • the device can be used.
  • a solid-state imaging device In the field of agriculture, for example, a solid-state imaging device according to any one of the first to eleventh embodiments is provided for a device provided for agriculture, such as a camera for monitoring the condition of a field or a crop.
  • the device can be used.
  • FIG. 53 shows a schematic configuration of an electronic device 111 (camera) as an example.
  • the electronic device 111 is, for example, a video camera capable of shooting a still image or a moving image, and drives the solid-state imaging device 110, an optical system (optical lens) 310, a shutter device 311, and the solid-state imaging device 110 and the shutter device 311.
  • the optical system 310 guides image light (incident light) from a subject to the pixel unit 110a of the solid-state imaging device 110.
  • This optical system 310 may be composed of a plurality of optical lenses.
  • the shutter device 311 controls a light irradiation period and a light blocking period to the solid-state imaging device 110.
  • the drive unit 313 controls the transfer operation of the solid-state imaging device 110 and the shutter operation of the shutter device 311.
  • the signal processing unit 312 performs various kinds of signal processing on signals output from the solid-state imaging device 110.
  • the video signal Dout after the signal processing is stored in a storage medium such as a memory or output to a monitor or the like.
  • the present technology can also have the following configurations.
  • a first pixel separation region separating a plurality of unit pixels composed of two or more sub-pixels;
  • a second pixel separation region that separates each of the plurality of unit pixels separated by the first pixel separation region;
  • An overflow region for causing the signal charge stored in the sub-pixel to overflow with at least one of the adjacent sub-pixels,
  • the overflow area is A solid-state imaging device formed between a first sub-pixel and a second sub-pixel.
  • a first P-type region is formed inside the first pixel isolation region in the depth direction, and a second P-type region is formed around the second pixel isolation region in the depth direction.
  • the first pixel separation region, the overflow region, and the second pixel separation region have a cross section in which a region of the unit pixel that is not separated by the second pixel separation region is cut along a light incident direction. Included and formed,
  • the overflow region has a third P-type region having an impurity concentration lower than the average impurity concentration of the first P-type region, and a fourth P-type region having an impurity concentration lower than the average impurity concentration of the second P-type region.
  • the solid-state imaging device according to [1] which has at least one of the following P-type regions. [3] A first P-type region is formed inside the first pixel isolation region in the depth direction, and a second P-type region is formed around the second pixel isolation region in the depth direction.
  • An N-type region is formed between the first P-type region and the second P-type region, and the region of the unit pixel that is not separated by the second pixel separation region is formed along the light incident direction.
  • the first pixel separation region, the overflow region, and the second pixel separation region are formed in a cross section cut by
  • the overflow region includes a third P-type region having an impurity concentration lower than the average impurity concentration of the first P-type region, and a fourth P-type region having an impurity concentration lower than the average impurity concentration of the second P-type region.
  • the above [1] or [2], comprising: a type region; and at least one of a fifth N type region formed between the third P type region and the fourth P type region. 3.
  • a first P-type region is formed in a depth direction inside the first pixel separation region, and a region of the unit pixel which is not separated by the second pixel separation region is formed along a light incident direction.
  • the cross section to be cut is formed including the overflow region between one inside of the first pixel separation region and the other inside of the first pixel separation region facing the one inside,
  • the depth of the overflow region is: Any of [1] to [3], which is formed between a region where the transistor for controlling the overflow is arranged and a region having the highest impurity concentration in the N-type region where the signal charge is stored.
  • the second pixel separation region includes: The solid-state imaging device according to any one of [1] to [4], wherein each of the plurality of unit pixels is separated into 2 ⁇ 2 sub-pixels.
  • the second pixel separation region includes: The solid-state imaging device according to any one of [1] to [5], having a cross shape.
  • the solid-state imaging device according to [6] wherein the overflow region is formed in a region where the first pixel separation region and the cross-shaped second pixel separation region are close to each other.
  • the solid-state imaging device according to [6] or [7] wherein the approach distance between the first pixel isolation region and the cross-shaped second pixel isolation region is the same or different.
  • the solid-state imaging device according to any one of [6] to [8], wherein at least a part of the cross-shaped second pixel separation region is connected to the first pixel separation region.
  • the solid-state imaging device according to any one of [1] to [9], further including a transfer gate that performs voltage control for causing the signal charges to overflow.
  • the solid-state imaging device according to [10], further including a power supply that supplies a voltage of three or more values to the transfer gate.
  • the solid-state imaging device according to [10] or [11], further including a booster circuit that raises or lowers a voltage supplied to the transfer gate.
  • the second pixel separation region includes: The solid-state imaging device according to any one of [1] to [12], wherein the solid-state imaging device penetrates from a light receiving surface that receives light to a silicon substrate on which the photoelectric conversion element in which the signal charge is accumulated is formed.
  • a first pixel separation region separating a plurality of unit pixels composed of two or more sub-pixels;
  • a second pixel separation region that separates each of the plurality of unit pixels separated by the first pixel separation region;
  • a first light collector that covers the entire unit pixel;
  • a solid-state imaging device comprising: [15] The first light collector and the second light collector are lenses, The solid-state imaging device according to [14].
  • the first light collecting unit is a lens
  • the second light-collecting unit is provided in a light-blocking unit provided above the first pixel separation region and the second pixel separation region, and in a region above the sub-pixel and surrounded by the light-blocking unit,
  • the solid-state imaging device according to [14] further including: a light-transmitting layer formed of a material having a higher refractive index than the light-shielding portion.
  • a light-transmitting layer formed of a material having a higher refractive index than the light-shielding portion.
  • the solid-state imaging device further including an intermediate layer formed of a material having the solid-state imaging device.
  • the light-shielding portion provided above the first pixel isolation region is formed of a material having at least one of a material having a low refractive index with respect to the light transmission layer and a metal,
  • the light-shielding portion provided above the second pixel isolation region may be formed of a material having a low refractive index with respect to the light transmission layer, according to any one of [14] to [17].
  • the solid-state imaging device according to any one of the preceding claims. [19] a color filter provided between the sub-pixel and the second light-collecting unit; The solid-state imaging device according to any one of [14] to [18].
  • a solid-state imaging device is mounted, A first pixel separation region, wherein the solid-state imaging device separates a plurality of unit pixels including two or more sub-pixels; A second pixel separation region that separates each of the plurality of unit pixels separated by the first pixel separation region; An overflow region for causing the signal charge stored in the sub-pixel to overflow with at least one of the adjacent sub-pixels, The overflow area is An electronic device formed between a first said sub-pixel and a second said sub-pixel. [21] An electronic device including the solid-state imaging device according to any one of [1] to [19].
  • Solid-state imaging devices 1000 1001, 1002, 1002A, 1002B, 1003, 1003A, 1003B Solid-state imaging devices DTI1 First pixel isolation region DTI2 Second pixel isolation region SP1 to SP16 First to sixteenth sub-pixels OF, OF1 to OF4 Overflow regions TG, TG1 to TG4 Transfer gates FD, FD1 to FD4 Floating diffusion TR1 to TR4 Transistors PD1 to PD4 Photodiode PR1 First P-type region PR2 Second P-type region PR3 Third P-type region PR4 Fourth P-type region NR N-type region NC Fifth N-type region CF, CF1 to CF4 Color filter LS1 Micro lens LS2A to LS2D Second lens BL Light shielding layer T 2A ⁇ TL2D light transmitting layer ML1A ⁇ ML1d first intermediate layer ML2a ⁇ ML2d second intermediate layer

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Abstract

２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる、固体撮像装置及び電子装置を提供すること。　２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、前記オーバーフロー領域が、第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置を提供する。

Description

固体撮像装置及び電子装置
　本技術は、固体撮像装置及び電子装置に関する。
　一般的に、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの固体撮像装置が、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに広く用いられている。
　固体撮像装置は、例えば、フォトダイオードを備え、光電変換によって電荷を蓄積する。ここで、固体撮像装置は、焦点の合わせ方として、異なる露光制御を行うことにより、広い露光領域で撮像画像を生成するダイナミックレンジ（High Dynamic Range）動作と、フォトダイオードが分割され、その分割されたフォトダイオード間で同じ色を加算するオートフォーカス（Auto Focus）動作と、が知られている。
　オートフォーカス動作では、例えば、フォトダイオードが二分されており、その二分された分割フォトダイオードのそれぞれで受光して、一方の分割フォトダイオードにおいて蓄積容量を超える信号電子数を受光した場合に、同色の信号電子を他方の分割フォトダイオードへオーバーフローする。
　このような技術に関し、例えば、特許文献１には、複数の光電変換部と、複数の光電変換部の間を分離する分離領域と、分離領域の電位を選択的に設定する設定手段と、を備える撮像素子が開示されている（特許文献１参照）。
特開２０１３－０４１８９０号公報
　特許文献１において開示された技術では、分割フォトダイオードの分離ポテンシャルを制御するための素子が追加されている。しかしながら、ＣＭＯＳイメージセンサでは、サブピクセルによる微細化が進んでいるため、設定手段となる素子を配置する領域を確保することが難しい。
　１つの単位画素が分割されたサブピクセルを配置する画素構成において、サブピクセル間で異なる露光時間制御を行い、サブピクセルで露光時間の異なる信号を合成し、ダイナミックレンジを広げることはできる。しかしながら、ダイナミックレンジ動作と、同色のサブピクセル間で電荷を加算するオートフォーカス動作とを両立させることができなかった。
　そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる、固体撮像装置及び電子装置を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることに成功し、本技術を完成するに至った。
　すなわち、本技術では、まず、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
　前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
　前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
　前記オーバーフロー領域が、
　第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置を提供する。
　本技術に係る固体撮像装置において、前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
　前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、及び、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域の少なくともいずれかの領域を有するようにしてもよい。
　本技術に係る固体撮像装置において、前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第１のＰ型領域と前記第２のＰ型領域との間にＮ型領域が形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
　前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域、及び、前記第３のＰ型領域と前記第４のＰ型領域との間に形成される第５のＮ型領域の少なくともいずれかの領域を有するようにしてもよい。
　本技術に係る固体撮像装置において、前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域の一方の内側と、当該一方の内側と対向する前記第１画素分離領域の他方の内側との間に前記オーバーフロー領域が含まれて形成され、
　前記オーバーフロー領域の深さが、
　前記オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、前記信号電荷が蓄積されるＮ形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成されていてもよい。
　本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記第２画素分離領域が、前記複数の単位画素のそれぞれを２×２の前記サブピクセルに分離してもよい。
　本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記第２画素分離領域が、十字型を有していてもよい。
　本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記オーバーフロー領域が、前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域とが近接する領域に形成されていてもよい。
　本技術に係る固体撮像装置において、前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域との近接する距離が、同一である、又は、異なっていてもよい。
　本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記十字型の第２画素分離領域の少なくとも一部が、前記第１画素分離領域に接続されていてもよい。
　本技術に係る固体撮像装置において、前記信号電荷をオーバーフローさせるための電圧制御を行うトランスファーゲートを更に備えていてもよい。さらに、本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記トランスファーゲートに３値以上の電圧を供給する電源を更に備えていてもよい。
　また、本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記トランスファーゲートに供給する電圧を昇降する昇圧回路を更に備えていてもよい。
　本技術に係る固体撮像装置において備えられる前記第２画素分離領域が、光を受光する受光面から、前記信号電荷が蓄積される光電変換素子が形成されるシリコン基板まで貫通していてもよい。
　また、本技術では、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
　前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
　前記単位画素の全体を覆う第１集光部と、
　前記サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、
　を備える、固体撮像装置を提供する。
　本技術に係る固体撮像装置において、前記第１集光部及び前記第２集光部は、レンズであってもよい。
　本技術に係る固体撮像装置において、前記第１集光部は、レンズであり、
　前記第２集光部は、前記第１画素分離領域及び前記第２画素分離領域の上部に設けられた遮光部と、前記サブピクセルの上部であって前記遮光部で囲まれる領域に設けられ、前記遮光部よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有していてもよい。
　本技術に係る固体撮像装置において、前記第１集光部と前記光透過層との間に設けられ、前記第１集光部と比較して高い屈折率を有し、前記光透過層と比較して低い屈折率を有する材料により形成された中間層を備えていてもよい。
　本技術に係る固体撮像装置において、前記第１画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料及び金属の少なくとも一方を含む材料により形成されており、
　前記第２画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料により形成されていてもよい。
　本技術に係る固体撮像装置において、前記サブピクセルと、前記第２集光部との間に設けられたカラーフィルタを備えていてもよい。
　また、本技術では、固体撮像装置が搭載されて、
　前記固体撮像装置が、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
　前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
　前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
　前記オーバーフロー領域が、
　第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、電子装置を提供する。
　本技術によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。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、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像装置のＡ－Ａ’断面の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像装置の電位の分布とオーバーフローの状態を示した説明図である。 本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像装置のオーバーフロー領域の動作概念を示した説明図である。 本技術を適用した第２の実施形態の固体撮像装置のＡ－Ａ’断面の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像装置のＤ－Ｄ’断面の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路図である。 本技術を適用した第４の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第４の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第４の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路図である。 本技術を適用した第５の実施形態の固体撮像装置における第１画素分離領域と第２画素分離領域の配置の例を示した平面図である。 本技術を適用した第５の実施形態の固体撮像装置における第１画素分離領域と第２画素分離領域の配置の変形例を示した平面図である。 オーバーフロー領域が形成される場所を示した平面図である。 オーバーフロー領域が形成される場所を示した平面図である。 図１４Ａに示した第１画素分離領域と第２画素分離領域の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。 図１８に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示したものである。 図１４Ｂに示した第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。 図２０に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。 図１４Ｃに示した第１画素分離領域と第２画素分離領域の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。 図２２に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示したものである。 図１４Ｂに示した配置例と、図１４Ｃに示した配置例と、を交互にアレイ状に配置した平面図を示したものである。 図２４に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。 図１４Ｂに示した配置例と、図１４Ｃに示した配置例と、を交互にアレイ状に配置し、縦方向に同一の形状が揃うように配置された平面図を示したものである。 図２６に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。 図１４Ｂに示した配置例を横方向に一列に配置するとともに、図１４Ｃに示した配置例を横方向に一列に配置し、それを交互にアレイ状に配置された平面図を示したものである。 図２８に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。 本技術を適用した第６の実施形態の固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した第６の実施形態の固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した第６の実施形態の固体撮像装置の電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図である。 本技術を適用した第６の実施形態の固体撮像装置の電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図である。 本技術を適用した第６の実施形態の固体撮像装置の画素アレイの構成を示したブロック図である。 本技術を適用した第７の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第７の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第７の実施形態の固体撮像装置のＥ－Ｅ’断面の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置のＦ－Ｆ’断面の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置の第１の変形例を示す断面図である。 本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置の第２の変形例を示す断面図である。 本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置のＧ－Ｇ’断面の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置の第１の変形例を示す断面図である。 本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置の第２の変形例を示す断面図である。 本技術を適用した第１０の実施形態の固体撮像装置の断面の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第１０の実施形態の固体撮像装置の断面の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第１０の実施形態の固体撮像装置の断面の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第１０の実施形態の固体撮像装置の断面の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第１１の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。 本技術を適用した第１～第１１の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。 本技術を適用した電子装置の一例の機能ブッロク図である。
　以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。
　なお、説明は以下の順序で行う。
１．本技術の概要
２．第１の実施形態（固体撮像装置の例１）
３．第２の実施形態（固体撮像装置の例２）
４．第３の実施形態（固体撮像装置の例３）
５．第４の実施形態（固体撮像装置の例４）
６．第５の実施形態（固体撮像装置の例５）
７．第６の実施形態（固体撮像装置の例６）
８．第７の実施形態（固体撮像装置の例７）
９．第８の実施形態（固体撮像装置の例８）
１０．第９の実施形態（固体撮像装置の例９）
１１．第１０の実施形態（固体撮像装置の例１０）
１２．第１１の実施形態（固体撮像装置の例１１）
１３．第１２の実施形態（電子装置の例）
１４．本技術を適用した固体撮像装置の使用例
＜１．本技術の概要＞
　本技術は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの固体撮像装置に関し、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ（High Dynamic Range）動作とオートフォーカス（Auto Focus）動作とを両立させる固体撮像装置及び電子装置に関する。本技術によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることができるので、画質の向上を図ることができる。
　例えば、従来のデュアルピクセル型のオートフォーカス画素構成では、フォトダイオードが２分されている。その分割されたフォトダイオードのそれぞれ（分割フォトダイオードという。）が、結合光学系を半分通過した光を受光する。オートフォーカスの画素構成では、それぞれの分割フォトダイオードから２つの画像を生成し、その２つの画像のズレを検出することにより測距し、後段の信号処理で画像の焦点を合わせるようになっている。
　この場合、分割フォトダイオードにおいて受光した光量が多く、分割フォトダイオードの蓄積容量を超える信号電子数を受光した場合、過剰電子が浮遊拡散層（ＦＤ：FloatingDiffusion）へオーバーフローされて廃棄されてしまうと、画像に非線形性が発生してしまうことがある。そこで、大きな光量を受光した分割フォトダイオードは、フローティングディフュージョンにオーバーフローするのではなく、分割フォトダイオード間でオーバーフローが行われるように、分割フォトダイオード間の分離ポテンシャルを設定することが検討されている。
　ここで、１つの画素内に分割されたサブピクセルを配置する画素構成において、サブピクセル間で異なる露光時間制御を行い、サブピクセル間で露光時間の異なる信号を合成し、ダイナミックレンジを広げることができる。しかしながら、ダイナミックレンジ動作と、同色のサブピクセル間で電荷を加算するオートフォーカス動作とを両立させることができなかった。
　例えば、１つの画素内において分割されたサブピクセルを配置する画素構成において、大光量時にサブピクセル間でオーバーフローする分離ポテンシャルを設定して、サブピクセル間で異なる露光時間制御を行うダイナミックレンジ動作を実行すると、サブピクセルで蓄積される信号電子数が顕著に低下してしまい、再生画像上でＳＮ比が低下してしまう、ということが懸念される。また、サブピクセル間の分離領域にＭＯＳ（Metal Oxide Silicon）ゲート等の素子を配置し、オートフォーカス動作時とダイナミックレンジ動作時とにおいて、ゲートに対して異なる電圧を印加することにより、分離ポテンシャルを変調させて、上記問題を回避することは可能であるが、分離ポテンシャルを制御するための素子は、微細画素イメージセンサにあっては、素子の追加配置するスペースがない。
　そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、追加素子を必要とせず、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる、固体撮像装置及び電子装置を提供することを目的とする。
　＜２．第１の実施形態（固体撮像装置の例１）＞
　本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、オーバーフロー領域が、第１のサブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置である。
　本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
　図１に、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１０００のレイアウトを示す。図１は、４画素から構成させる固体撮像装置１０００の平面図である。図２に、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００のレイアウトを示す。図２は、１画素を構成する固体撮像装置１００の平面図である。特に断りがない限り、「上」とは、各図中の上方向を意味し、「下」とは、各図中の下方向を意味するものとする。
　固体撮像装置１０００は、２×２の４つの固体撮像装置１００（図１中では、固体撮像装置１０１～固体撮像装置１０４）から構成されている。固体撮像装置１０１には、カラーフィルタＣＦ１が設けられている。固体撮像装置１０２には、カラーフィルタＣＦ２が設けられている。固体撮像装置１０３には、カラーフィルタＣＦ３が設けられている。固体撮像装置１０４には、カラーフィルタＣＦ４が設けられている。図２は、固体撮像装置１０１のレイアウトの平面図を、固体撮像装置１００のレイアウトの平面図として示したものである。
　固体撮像装置１００は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域ＤＴＩ１と、第１画素分離領域ＤＴＩ１によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域ＤＴＩ２と、サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１～オーバーフロー領域ＯＦ４）と、を備えて構成されている。
　オーバーフロー領域ＯＦ１は、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２との間に形成されている。オーバーフロー領域ＯＦ２は、第２のサブピクセルＳＰ２と第３のサブピクセルＳＰ３との間に形成されている。オーバーフロー領域ＯＦ３は、第３のサブピクセルＳＰ３と第４のサブピクセルＳＰ４との間に形成されている。オーバーフロー領域ＯＦ４は、第１のサブピクセルＳＰ１と第４のサブピクセルＳＰ４との間に形成されている。
　第１画素分離領域ＤＴＩ１は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離している。
　第２画素分離領域ＤＴＩ２は、第１画素分離領域ＤＴＩ１によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離するようになっている。また、第２画素分離領域ＤＴＩ２が、複数の単位画素のそれぞれを２×２のサブピクセルに分離している。この場合、例えば、第２画素分離領域ＤＴＩ２は、十字型を有していてもよい。
　また、４つのサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）間には、光を受光する受光側シリコン表面から基板側表面まで貫通することによりサブピクセルフォトダイオードを分離する、分離層を有する。即ち、サブピクセルＳＰは、図示しない受光側シリコン表面から基板側の表面までの領域に形成されている。
　オーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１～オーバーフロー領域ＯＦ４）は、サブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）のうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローするための領域である。
　本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１００では、例えば、４つのサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）から１単位画素（即ち、１ピクセル）が形成されている。なお、サブピクセルＳＰは、単位画素を形成する微細画素のことであり、４つに限定されるものではない。例えば、２つのサブピクセルから１単位画素を構成するようにしてもよく、８つのサブピクセルから１単位画素を構成するようにしてもよい。
　図２に示すように、固体撮像装置１００は、４つのサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）から形成されており、４つのオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１～オーバーフロー領域ＯＦ４）を有している。
　サブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）は、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷に光電変換し、その光電荷を蓄積するフォトダイオード（光電変換素子）を有する。
　トランジスタＴＲ１は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
　トランスファーゲートＴＧ１は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷を、フローティングディフュージョンＦＤに読み出すためのトランジスタである。
　オーバーフロー領域ＯＦ１は、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２との間に形成された領域である。オーバーフロー領域ＯＦ１は、第１のサブピクセルＳＰ１又は第２のサブピクセルＳＰ２に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセル、即ち、第２のサブピクセルＳＰ２又は第１のサブピクセルＳＰ１とオーバーフローさせるための領域である。
　トランジスタＴＲ２は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
　トランスファーゲートＴＧ２は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに読み出すためのトランジスタである。
　オーバーフロー領域ＯＦ２は、第２のサブピクセルＳＰ２と第４のサブピクセルＳＰ４との間に形成された領域である。オーバーフロー領域ＯＦ２は、第２のサブピクセルＳＰ２又は第４のサブピクセルＳＰ４に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセル、即ち、第４のサブピクセルＳＰ４又は第２のサブピクセルＳＰ２とオーバーフローさせるための領域である。
　トランジスタＴＲ３は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
　トランスファーゲートＴＧ３は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに読み出すためのトランジスタである。
　オーバーフロー領域ＯＦ３は、第３のサブピクセルＳＰ３と第４のサブピクセルＳＰ４との間に形成された領域である。オーバーフロー領域ＯＦ３は、第３のサブピクセルＳＰ３又は第４のサブピクセルＳＰ４に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセル、即ち、第４のサブピクセルＳＰ４又は第３のサブピクセルＳＰ３とオーバーフローさせるための領域である。
　トランジスタＴＲ４は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
　トランスファーゲートＴＧ４は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに読み出すためのトランジスタである。
　オーバーフロー領域ＯＦ４は、第３のサブピクセルＳＰ３と第１のサブピクセルＳＰ１との間に形成された領域である。オーバーフロー領域ＯＦ４は、第３のサブピクセルＳＰ３又は第１のサブピクセルＳＰ１に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセル、即ち、第１のサブピクセルＳＰ１又は第３のサブピクセルＳＰ３とオーバーフローさせるための領域である。
　サブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）は、いずれも同様の構成により、各サブピクセルが形成されている。
　第１の実施形態の固体撮像装置は、第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成され、単位画素が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域とオーバーフロー領域と第２画素分離領域とが含まれて形成され、オーバーフロー領域が、第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、及び、第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、固体撮像装置である。
　図３に、本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像素子１００の断面の構成を示す。図３は、図２に示す固体撮像装置１００のＡ－Ａ’断面の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図３中の上方向を意味し、「下」とは、図３中の下方向を意味する。
　固体撮像装置１００は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の内側に第１のＰ型領域ＰＲ１が深さ方向に形成されるとともに、第２画素分離領域ＤＴＩ２の周囲に第２のＰ型領域ＰＲ２が深さ方向に形成されている。固体撮像装置１００は、第２画素分離領域ＤＩＩ２によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域ＤＴＩ１とオーバーフロー領域ＯＦ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２とが含まれて形成される。そして、オーバーフロー領域ＯＦ１は、第１のＰ型領域ＰＲ１の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域ＰＲ３、及び、第２のＰ型領域ＰＲ２の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域ＰＲ４の少なくともいずれかの領域を有している。
　第１のＰ型領域ＰＲ１と第２のＰ型領域ＰＲ２は、フォトダイオードを分離する分離層に該当する。オーバーフロー領域ＯＦ１は、フォトダイオードを分離していない分離層の領域に形成され、その分離されていないサブピクセル間で、大光量時の信号電子（電荷）のオーバーフローを行うことができる。
　また、第２画素分離領域ＤＴＩ２は、光を受光する受光面から、信号電荷が蓄積される光電変換素子（フォトダイオード）が形成されるシリコン基板まで貫通している。この場合、第２画素分離領域ＤＴＩ２がシリコン基板まで貫通する構成を採用することにより、シリコン表面側での光電子の拡散、入射光の漏出等によるサブピクセル間のクロストークを低減させることができる。
　図４に、本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像素子１００の電位の分布とオーバーフローの状態を示す。図４は、固体撮像素子１００の電位の分布とオーバーフローの状態を示した説明図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図４中の上方向を意味し、「下」とは、図４中の下方向を意味する。
　図４は、図４Ａに、固体撮像装置１００の画素電位分布を示し、図４Ｂに、固体撮像装置１００のＢ－Ｂ’断面を示し、図４Ｃに、固体撮像装置１００のＣ－Ｃ’断面を示す。
　また、図４Ｂでは、第２画素分離領域ＤＴＩ２を含む分離層のポテンシャル分布を示し、図４Ｃでは、第２画素分離領域ＤＴＩ２によって分離されていない領域のポテンシャル分布を示している。
　図４Ｂの場合、トランスファーゲートＴＧに－０．５［ｖ］を印加すると、イオン注入がなされ、サブピクセル間の分離ポテンシャルよりもトランスファーゲートＴＧのチャネルポテンシャルの方が高くなる。一方、図４Ｃの場合、トランスファーゲートＴＧに－１．５［ｖ］を印加すると、サブピクセル間の分離ポテンシャルよりもトランスファーゲートＴＧのチャネルポテンシャルの方が低くなる。
　このように、図４Ｂでは、イオン注入によりポテンシャル障壁ＰＢが設けられるので、トランスファーゲートＴＧからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を排出することができる。一方、図４Ｃでは、ポテンシャル障壁ＰＢがなく、オーバーフロー領域ＯＦ１を介して信号電荷をオーバーフローする。
　図５に、本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像素子１００のダイナミックレンジ動作の概念と、オーバーフローの動作の概念を示す。図５は、ダイナミックレンジ動作の概念とオーバーフローの概念を示した説明図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図５中の上方向を意味し、「下」とは、図５中の下方向を意味する。
　図５は、図５Ａに、固体撮像装置１００のダイナミックレンジ動作の概念を示し、図５Ｂに、固体撮像装置１００のオーバーフローの動作の概念を示す。
　図５Ａに示すように、第１のサブピクセルＳＰ１は、フォトダイオードＰＤ１と、トランスファーゲートＴＧ１と、フローティングディフュージョンＦＤ１とを有している。第２のサブピクセルＳＰ２は、フォトダイオードＰＤ２と、トランスファーゲートＴＧ２と、フローティングディフュージョンＦＤ２とを有している。また、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２は、オーバーフローバリアＯＦＢで仕切られている。また、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２の上側には、オンチップレンズＯＣＬが設けられている。
　ダイナミック動作時は、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２に中間電位である－０．５［Ｖ］が印加される。また、イオンが注入されるので、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２のポテンシャルは、オーバーフローバリアＯＦＢの分離ポテンシャルよりも低くなる。この場合、第１のサブピクセルＳＰ１のフォトダイオードＰＤ１には、信号電荷が蓄積され、第２のサブピクセルＳＰ２のフォトダイオードＰＤ２にも、信号電荷が蓄積される。大光量を受光時には、例えば、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された信号電荷が許容された容量を超えると、トランスファーゲートＴＧ１からフローティングディフュージョンＦＤ１へ信号電荷が排出される。
　これに対し、図５Ｂに示すように、オーバーフローの動作時は、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２に－１．５［ｖ］が印加される。この場合、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２のポテンシャルは、オーバーフローバリアＯＦＢの分離ポテンシャルよりも高くなる。そして、第１のサブピクセルＳＰ１のフォトダイオードＰＤ１には、信号電荷が蓄積され、第２のサブピクセルＳＰ２のフォトダイオードＰＤ２にも、信号電荷が蓄積される。大光量を受光時には、例えば、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された信号電荷が許容された容量を超えると、オーバーフローバリアＯＦＢを超えて第２のサブピクセルＳＰ２のフォトダイオードＰＤ２に信号電荷をオーバーフローする。
　以上説明したように、本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像素子１００は、サブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１～オーバーフロー領域ＯＦ４）を備えている。また、オーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１～オーバーフロー領域ＯＦ４）が、例えば、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２との間に形成される。
　本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１００によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
　また、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１００は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の内側に第１のＰ型領域ＰＲ１が深さ方向に形成されるとともに、第２画素分離領域ＤＴＩ２の周囲に第２のＰ型領域ＰＲ２が深さ方向に形成されている。固体撮像装置１００は、第２画素分離領域ＤＩＩ２によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域ＤＴＩ１とオーバーフロー領域ＯＦ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２とが含まれて形成される。そして、オーバーフロー領域ＯＦ１は、第１のＰ型領域ＰＲ１の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域ＰＲ３、及び、第２のＰ型領域ＰＲ２の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域ＰＲ４の少なくともいずれかの領域を有している。
　本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１００によれば、オーバーフロー領域ＯＦ１が、第１のＰ型領域ＰＲ１の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域ＰＲ３、及び、第２のＰ型領域ＰＲ２の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域ＰＲ４の少なくともいずれかの領域を有するので、オーバーフローをさせることできる。
　＜３．第２の実施形態（固体撮像装置の例２）＞
　本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置は、第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、第１のＰ型領域と第２のＰ型領域との間にＮ型領域が形成される、第２画素分離領域によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域とオーバーフロー領域と第２画素分離領域とが含まれて形成され、オーバーフロー領域が、第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域、及び、第３のＰ型領域と第４のＰ型領域との間に形成される第５のＮ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、固体撮像装置である。
　本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置によれば、オーバーフロー領域を、第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域、及び、第３のＰ型領域と第４のＰ型領域との間に形成される第５のＮ型領域の少なくともいずれかの領域に形成される。これにより、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
　図６に、本技術を適用した第２の実施形態の固体撮像素子１０１の断面の構成を示す。図６は、固体撮像装置１０１において、図２に示すＡ－Ａ’断面の他の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図６中の上方向を意味し、「下」とは、図６中の下方向を意味する。
　固体撮像装置１０１は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の内側に第１のＰ型領域ＰＲ１が深さ方向に形成され、第２画素分離領域ＤＴＩ２の周囲に第２のＰ型領域ＰＲ２が深さ方向に形成されるとともに、第１のＰ型領域ＰＲ１と第２のＰ型領域ＰＲ２との間にＮ型領域ＮＲが形成されている。また、固体撮像装置１０１は、第２画素分離領域ＤＴＩ２によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域ＤＴＩ１とオーバーフロー領域ＯＦ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２とが含まれて形成されている。固体撮像装置１０１は、オーバーフロー領域ＯＦ１が、第１のＰ型領域ＰＲ１の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域ＰＲ３、第２のＰ型領域ＰＲ２の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域ＰＲ４、及び、第３のＰ型領域ＰＲ３と第４のＰ型領域ＰＲ４との間に形成される第５のＮ型領域ＮＣの少なくともいずれかの領域を有している。
　第１のＰ型領域ＰＲ１、第２のＰ型領域ＰＲ２及びＮ型領域ＮＲは、フォトダイオードを分離する分離層に該当する。この場合のオーバーフロー領域ＯＦ１は、フォトダイオードを分離していない分離層の領域に形成され、その分離されていないサブピクセル間で、大光量時の信号電子（電荷）のオーバーフローを行うことができる。
　特に、第３のＰ型領域ＰＲ３、第４のＰ型領域ＰＲ４及び第５のＮ型領域ＮＣにより、ｐ型層とｎ型層の接合容量を形成することができるので、フォトダイオードの蓄積容量の一部とすることができる。
　以上説明したように、本技術を適用した第２の実施形態の固体撮像素子１０１は、オーバーフローさせるためのオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１～オーバーフロー領域ＯＦ４）を備えている。また、オーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１～オーバーフロー領域ＯＦ４）が、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２との間に形成される。
　本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置１０１によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
　＜４．第３の実施形態（固体撮像装置の例３）＞
　本技術に係る第３の実施形態の固体撮像装置は、第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、第２画素分離領域によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域の一方の内側と、その一方の内側と対向する第１画素分離領域の他方の内側との間にオーバーフロー領域が含まれて形成され、オーバーフロー領域の深さが、オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、信号電荷が蓄積されるＮ形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成される、固体撮像装置である。
　本技術に係る第３の実施形態の固体撮像装置によれば、第１画素分離領域の一方の内側と、その一方の内側と対向する第１画素分離領域の他方の内側との間にオーバーフロー領域を形成することができるので、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
　図７に、本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像素子１０２の断面の構成を示す。図７は、本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像素子１０２の構成例を示す断面図である。また、図７は、図８に示す第３の実施形態の固体撮像素子１０２のＤ－Ｄ’断面の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図７中の上方向を意味し、「下」とは、図７中の下方向を意味する。
　なお、図８は、図７に示す断面の位置を示すためのものであり、基本的な構成は、図２と同様である。また、フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３、及びフォトダイオードＰＤ４の領域は、フォトダイオードがそれぞれ形成される領域を示しているものとする。また、同一の部材には同一の符号を付し、説明を適宜、省略するものとする。
　図７に示すように、固体撮像装置１０２は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、第２画素分離領域ＤＴＩ２によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域ＤＴＩ１の一方の内側と、その一方の内側と対向する第１画素分離領域ＤＴＩ１の他方の内側との間にオーバーフロー領域ＯＦ１が含まれて形成されている。そして、オーバーフロー領域ＯＦ１の深さが、サブピクセルを制御するトランジスタが配置される領域ＪＤと、信号電荷が蓄積されるＮ形領域ＣＤ２の中で不純物濃度が最も高い領域ＣＤ１との間に形成される。
　接合深さＪＤは、ＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン領域の深さを示している。不純物濃度の高い部分ＣＤ１は、フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２を形成するＮ型領域において、最も不純物濃度の高い部分を示している。
　以上説明したように、本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像素子１０２は、オーバーフローさせるためのオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１～オーバーフロー領域ＯＦ４）を備えている。また、オーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１～オーバーフロー領域ＯＦ４）が、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２との間に形成される。
　本技術に係る第３の実施形態の固体撮像装置１０２によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
　＜５．第４の実施形態（固体撮像素子の例４）＞
　本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置は、信号電荷をオーバーフローさせるための電圧制御を行うトランスファーゲートを更に備える、固体撮像装置である。
　本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置によれば、トランスファーゲートを備えることにより、信号電荷をオーバーフローさせることができる。
　図９を用いて、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００のレイアウトを示す。図９は、固体撮像装置１００の平面図である。
　図９に示すように、トランジスタＴＲ１は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤ１の電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
　トランスファーゲートＴＧ１は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出すためのトランジスタである。
　トランジスタＴＲ２は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤ２へ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
　トランスファーゲートＴＧ２は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出すためのトランジスタである。
　トランジスタＴＲ３は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤ３へ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤ３の電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
　トランスファーゲートＴＧ３は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ３に読み出すためのトランジスタである。
　トランジスタＴＲ４は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤ４へ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤ４の電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
　トランスファーゲートＴＧ４は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ４に読み出すためのトランジスタである。
　図１０に、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路を示す。図１０は、第４の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路を示した回路図である。図１０は、図１０Ａに画素回路図を示し、図１０Ｂにタイミングチャートを示す。
　図１０Ａの例では、画素回路は、フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４を有している。この場合、単位画素は、４画素（４つのサブピクセル）により構成されている。フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４は、互いに同一の特性を有するようにしてもよいが、互いに異なる特性を有するようにしてもよい。例えば、これらのフォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４のうち、一部若しくは全部が、他と異なる波長帯域の入射光を光電変換するようにしてもよい。
　図１０Ａでは、単位画素は、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２、トランスファーゲートＴＧ３及びトランスファーゲートＴＧ４を有している。
　図１０Ａに示す画素回路は、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２、トランスファーゲートＴＧ３及びトランスファーゲートＴＧ４に基づいて、フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４からの光電荷の読み出しを制御する。容量Ｃｆｄは、フローティングディフュージョンの持つ容量である。
　フローティングディフュージョン（ＦＤ）、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、及びセレクトトランジスタ等の構成は、単位画素内で共有される。そして、各画素（フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４）の画素信号は、互いに同一垂直信号線を介して伝送される。
　図１０Ｂでは、選択トランジスタが“Ｈ”であり、リセットトランジスタが“Ｌ”の期間中に、トランスファーゲートＴＧに－１．２［Ｖ］の電圧が印加されるとオーバーフローの処理が行われる。そして、トランスファーゲートＴＧに－０．５［Ｖ］の電圧が印加されると、ダイナミックレンジ動作が行われる。
　図１１を用いて、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置１００のレイアウトを示す。図１１は、固体撮像装置１００の平面図である。
　図１１は、図１１Ａに、図９と同一なレイアウトを示し、また、図１１ＢにＧＮＤの配置位置が変更されたレイアウトを示す。
　図１１Ａは、図９と同一な構成を有しているため、説明を省略する。また、図１１Ａと図１１Ｂの違いは、ＧＮＤの配置の変更だけである。ここでは、図１１Ｂの説明も省略する。
　図１２は、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。図１２は、図１２Ａにフローティングディフュージョンゲート（ＦＤＧ：Floating Diffusion Gate）を更に備えたレイアウトを示し、図１２Ｂに、トランジスタＴＲ１～トランジスタＴＲ４に、ＳＥＬトランジスタ、ＲＳＴトランジスタ、ＡＭＰトランジスタを割り当てたレイアウトを示す。
　図１２Ａに示すように、固体撮像装置１００ｂにおいて、フローティングディフュージョンゲートトランジスタ（ＦＤＧ）は、高輝度被写体を撮像したときに、フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４で発生した信号電荷の全てをフローティングディフュージョンＦＤで蓄積することができるようにするために設けられる。フローティングディフュージョンゲートトランジスタ（ＦＤＧ）は、高輝度被写体撮像時にフローティングディフュージョンＦＤに対して容量Ｃｆｄを付加するためのトランジスタ（ＦＤＧ　Ｔｒ．）である。図１２Ｂでは、容量Ｃｆｄ２が並列で増やされている。この場合、容量Ｃｆｄ２は、接続配線により並列に接続されている。
　図１３に、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路を示す。図１３は、第３の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路図を示したものである。図１３の回路図では、図１２のレイアウトに対応しており、図１３Ａでは、フローティングディフュージョンゲートＦＤＧを設け、容量Ｃｆｄに容量Ｃｆｄ２が直列に配置され、また、図１３Ｂでは、フローティングディフュージョンゲートＦＤＧを設け、容量Ｃｆｄに容量Ｃｆｄ２が並列に配置されている。それ以外の構成は、図１０Ａと同一であるため、説明を省略する。
　＜６．第５の実施形態（固体撮像装置の例５）＞
　本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置において、第２画素分離領域が十字型を有する、固体撮像装置である。
　また、本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置において、オーバーフロー領域が、第１画素分離領域と十字型の第２画素分離領域とが近接する領域に形成される、固体撮像装置であってもよい。
　また、本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置において、第１画素分離領域と十字型の第２画素分離領域との近接する距離が、同一である、又は、異なる、固体撮像装置であってもよい。
　この場合、十字型の第２画素分離領域の少なくとも一部が、第１画素分離領域に接続される、固体撮像装置であってもよい。
　図１４を用いて、本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置について説明する。図１４は、固体撮像装置１００における第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置の例を示した平面図である。特に断りがない限り、「上」とは、図１４中の上方向を意味し、「右」とは、図１４中の右方向を意味するものとする。
　図１４は、図１４Ａに、第２画素分離領域ＤＴＩ２が十字型を有する、固体撮像装置を示している。図１４Ａに示す固体撮像装置は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の幅が幅Ｗ１となっている。一方、第２画素分離領域ＤＴＩ２の幅が幅Ｗ２となっている。第２画素分離領域ＤＴＩ２が第１画素分離領域ＤＴＩ１の中心に設けられることにより、第２画素分離領域ＤＴＩ２は、サブピクセル１Ｌ、サブピクセル１Ｒ、サブピクセル２Ｌ及びサブピクセル２Ｒに分離している。
　第１画素分離領域ＤＴＩ１の幅Ｗ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の幅Ｗ２は、それぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。なお、好ましくは、第１画素分離領域ＤＴＩ１の幅Ｗ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の幅Ｗ２とが同一であることが望ましい。第１画素分離領域ＤＴＩ１の幅Ｗ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の幅Ｗ２とが同一であれば、光電変換する際の光電変換の特性が安定することが想定される。また、第２画素分離領域ＤＴＩ２の少なくとも一部が、第１画素分離領域ＤＴＩ１に接続されていてもよい。
　図１４Ｂに、第２画素分離領域ＤＴＩ２の少なくとも一部が、第１画素分離領域ＤＴＩ１に接続されている、固体撮像装置を示している。図１４Ｂでは、十字型の第２画素分離領域ＤＴＩ２が、第1画素分離領域ＤＴＩ１の左右の側壁に接続されている。この場合、オーバーフローは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２とが分離されていない領域（間隙）により行われる。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒ、及び、サブピクセル２Ｌとサブピクセル２Ｒとにおいて、分離されていない領域（間隙）で行われる。
　また、オートフォーカス動作時には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒ、及び、サブピクセル２Ｌとサブピクセル２Ｒにより得られる位相差信号により、実施することができる。また、画像信号は、サブピクセル１Ｌ、サブピクセル１Ｒ、サブピクセル２Ｌ及びサブピクセル２Ｒの信号を合算したもので構成されてもよく、また、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒを合算したもの、及び、サブピクセル２Ｌとサブピクセル２Ｒを合算したものを、それぞれ別の画像信号とすることもできる。
　図１４Ｃに、第２画素分離領域ＤＴＩ２の少なくとも一部が、第１画素分離領域ＤＴＩ１に接続されている、固体撮像装置を示している。図１４Ｃでは、十字型の第２画素分離領域ＤＴＩ２が、第１画素分離領域ＤＴＩ１の上下の側壁に接続されている。この場合、オーバーフローは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２とが分離されていない領域（間隙）により行われる。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌ、及び、サブピクセル１Ｒとサブピクセル２Ｒとにおいて、分離されていない領域（間隙）で行われる。
　また、オートフォーカス動作時には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌ、及び、サブピクセル１Ｒとサブピクセル２Ｒにより得られる位相差信号により、実施することができる。また、画像信号は、サブピクセル１Ｌ、サブピクセル２Ｌ、サブピクセル１Ｒ及びサブピクセル２Ｒの信号を合算したもので構成されてもよく、また、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌを合算したもの、及び、サブピクセル２Ｌとサブピクセル２Ｒを合算したものを、それぞれ別の画像信号とすることもできる。
　図１５を用いて、第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置の変形例を示す。図１５は、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間隔が異なる場合の平面図を示す。特に断りがない限り、「上」とは、図１５中の上方向を意味し、「右」とは、図１５中の右方向を意味するものとする。
　図１５Ａに示す固体撮像装置では、第２画素分離領域ＤＴＩ２と第１画素分離領域ＤＴＩ１とにおいて、左右方向に分断されていない間隙ａが、上下方向に分断されていない間隙ｂよりも広くなっている。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒとの間に形成される間隙ａは、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌとの間に形成される間隙ｂよりも、広くなっている。
　一方、図１５Ｂに示す固体撮像装置では、第２画素分離領域ＤＴＩ２と第１画素分離領域ＤＴＩ１とにおいて、上下方向に分断されていない間隙ａが、左右方向に分断されていない間隙ｂよりも広くなっている。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌとの間に形成される間隙ａは、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒとの間に形成される間隙ｂよりも、広くなっている。
　次に、オーバーフロー領域ＯＦについて、図１６を用いて説明する。図１６は、オーバーフロー領域ＯＦが形成される場所を示した平面図である。オーバーフロー領域ＯＦは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間に形成される間隙の全てに（例えば、４カ所）オーバーフロー領域ＯＦを設けるようにしてもよい。
　図１６Ａは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間に形成される間隙の全てにオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１、オーバーフロー領域ＯＦ２、オーバーフロー領域ＯＦ３、オーバーフロー領域ＯＦ４）を形成した例を示している。
　また、図１６Ｂは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間に形成される間隙のうち、左右方向の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１、オーバーフロー領域ＯＦ３）を形成した例を示している。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒとの間の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ１を形成し、サブピクセル２Ｌとサブピクセル２Ｒとの間の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ３を形成している。
　また、図１６Ｃは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間に形成される間隙のうち、上下方向の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ２、オーバーフロー領域ＯＦ４）を形成した例を示している。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌとの間の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ４を形成し、サブピクセル１Ｒとサブピクセル２Ｒとの間の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ２を形成している。
　次に、オーバーフロー領域ＯＦの濃度について、図１７を用いて説明する。図１７は、オーバーフロー領域ＯＦが形成される場所を示した平面図である。
　図１７Ａは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間に形成される間隙の全てにオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１、オーバーフロー領域ＯＦ２、オーバーフロー領域ＯＦ３、オーバーフロー領域ＯＦ４）を形成した例を示している。
　図１７Ａでは、オーバーフロー領域ＯＦ１及びオーバーフロー領域ＯＦ３が、オーバーフロー領域ＯＦ２及びオーバーフロー領域ＯＦ４よりもＰ型領域の不純物濃度が低い場合か、オーバーフロー領域ＯＦ１及びオーバーフロー領域ＯＦ３がＮ型領域になっている場合か、又は、オーバーフロー領域ＯＦ１及びオーバーフロー領域ＯＦ３が、オーバーフロー領域ＯＦ２及びオーバーフロー領域ＯＦ４よりもＮ型領域の不純物濃度が高い場合を示している。
　図１７Ｂでは、オーバーフロー領域ＯＦ１及びオーバーフロー領域ＯＦ３は、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の間隙に形成されている。この場合、オーバーフロー領域ＯＦ１とオーバーフロー領域ＯＦ３とにおいて、Ｐ型領域の不純物濃度に差異を設けるようにしてもよい。
　図１７Ｃでは、オーバーフロー領域ＯＦ２及びオーバーフロー領域ＯＦ４は、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の間隙に形成されている。この場合、オーバーフロー領域ＯＦ２とオーバーフロー領域ＯＦ４とにおいて、Ｐ型領域の不純物濃度に差異を設けるようにしてもよい。
　次に、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の単位画素をアレイ状に配置する場合について説明する。
　図１８は、図１４Ａに示した第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。図１９は、図１８に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示したものである。
　１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
　図２０は、図１４Ｂに示した第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。図２１は、図２０に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
　１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
　図２２は、図１４Ｃに示した第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。図２３は、図２２に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示したものである。
　１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
　図２４は、図１４Ｂに示した配置例と、図１４Ｃに示した配置例と、を交互にアレイ状に配置した平面図を示したものである。図２５は、図２４に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
　１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
　図２６は、図１４Ｂに示した配置例と、図１４Ｃに示した配置例と、を交互にアレイ状に配置し、縦方向に同一の形状が揃うように配置された平面図を示したものである。図２７は、図２６に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
　１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
　図２８は、図１４Ｂに示した配置例を横方向に一列に配置するとともに、図１４Ｃに示した配置例を横方向に一列に配置し、それを交互にアレイ状に配置された平面図を示したものである。図２９は、図２８に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
　１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
　＜７．第６の実施形態（固体撮像装置の例６）＞
　本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置において、トランスファーゲートＴＧに３値以上の電圧を供給する電源を更に備える、固体撮像装置である。
　また、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置において、トランスファーゲートＴＧに供給する電圧を昇降する昇圧回路を更に備える、固体撮像装置であってもよい。
　図３０に、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置が、トランスファーゲートＴＧに３値以上の電圧を供給する電源を更に備える構成を示す。図３０は、第６の実施形態の固体撮像装置１の構成例を示すブロック図である。
　図３０に示すように、固体撮像装置１は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサとして構成される。固体撮像装置１は、図示しない半導体基板（例えばＳｉ基板）に複数の画素１ａが規則的に２次元アレイ状に配列された画素領域（画素アレイ）２と、周辺回路部とを有する。
　画素１ａは、光電変換部（例えばフォトダイオード）と、複数の画素トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）を有する。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、および増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成される。また、複数の画素トランジスタは、選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。なお、単位画素の等価回路は周知な技術と同様であるので、詳細な説明は省略する。
　また、画素１ａは、１つの単位画素として構成することもできるし、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードが、フローティングディフュージョン及び複数の転送トランジスタ以外の他のトランジスタを共有する構造である。即ち、共有画素では、複数の単位画素を構成するフォトダイオードおよび転送トランジスタが、他の１つずつの画素トランジスタを共有して構成される。
　周辺回路部は、レベルシフタ３と、レジスタｌｏｇｉｃ４と、ＡＤ変換器５と、出力回路６と、電源７と、電源８と、電源９とを備えている。
　レベルシフタ３は、電源７、電源８及び電源９と接続されており、画素アレイ２において配列されている複数の画素１ａに印加する電圧を決定する。レベルシフタ３がトランスファーゲートＴＧに印加する電圧は、信号読み出し時には、“Ｈｉｇｈ電位”、オートフォーカス動作時の信号蓄積時には、“Ｌｏｗ電位１”、ダイナミックレンジ動作時には、オーバーフローをさせない“Ｌｏｗ電位２”を供給する。レベルシフタ３は、“Ｈｉｇｈ電位”、“Ｌｏｗ電位１”、“Ｌｏｗ電位２”の３種類の電圧を印加するため、“Ｈｉｇｈ電位”から“Ｌｏｗ電位１”へ電圧を変更するレベルシフト回路、“Ｌｏｗ電位１”から“Ｌｏｗ電位２”へ電圧を変更するレベルシフト回路、及び“Ｈｉｇｈ電位”から“Ｌｏｗ電位２”へ電圧を変更するレベルシフト回路を有している。また、レベルシフタ３を構成するこれら３つのレベルシフト回路のそれぞれには、２種類の電源が接続されている。
　レジスタｌｏｇｉｃ４は、例えば、シフトレジスタによって構成される。レジスタｌｏｇｉｃ４は、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。即ち、レジスタｌｏｇｉｃ４は、画素アレイ２の各画素１ａを行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、レジスタｌｏｇｉｃ４は、各画素１ａの光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、ＡＤ（Analog to Digital）変換器５に供給する。
　ＡＤ変換器５は、例えば、画素１ａの列毎に配置される。ＡＤ変換器５は、１行分の画素１ａから出力される信号に対して画素列毎に、ノイズ除去などの信号処理を行う。具体的には、ＡＤ変換器５は、画素１ａ固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳ（Correlated Double Sampling）や、信号増幅、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換等の信号処理を行う。
　出力回路６は、ＡＤ変換器５から水平信号線を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路６は、例えば、バッファリングだけ行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等を行う場合もある。
　電源７、電源８及び電源９は、“Ｈｉｇｈ電位”、“Ｌｏｗ電位１”、“Ｌｏｗ電位２”の３種類の電圧のうち重複しないいずれか１つの電圧をレベルシフタ３に供給する。
　図３１に、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置の複数の画素１ａが２次元アレイ状に配列され、電源が供給される構成を示したブロック図である。図３１は、３つの電圧が供給される第６の実施形態の固体撮像装置のブロック図である。なお、図３１の固体撮像装置１は、複数の画素１ａが２次元アレイ状に配列されていることを示しており、基本的な構成は、図３０の固体撮像装置１と同様である。そのため、詳細な説明は省略する。なお、図３１において、電源７は、－１．２［Ｖ］、電源８は、－０．５［Ｖ］、電源９は、２．８［Ｖ］を供給するものとする。
　図３２に、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置の電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図を示す。図３２は、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置の電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図である。
　図３２に示すように、画素１ａは、電源７が昇圧回路７ａにより構成され、電源８が昇圧回路８ａにより構成されている。その他の構成は、図３１の固体撮像装置１と同一であるため、説明を省略する。
　昇圧回路７ａ及び昇圧回路８ａは、画素１ａ内に設けられたチャージポンプ回路等により構成された昇圧回路である。この場合、昇圧回路７ａは、－１．２［ｖ］を印加し、昇圧回路８ａは、－０．５［Ｖ］を印加する。
　図３３に、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置１ｂの電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図を示す。図３３は、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置１ｂの電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図である。
　図３３に示すように、固体撮像装置１ｂは、電源７が昇圧回路７ａにより構成され、電源９が昇圧回路９ａにより構成されている。その他の構成は、図３１の固体撮像装置１と同一であるため、説明を省略する。
　昇圧回路７ａ及び昇圧回路９ａは、画素１ａ内に設けられたチャージポンプ回路等により構成された昇圧回路である。この場合、昇圧回路７ａは、－１．２［ｖ］を印加し、昇圧回路９ａは、２．８［Ｖ］を印加する。
　このように、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置は、電源回路や昇圧回路により３つの電圧をトランスファーゲートＴＧに供給するようになっている。
　図３４に、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置の画素アレイ２の構成を示す。図３４は、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置の画素アレイ２の構成を示したブロック図である。
　図３４に示すように、画素アレイ２は、複数の画素１ａがｉ行×ｎ列で表されている。これにより、ｉ行×ｎ列で構成される複数の画素１ａのトランスファーゲートＴＧに３つの電圧を印加することができる。
　＜８．第７の実施形態（固体撮像装置の例７）＞
　まず、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを一つの固体撮像装置で行う場合について説明する。
　従来のデュアルピクセル型の画素において、全画素でオートフォーカス（ＡＦ）動作を行う場合、二つの分割フォトダイオードで構成されたフォトダイオード（一つの画素）上に、同色のカラーフィルタ及び一つのマイクロレンズが設けられている。このようなデュアルピクセル型の画素では、分割フォトダイオードのそれぞれが、結像光学系の一部分を通過した光を受光する。
　オートフォーカス動作を行う場合、固体撮像装置は、各分割フォトダイオードの像ズレを検出して被写体までの距離を測り、その測距情報を用いた信号処理によって、像を合焦させる。このとき、各分割フォトダイオードの像ズレ量の検出精度を決めるパラメータの一つが、非合焦時の分割サブピクセル間の信号差を表す信号分離比である。
　一方、同様の構成を有する固体撮像装置において、サブピクセル間で異なる露光時間制御を行い、露光時間の異なる信号を信号処理で合成して広い露光領域での画像構築を行い、ダイナミックレンジを拡げるＨＤＲ（High Dynamic Range）動作を行う場合もある。
　デュアルピクセル型の画素において、全画素でオートフォーカス（ＡＦ）動作とＨＤＲ動作とを両立させる場合には、次のような問題がある。
　すなわち、オートフォーカス（ＡＦ）信号を得るために像ずれ量を検出するには、各サブピクセルに対して共通の集光手段が必要となる。このような集光手段を用いた場合、マイクロレンズを通過した入射光が、サブピクセルの境界部分に形成された画素分離領域に集光されてしまう。このため、サブピクセル間のクロストークが顕著となり、像ズレ情報の検出精度が低下しやすくなる。画素サイズが微細化された固体撮像装置では、サブピクセルサイズも同時に縮小されてサブピクセル間のクロストークがより生じやすくなり、像ズレ情報の検出精度がより低下しやすくなる。
　また、上述したデュアルピクセル型の画素において、ＨＤＲ信号取得時に、露光時間の異なるサブピクセル間でクロストークが発生すると、本来同じ画像信号が入射していなくてはならないサブピクセル間で異なる信号が入射されることになる。この場合、サブピクセル間で感度差が発生し、クロストークに起因するＨＤＲ信号合成時の信号非線形性や感度差による固定パターン雑音が発生し、画質が低下するという問題が発生する。このような画質の低下を抑制するためには、ＨＤＲ動作を行う場合には、各サブピクセルの境界部分に形成された画素分離領域への光照射が無く、サブピクセル間のクロストークが十分低減できるようにする必要がある。
　従って、デュアルピクセル型の画素において、オートフォーカス動作とＨＤＲ動作を両立するためには、光学的に相反した要請がある。
　本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置は、サブピクセル間のクロストークを十分低減させ、デュアルピクセル型の画素において、オートフォーカス動作とＨＤＲ動作を両立させる。
　本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第１集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、を備える固体撮像装置である。
　本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを高精度で両立させることができる。
　以下、図３５から図３７を参照して、本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００１について詳細に説明する。
　図３５に、本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００１のレイアウトを示す。図３５は、４画素で構成される固体撮像装置１００１の平面図である。図３６に、本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００のレイアウトを示す。図３６は、１画素を構成する固体撮像装置１００の平面図である。特に断りがない限り、「上」とは、各図中の上方向を意味し、「下」とは、各図中の下方向を意味するものとする。
　固体撮像装置１００１は、２×２の４つの固体撮像装置１００（図３５中では、固体撮像装置１０１～固体撮像装置１０４）を有している。
　固体撮像装置１００には、カラーフィルタＣＦが設けられている。具体的には、固体撮像装置１０１には、カラーフィルタＣＦ１が設けられている。固体撮像装置１０２には、カラーフィルタＣＦ２が設けられている。固体撮像装置１０３には、カラーフィルタＣＦ３が設けられている。固体撮像装置１０４には、カラーフィルタＣＦ４が設けられている。図３６は、固体撮像装置１００のレイアウトの平面図を、固体撮像装置１００のレイアウトの平面図として示したものである。
　図３５及び図３６に示すように、固体撮像装置１００は、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）から構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域ＤＴＩ１と、第１画素分離領域ＤＴＩ１によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域ＤＴＩ２と、を備えて構成されている。また、固体撮像装置１００１は、単位画素の全体を覆う第１集光部であるマイクロレンズＬＳ１（第１のレンズ）と、固体撮像装置１００のサブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部である第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと、を備えて構成されている。
　固体撮像装置１００１は、第１集光部であるマイクロレンズＬＳ１と、第２集光部である第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと、を備える点で、固体撮像装置１０００と相違する。また、固体撮像装置１００は、オーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１～オーバーフロー領域ＯＦ４）を必須としない点で、固体撮像装置１０００と相違する。
　なお、図３５の固体撮像装置１００１及び図３６の固体撮像装置１００では、第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２と、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４以外の各部については省略している。
　図３７に、本技術を適用した第７の実施形態の固体撮像装置１００１の断面の構成を示す。図３７は、図３５に示す固体撮像装置１００１（固体撮像装置１０１及び１０２）のＥ－Ｅ’断面の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図３７中の上方向を意味し、「下」とは、図３７中の下方向を意味する。
　図３７に示すように、マイクロレンズＬＳ１は、固体撮像装置１０１及び１０２の上部（光入射側）に設けられている。マイクロレンズＬＳ１は、カラーフィルタＣＦ１、ＣＦ２上にそれぞれ配置され、固体撮像装置１０１の第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４の全体を覆うように設けられている。
　同様に、マイクロレンズＬＳ１は、固体撮像装置１０３及び１０４の上部にもそれぞれ設けられている。すなわち、マイクロレンズＬＳ１は、カラーフィルタＣＦ３及びＣＦ４上にそれぞれ配置され、固体撮像装置１０１の第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４の全体を覆うように設けられている。
　固体撮像装置１０１～１０４のそれぞれの上に設けられたマイクロレンズＬＳ１は、それぞれ別体に形成されていても良く、一体に形成されたマイクロレンズアレイであっても良い。
　マイクロレンズＬＳ１は、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。マイクロレンズＬＳ１を構成する材料としては、例えば屈折率が１．５以上１．６以下である材料が好ましい。このような材料としては、アクリル系樹脂材料等の有機材料が用いられる。
　図３７に示すように、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄは、マイクロレンズＬＳ１と、固体撮像装置１０１との間に設けられている。より具体的に、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄは、マイクロレンズＬＳ１と、固体撮像装置１０１上に設けられたカラーフィルタＣＦ１と、の間に設けられている。
　図３５及び図３６に示すように、第２のレンズＬＳ２Ａは、固体撮像装置１０１～１０４の第１のサブピクセルＳＰ１をそれぞれ覆うように設けられている。同様に、第２のレンズＬＳ２Ｂ～ＬＳ２Ｄは、固体撮像装置１０１～１０４の第２のサブピクセルＳＰ２～第４のサブピクセルＳＰ４をそれぞれ覆うように設けられている。
　第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４のそれぞれの上に設けられた第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄは、それぞれ別体に形成されていても良く、一体に形成されたレンズアレイであっても良い。
　第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄは、マイクロレンズＬＳ１と比較して高い屈折率を有する材料により形成されている。第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄを構成する材料としては、例えば屈折率が１．６超である材料が好ましい。このような材料としては、窒化ケイ素等の無機材料や、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物及びチタン酸化物等の金属酸化物が用いられる。
　第２集光部は、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄとともに、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと固体撮像装置１０１～１０４との間に設けられた低屈折率層ＬＬを含んでいても良い。
　低屈折率層ＬＬは、マイクロレンズＬＳ１及び第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。低屈折率層ＬＬを構成する材料としては、例えば屈折率が１．２以上１．３以下である材料が好ましく、金属酸化物等が用いられる。
　以上説明したように、本技術を適用した第７の実施形態の固体撮像装置１００１は、単位画素（固体撮像装置１０１～１０４）それぞれの全体を覆うマイクロレンズＬＳ１と、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４のそれぞれを覆う複数の第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄとを有している。
　固体撮像装置１００１では、オートフォーカス（ＡＦ）信号を得るＡＦ動作時には、各サブピクセルに、共通の集光手段であるマイクロレンズＬＳ１により集光された光を入射させ、各サブピクセル間で像ずれした異なる画像情報を得ることができる。また、固体撮像装置１００１では、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄにより、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４間に配置された第２画素分離領域ＤＴＩ２に光が集光されないようにすることができる。
　固体撮像装置１００１では、画素が微細化されていても第２画素分離領域ＤＴＩ２への光照射によるクロストークが低減する。固体撮像装置１００１では、ＡＦ動作時に高い分離比を持つ位相差信号が得られ、像ずれの検出感度が向上するとともに、ＨＤＲ動作時にＨＤＲ信号合成後の信号非線形性や固定パターンノイズによる解像度低下が抑制され、高画質の再生画像を得ることができる。
　本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置１００１によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
　なお、第７の実施形態では、固体撮像装置１００１が、第１の実施形態と同様の固体撮像装置１００（１０１～１０４）を有する場合について説明したが、これに限られない。すなわち、固体撮像装置１００１は、固体撮像装置１００に替えて、第２の実施形態の固体撮像装置１０１（図６参照）、第３の実施形態の固体撮像装置１０２（図７参照）、第４～第６の実施形態の固体撮像装置１００を有していても良い。
　＜９．第８の実施形態（固体撮像装置の例８）＞
　本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第１集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、単位画素をそれぞれ覆うカラーフィルタと、平面視でカラーフィルタを取り囲むように設けられた遮光層と、を備える固体撮像装置である。
　本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とをより高精度で両立させることができる。
　以下、図３８から図４１を参照して、本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００２について詳細に説明する。
　図３８に、本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００２のレイアウトを示す。図３８は、４画素で構成される固体撮像装置１００２の平面図である。なお、図３８の固体撮像装置１００２では、第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２と、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４以外の各部については省略している。
　固体撮像装置１００２は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の上部に設けられた遮光層ＢＬ１を有する点で、第７の実施形態の固体撮像装置１００１と相違する。以下の説明では、遮光層ＢＬ１以外の各部の説明は省略する。
　図３９に、本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置１００２の断面の構成を示す。図３９は、図３８に示す固体撮像装置１００２（固体撮像装置１０１及び１０２）のＦ－Ｆ’断面の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図３９中の上方向を意味し、「下」とは、図３９中の下方向を意味する。
　図３８及び図３９に示すように、遮光層ＢＬ１は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の上部に設けられ、平面視で、固体撮像装置１００上に設けられたカラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４をそれぞれ取り囲むように設けられる。
　遮光層ＢＬ１は、異なる色のカラーフィルタを区切るように設けられていればよい。すなわち、遮光層ＢＬ１は、隣接する固体撮像装置１００上に同色のカラーフィルタが設けられた場合には、必ずしも第１画素分離領域ＤＴＩ１の上部に設けられていなくても良い。
　遮光層ＢＬ１は、マイクロレンズＬＳ１を介して入射した光を遮光する材料で形成されていればよく、例えばタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成された金属層である。
　以上説明したように、本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置１００２は、平面視で、固体撮像装置１００上に設けられたカラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４をそれぞれ取り囲むように設けられた遮光層ＢＬ１を有している。また、固体撮像装置１００２は、単位画素である固体撮像装置１００（１０１～１０４）それぞれの全体を覆うマイクロレンズＬＳ１と、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４のそれぞれを覆う複数の第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄとを有している。
　このため、本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置１００２によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
　また、本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置１００２によれば、遮光層ＢＬ１により、カラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４に入射した光が、隣接する他のカラーフィルタに入射することを防止する。また、固体撮像装置１００２では、単位画素ごとに設けられたマイクロレンズＬＳ１により集光した光が遮光層ＢＬ１に照射されることを防止することができる。これにより、本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置１００２では、クロストークを低減して各固体撮像装置１００での感度の低下を防止するとともに、光学混色の増加を防止することができる。
＜変形例＞
（１）変形例１
　図４０に、本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置１００２の第１の変形例である固体撮像装置１００２Ａの断面図の一例を示す。
　固体撮像装置１００２Ａは、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）から構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域ＤＴＩ１と、第１画素分離領域ＤＴＩ１によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域ＤＴＩ２と、を備えて構成されている。また、固体撮像装置１００１は、単位画素の全体を覆う第１集光部であるマイクロレンズＬＳ１と、固体撮像装置１００のサブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部である第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと、マイクロレンズＬＳ１と第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄとの間に設けられた中間レンズ層ＬＳ３と、平面視でカラーフィルタを取り囲むように設けられた遮光層ＢＬ１と、を備える固体撮像装置である。
　固体撮像装置１００２Ａは、中間レンズ層ＬＳ３を有する点で、固体撮像装置１００２と相違する。
　以下、中間レンズ層ＬＳ３について説明する。
　中間レンズ層ＬＳ３は、マイクロレンズＬＳ１と比較して高い屈折率を有し、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。中間レンズ層ＬＳ３を構成する材料としては、金属酸化物が挙げられる。
　中間レンズ層ＬＳ３は、マイクロレンズＬＳ１が有機材料（屈折率１．５以上１．６以下）で形成され、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄがチタン酸化物（屈折率約２．５）で形成された場合には、例えば、アルミニウム酸化物（屈折率約１．７）、タンタル酸化物（屈折率約２．１）によって形成される。
　なお、中間レンズ層ＬＳ３は、１層構造に限られず、複数層構造であってもよい。中間レンズ層ＬＳ３が複数層構造である場合、マイクロレンズＬＳ１から第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄに近づくにつれて徐々に屈折率が大きくなるように各層の材料が選択される。
　以上説明したように、変形例１の固体撮像装置１００２Ａでは、中間レンズ層ＬＳ３Ａ～ＬＳ３Ｄを設けることにより、マイクロレンズＬＳ１と中間レンズ層ＬＳ３Ａ～ＬＳ３Ｄ、中間レンズ層ＬＳ３Ａ～ＬＳ３Ｄと第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄとの間の屈折率の差を小さくすることができる。このため、マイクロレンズＬＳ１から入射した光が各レンズの境界で反射しにくくなり、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４への光の入射量が低減しにくくなり、感度の低下を防止することができる。
（２）変形例２
　図４１に、本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置１００２の第２の変形例である固体撮像装置１００２Ｂの断面図の一例を示す。
　固体撮像装置１００２Ｂは、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）から構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域ＤＴＩ１と、第１画素分離領域ＤＴＩ１によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域ＤＴＩ２と、を備えて構成されている。また、固体撮像装置１００１は、単位画素の全体を覆う第１集光部であるマイクロレンズＬＳ１と、固体撮像装置１００のサブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部である第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと、マイクロレンズＬＳ１と第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄとの間に設けられた中間レンズ層ＬＳ３Ａ～ＬＳ３Ｄと、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄの中間レンズ層ＬＳ３Ａ～ＬＳ３Ｄとは反対側の面に設けられた光透過層ＴＬ１と、平面視でカラーフィルタを取り囲むように設けられた遮光層ＢＬ１と、を備える固体撮像装置である。
　固体撮像装置１００２Ｂは、中間レンズ層ＬＳ３Ａ～ＬＳ３Ｄと、光透過層ＴＬ１とを有する点で、変形例１の固体撮像装置１００２と相違する。中間レンズ層ＬＳ３Ａ～ＬＳ３Ｄは、変形例１の固体撮像装置１００２Ａの中間レンズ層ＬＳ３Ａ～ＬＳ３Ｄと同様の構成であるため、説明を省略する。
　以下、光透過層ＴＬ１について説明する。
　光透過層ＴＬ１は、マイクロレンズＬＳ１と比較して高い屈折率を有し、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。光透過層ＴＬ１は、中間レンズ層ＬＳ３Ａ～ＬＳ３Ｄと同一の材料また、同一の屈折率を有する他の材料で形成されていても良い。光透過層ＴＬ１を構成する材料としては、金属酸化物が挙げられる。
　なお、光透過層ＴＬ１は、１層構造に限られず、複数層構造であってもよい。光透過層ＴＬ１が複数層構造である場合、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄから低屈折率層ＬＬ（低屈折率層ＬＬが設けられていない場合にはカラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４）に近づくにつれて徐々に屈折率が小さくなるように各層の材料が選択される。
　また、光透過層ＴＬ１は、固体撮像装置１００２の低屈折率層ＬＬに替えて設けられてもよく、低屈折率層ＬＬとともに設けられていても良い。光透過層ＴＬ１を低屈折率層ＬＬと共に設ける場合には、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと低屈折率層ＬＬとの間に光透過層ＴＬ１を設けて、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄから低屈折率層ＬＬに近づくにつれて徐々に屈折率が小さくなるように材料が選択される。
　以上説明したように、変形例２の固体撮像装置１００２Ｂでは、光透過層ＴＬ１を設けることにより、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと光透過層ＴＬ１、光透過層ＴＬ１と第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４との間の屈折率の差を小さくすることができる。このため、マイクロレンズＬＳ１から入射した光が各レンズの境界で反射しにくくなり、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４への光の入射量が低減しにくくなり、感度の低下を防止することができる。
　＜１０．第９の実施形態（固体撮像装置の例９）＞
　本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第１集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、を備える固体撮像装置である。第９の実施形態の固体撮像装置では、第２集光部が、第１画素分離領域及び第２画素分離領域の上部に設けられた遮光層と、サブピクセルの上部であって遮光層で囲まれる領域に設けられ、遮光層よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有している。
　本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とをより高精度で両立させることができる。
　以下、図４２から図４６を参照して、本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００３について詳細に説明する。
　図４２に、本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００３のレイアウトを示す。図４２は、４画素で構成される固体撮像装置１００３の平面図である。なお、図４２の固体撮像装置１００３では、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４内の詳細の構造については省略している。
　固体撮像装置１００３は、第２集光部の構成が、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄとは異なる構成を有している点で、第７の実施形態の固体撮像装置１００１と相違する。以下の説明では、第２集光部以外の各部の説明は省略する。
　図４３に、本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置１００３が有する固体撮像装置１００の平面図において、マイクロレンズＬＳ１及びカラーフィルタＣＦ１を不図示とした場合の第２集光部の平面構成を示す。
　図４４に、本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置１００３の断面の構成を示す。図４４は、図４２に示す固体撮像装置１００３（固体撮像装置１０１及び１０２）のＧ－Ｇ’断面の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図４４中の上方向を意味し、「下」とは、図４４中の下方向を意味する。
　図４３及び図４４に示すように、第２集光部は、少なくとも第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２の上部に設けられた遮光層ＢＬ２を有している。また、第２集光部は、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４の上部であって、遮光層ＢＬ２で囲まれる領域に設けられた光透過層ＴＬ２（ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄ）を有している。
　図４４に示すように、遮光層ＢＬ２の断面形状（遮光層ＢＬ２の延伸方向と直交する方向における断面（図４４で示す断面）形状）は、マイクロレンズＬＳ１側に近づくに従って徐々に幅が狭くなる形状であることが好ましい。例えば、遮光層ＢＬ２の断面形状は、テーパ形状又は三角形状となっていることが好ましい。これにより、マイクロレンズＬＳ１から入射した光の導波路となる光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄの断面が逆テーパ形状に形成され、入射光を第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４に取り込みやすくすることができる。
　また、遮光層ＢＬ２は、カラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４よりも厚く形成され、遮光層ＢＬ２の上部がカラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４の上面（光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄと対向する面）よりもマイクロレンズＬＳ１方向に突出するように設けられることが好ましい。これにより、カラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４の上面に設けられた光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄのそれぞれを、遮光層ＢＬ２によって分離することができる。
　遮光層ＢＬ２は、光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。これにより、遮光層ＢＬ２は、遮光層として機能し、マイクロレンズＬＳ１で集光した光を光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄに反射させて、光を第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４のそれぞれに導く。また、遮光層ＢＬ２は、カラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４に入射した光が、隣接する他のカラーフィルタに入射することを防止する。
　遮光層ＢＬ２は、例えば屈折率が１．３以下である材料が好ましく、屈折率が低い程好ましい。このような材料としては、金属酸化物等が用いられる。
　光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄは、カラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４上にそれぞれ設けられ、固体撮像装置１００の第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４のそれぞれを覆うように設けられている。光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄは、断面が逆テーパ形状に形成されることが好ましい。これにより、カラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４に対して光が出射する光出射面（光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄの底面）よりも光の入射面（光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄの上面）の面積が広くなる。このため、入射光を第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４に取り込みやすくすることができる。
　なお、光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄは、カラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４と、固体撮像素子１００（１０１～１０４）との間に設けられていても良い。
　光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄは、マイクロレンズＬＳ１と同一の屈折率、又はマイクロレンズＬＳ１と比較して高い屈折率を有する材料で形成されていればよい。このような材料としては、例えばアクリル系樹脂材料等の有機材料、窒化ケイ素等の無機材料、又はアルミニウム酸化物、タンタル酸化物及びチタン酸化物等の金属酸化物等が用いられる。
　以上説明したように、本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置１００３は、第２集光部として、第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２の上部に設けられた遮光層ＢＬ２を有している。また、固体撮像装置１００３は、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４の上部であって遮光層ＢＬ２で囲まれる領域に設けられ、遮光層ＢＬ２よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄと、を有している。
　このため、本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置１００３によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
　また、本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置１００３によれば、遮光層ＢＬ２により、カラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４に入射した光が隣接する他のカラーフィルタに入射することを防止する。また、固体撮像装置１００３では、単位画素ごとに設けられたマイクロレンズＬＳ１により集光した光が第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２に照射されることを防止することができる。これにより、本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置１００３では、クロストークを低減して各固体撮像装置１００での感度の低下を防止するとともに、光学混色の増加を防止することができる。
＜変形例＞
（１）変形例１
　図４５に、本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置１００３の第１の変形例である固体撮像装置１００３Ａの断面図の一例を示す。
　固体撮像装置１００３Ａは、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第１集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、を備える固体撮像装置である。第９の実施形態の固体撮像装置では、第２集光部が、第１画素分離領域及び第２画素分離領域の上部に設けられた遮光層と、サブピクセルの上部であって遮光層で囲まれる領域に設けられ、遮光層よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、第１集光部及び光透過層の間に設けられた第１中間層とを有している。
　固体撮像装置１００３Ａは、第１画素分離領域ＤＴＩ１の上部に設けられた遮光層ＢＬ３と、第２画素分離領域ＤＴＩ２の上部に設けられた遮光層ＢＬ２と、第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄ（ＭＬ１Ｃ、ＭＬ１Ｄは図示せず）とを有する点で、固体撮像装置１００３と相違する。
　固体撮像装置１００３Ａは、第２画素分離領域ＤＴＩ２の上部に、遮光層ＢＬ２が設けられている。
　固体撮像装置１００３Ａは、第１画素分離領域ＤＴＩ１の上部に、遮光層ＢＬ１と遮光層ＢＬ２とが一体に形成された遮光層ＢＬ３が設けられている。遮光層ＢＬ３は、例えば遮光層ＢＬ１の側面及び上面の少なくとも一面を遮光層ＢＬ２が覆った状態で一体に形成されている。
　遮光層ＢＬ１は、第８の実施形態の固体撮像装置１００２における遮光層ＢＬ１と同様の構成である。遮光層ＢＬ１は、マイクロレンズＬＳ１を介して入射した光を遮光する材料で形成されていればよく、例えばタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成された金属層である。
　遮光層ＢＬ２は、第９の実施形態の固体撮像装置１００３における遮光層ＢＬ２と同様の構成である。遮光層ＢＬ２は、カラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４よりも厚く形成され、遮光層ＢＬ２の上部がカラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４の上面（光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄと対向する面）よりもマイクロレンズＬＳ１方向に突出するように設けられている。
　以下、第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄについて説明する。
　第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄは、光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄ上に設けられる。すなわち、第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄは、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４の上部に設けられる。
　第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄは、マイクロレンズＬＳ１と比較して高い屈折率を有し、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄを構成する材料としては、金属酸化物が挙げられる。
　第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄは、マイクロレンズＬＳ１が有機材料（屈折率１．５以上１．６以下）で形成され、第２のレンズＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄがチタン酸化物（屈折率約２．５）又はタンタル酸化物（屈折率約２．１）で形成された場合には、例えばアルミニウム酸化物（屈折率約１．７）によって形成される。
　なお、第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄは、１層構造に限られず、複数層構造であってもよい。第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄが複数層構造である場合、マイクロレンズＬＳ１から光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄに近づくにつれて徐々に屈折率が大きくなるように各層の材料が選択される。
　以上説明したように、変形例１の固体撮像装置１００３Ａでは、第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄを設けることにより、マイクロレンズＬＳ１と第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄ、第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄと光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄとの間の屈折率の差を小さくすることができる。このため、マイクロレンズＬＳ１から入射した光が各層の境界で反射しにくくなり、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４への光の入射量が低減しにくくなり、感度の低下を防止することができる。
（２）変形例２
　図４６に、本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置１００３の第２の変形例である固体撮像装置１００３Ｂの断面図の一例を示す。
　固体撮像装置１００３Ｂは、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第１集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、を備える固体撮像装置である。第９の実施形態の固体撮像装置では、第２集光部が、第１画素分離領域及び第２画素分離領域の上部に設けられた遮光層と、サブピクセルの上部であって遮光層で囲まれる領域に設けられ、遮光層よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、第１集光部及び光透過層の間に設けられた第１中間層と、光透過層とカラーフィルタの間に設けられた第２中間層と、を有している。
　固体撮像装置１００３Ｂは、光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄの下面に、第２中間層ＭＬ２Ａ～ＭＬ２Ｄを有する点で、変形例１の固体撮像装置１００３Ａと相違する。
　以下、第２中間層ＭＬ２Ａ～ＭＬ２Ｄについて説明する。
　第２中間層ＭＬ２Ａ～ＭＬ２Ｄは、光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄの下面に設けられる。すなわち、第２中間層ＭＬ２Ａ～ＭＬ２Ｄは、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４の上部に設けられる。
　第２中間層ＭＬ２Ａ～ＭＬ２Ｄは、第１中間層ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄと同様の材料により形成される。
　なお、第２中間層ＭＬ２Ａ～ＭＬ２Ｄは、１層構造に限られず、複数層構造であってもよい。第２中間層ＭＬ２Ａ～ＭＬ２Ｄが複数層構造である場合、光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２ＤからカラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４に近づくにつれて徐々に屈折率が小さくなるように各層の材料が選択される。
　以上説明したように、変形例２の固体撮像装置１００３Ｂでは、第２中間層ＭＬ２Ａ～ＭＬ２Ｄを設けることにより、光透過層ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄと第２中間層ＭＬ２Ａ～ＭＬ２Ｄ、第２中間層ＭＬ２Ａ～ＭＬ２ＤとカラーフィルタＣＦ１～ＣＦ４の間の屈折率の差を小さくすることができる。このため、マイクロレンズＬＳ１から入射した光が各層の境界で反射しにくくなり、第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４への光の入射量が低減しにくくなり、感度の低下を防止することができる。
　＜１１．第１０の実施形態（固体撮像装置の例１０）＞
　本技術に係る第１０の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第１～第９の実施形態の固体撮像装置において、第２画素分離領域、又は第１画素分離領域及び第２画素分離領域の双方が光を受光する受光面からシリコン基板Ｓまで貫通していない構成である、固体撮像装置である。
　図４７及び図４８は、第２画素分離領域ＤＴＩ２が、光を受光する受光面から、信号電荷が蓄積される光電変換素子（フォトダイオード）が形成されるシリコン基板Ｓまで貫通していない構成である場合の固体撮像装置１０５の断面図を示す。
　図４７に示すように、固体撮像装置１０５は、第７又は第８の実施形態の固体撮像装置１００に替えて用いられてもよい。また、図４８に示すように、固体撮像装置１０５は、第９の実施形態の固体撮像装置１００に替えて用いられてもよい。
　第１画素分離領域ＤＴＩ１は、光を受光する受光面から、信号電荷が蓄積される光電変換素子が形成されるシリコン基板Ｓまで貫通し、異なる色のカラーフィルタで覆われた画素（固体撮像装置１０１～１０４）同士の境界部分に設けられている。このため、第１画素分離領域ＤＴＩ１を備える固体撮像素子では、異なる色信号間の混色を防止することができる。
　また、第２画素分離領域ＤＴＩ２は、同一色のカラーフィルタで覆われた一画素内のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第４のサブピクセルＳＰ４）同士の境界部に設けられている。このため、同色画素内のサブピクセルＳＰ間での信号電子のオーバーフローを実現することができる。
　すなわち、図４７及び図４８に記載の構成では、異なる色のカラーフィルタで覆われた画素同士における異なる色信号の混色の防止と、同色のカラーフィルタで覆われた画素内のサブピクセルＳＰ間での信号電子のオーバーフローの実現を両立させることができる。
　図４９及び図５０は、第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２が、光を受光する受光面から、信号電荷が蓄積される光電変換素子（フォトダイオード）が形成されるシリコン基板Ｓまで貫通していない構成である場合の固体撮像装置１０６の断面図を示す。
　図４９に示すように、固体撮像装置１０６は、第７又は第８の実施形態の固体撮像装置１００に替えて用いられてもよい。また、図５０に示すように、固体撮像装置１０６は、第９の実施形態の固体撮像装置１００に替えて用いられてもよい。
　この場合、第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２を同一の高低で形成することができ、製造コストを低減させることができる。
　＜１２．第１１の実施形態（固体撮像装置の例１１）＞
　本技術に係る第１１の実施形態の固体撮像装置１００４は、第１画素分離領域ＤＴＩ１が、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１～第１６のサブピクセルＳＰ１６）から構成される複数の単位画素を分離する構成である、固体撮像装置１０７である。固体撮像装置１００４は、第１～第９の実施形態の固体撮像装置の代わりに用いても良い。
　図５１に示すように、固体撮像装置１０７は、十字型を有する第２画素分離領域ＤＴＩ２が複数設けられることにより、１つの単位画素が１６個のサブピクセル（第１のサブピクセルＳＰ１～第１６のサブピクセルＳＰ１６）に分割されている。
　＜１３．第１２の実施形態（電子装置の例）＞
　本技術に係る第１２の実施形態の電子装置は、固体撮像素子が搭載されて、固体撮像素子が、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、オーバーフロー領域が、第１のサブピクセルと第２のサブピクセルとの間に形成される、電子装置である。また、本技術に係る第１２の実施形態の電子装置は、本技術に係る第１の実施形態～第１１の実施形態の固体撮像装置が搭載された電子装置でもよい。
　＜１４．本技術を適用した固体撮像装置の使用例＞
　図５２は、イメージセンサとしての本技術に係る第１～第１１の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。
　上述した第１～第１１の実施形態の固体撮像装置は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングするさまざまなケースに使用することができる。すなわち、図５２に示すように、例えば、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野、交通の分野、家電の分野、医療・ヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、農業の分野等において用いられる装置（例えば、上述した第７の実施形態の電子装置）に、第１～第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
　具体的には、鑑賞の分野においては、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置に、第１～第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
　交通の分野においては、例えば、自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置に、第１～第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
　家電の分野においては、例えば、ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、第１～第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
　医療・ヘルスケアの分野においては、例えば、内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置に、第１～第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
　セキュリティの分野においては、例えば、防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置に、第１～第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
　美容の分野においては、例えば、肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置に、第１～第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
　スポーツの分野において、例えば、スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラプルカメラ等の、スポーツの用に供される装置に、第１～第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
　農業の分野においては、例えば、畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置に、第１～第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
　次に、本技術に係る第１～第１１の実施形態の固体撮像装置の使用例を具体的に説明する。例えば、上述で説明をした固体撮像装置１１０は、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図５３に、その一例として、電子機器１１１（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器１１１は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像素子１１０と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、固体撮像素子１１０およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３と、信号処理部３１２とを有する。
　光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１１０の画素部１１０ａへ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、固体撮像装置１１０への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、固体撮像装置１１０の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、固体撮像素子１１０から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
　なお、本技術に係る実施形態は、上述した実施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、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
　また、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
［１］２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
　前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
　前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
　前記オーバーフロー領域が、
　第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置。
［２］前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
　前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、及び、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、前記［１］に記載の固体撮像装置。
［３］前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第１のＰ型領域と前記第２のＰ型領域との間にＮ型領域が形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
　前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域、及び、前記第３のＰ型領域と前記第４のＰ型領域との間に形成される第５のＮ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、前記［１］又は［２］に記載の固体撮像装置。
［４］前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域の一方の内側と、当該一方の内側と対向する前記第１画素分離領域の他方の内側との間に前記オーバーフロー領域が含まれて形成され、
　前記オーバーフロー領域の深さが、
　前記オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、前記信号電荷が蓄積されるＮ形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成される、前記［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［５］前記第２画素分離領域が、
　前記複数の単位画素のそれぞれを２×２の前記サブピクセルに分離する、前記［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［６］前記第２画素分離領域が、
　十字型を有する、前記［１］乃至［５］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［７］前記オーバーフロー領域が、前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域とが近接する領域に形成される、前記［６］に記載の固体撮像装置。
［８］前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域との近接する距離が、同一である、又は、異なる、前記［６］又は［７］に記載の固体撮像装置。
［９］前記十字型の第２画素分離領域の少なくとも一部が、前記第１画素分離領域に接続される、前記［６］乃至［８］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１０］前記信号電荷をオーバーフローさせるための電圧制御を行うトランスファーゲートを更に備える、前記［１］乃至［９］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１１］前記トランスファーゲートに３値以上の電圧を供給する電源を更に備える、前記［１０］に記載の固体撮像装置。
［１２］前記トランスファーゲートに供給する電圧を昇降する昇圧回路を更に備える、前記［１０］又は［１１］に記載の固体撮像装置。
［１３］前記第２画素分離領域が、
　光を受光する受光面から、前記信号電荷が蓄積される光電変換素子が形成されるシリコン基板まで貫通している、前記［１］乃至［１２］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１４］２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
　前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
　前記単位画素の全体を覆う第１集光部と、
　前記サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、
　を備える固体撮像装置。
［１５］前記第１集光部及び前記第２集光部は、レンズである、
　前記［１４］に記載の固体撮像装置。
［１６］前記第１集光部は、レンズであり、
　前記第２集光部は、前記第１画素分離領域及び前記第２画素分離領域の上部に設けられた遮光部と、前記サブピクセルの上部であって前記遮光部で囲まれる領域に設けられ、前記遮光部よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有している、前記［１４］に記載の固体撮像装置。
［１７］前記第１集光部と前記光透過層との間に設けられ、前記第１集光部と比較して高い屈折率を有し、前記光透過層と比較して低い屈折率を有する材料により形成された中間層を備える、前記［１６］に記載の固体撮像装置。
［１８］前記第１画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料及び金属の少なくとも一方を含む材料により形成されており、
　前記第２画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料により形成されている、前記［１４］乃至［１７］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１９］前記サブピクセルと、前記第２集光部との間に設けられたカラーフィルタを備える、
　前記［１４］乃至［１８］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［２０］固体撮像装置が搭載されて、
　前記固体撮像装置が、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
　前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
　前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
　前記オーバーフロー領域が、
　第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、電子装置。
［２１］前記［１］乃至［１９］のいずれか１つに記載の固体撮像装置を備える電子装置。
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７　固体撮像装置
１０００、１００１、１００２、１００２Ａ、１００２Ｂ、１００３、１００３Ａ、１００３Ｂ　固体撮像装置
ＤＴＩ１　第１画素分離領域
ＤＴＩ２　第２画素分離領域
ＳＰ１～ＳＰ１６　第１～第１６のサブピクセル
ＯＦ、ＯＦ１～ＯＦ４　オーバーフロー領域
ＴＧ、ＴＧ１～ＴＧ４　トランスファーゲート
ＦＤ、ＦＤ１～ＦＤ４　フローティングディフュージョン
ＴＲ１～ＴＲ４　トランジスタ
ＰＤ１～ＰＤ４　フォトダイオード
ＰＲ１　第１のＰ型領域
ＰＲ２　第２のＰ型領域
ＰＲ３　第３のＰ型領域
ＰＲ４　第４のＰ型領域
ＮＲ　Ｎ型領域
ＮＣ　第５のＮ型領域
ＣＦ、ＣＦ１～ＣＦ４　カラーフィルタ
ＬＳ１　マイクロレンズ
ＬＳ２Ａ～ＬＳ２Ｄ　第２のレンズ
ＢＬ　遮光層
ＴＬ２Ａ～ＴＬ２Ｄ　光透過層
ＭＬ１Ａ～ＭＬ１Ｄ　第１中間層
ＭＬ２Ａ～ＭＬ２Ｄ　第２中間層

Claims (20)

  1. 　２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
    　前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
    　前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
    　前記オーバーフロー領域が、
    　第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置。
  2. 　前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
    　前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、及び、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第１のＰ型領域と前記第２のＰ型領域との間にＮ型領域が形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
    　前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域、及び、前記第３のＰ型領域と前記第４のＰ型領域との間に形成される第５のＮ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域の一方の内側と、当該一方の内側と対向する前記第１画素分離領域の他方の内側との間に前記オーバーフロー領域が含まれて形成され、
    　前記オーバーフロー領域の深さが、
    　前記オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、前記信号電荷が蓄積されるＮ形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成される、請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記第２画素分離領域が、
    　前記複数の単位画素のそれぞれを２×２の前記サブピクセルに分離する、請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記第２画素分離領域が、
    　十字型を有する、請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 　前記オーバーフロー領域が、前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域とが近接する領域に形成される、請求項６に記載の固体撮像装置。
  8. 　前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域との近接する距離が、同一である、又は、異なる、請求項６に記載の固体撮像装置。
  9. 　前記十字型の第２画素分離領域の少なくとも一部が、前記第１画素分離領域に接続される、請求項６に記載の固体撮像装置。
  10. 　前記信号電荷をオーバーフローさせるための電圧制御を行うトランスファーゲートを更に備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
  11. 　前記トランスファーゲートに３値以上の電圧を供給する電源を更に備える、請求項１０に記載の固体撮像装置。
  12. 　前記トランスファーゲートに供給する電圧を昇降する昇圧回路を更に備える、請求項１０に記載の固体撮像装置。
  13. 　前記第２画素分離領域が、
    　光を受光する受光面から、前記信号電荷が蓄積される光電変換素子が形成されるシリコン基板まで貫通している、請求項１に記載の固体撮像装置。
  14. 　２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
    　前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
    　前記単位画素の全体を覆う第１集光部と、
    　前記サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、
    　を備える、固体撮像装置。
  15. 　前記第１集光部及び前記第２集光部は、レンズである、
    　請求項１４に記載の固体撮像装置。
  16. 　前記第１集光部は、レンズであり、
    　前記第２集光部は、前記第１画素分離領域及び前記第２画素分離領域の上部に設けられた遮光部と、前記サブピクセルの上部であって前記遮光部で囲まれる領域に設けられ、前記遮光部よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有している、請求項１４に記載の固体撮像装置。
  17. 　前記第１集光部と前記光透過層との間に設けられ、前記第１集光部と比較して高い屈折率を有し、前記光透過層と比較して低い屈折率を有する材料により形成された中間層を備える、請求項１６に記載の固体撮像装置。
  18. 　前記第１画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料及び金属の少なくとも一方を含む材料により形成されており、
    　前記第２画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料により形成されている、請求項１４に記載の固体撮像装置。
  19. 　前記サブピクセルと、前記第２集光部との間に設けられたカラーフィルタを備える、請求項１４に記載の固体撮像装置。
  20. 　固体撮像装置が搭載されて、
    　前記固体撮像装置が、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
    　前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
    　前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
    　前記オーバーフロー領域が、
    　第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、電子装置。
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