(57)【要約】【課題】より優れた撮像性能を発揮することのできる撮像装置を提供する。【解決手段】この撮像装置は、半導体層と、画素分離部と、複数の光電変換部と、複数の電荷電圧変換部とを備える。半導体層は、面内方向に広がる表面と、厚さ方向において表面と反対側に位置する裏面とを含む。画素分離部は、厚さ方向において表面から裏面に至るまで延在し、面内方向において半導体層を複数の画素領域に分離する。複数の光電変換部は、半導体層のうち、画素分離部により分離された複数の画素領域の各々に設けられ、裏面からの入射光の光量に応じた電荷を光電変換によりそれぞれ生成可能である。複数の電荷電圧変換部は、面内方向において複数の画素領域のうち複数の光電変換部と画素分離部との間の複数の間隙領域にそれぞれ設けられ、複数の光電変換部の各々において生成された電荷をそれぞれ蓄積すると共に蓄積された電荷を電気信号にそれぞれ変換して出力する。【選択図】図３
2020194912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面内方向に広がる表面と、前記面内方向と直交する厚さ方向において前記表面と反対側に位置する裏面とを含む半導体層と、
前記厚さ方向において前記表面から前記裏面に至るまで延在し、前記面内方向において前記半導体層を複数の画素領域に分離する画素分離部と、
前記半導体層のうち、前記画素分離部により分離された前記複数の画素領域の各々に設けられ、前記裏面からの入射光の光量に応じた電荷を光電変換によりそれぞれ生成可能な複数の光電変換部と、
前記面内方向において前記複数の画素領域のうち前記複数の光電変換部と前記画素分離部との間の複数の間隙領域にそれぞれ設けられ、前記複数の光電変換部の各々において生成された前記電荷をそれぞれ蓄積すると共に蓄積された前記電荷を電気信号にそれぞれ変換して出力する複数の電荷電圧変換部と
を備えた撮像装置。
【請求項２】
第１の接続点において前記光電変換部と接続され、前記電荷を前記光電変換部から前記電荷電圧変換部へ転送する転送トランジスタを含む第１のアクティブ領域と、
前記第１の接続点と異なる第２の接続点において前記光電変換部と接続され、前記電荷を前記光電変換部から外部へ排出して前記光電変換部を空乏化する排出トランジスタを含む第２のアクティブ領域とをさらに備える
請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画素領域は、前記面内方向において第１の直線部分を含む矩形状の第１の外縁を有し、
前記光電変換部は、前記面内方向において前記第１の直線部分と対向する第２の直線部分を含む矩形状の第２の外縁を有し、
前記電荷電圧変換部は、前記面内方向において前記第１の直線部分と前記第２の直線部分との間に設けられている
請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記面内方向において、前記第２のアクティブ領域は増幅トランジスタをさらに含み、
前記増幅トランジスタは、前記画素領域のうちの角部に設けられており、前記面内方向において第１の方向に延びる第１の拡散領域と、前記面内方向において前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる第２の拡散領域とを含む
請求項２記載の撮像装置。
【請求項５】
前記排出トランジスタは、前記第１の拡散領域を前記増幅トランジスタと共有している
請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記電荷電圧変換部は、前記厚さ方向において前記表面と前記光電変換部との間に設けられている
請求項１記載の撮像装置。
【請求項７】
前記厚さ方向において、前記光電変換部と前記電荷電圧変換部との間に、前記面内方向に広がる遮光膜をさらに備えた
請求項１記載の撮像装置。
【請求項８】
前記半導体層における前記裏面もしくは前記裏面と前記光電変換部との間に設けられ、前記裏面に入射する入射光を散乱させる散乱部をさらに備えた
請求項１記載の撮像装置。
【請求項９】
前記半導体層の前記表面から前記裏面へ向けて前記光電変換部へ至るまで延在するトレンチゲートを含み、前記電荷を前記光電変換部から前記トレンチゲートを介して前記電荷電圧変換部へ転送する転送トランジスタをさらに備えた
請求項１記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記入射光は赤外光である
請求項１記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の間隙領域にそれぞれ接続されたウェルコンタクトをさらに備えた
請求項１記載の撮像装置。
【請求項１２】
撮像装置を備えた電子機器であって、
前記撮像装置は、
面内方向に広がる表面と、前記面内方向と直交する厚さ方向において前記表面と反対側に位置する裏面とを含む半導体層と、
前記厚さ方向において前記表面から前記裏面に至るまで延在し、前記面内方向において前記半導体層を複数の画素領域に分離する画素分離部と、
前記半導体層のうち、前記画素分離部により分離された前記複数の画素領域の各々に設けられ、前記裏面からの入射光の光量に応じた電荷を光電変換によりそれぞれ生成可能な複数の光電変換部と、
前記面内方向において前記複数の画素領域のうち前記複数の光電変換部と前記画素分離部との間の複数の間隙領域にそれぞれ設けられ、前記複数の光電変換部の各々において生成された前記電荷をそれぞれ蓄積すると共に蓄積された前記電荷を電気信号にそれぞれ変換して出力する複数の電荷電圧変換部と
を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光電変換を行うことで撮像を行う撮像装置および、その撮像装置を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに、本出願人は、光電変換部において入射光から変換された電荷を、電荷蓄積部に一時的に保持したのち読み出すようにした撮像装置を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１６８５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような撮像装置では、隣接する画素領域間における不要光の入射を抑制することが要求される。
【０００５】
したがって、より優れた撮像性能を発揮することのできる撮像装置、およびそのような撮像装置を備えた電子機器を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施形態としての撮像装置は、半導体層と、画素分離部と、複数の光電変換部と、複数の電荷電圧変換部とを備える。半導体層は、面内方向に広がる表面と、面内方向と直交する厚さ方向において表面と反対側に位置する裏面とを含んでいる。画素分離部は、厚さ方向において表面から裏面に至るまで延在し、面内方向において半導体層を複数の画素領域に分離するようになっている。複数の光電変換部は、半導体層のうち、画素分離部により分離された複数の画素領域の各々に設けられ、裏面からの入射光の光量に応じた電荷を光電変換によりそれぞれ生成可能である。複数の電荷電圧変換部は、面内方向において複数の画素領域のうち複数の光電変換部と画素分離部との間の複数の間隙領域にそれぞれ設けられ、複数の光電変換部の各々において生成された電荷をそれぞれ蓄積すると共に蓄積された電荷を電気信号にそれぞれ変換して出力するようになっている。
【０００７】
また、本開示の一実施形態としての電子機器は、上記撮像装置を備えたものである。  
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実施の形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示した撮像装置における一のセンサ画素の回路構成を表す回路図である。
【図３】図１に示した撮像装置における一部のセンサ画素の平面構成を模式的に表す平面図である。
【図４】図３に示したセンサ画素の断面構成を模式的に表す断面図である。
【図５】一実施の形態における画像信号生成処理の一例を示す図である。
【図６】一実施の形態の第１の変形例としてのセンサ画素の平面構成を模式的に表す平面図である。
【図７Ａ】図６に示したセンサ画素の第１の階層における配線パターンを表す平面図である。
【図７Ｂ】図６に示したセンサ画素の第２の階層における配線パターンを表す平面図である。
【図７Ｃ】図６に示したセンサ画素の第３の階層における配線パターンを表す平面図である。
【図７Ｄ】図６に示したセンサ画素の第４の階層における配線パターンを表す平面図である。
【図８】一実施の形態の第２の変形例としてのセンサ画素の平面構成を模式的に表す平面図である。
【図９】一実施の形態の第３の変形例としてのセンサ画素の断面構成を模式的に表す断面図である。
【図１０】一実施の形態の第４の変形例としてのセンサ画素の断面構成を模式的に表す断面図である。
【図１１Ａ】一実施の形態の第５の変形例としてのセンサ画素の平面構成を模式的に表す平面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示したセンサ画素の断面構成を模式的に表す断面図である。
【図１２】電子機器の全体構成例を表す概略図である。
【図１３】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【図１５】本開示の撮像装置の第１の変形例を示すブロック図である。
【図１６】本開示の撮像装置の第２の変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．一実施の形態
半導体層を厚さ方向に貫く遮光壁により分離された各画素領域のうちの周辺部に、電荷電圧変換部が配置された固体撮像装置の例。
２．第１の変形例
各画素領域の間隙領域における各構成要素のレイアウトを変更した例。
３．第２の変形例
各画素領域の間隙領域における各構成要素のレイアウトを変更した他の例。
４．第３の変形例
半導体層の表面近傍に入射光を散乱させる散乱構造を設けるようにした例。
５．第４の変形例
光電変換部と転送トランジスタとを繋ぐトレンチゲートをさらに設けるようにした例。
６．第５の変形例
光電変換部と電荷電圧変換部との間に水平遮光膜をさらに設けるようにした例。
７．電子機器への適用例
８．移動体への適用例
９．その他の変形例
【００１０】
＜１．一実施の形態＞
［固体撮像装置１０１の構成］
図１は、本技術の一実施の形態に係る固体撮像装置１０１の機能の構成例を示すブロック図である。
【００１１】
固体撮像装置１０１は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの、いわゆるグローバルシャッタ方式の裏面照射型イメージセンサである。固体撮像装置１０１は、被写体からの光を受光して光電変換し、画像信号を生成することで画像を撮像するものである。
【００１２】
グローバルシャッタ方式とは、基本的には全画素同時に露光を開始し、全画素同時に露光を終了するグローバル露光を行う方式である。ここで、全画素とは、画像に現れる部分の画素の全てということであり、ダミー画素等は除外される。また、時間差や画像の歪みが問題にならない程度に十分小さければ、全画素同時ではなく、複数行（例えば、数十行）単位でグローバル露光を行いながら、グローバル露光を行う領域を移動する方式もグローバルシャッタ方式に含まれる。また、画像に表れる部分の画素の全てでなく、所定領域の画素に対してグローバル露光を行う方式もグローバルシャッタ方式に含まれる。
【００１３】
裏面照射型イメージセンサとは、被写体からの光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード等の光電変換部が、被写体からの光が入射する受光面と、各画素を駆動させるトランジスタ等の配線が設けられた配線層との間に設けられている構成のイメージセンサをいう。
【００１４】
固体撮像装置１０１は、例えば、画素アレイ部１１１、垂直駆動部１１２、カラム信号処理部１１３、データ格納部１１９、水平駆動部１１４、システム制御部１１５、および信号処理部１１８を備えている。
【００１５】
固体撮像装置１０１では、半導体基板１１（後出）上に画素アレイ部１１１が形成される。垂直駆動部１１２、カラム信号処理部１１３、データ格納部１１９、水平駆動部１１４、システム制御部１１５、および信号処理部１１８などの周辺回路は、例えば、画素アレイ部１１１と同じ半導体基板１１上に形成される。
【００１６】
画素アレイ部１１１は、被写体から入射した光の量に応じた電荷を生成して蓄積する光電変換部（後出）を含むセンサ画素１１０を複数有する。センサ画素１１０は、図１Ａに示したように、横方向（行方向）および縦方向（列方向）のそれぞれに配列される。画素アレイ部１１１では、行方向に一列に配列されたセンサ画素１１０からなる画素行ごとに、画素駆動線１１６が行方向に沿って配線され、列方向に一列に配列されたセンサ画素１１０からなる画素列ごとに、垂直信号線（ＶＳＬ）１１７が列方向に沿って配線されている。
【００１７】
垂直駆動部１１２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどからなる。垂直駆動部１１２は、複数の画素駆動線１１６を介して複数のセンサ画素１１０に対し信号等をそれぞれ供給することにより、画素アレイ部１１１における複数のセンサ画素１１０の全てを同時に駆動させ、または画素行単位で駆動させる。
【００１８】
垂直駆動部１１２は、例えば読み出し走査系と掃き出し走査系との２つの走査系を有する。読み出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部１１１の単位画素を行単位で順に選択走査する。掃き出し走査系は、読み出し走査系によって読み出し走査が行われる読み出し行に対し、その読み出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃き出し走査を行う。
【００１９】
この掃き出し走査系による掃き出し走査により、読み出し行の単位画素の光電変換部５１（後出）から不要な電荷が掃き出される。これをリセットという。そして、この掃き出し走査系による不要電荷の掃き出し、すなわちリセットにより、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換部５１の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する、すなわち光電荷の蓄積を新たに開始する動作のことをいう。
【００２０】
読み出し走査系による読み出し動作によって読み出される信号は、その直前の読み出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応する。直前の読み出し動作による読み出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃き出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積時間、すなわち露光時間となる。
【００２１】
垂直駆動部１１２によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、垂直信号線１１７の各々を通してカラム信号処理部１１３に供給されるようになっている。カラム信号処理部１１３は、画素アレイ部１１１の画素列ごとに、選択行の各単位画素からＶＳＬ１１７を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持するようになっている。
【００２２】
具体的には、カラム信号処理部１１３は、例えばシフトレジスタやアドレスデコーダなどからなり、ノイズ除去処理、相関二重サンプリング処理、アナログ画素信号のＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換Ａ／Ｄ変換処理等を行い、ディジタル画素信号を生成する。カラム信号処理部１１３は、生成した画素信号を信号処理部１１８に供給する。
【００２３】
水平駆動部１１４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム信号処理部１１３の画素列に対応する単位回路を順番に選択するようになっている。この水平駆動部１１４による選択走査により、カラム信号処理部１１３において単位回路ごとに信号処理された画素信号が順番に信号処理部１１８に出力されるようになっている。
【００２４】
システム制御部１１５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等からなる。システム制御部１１５は、タイミングジェネレータで生成されたタイミング信号に基づいて、垂直駆動部１１２、カラム信号処理部１１３、および水平駆動部１１４の駆動制御を行なうものである。
【００２５】
信号処理部１１８は、必要に応じてデータ格納部１１９にデータを一時的に格納しながら、カラム信号処理部１１３から供給された画素信号に対して演算処理等の信号処理を行ない、各画素信号からなる画像信号を出力するものである。
【００２６】
データ格納部１１９は、信号処理部１１８での信号処理にあたり、その信号処理に必要なデータを一時的に格納するようになっている。
【００２７】
［センサ画素１１０の構成］
（回路構成例）
次に、図２を参照して、図１Ａの画素アレイ部１１１に設けられたセンサ画素１１０の回路構成例について説明する。図２は、画素アレイ部１１１に設けられた複数のセンサ画素１１０のうちの任意の１つのセンサ画素１１０における回路構成例を示している。
【００２８】
図２に示した例では、センサ画素１１０は、ＦＤ型のグローバルシャッタを実現している。図２の例では、画素アレイ部１１１におけるセンサ画素１１０は、例えば、光電変換部（ＰＤ）５１、電荷転送部（ＴＧ）５２、電荷保持部および電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョン（ＦＤ）５３、リセットトランジスタ（ＲＳＴ）５４、フィードバックイネーブルトランジスタ（ＦＢＥＮ）５５、排出トランジスタ（ＯＦＧ）５６、増幅トランジスタ（ＡＭＰ）５７、および選択トランジスタ（ＳＥＬ）５８などを含んでいる。
【００２９】
また、この例では、ＴＧ５２、ＦＤ５３、ＲＳＴ５４、ＦＢＥＮ５５、ＯＦＧ５６、ＡＭＰ５７、およびＳＥＬ５８は、いずれもＮ型のＭＯＳトランジスタである。これらＴＧ５２、ＦＤ５３、ＲＳＴ５４、ＦＢＥＮ５５、ＯＦＧ５６、ＡＭＰ５７、およびＳＥＬ５８の各ゲート電極には、駆動信号がそれぞれ供給されるようになっている。各駆動信号は、高レベルの状態がアクティブ状態、すなわちオン状態となり、低レベルの状態が非アクティブ状態、すなわちオフ状態となるパルス信号である。なお、以下、駆動信号をアクティブ状態にすることを、駆動信号をオンするとも称し、駆動信号を非アクティブ状態にすることを、駆動信号をオフするとも称する。
【００３０】
ＰＤ５１は、例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなる光電変換素子であり、被写体からの光を受光して、その受光量に応じた電荷を光電変換により生成し、蓄積するものである。
【００３１】
ＴＧ５２は、ＰＤ５１とＦＤ５３との間に接続されており、ＴＧ５２のゲート電極に印加される駆動信号に応じて、ＰＤ５１に蓄積されている電荷をＦＤ５３に転送するものである。
【００３２】
ＦＤ５３は、グローバルシャッタ機能を実現するために、ＦＤ５１に蓄積された電荷を一時的に保持する領域である。また、ＦＤ５３は、ＴＧ５２を介してＰＤ５１から転送されてきた電荷を電気信号（例えば、電圧信号）に変換して出力する浮遊拡散領域でもある。ＦＤ５３には、ＲＳＴ５４が接続されるとともに、ＡＭＰ５７およびＳＥＬ５８を介してＶＳＬ１１７が接続されている。
【００３３】
ＲＳＴ５４は、ＦＢＥＮ５５に接続されたドレインと、ＦＤ５３に接続されたソースとを有している。ＲＳＴ５４は、そのゲート電極に印加される駆動信号に応じて、ＦＤ５３を初期化、すなわちリセットする。なお、図２に示したように、ＲＳＴ５４のドレインは、接地との間に寄生容量Ｃ_STを形成し、ＡＭＰ５７のゲート電極との間に寄生容量Ｃ_FBを形成している。
【００３４】
ＦＢＥＮ５５は、ＲＳＴ５４に印加されるリセット電圧の制御を行う。
【００３５】
ＯＦＧ５６は、電源ＶＤＤに接続されたドレインと、ＰＤ５１に接続されたソースとを有している。ＰＤ５１のカソードは、ＯＦＧ５６のソースおよびＴＧ５２のソースに対し共通に接続されている。ＯＦＧ５６は、そのゲート電極に印加される駆動信号に応じて、ＰＤ５１を初期化、すなわちリセットする。ＰＤ５１をリセットする、とは、ＰＤ５１を空乏化するという意味である。
【００３６】
ＡＭＰ５７は、ＦＤ５３に接続されたゲート電極と、電源ＶＤＤに接続されたドレインとを有しており、ＰＤ５１での光電変換によって得られる電荷を読み出すソースフォロワ回路の入力部となる。すなわち、ＡＭＰ５７は、そのソースがＳＥＬ５８を介してＶＳＬ１１７に接続されることにより、ＶＳＬ１１７の一端に接続される定電流源と共にソースフォロワ回路を構成する。
【００３７】
ＳＥＬ５８は、ＡＭＰ５７のソースとＶＳＬ１１７との間に接続されており、ＳＥＬ５８のゲート電極には、選択信号が供給される。ＳＥＬ５８は、その選択信号がオンすると導通状態となり、ＳＥＬ５８が設けられているセンサ画素１１０が選択状態となる。センサ画素１１０が選択状態になると、ＡＭＰ５７から出力される画素信号がＶＳＬ１１７を介してカラム信号処理部１１３によって読み出されるようになっている。
【００３８】
また、画素アレイ部１１１では、複数の画素駆動線１１６が、例えば画素行毎に配線される。そして、垂直駆動部１１２から複数の画素駆動線１１６を通して、選択されたセンサ画素１１０に対し各駆動信号が供給されるようになっている。
【００３９】
なお、図２に示した画素回路は、画素アレイ部１１１に用いることが可能な画素回路の一例であり、他の構成の画素回路を用いることも可能である。
【００４０】
（平面構成例および断面構成例）
次に、図３および図４を参照して、図１Ａの画素アレイ部１１１に設けられたセンサ画素１１０の平面構成例および断面構成例について説明する。図３は、画素アレイ部１１１を構成する複数のセンサ画素１１０のうちの１つのセンサ画素１１０の平面構成例を示している。図４は、１つのセンサ画素１１０の断面構成例を示しており、図３に示したＩＶ−ＩＶ切断線に沿った矢視方向の断面に相当する。
【００４１】
図３および図４に示したように、画素アレイ部１１１は、例えばＸＹ面内に広がる半導体基板１１に埋設されたＰＤ５１と、半導体基板１１においてそのＰＤ５１を取り囲むように設けられた画素分離部１２とを有する。半導体基板１１は、Ｓｉ（シリコン）などの半導体材料により形成され、ＸＹ面内に広がる表面１１Ａと、ＸＹ面内と直交する厚さ方向であるＺ軸方向において表面１１Ａと反対側に位置する裏面１１Ｂとを有する。裏面１１Ｂには、例えばカラーフィルタＣＦと、オンチップレンズＬＮＳとが順に積層されている。画素分離部１２は、厚さ方向において表面１１Ａから裏面１１Ｂに至るまで延在し、ＸＹ面内において半導体基板１１を複数の画素領域Ｒ１１０に分離する物理分離壁である。
なお、本実施の形態では、半導体基板１１は例えばＰ型（第１導電型）であり、ＰＤ５１はＮ型（第２導電型）である。
【００４２】
センサ画素１１０は、画素分離部１２によって仕切られた１つの画素領域Ｒ１１０に１つずつ形成されている。隣接するセンサ画素１１０同士は、画素分離部１２により、互いに電気的に分離され、もしくは光学的に分離され、または、光学的かつ電気的に分離される。画素分離部１２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの絶縁体の単層膜もしくは多層膜で形成されていてもよい。また、画素分離部１２は、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム等の絶縁体の単層膜あるいは多層膜と、酸化シリコン膜との積層体で形成されていてもよい。上記の絶縁体で形成された画素分離部１２は、光学的かつ電気的にセンサ画素１１０を分離することができる。このような絶縁体からなる画素分離部１２は、ＲＤＴＩ（Rear Deep Trench Isolation）とも称せられる。また、画素分離部１２は、その内部に空隙を含むものであってもよい。その場合であっても、画素分離部１２は、センサ画素１１０を光学的かつ電気的に分離できる。また、画素分離部１２は、例えばタンタル（Ｔａ），アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ）および銅（Ｃｕ）などの遮光性の高い金属により形成されていてもよい。この場合には、光学的にセンサ画素１１０を分離することができる。さらに、画素分離部１２の構成材料として、ポリシリコン（Polycrystalline Silicon）を用いることもできる。
【００４３】
図３に示したように、各センサ画素１１０の画素領域Ｒ１１０は、光電変換部（ＰＤ）５１のほか、ＰＤ５１と接続された第１のアクティブ領域ＡＲ１および第２のアクティブ領域ＡＲ２をそれぞれ含んでいる。画素領域Ｒ１１０は、ＸＹ面内においてＬ１２Ａ〜Ｌ１２Ｄを含む矩形状、好ましくは正方形状の外縁を有する。ＰＤ５１は、ＸＹ面内において直線部分Ｌ１２Ａ〜Ｌ１２Ｄとそれぞれ対向する直線部分Ｌ５１Ａ〜Ｌ５１Ｄを含む略矩形状の外縁を有する。第１のアクティブ領域ＡＲ１および第２のアクティブ領域ＡＲ２は、いずれもＰＤ５１と画素分離部１２との間の間隙領域ＧＲに設けられている。
【００４４】
第１のアクティブ領域ＡＲ１には、例えばＴＧ５２、ＦＤ５３、ＲＳＴ５４、およびＦＢＥＮ５５などが設けられている。ＴＧ５２は、間隙領域ＧＲのうち、直線部分Ｌ５１Ａと直線部分Ｌ１２Ａとの間に挟まれた部分に設けられている。但し、ＴＧ５２の一部は、第１の接続点Ｐ１においてＰＤ５１と接続されている。また、ＲＳＴ５４およびＦＢＥＮ５５は、間隙領域ＧＲのうち、例えば直線部分Ｌ５１Ｄと直線部分Ｌ１２Ｄとの間に挟まれた部分に設けられている。さらに、ＦＤ５３は、間隙領域ＧＲのうち、直線部分Ｌ５１Ａと直線部分Ｌ１２Ａとの間に挟まれた部分から直線部分Ｌ５１Ｄと直線部分Ｌ１２Ｄとの間に挟まれた部分にかけて設けられている。
【００４５】
第２のアクティブ領域ＡＲ２には、例えばＯＦＧ５６、ＡＭＰ５７、およびＳＥＬ５８などが設けられている。なお、ドレインＤは、ＯＦＧ５６とＡＭＰ５７とによって共有されている。ＯＦＧ５６は、間隙領域ＧＲのうち、直線部分Ｌ５１Ｂと直線部分Ｌ１２Ｂとの間に挟まれた部分に設けられている。但し、ＯＦＧ５６の一部は、第２の接続点Ｐ２においてＰＤ５１と接続されている。また、ＡＭＰ５７およびＳＥＬ５８は、間隙領域ＧＲのうち、直線部分Ｌ５１Ｃと直線部分Ｌ１２Ｃとの間に挟まれた部分に設けられている。さらに、ドレインＤは、間隙領域ＧＲのうち、直線部分Ｌ５１Ｂと直線部分Ｌ１２Ｂとの間に挟まれた部分から直線部分Ｌ５１Ｃと直線部分Ｌ１２Ｃとの間に挟まれた部分にかけて設けられている。
【００４６】
図４に示したように、ＦＤ５３は、厚さ方向（Ｚ軸方向）において表面１１ＡとＰＤ５１との間に設けられている。
【００４７】
また、固体撮像装置１０１は、例えば被写体からの可視光を受光し、撮像を行うものである。但し、固体撮像装置１０１は、それに限定されるものではなく、例えば赤外光を受光し、撮像を行うものであってもよい。その場合、センサ画素１１０は、ＸＹ面内に沿った幅Ｗ１１０に対する厚さＺ１１０の比、すなわちアスペクト比が、例えば３以上である。より具体的には、例えば幅Ｗ１１０が２．２μｍであるとき、厚さＺ１１０は８．０μｍである。このようにアスペクト比が比較的高いことにより、例えばセンサ画素１１０同士の光学的分離および電気的分離がより良好になされる。
【００４８】
さらに、センサ画素１１０では、画素領域Ｒ１１０のうちのＰＤ５１が形成された領域以外である間隙領域ＧＲに、銅などのウェルコンタクト５９が１以上接続されている。画素アレイ部１１１では、各画素領域Ｒ１１０における半導体基板１１が画素分離部１２によってセンサ画素１１０ごとに仕切られて電気的に孤立している。このため、ウェルコンタクト５９の接続により、各画素領域Ｒ１１０における半導体基板１１の電位を安定化させるようにしている。
【００４９】
［固体撮像装置１０１の画像信号生成処理］
図５は、固体撮像装置１０１における画像信号生成処理の一例を示すタイムチャートである。図５は、画素アレイ部１１１における第１行から第３行に配置されたセンサ画素１１０の画像信号生成処理を表したものである。図５において、基準信号は、カラム信号処理部１１３に供給される基準信号を表す。この基準信号において、破線は、基準信号の０Ｖの電位を表す。Ｓ５２，Ｓ５４〜Ｓ５８は、それぞれ、ＴＧ５２、ＲＳＴ５４、ＦＢＥＮ５５、ＯＦＧ５６、ＡＭＰ５７およびＳＥＬ５８に入力される制御信号を表す。これらは、行ごとに異なる制御信号が入力されるため、行番号を付して区別する。例えば、Ｓ５８−１〜Ｓ５８−３は、それぞれ第１行〜第３行のセンサ画素１１０のＳＥＬ５８のゲート電極に入力される制御信号を表す。また、図５における画像信号は、センサ画素１１０から出力される画像信号の波形を表す。この画像信号も行番号を付して区別する。
【００５０】
時刻Ｔ０において、カラム信号処理部１１３に第２の基準信号が供給される。この第２の基準信号の供給は、時刻Ｔ６まで継続される。また、時刻Ｔ０では、制御信号Ｓ５６−１〜Ｓ５６−３としてオン信号が入力されて、第１行〜第３行のセンサ画素１１０において各ＯＦＧ５６が導通してＰＤ５１がリセットされる。そののち、時刻Ｔ１において第１行〜第３行のセンサ画素１１０における各ＯＦＧ５６へのオン信号の入力が停止される。これにより露光が開始される。すなわち、第１行〜第３行のセンサ画素１１０においてＰＤ５１は、生成した電荷の保持を開始する。
【００５１】
時刻Ｔ２から時刻Ｔ３において、画素アレイ部１１１に配置された全てのセンサ画素１１０のＴＧ５２に対して制御信号Ｓ５２としてオン信号が入力され、全てのＴＧ５２が導通する。これにより、各ＰＤ５１に保持された電荷が各ＦＤ５６へ転送される。
【００５２】
時刻Ｔ３において、第１行〜第３行のセンサ画素１１０におけるＴＧ５２へのオン信号の入力が停止される。同時に、第１行〜第３行のセンサ画素１１０における各ＯＦＧ５６へオン信号が入力される。これにより、露光が停止される。なお、第１行〜第３行のセンサ画素１１０における各ＯＦＧ５６へオン信号の入力は時刻Ｔ２２まで継続される。また、時刻Ｔ３において、第１行のセンサ画素１１０におけるＳＥＬ５８へのオン信号が入力され、第１行のセンサ画素１１０のＳＥＬ５８が導通状態となる。なお、第１行のセンサ画素１１０におけるＳＥＬ５８へのオン信号の入力は時刻Ｔ９まで継続される。次に、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５において参照信号の生成を行い、画像信号のアナログデジタル変換が行われる。
【００５３】
時刻Ｔ６において、第１行のセンサ画素１１０におけるＦＢＥＮ５５およびＲＳＴ５４に対し、制御信号Ｓ５５および制御信号Ｓ５４としてオン信号がそれぞれ入力され、それらＦＢＥＮ５５およびＲＳＴ５４が導通状態になる。同時に、カラム信号処理部１１３に第１の基準信号としてオン信号が供給される。この第１の基準信号の供給は、時刻Ｔ７まで継続される。これにより、第１行に配置されたセンサ画素１１０においてリセットが行われる。
【００５４】
次に、時刻Ｔ７において、ＲＳＴ５４へのオン信号の入力が停止される。同時に、カラム信号処理部１１３には第２の基準信号の供給が開始される。なお、第２の基準信号の供給は、時刻Ｔ１２まで継続される。そののち、時刻Ｔ８においてＦＢＥＮ５５へのオン信号の入力が停止される。以上により、第１の行に配置されたセンサ画素１１０における画像信号のアナログデジタル変換およびリセットの処理が終了する。
【００５５】
次に、時刻Ｔ９において、第１行のセンサ画素１１０におけるＳＥＬ５８へのオン信号の入力が停止され、第２行のセンサ画素１１０におけるＳＥＬ５８へオン信号が入力される。そののち、時刻Ｔ１５に至るまで、第２行に配置されたセンサ画素１１０において、時刻Ｔ３〜時刻Ｔ９と同様の処理が行われる。
【００５６】
次に、時刻Ｔ１５において、第２行のセンサ画素１１０におけるＳＥＬ５８へのオン信号の入力が停止され、第３行のセンサ画素１１０におけるＳＥＬ５８へオン信号が入力される。そののち、時刻Ｔ２１に至るまで、第３行に配置されたセンサ画素１１０において、時刻Ｔ９〜時刻Ｔ１５と同様の処理が行われる。
【００５７】
時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２３において、全ての行に配置されたセンサ画素１１０に対して時刻Ｔ３から時刻Ｔ９と同様の処理が行われ、１画面分の画像信号が画素アレイ部１１１から取得されるとともに画素アレイ部１１１に配置された全てのセンサ画素１１０のリセットが終了する。また、第１行〜第３行のセンサ画素１１０における各ＯＦＧ５６へのオン信号の入力が停止され、新たに露光が開始される（時刻Ｔ２２）。
【００５８】
時刻Ｔ２３から時刻Ｔ２４において、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３と同様の処理を行い、露光の停止およびＰＤ５１からの電荷の転送が行われる。
【００５９】
なお、センサ画素１１０における各ＯＦＧ５６へのオン信号の入力およびその入力の停止は、画素アレイ部１１１の全ての行に配置されたセンサ画素１１０に対して同時に行われる。同様に、センサ画素１１０における各ＴＧ５２へのオン信号の入力および入力の停止は、画素アレイ部１１１の全ての行に配置されたセンサ画素１１０に対して同時に行われる。これにより、画素アレイ部１１１に配置された全てのセンサ画素１１０において露光の開始および終了を同時に行うことができる。
【００６０】
このように、露光の開始および終了が画素アレイ部１１１に配置された全てのセンサ画素１１０において同時に行われるので、ローリングシャッタ方式と比較して歪みが少ない画像信号を得ることができる。
【００６１】
［固体撮像装置１０１の効果］
このように、本実施の形態の固体撮像装置１０１では、半導体基板１１の表面１１Ａから裏面１１Ｂに至るまで延在する画素分離部１２を設けることによってＸＹ面内方向において半導体基板１１を複数の画素領域Ｒ１１０に分離している。これにより、隣接するセンサ画素１１０同士における混色抑制効果が得られる。
【００６２】
また、ＦＤ５３が間隙領域ＧＲに設けられるようにしたので、外部からの光がＦＤ５３へ直接入射することにより発生する疑信号が低減される。したがって、より優れた撮像性能を発揮することができる。
【００６３】
また、センサ画素１１０が設けられた画素領域Ｒ１１０では、ＰＤ５１における略矩形状の外縁を構成する直線部分Ｌ５１Ａ〜Ｌ５１Ｄに沿って各トランジスタ、すなわち、ＴＧ５２、ＲＳＴ５４、ＦＢＥＮ５５、ＯＦＧ５６、ＡＭＰ５７、およびＳＥＬ５８が配置されている。このため、光学的な対称性に優れている。
【００６４】
また、センサ画素１１０では、ＯＦＧ５６およびＡＭＰ５７がドレインＤを共有するようにしたので、画素領域Ｒ１１０の面積に対するＰＤ５１の占有面積の比率を高めることができる。したがって、画素アレイ部１１１や固体撮像装置１０１の微細化に有利である。
【００６５】
また、センサ画素１１０では、画素領域Ｒ１１０において、ＴＧ５２を含む第１のアクティブ領域ＡＲ１とＯＦＧ５６を含む第２のアクティブ領域ＡＲ２とを、高い対称性を確保するようにＰＤ５１を挟んで配置するようにした。このため、ＰＤ５１からＴＧ５２への電荷の転送やＰＤ５１からＯＦＧ５６への電荷の転送を円滑に行うことができる。
【００６６】
さらに、固体撮像装置１０１各センサ画素１１０の間隙領域ＧＲに、銅などのウェルコンタクト５９を１以上接続するようにしたので、各画素領域Ｒ１１０における半導体基板１１の電位を安定化させることができる。したがって、より優れた撮像性能を発揮することができる。
【００６７】
＜２．第１の変形例＞
次に、図６を参照して、上記一実施の形態の第１の変形例としてのセンサ画素１１０Ａについて説明する。図６は、センサ画素１１０Ａの平面構成例を表す模式図であり、上記実施の形態で説明したセンサ画素１１０を表す図３に対応する。センサ画素１１０Ａは、画素領域Ｒ１１０の間隙領域ＧＲにおける各構成要素のレイアウトが異なる点を除き、図３のセンサ画素１１０と実質的に同じ構成を有する。
【００６８】
具体的には、センサ画素１１０Ａは、ＲＳＴ５４を画素領域Ｒ１１０の角部に設けることにより、ＦＤ５３を、間隙領域ＧＲのうちの直線部分Ｌ５１Ａと直線部分Ｌ１２Ａとの間のみに設けるようにしたものである。
【００６９】
このようにセンサ画素１１０Ａでは、ＰＤ５１の外縁を構成する直線部分Ｌ５１Ａと、画素分離部１２の外縁を構成する直線部分Ｌ１２Ａとの間のみに設けるようにした。このため、上記実施の形態のセンサ画素１１０のようにＦＤ５３を画素領域Ｒ１１０の角部に設けた場合に比べてＦＤ５３のＸＹ面内における占有面積を縮小できる。よって、上記実施の形態のセンサ画素１１０よりも、外部からの光がＦＤ５３へ直接入射することにより発生する疑信号が低減される。したがって、よりいっそう優れた撮像性能を発揮することができる。
【００７０】
図７Ａ〜７Ｄは、図６に示したセンサ画素１１０Ａの、ＸＹ面に広がる各階層Ｄ１〜Ｄ４における配線パターンを表している。階層Ｄ１〜Ｄ４は、半導体基板１１の表面１１Ａの上に順に積層されている。
【００７１】
図７Ａの階層Ｄ１および図７Ｂの階層Ｄ２において実線で輪郭を示した配線ＣＦＤは、寄生容量Ｃ_FD（図２参照）を形成している。また、図７Ａ〜７Ｃの階層Ｄ１〜Ｄ３において二点鎖線で輪郭を示した配線ＣＳＴは、寄生容量Ｃ_ST（図２参照）を形成している。センサ画素１１０Ａでは、図７Ａ〜７Ｃに示したように、配線ＣＦＤおよび配線ＣＳＴが、いずれも、櫛歯状に略平行に延在する２本の配線部分を含むようになっている。このため、画素領域Ｒ１１０が微細であっても、画素回路において必要な容量を効果的に確保することができる。
【００７２】
さらに、図７Ｄの階層Ｄ４に示したように、１つのセンサ画素１１０の画素領域Ｒ１１０を、Ｙ軸方向に延びるＶＳＬ１１７およびＦＢＬがそれぞれ２本ずつ通るようになっている。すなわち、１組目のＶＳＬ１１７およびＦＢＬにより一のセンサ画素１１０からの画像信号の読み出しを行い、２組目のＶＳＬ１１７およびＦＢＬにより列方向（Ｙ軸方向）において隣り合う他のセンサ画素１１０からの画像信号の読み出しを行うことができる。このため、高いフレームレートを実現するのに有利である。
【００７３】
＜３．第２の変形例＞
次に、図８を参照して、上記一実施の形態の第２の変形例としてのセンサ画素１１０Ｂについて説明する。図８は、センサ画素１１０Ｂの平面構成例を表す模式図であり、上記第１の変形例で説明したセンサ画素１１０Ａを表す図６に対応する。センサ画素１１０Ｂは、画素領域Ｒ１１０の間隙領域ＧＲにおける各構成要素のレイアウトが異なる点を除き、図６のセンサ画素１１０Ａと実質的に同じ構成を有する。
【００７４】
センサ画素１１０Ｂは、第１のアクティブ領域ＡＲ１のＲＳＴ５４に加えて、第２のアクティブ領域ＡＲ２のＯＦＧ５６およびＡＭＰ５７も、画素領域Ｒ１１０の角部に設けるようにした。ＡＭＰ５７は、例えばＸ軸方向に延びるドレインＤ（第１の拡散領域）と、Ｙ軸方向に延びるソースＳ（第２の拡散領域）とを含んでいる。ＡＭＰ５７は、ドレインＤをＯＦＧ５６と共有している。
【００７５】
このように、センサ画素１１０Ｂでは、画素領域Ｒ１１０の角部にいくつかのトランジスタを設け、それらを直線状に延びる、比較的単純な平面形状の拡散領域により繋ぐようにした。このため、上記実施の形態のセンサ画素１１０，１１０Ａと比較して画素領域Ｒ１１０の寸法縮小に有利となる。また、画素領域Ｒ１１０のレイアウトに関する設計上の自由度が向上し、例えば画素領域Ｒ１１０におけるＰＤ５１の占有面積率を高めるのに有利な平面構成を採用することが容易となる。
【００７６】
＜４．第３の変形例＞
次に、図９を参照して、上記一実施の形態の第３の変形例としてのセンサ画素１１０Ｃについて説明する。図９は、センサ画素１１０Ｃの断面構成例を表す模式図であり、上記実施の形態で説明したセンサ画素１１０を表す図４に対応する。センサ画素１１０Ｃは、半導体基板１１の裏面１１Ｂの近傍に散乱部６０を設けるようにしたことを除き、図６のセンサ画素１１０Ａと実質的に同じ構成を有する。
【００７７】
散乱部６０は、例えば所定のピッチで裏面１１Ｂに沿って配列された、先が尖がった形状の突起物を複数有する構造である。散乱部６０は、半導体基板１１の裏面１１Ｂを選択的に切削することにより形成される。散乱部６０は、裏面１１Ｂに入射した入射光を適度に散乱させつつＰＤ５１に導くようになっている。
【００７８】
このように、センサ画素１１０Ｃでは、半導体基板１１の裏面１１Ｂの近傍に散乱部６０を設けるようにした。このため、外部からオンチップレンズＬＮＳおよびカラーフィルタＣＦなどを介して裏面１１Ｂに入射する入射光は、散乱部６０において適度に散乱される。したがって、散乱部６０を設けない場合と比較して、入射光が画素領域Ｒ１１０における半導体基板１１と画素分離部１２との界面において反射する機会が増え、入射光の光路長が長くなる。その結果、ＦＤ５３に直接入射する入射光の光量を抑えることができる。
【００７９】
＜５．第４の変形例＞
次に、図１０を参照して、上記一実施の形態の第４の変形例としてのセンサ画素１１０Ｄについて説明する。図１０は、センサ画素１１０Ｄの断面構成例を表す模式図であり、上記実施の形態で説明したセンサ画素１１０を表す図４に対応する。センサ画素１１０Ｄは、ＰＤ５１とＴＧ５２とを繋ぐ縦型トレンチゲート５２Ｇをさらに設けるようにしたことを除き、図４のセンサ画素１１０と実質的に同じ構成を有する。縦型トレンチゲート５２ＧはＰＤ５１とＴＧ５２とを繋ぐように設けられ、ＰＤ５１から、転送先であるＦＤ５３へ電荷を転送する経路となる。なお、縦型トレンチゲート５２Ｇは１つのみ配置されていてもよいし、２つ以上配置されてもよい。
【００８０】
このように、センサ画素１１０Ｄでは、半導体基板１１において厚さ方向に延びる縦型トレンチゲート５２Ｇを設けるようにしたので、半導体基板１１にバイアス電圧を印加することができる。その結果、半導体基板１１におけるポテンシャル状態を変調することができるので、ＰＤ５１からＴＧ５２を経てＦＤ５３へ至るまで電荷を円滑に転送することができる。また、縦型トレンチゲート５２Ｇを設けることにより、ＰＤ５１の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）を維持しつつ半導体基板１１の厚さＺ１１０を大きくすることができる。このため、入射光が入射する裏面１１Ｂから、表面１１Ａの近傍に設けられたＦＤ５３までの距離を大きくすることができる。したがって、裏面１１Ｂから入射して画素領域Ｒ１１０内を伝播する入射光の光路長が長くなり、結果としてＦＤ５３に直接到達する入射光の光量を低減することができる。
【００８１】
＜６．第５の変形例＞
次に、図１１Ａおよび１１Ｂを参照して、上記一実施の形態の第５の変形例としてのセンサ画素１１０Ｅについて説明する。図１１Ａは、センサ画素１１０Ｅの平面構成例を表す模式図であり、上記実施の形態で説明したセンサ画素１１０を表す図３に対応する。図１１Ｂは、センサ画素１１０Ｅの断面構成例を表す模式図であり、上記実施の形態で説明したセンサ画素１１０を表す図４に対応する。センサ画素１１０Ｅは、水平遮光膜１３をさらに設けるようにしたことを除き、図３および図４に示したセンサ画素１１０と実質的に同じ構成を有する。
【００８２】
図１１Ａおよび図１１Ｂにしめしたように水平遮光膜１３は、例えば直線部分Ｌ１２Ａと直線部分Ｌ１２Ｄとが交わる角部に配置され、厚さ方向（Ｚ軸方向）においてＦＤ５３と重なり合うように設けられている。水平遮光膜１３は、入射光が入射する裏面１１ＢとＦＤ５３との間、例えば厚さ方向（Ｚ軸方向）においてＰＤ５１とＦＤ５３との間に、ＸＹ面内に広がるように形成されている。
【００８３】
水平遮光膜１３は、ＦＤ５３への光の入射を妨げる部材であり、ＰＤ５１を透過した光がＦＤ５３へ入射して疑信号が発生するのを抑制する。水平遮光膜１３は、例えば画素分離部１２と同様の材料により構成されている。なお、裏面１１Ｂから入射してＰＤ５１により吸収されずにＰＤ５１を透過した光は、水平遮光膜１３において反射し、再度、ＰＤ５１へ入射することとなる。すなわち、水平遮光膜１３はリフレクタでもあり、ＰＤ５１を透過した光を再度ＰＤ５１へ入射させることにより、光電変換効率を高めている。
【００８４】
また、水平遮光膜１３は、画素分離部１２と連結されていてもよい。その場合、画素分離部１２および水平遮光膜１３は、例えば内層部分と、その周囲を取り囲む外層部分との２層構造をそれぞれ有している。内層部分は、例えば遮光性を有する単体金属、金属合金、金属窒化物、および金属シリサイドのうちの少なくとも１種を含む材料からなる。より、具体的には、内層部分の構成材料としては、Ａｌ（アルミニウム），Ｃｕ（銅），Ｃｏ（コバルト），Ｗ（タングステン），Ｔｉ（チタン），Ｔａ（タンタル），Ｎｉ（ニッケル），Ｍｏ（モリブデン），Ｃｒ（クロム），Ｉｒ（イリジウム），白金イリジウム，ＴｉＮ（窒化チタン）またはタングステンシリコン化合物などが挙げられる。なかでもＡｌ（アルミニウム）が最も光学的に好ましい構成材料である。なお、内層部分は、グラファイトや有機材料により構成されていてもよい。外層部分は、例えばＳｉＯｘ（シリコン酸化物）などの絶縁材料により構成されている。外層部分により、内層部分と半導体基板１１との電気的絶縁性が確保される。
【００８５】
なお、ＸＹ面内に延在する遮光膜１４は、例えばウェットエッチング処理により半導体基板１１の内部に空間を形成したのち、その空間に上述の材料を埋め込むことにより形成可能である。そのウェットエッチング処理においては、例えば半導体基板１１がＳｉ（１１１）により構成される場合、所定のアルカリ水溶液を用い、Ｓｉ（１１１）の面方位に応じてエッチングレートが異なる性質を利用した結晶異方性エッチングを行う。より具体的には、Ｓｉ（１１１）基板においては、＜１１１＞方向のエッチングレートに対して＜１１０＞方向のエッチングレートが十分に高くなる性質を利用する。所定のアルカリ水溶液としては、無機溶液であればＫＯＨ，ＮａＯＨ，またはＣｓＯＨなどが適用可能であり、有機溶液であればＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール水溶液），Ｎ2Ｈ4（ヒドラジン），ＮＨ4ＯＨ（水酸化アンモニウム），またはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）などが適用可能である。
【００８６】
このように、センサ画素１１０Ｅでは、裏面１１ＢとＦＤ５３との間に水平遮光膜１３をさらに設けるようにしたので、外部からの光がＦＤ５３へ直接入射することにより発生する疑信号がよりいっそう低減される。したがって、よりいっそう優れた撮像性能を発揮することができる。
【００８７】
＜７．電子機器への適用例＞
図１２は、本技術を適用した電子機器としてのカメラ２０００の構成例を示すブロック図である。
【００８８】
カメラ２０００は、レンズ群などからなる光学部２００１、上述の固体撮像装置１０１など（以下、固体撮像装置１０１等という。）が適用される撮像装置（撮像デバイス）２００２、およびカメラ信号処理回路であるＤＳＰ(Digital Signal Processor)回路２００３を備える。また、カメラ２０００は、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６、操作部２００７、および電源部２００８も備える。ＤＳＰ回路２００３、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６、操作部２００７および電源部２００８は、バスライン２００９を介して相互に接続されている。
【００８９】
光学部２００１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像装置２００２の撮像面上に結像する。撮像装置２００２は、光学部２００１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。
【００９０】
表示部２００５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬパネル等のパネル型表示装置からなり、撮像装置２００２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部２００６は、撮像装置２００２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
【００９１】
操作部２００７は、ユーザによる操作の下に、カメラ２０００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部２００８は、ＤＳＰ回路２００３、フレームメモリ２００４、表示部２００５、記録部２００６および操作部２００７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【００９２】
上述したように、撮像装置２００２として、上述した固体撮像装置１０１Ａ等を用いることで、良好な画像の取得が期待できる。
【００９３】
＜８．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【００９４】
図１３は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【００９５】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１３に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
【００９６】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【００９７】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【００９８】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【００９９】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０１００】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【０１０１】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１０２】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１０３】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【０１０４】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１３の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【０１０５】
図１４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１０６】
図１４では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
【０１０７】
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【０１０８】
なお、図１４には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０１０９】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０１１０】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１１１】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０１１２】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０１１３】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、図１などに示した固体撮像装置１０１等を撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、車両制御システムの優れた動作が期待できる。
【０１１４】
＜９．その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば本開示は、裏面照射型イメージセンサに限定されるものではなく、表面照射型イメージセンサにも適用可能である。
【０１１５】
なお、本技術の固体撮像装置は図１に示した固体撮像装置１０１に限定されるものではなく、例えば図１５に示した固体撮像装置１０１Ａや図１６に示した固体撮像装置１０１Ｂのような構成を有していてもよい。図１５は、本技術の固体撮像装置の第１の変形例としての固体撮像装置１０１Ａの構成例を示すブロック図である。図１６は、本技術の固体撮像装置の第２の変形例としての固体撮像装置１０１Ｂの構成例を示すブロック図である
【０１１６】
図１５の固体撮像装置１０１Ａでは、カラム信号処理部１１３と水平駆動部１１４との間にデータ格納部１１９が配設され、カラム信号処理部１１３から出力される画素信号が、データ格納部１１９を経由して信号処理部１１８に供給されるようになっている。
【０１１７】
また、図１６の固体撮像装置１０１Ｂは、カラム信号処理部１１３と水平駆動部１１４との間にデータ格納部１１９と信号処理部１１８とを並列に配設するようにしたものである。固体撮像装置１０１Ｂでは、カラム信号処理部１１３が画素アレイ部１１１の列ごと、あるいは画素アレイ部１１１の複数列ごとにアナログ画素信号をディジタル画素信号に変換するＡ／Ｄ変換を行うようになっている。
【０１１８】
また、本開示の撮像装置は、可視光の光量分布を検出して画像として取得する撮像装置に限定されるものではなく、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として取得する撮像装置であってもよい。
【０１１９】
また、本開示の撮像装置は、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされたモジュールの形態をなしていてもよい。
【０１２０】
本開示の一実施形態としての撮像装置および電子機器によれば、半導体層の表面から裏面に至るまで延在する画素分離部を設けることによって面内方向において半導体層を複数の画素領域に分離している。これにより、隣接画素間における混色抑制効果が得られる。また、電荷電圧変換部が間隙領域に設けられるので、外部からの光が電荷電圧変換部へ直接入射することにより発生する疑信号が低減される。したがって、より優れた撮像性能を発揮することができる。
なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であってその記載に限定されるものではなく、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を取り得るものである。
（１）
面内方向に広がる表面と、前記面内方向と直交する厚さ方向において前記表面と反対側に位置する裏面とを含む半導体層と、
前記厚さ方向において前記表面から前記裏面に至るまで延在し、前記面内方向において前記半導体層を複数の画素領域に分離する画素分離部と、
前記半導体層のうち、前記画素分離部により分離された前記複数の画素領域の各々に設けられ、前記裏面からの入射光の光量に応じた電荷を光電変換によりそれぞれ生成可能な複数の光電変換部と、
前記面内方向において前記複数の画素領域のうち前記複数の光電変換部と前記画素分離部との間の複数の間隙領域にそれぞれ設けられ、前記複数の光電変換部の各々において生成された前記電荷をそれぞれ蓄積すると共に蓄積された前記電荷を電気信号にそれぞれ変換して出力する複数の電荷電圧変換部と
を備えた撮像装置。
（２）
第１の接続点において前記光電変換部と接続され、前記電荷を前記光電変換部から前記電荷電圧変換部へ転送する転送トランジスタを含む第１のアクティブ領域と、
前記第１の接続点と異なる第２の接続点において前記光電変換部と接続され、前記電荷を前記光電変換部から外部へ排出して前記光電変換部を空乏化する排出トランジスタを含む第２のアクティブ領域とをさらに備える
上記（１）記載の撮像装置。
（３）
前記画素領域は、前記面内方向において第１の直線部分を含む矩形状の第１の外縁を有し、
前記光電変換部は、前記面内方向において前記第１の直線部分と対向する第２の直線部分を含む矩形状の第２の外縁を有し、
前記電荷電圧変換部は、前記面内方向において前記第１の直線部分と前記第２の直線部分との間に設けられている
上記（２）記載の撮像装置。
（４）
前記面内方向において、前記第２のアクティブ領域は増幅トランジスタをさらに含み、
前記増幅トランジスタは、前記画素領域のうちの角部に設けられており、前記面内方向において第１の方向に延びる第１の拡散領域と、前記面内方向において前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる第２の拡散領域とを含む
上記（２）または（３）に記載の撮像装置。
（５）
前記排出トランジスタは、前記第１の拡散領域を前記増幅トランジスタと共有している
上記（４）記載の撮像装置。
（６）
前記電荷電圧変換部は、前記厚さ方向において前記表面と前記光電変換部との間に設けられている
上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（７）
前記厚さ方向において、前記光電変換部と前記電荷電圧変換部との間に、前記面内方向に広がる遮光膜をさらに備えた
上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（８）
前記半導体層における前記裏面もしくは前記裏面と前記光電変換部との間に設けられ、前記裏面に入射する入射光を散乱させる散乱部をさらに備えた
上記（１）から（７）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（９）
前記半導体層の前記表面から前記裏面へ向けて前記光電変換部へ至るまで延在するトレンチゲートを含み、前記電荷を前記光電変換部から前記トレンチゲートを介して前記電荷電圧変換部へ転送する転送トランジスタをさらに備えた
上記（１）から（８）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（１０）
前記入射光は赤外光である
上記（１）から（９）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（１１）
前記複数の間隙領域にそれぞれ接続されたウェルコンタクトをさらに備えた
上記（１）から（１０）のいずれか１つに記載の撮像装置。
（１２）
撮像装置を備えた電子機器であって、
前記撮像装置は、
面内方向に広がる表面と、前記面内方向と直交する厚さ方向において前記表面と反対側に位置する裏面とを含む半導体層と、
前記厚さ方向において前記表面から前記裏面に至るまで延在し、前記面内方向において前記半導体層を複数の画素領域に分離する画素分離部と、
前記半導体層のうち、前記画素分離部により分離された前記複数の画素領域の各々に設けられ、前記裏面からの入射光の光量に応じた電荷を光電変換によりそれぞれ生成可能な複数の光電変換部と、
前記面内方向において前記複数の画素領域のうち前記複数の光電変換部と前記画素分離部との間の複数の間隙領域にそれぞれ設けられ、前記複数の光電変換部の各々において生成された前記電荷をそれぞれ蓄積すると共に蓄積された前記電荷を電気信号にそれぞれ変換して出力する複数の電荷電圧変換部と
を備えた電子機器。
【符号の説明】
【０１２１】
１０１…固体撮像装置、１１０…センサ画素、１１１…画素アレイ部、１１２…垂直駆動部、１１３…カラム信号処理部、１１４…水平駆動部、１１５…システム制御部、１１６…画素駆動線、１１７…垂直信号線、１１８…信号処理部、１１９…データ格納部、１１…半導体基板、１１Ａ…表面、１１Ｂ…裏面、１２…画素分離部、１１…半導体基板、１２…画素分離部、１３…水平遮光膜、５１…光電変換部（ＰＤ）、５２…電荷転送部（ＴＧ）、５３…電荷保持部（ＦＤ）、５４…リセットトランジスタ（ＲＳＴ）、５５…フィードバックイネーブルトランジスタ（ＦＢＥＮ）、５６…排出トランジスタ（ＯＦＧ）、５７…増幅トランジスタ（ＡＭＰ）、５８…選択トランジスタ（ＳＥＬ）、５９…ウェルコンタクト、ＡＲ１…第１のアクティブ領域、ＡＲ２…第２のアクティブ領域、Ｒ１１０…画素領域、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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