(57)【要約】【課題】光電変換部とは別の保持部に信号キャリアが漏れ込むことによるノイズを低減しつつ光電変換部の感度や電荷蓄積量を向上しうる固体撮像装置を提供する。【解決手段】光電変換部と、光電変換部からの電荷を保持する第１の保持部と、第１の保持部からの電荷を保持する第２の保持部と、第２の保持部の電荷に基づく信号を出力する増幅部とを含む複数の画素を有し、光電変換部は、第１導電型の第１の半導体領域、その下に配された第２導電型の第２の半導体領域、その下に配された第１導電型の第３の半導体領域、その下に配された第２導電型の第４の半導体領域を有し、第１の保持部は、第２導電型の第５の半導体領域、その下に配された第１導電型の第６の半導体領域を有し、第２の半導体領域と第４の半導体領域とは少なくとも一部が繋がっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部から転送される電荷を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部から転送される電荷を保持する第２の保持部と、前記第２の保持部が保持する電荷の量に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが含む複数の画素を有する固体撮像装置であって、
前記光電変換部は、生成された電荷を蓄積する第２導電型の第２の半導体領域と、前記第２の半導体領域の下部に設けられた第１導電型の第３の半導体領域と、前記第３の半導体領域の下部に設けられた前記第２導電型の第４の半導体領域と、を有し、
前記第１の保持部は、前記第２の半導体領域から離間して設けられた前記第２導電型の第５の半導体領域と、前記第５の半導体領域の下部であって、前記第３の半導体領域が設けられた深さに設けられた前記第１導電型の第６の半導体領域と、を有し、
前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域との間に、前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域のそれぞれよりもポテンシャルが低い半導体領域を有し、
前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域のそれぞれよりもポテンシャルが低い前記半導体領域は、平面視において前記第２の半導体領域及び前記第４の半導体領域と重なる領域であって、平面視における前記光電変換部の中心部と前記第１の保持部との間の範囲内に配されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２の半導体領域と前記第４の半導体領域とは少なくとも一部が繋がっている
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域のそれぞれよりもポテンシャルが低い前記半導体領域は、前記第２導電型を有する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域のそれぞれよりもポテンシャルが低い前記半導体領域は、平面視における前記光電変換部の前記中心部と隣接する他の画素の前記第１の保持部との間の範囲内にも配されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１の保持部を覆う遮光膜を更に有し、
前記遮光膜は、前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域のそれぞれよりもポテンシャルが低い前記半導体領域の上に延在している
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第４の半導体領域は、前記第６の半導体領域の下部に延在して設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域とは、半導体基板の同じ深さに設けられており、不純物濃度が同じである
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
一の画素の前記光電変換部と他の画素の前記光電変換部とが隣接して配されており、前記一の画素の前記第３の半導体領域と前記他の画素の前記第３の半導体領域とが繋がっている
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第３の半導体領域は、全体が空乏化することのないように不純物濃度が設定されており、
前記第４の半導体領域は、前記第２の半導体領域に電荷が蓄積されているときにも空乏化するように不純物濃度が設定されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記光電変換部及び前記第１の保持部は、前記第１導電型の第７の半導体領域に設けられており、
前記第３の半導体領域及び前記第６の半導体領域は、前記第７の半導体領域と繋がっている
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第３の半導体領域及び前記第６の半導体領域は、前記第７の半導体領域よりも不純物濃度が高い
ことを特徴とする請求項１０記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記第１の保持部は、半導体基板の表面部に設けられた前記第１導電型の第８の半導体領域を更に有し、
前記第５の半導体領域は、前記第８の半導体領域の下部に設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部から転送される電荷を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部から転送される電荷を保持する第２の保持部と、前記第２の保持部が保持する電荷の量に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが含む複数の画素を有する固体撮像装置であって、
前記光電変換部は、生成された電荷を蓄積する第２導電型の第２の半導体領域を有し、
前記第１の保持部は、前記第２の半導体領域から離間して設けられた前記第２導電型の第５の半導体領域を有し、
前記第２の半導体領域及び前記第５の半導体領域の下部に設けられた第１導電型の第３の半導体領域と、前記第３の半導体領域の下部に設けられた前記第２導電型の第４の半導体領域と、を更に有し、
前記第２の半導体領域と前記第４の半導体領域とは少なくとも一部が繋がっており、
前記第２の半導体領域と前記第４の半導体領域とが繋がる部分は、平面視において前記第２の半導体領域と前記第４の半導体領域とが重なる領域であって、平面視において前記光電変換部の中心部と前記第１の保持部との間の範囲内に配されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１４】
前記第２の半導体領域と前記第４の半導体領域とが繋がる前記部分は、前記第３の半導体領域よりもポテンシャルが低い半導体領域を有する
ことを特徴とする請求項１３記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記第３の半導体領域よりもポテンシャルが低い前記半導体領域は、前記第２導電型を有する
ことを特徴とする請求項１４記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
平面視において、前記光電変換部の前記中心部は、前記第２の半導体領域の重心に位置している
ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記光電変換部の上に配された光導波路を更に有し、
平面視において、前記光電変換部の前記中心部は、前記光導波路の中心に位置している
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
半導体基板の表面部に設けられた前記第１導電型の第１の半導体領域を更に有し、
前記第２の半導体領域は、前記第１の半導体領域の下部に設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の前記画素から出力される信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項２０】
移動体であって、
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサに代表される固体撮像装置において、信号キャリアを生成する光電変換部の感度や電荷蓄積量を向上するための様々な検討がなされている。固体撮像装置の光電変換部としては、半導体基板の表面部に設けられたｐ型半導体領域と電荷蓄積領域をなすｎ型半導体領域とのｐｎ接合からなる埋め込みフォトダイオード構造を用いるのが主流になっている。この場合、光電変換部で生成される信号キャリアは電子である。
【０００３】
特許文献１には、電荷蓄積領域をなすｎ型半導体領域の下部にウェルよりも高濃度のｐ型半導体領域を配置してｐｎ接合容量を増加することにより、光電変換部の電荷蓄積量を増加することが記載されている。また、特許文献１には、電荷蓄積領域としてのｎ型半導体領域の下部にｐ型半導体領域を設けたことによる感度の低下を防ぐために、ｐ型半導体領域に開口部を設けることが記載されている。
【０００４】
近年、ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、グローバル電子シャッタ動作により撮像を行うことが提案されている。グローバル電子シャッタ動作とは、複数の画素の間で露光期間が一致するように撮像を行う駆動方法であり、動きの速い被写体を撮影する場合でも被写体像が歪みにくいという利点がある。上述した光電変換部の感度や電荷蓄積量を向上する課題は、グローバル電子シャッタの機能を備えた固体撮像装置においても同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１６５２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
グローバル電子シャッタの機能を備えた固体撮像装置の画素は、光電変換部とは別に、信号キャリアを一時的に保持するための保持部を備えている。この保持部は、光電変換部が保持する信号キャリアとは異なる露光期間の間に生成された信号キャリアを保持するため、光電変換部から保持部への信号キャリアの漏れ込みを抑制することは非常に重要である。
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、グローバル電子シャッタの機能を備えた固体撮像装置への適用については考慮されていなかった。このため、特許文献１に記載の構成は、グローバル電子シャッタの機能を備えた固体撮像装置において、光電変換部から保持部への信号キャリアの漏れ込みを抑制するには不十分であった。
【０００８】
本発明の目的は、光電変換部から別の保持部に信号キャリアが漏れ込むことによるノイズを低減しつつ光電変換部の感度や電荷蓄積量を向上しうる固体撮像装置及び撮像システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部から転送される電荷を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部から転送される電荷を保持する第２の保持部と、前記第２の保持部が保持する電荷の量に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが含む複数の画素を有する固体撮像装置であって、前記光電変換部は、生成された電荷を蓄積する第２導電型の第２の半導体領域と、前記第２の半導体領域の下部に設けられた第１導電型の第３の半導体領域と、前記第３の半導体領域の下部に設けられた前記第２導電型の第４の半導体領域と、を有し、前記第１の保持部は、前記第２の半導体領域から離間して設けられた前記第２導電型の第５の半導体領域と、前記第５の半導体領域の下部であって、前記第３の半導体領域が設けられた深さに設けられた前記第１導電型の第６の半導体領域と、を有し、前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域との間に、前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域のそれぞれよりもポテンシャルが低い半導体領域を有し、前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域のそれぞれよりもポテンシャルが低い前記半導体領域は、平面視において前記第２の半導体領域及び前記第４の半導体領域と重なる領域であって、平面視における前記光電変換部の中心部と前記第１の保持部との間の範囲内に配されている固体撮像装置が提供される。
また、本発明の他の一観点によれば、光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部から転送される電荷を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部から転送される電荷を保持する第２の保持部と、前記第２の保持部が保持する電荷の量に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが含む複数の画素を有する固体撮像装置であって、前記光電変換部は、生成された電荷を蓄積する第２導電型の第２の半導体領域を有し、前記第１の保持部は、前記第２の半導体領域から離間して設けられた前記第２導電型の第５の半導体領域を有し、前記第２の半導体領域及び前記第５の半導体領域の下部に設けられた第１導電型の第３の半導体領域と、前記第３の半導体領域の下部に設けられた前記第２導電型の第４の半導体領域と、を更に有し、前記第２の半導体領域と前記第４の半導体領域とは少なくとも一部が繋がっており、前記第２の半導体領域と前記第４の半導体領域とが繋がる部分は、平面視において前記第２の半導体領域と前記第４の半導体領域とが重なる領域であって、平面視において前記光電変換部の中心部と前記第１の保持部との間の範囲内に配されている固体撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光電変換部の感度及び飽和電荷量を向上するとともに、意図しない電荷が保持部に漏れ込みノイズの原因になることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の画素の等価回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の画素の平面図（その１）である。
【図４】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の画素の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の画素の平面図（その２）である。ある。
【図６】本発明の第２実施形態による固体撮像装置の画素の平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態による固体撮像装置の画素の断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の変形例による固体撮像装置の画素の平面図である。
【図９】本発明の第３実施形態による固体撮像装置の画素の平面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による固体撮像装置の画素の断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による固体撮像装置について、図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による固体撮像装置の画素の等価回路図である。図３及び図５は、本実施形態による固体撮像装置の画素の平面図である。図４は、本実施形態による固体撮像装置の画素の断面図である。
【００１３】
本実施形態による固体撮像装置１００は、図１に示すように、画素領域１０と、垂直走査回路２０と、列読み出し回路３０と、水平走査回路４０と、制御回路５０と、出力回路６０とを有している。
【００１４】
画素領域１０には、複数行及び複数列に渡ってマトリクス状に配された複数の画素１２が設けられている。画素領域１０の画素アレイの各行には、行方向（図１において横方向）に延在して、制御信号線１４が配されている。制御信号線１４は、行方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。また、画素領域１０の画素アレイの各列には、列方向（図１において縦方向）に延在して、垂直出力線１６が配されている。垂直出力線１６は、列方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。
【００１５】
各行の制御信号線１４は、垂直走査回路２０に接続されている。垂直走査回路２０は、画素１２から画素信号を読み出す際に画素１２内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、制御信号線１４を介して画素１２に供給する回路部である。各列の垂直出力線１６の一端は、列読み出し回路３０に接続されている。画素１２から読み出された画素信号は、垂直出力線１６を介して列読み出し回路３０に入力される。列読み出し回路３０は、画素１２から読み出された画素信号に対して所定の信号処理、例えば増幅処理やＡＤ変換処理等の信号処理を実施する回路部である。列読み出し回路３０は、差動増幅回路、サンプル・ホールド回路、ＡＤ変換回路等を含み得る。
【００１６】
水平走査回路４０は、列読み出し回路３０において処理された画素信号を列毎に順次、出力回路６０に転送するための制御信号を、列読み出し回路３０に供給する回路部である。制御回路５０は、垂直走査回路２０、列読み出し回路３０及び水平走査回路４０の動作やそのタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。出力回路６０は、バッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列読み出し回路３０から読み出された画素信号を固体撮像装置１００の外部の信号処理部に出力するための回路部である。
【００１７】
図２は、画素領域１０を構成する画素回路の一例を示す回路図である。図２には、画素領域１０を構成する画素１２のうち、２行×２列に配列された４個の画素１２を示しているが、画素領域１０を構成する画素１２の数は、特に限定されるものではない。
【００１８】
複数の画素１２の各々は、光電変換部Ｄと、転送トランジスタＭ１，Ｍ２と、リセットトランジスタＭ３と、増幅トランジスタＭ４と、選択トランジスタＭ５と、オーバーフロートランジスタＭ６とを含む。光電変換部Ｄは、例えばフォトダイオードである。光電変換部Ｄのフォトダイオードは、アノードが接地電圧線に接続され、カソードが転送トランジスタＭ１のソース及びオーバーフロートランジスタＭ６のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、転送トランジスタＭ２のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインと転送トランジスタＭ２のソースとの接続ノードに寄生する容量は、電荷の保持部としての機能を備える。図２には、この容量を容量素子（Ｃ１）で表している。以後の説明では、この容量素子を、保持部Ｃ１と表記することがある。
【００１９】
転送トランジスタＭ２のドレインは、リセットトランジスタＭ３のソース及び増幅トランジスタＭ４のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ２のドレイン、リセットトランジスタＭ３のソース及び増幅トランジスタＭ４のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散（フローティングディフュージョン：ＦＤ）領域である。ＦＤ領域に寄生する容量（浮遊拡散容量）は、電荷の保持部としての機能を備える。図２には、この容量を、ＦＤ領域に接続された容量素子（Ｃ２）で表している。以後の説明では、ＦＤ領域を、保持部Ｃ２と表記することがある。リセットトランジスタＭ３のドレイン及び増幅トランジスタＭ４のドレインは、電源電圧線（ＶＤＤ）に接続されている。なお、リセットトランジスタＭ３のドレインに供給される電圧と増幅トランジスタＭ４のドレインに供給される電圧とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。増幅トランジスタＭ４のソースは、選択トランジスタＭ５のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ５のソースは、垂直出力線１６に接続されている。
【００２０】
画素領域１０の画素アレイの各行には、行方向（図２において横方向）に延在して、制御信号線１４が配されている。各行の制御信号線１４は、制御線ＧＳ、制御線ＴＸ、制御線ＲＥＳ、制御線ＳＥＬ、制御線ＯＦＧを含む。制御線ＧＳは、行方向に並ぶ画素１２の転送トランジスタＭ１のゲートにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。制御線ＴＸは、行方向に並ぶ画素１２の転送トランジスタＭ２のゲートにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。制御線ＲＥＳは、行方向に並ぶ画素１２のリセットトランジスタＭ３のゲートにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。制御線ＳＥＬは、行方向に並ぶ画素１２の選択トランジスタＭ５のゲートにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。制御線ＯＦＧは、行方向に並ぶ画素１２のオーバーフロートランジスタＭ６のゲートにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。なお、図２には、各制御線の名称に、対応する行番号をそれぞれ付記している（例えば、ＧＳ（ｎ），ＧＳ（ｎ＋１））。
【００２１】
制御線ＧＳ、制御線ＴＸ、制御線ＲＥＳ、制御線ＳＥＬ、制御線ＯＦＧは、垂直走査回路２０に接続されている。制御線ＧＳには、垂直走査回路２０から、転送トランジスタＭ１を制御するための駆動パルスが出力される。制御線ＴＸには、垂直走査回路２０から、転送トランジスタＭ２を制御するための駆動パルスが出力される。制御線ＲＥＳには、垂直走査回路２０から、リセットトランジスタＭ３を制御するための駆動パルスが出力される。制御線ＳＥＬには、垂直走査回路２０から、選択トランジスタＭ５を制御するための駆動パルスが出力される。制御線ＯＦＧには、垂直走査回路２０から、オーバーフロートランジスタＭ６を制御するための駆動パルスが出力される。これら制御信号は、制御回路５０からの所定のタイミング信号に応じて、垂直走査回路２０から供給される。垂直走査回路２０には、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路が用いられる。
【００２２】
画素領域１０の画素アレイの各列には、列方向（図２において縦方向）に延在して、垂直出力線１６が配されている。垂直出力線１６は、列方向に並ぶ画素１２の選択トランジスタＭ５のソースにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。垂直出力線１６には、電流源１８が接続されている。
【００２３】
光電変換部Ｄは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。オーバーフロートランジスタＭ６は、光電変換部Ｄに蓄積された電荷をドレインに排出する。この際、オーバーフロートランジスタＭ６のドレインＯＦＤは、電源電圧線（ＶＤＤ）に接続されていてもよい。
【００２４】
転送トランジスタＭ１は、光電変換部Ｄが保持する電荷を保持部Ｃ１に転送する。転送トランジスタＭ１が、グローバル電子シャッタとして動作する。保持部Ｃ１は、光電変換部Ｄで生成された電荷を、光電変換部Ｄとは異なる場所で保持する。転送トランジスタＭ２は、保持部Ｃ１が保持する電荷を保持部Ｃ２に転送する。保持部Ｃ２は、保持部Ｃ１から転送された電荷を保持するとともに、増幅部の入力ノード（増幅トランジスタＭ４のゲート）の電圧を、その容量と転送された電荷の量とに応じた電圧に設定する。
【００２５】
リセットトランジスタＭ３は、保持部Ｃ２を電圧ＶＤＤに応じた所定の電圧にリセットする。その際、転送トランジスタＭ２もオンにすることで、保持部Ｃ１をリセットすることも可能である。更には、転送トランジスタＭ１もオンにすることで、光電変換部Ｄをリセットすることも可能である。
【００２６】
選択トランジスタＭ５は、垂直出力線１６に信号を出力する画素１２を選択する。増幅トランジスタＭ４は、ドレインに電圧ＶＤＤが供給され、ソースに選択トランジスタＭ５を介して電流源１８からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより増幅トランジスタＭ４は、入射光によって生じた電荷に基づく信号Ｖｏｕｔを、垂直出力線１６に出力する。なお、図２には、信号Ｖｏｕｔに、対応する列番号をそれぞれ付記している（Ｖｏｕｔ（ｍ），Ｖｏｕｔ（ｍ＋１））。
【００２７】
このような構成により、保持部Ｃ１が電荷を保持している間に光電変換部Ｄで生じた電荷は、光電変換部Ｄに蓄積することができる。これにより、複数の画素１２の間で露光期間が一致するような撮像動作、いわゆるグローバル電子シャッタ動作を行うことが可能となる。なお、電子シャッタとは、入射光によって生じた電荷の蓄積を電気的に制御することである。
【００２８】
図３は、本実施形態による固体撮像装置における画素１２の平面レイアウトの一例を示している。図３では簡略化のため、画素１２の各要素が設けられる領域をそれぞれ矩形のブロックで記載しているが、これらは各要素の形状を表すものではなく、各領域内に対応する要素の少なくとも一部が配置されていることを表している。例えば、転送トランジスタＭ１，Ｍ２及びオーバーフロートランジスタＭ６に対応する領域は、概ね各トランジスタのゲートが配される領域に相当する。また、リセットトランジスタＭ３、増幅トランジスタＭ４及び選択トランジスタＭ５が設けられる領域は、１つの領域として表している。
【００２９】
光電変換部Ｄ、転送トランジスタＭ１、保持部Ｃ１、転送トランジスタＭ２、保持部Ｃ２は、この順番で隣接するように画素１２の単位領域内に配されている。オーバーフロートランジスタＭ６は、光電変換部Ｄに隣接して配されている。図３に記載の矢印は、転送トランジスタＭ１，Ｍ２及びオーバーフロートランジスタＭ６を駆動したときの電荷の転送方向を示している。すなわち、転送トランジスタＭ１を駆動することにより、光電変換部Ｄの電荷は保持部Ｃ１に転送される。転送トランジスタＭ２を駆動することにより、保持部Ｃ１の電荷は保持部Ｃ２に転送される。オーバーフロートランジスタＭ６を駆動することにより、光電変換部Ｄの電荷はオーバーフロートランジスタＭ６のドレインＯＦＤに転送（排出）される。
【００３０】
図４は、図３のＡ−Ａ′線に沿った概略断面図である。ｎ型の半導体基板１１０の表面部には、ウェルを構成するｐ型半導体領域１１２（第７の半導体領域）が設けられている。なお、一例では、ｐ型が第１導電型であり、ｎ型が第２導電型である。ｐ型半導体領域１１２の表面部には、光電変換部Ｄと、保持部Ｃ１と、ｎ型半導体領域１２２と、ｎ型半導体領域１２４とが、互いに離間して配されている。なお、ここでは、図４の断面に現れないリセットトランジスタＭ３、増幅トランジスタＭ４及び選択トランジスタＭ５の説明は省略する。
【００３１】
光電変換部Ｄは、半導体基板１１０の表面に接するｐ型半導体領域１１４（第１の半導体領域）と、ｐ型半導体領域１１４の下部に設けられたｎ型半導体領域１１６（第２の半導体領域）とを含む埋め込みフォトダイオードである。ｎ型半導体領域１１６は、光電変換部Ｄで生じた信号電荷（電子）を蓄積するための電荷蓄積層である。保持部Ｃ１は、半導体基板１１０の表面に接するｐ型半導体領域１１８（第８の半導体領域）と、ｐ型半導体領域１１８の下部に設けられたｎ型半導体領域１２０（第５の半導体領域）とを含む埋め込みダイオード構造を有している。ｎ型半導体領域１２２は、保持部Ｃ２を構成する。ｎ型半導体領域１２４は、オーバーフロートランジスタＭ６のドレインＯＦＤを構成する。
【００３２】
ｎ型半導体領域１１６とｎ型半導体領域１２０との間の半導体基板１１０の上には、ゲート絶縁膜１２６を介してゲート電極１２８が設けられている。これにより、ｎ型半導体領域１１６をソース、ｎ型半導体領域１２０をドレイン、ゲート電極１２８をゲートとする転送トランジスタＭ１が構成されている。また、ｎ型半導体領域１２０とｎ型半導体領域１２２との間の半導体基板１１０の上には、ゲート絶縁膜１３０を介してゲート電極１３２が設けられている。これにより、ｎ型半導体領域１２０をソース、ｎ型半導体領域１２２をドレイン、ゲート電極１３２をゲートとする転送トランジスタＭ２が構成されている。また、ｎ型半導体領域１１６とｎ型半導体領域１２４との間の半導体基板１１０の上には、ゲート絶縁膜１３４を介してゲート電極１３６が設けられている。これにより、ｎ型半導体領域１１６をソース、ｎ型半導体領域１２４をドレイン、ゲート電極１３６をゲートとするオーバーフロートランジスタＭ６が構成されている。
【００３３】
光電変換部Ｄは、ｎ型半導体領域１１６の下部に設けられたｐ型半導体領域１３８（第３の半導体領域）を更に有している。また、保持部Ｃ１は、ｎ型半導体領域１２０の下部に設けられたｐ型半導体領域１３８（第６の半導体領域）を更に有している。ｐ型半導体領域１３８は、ｎ型半導体領域１１６，１２０から下方に空乏層が広がるのを抑制するための空乏化抑制層としての役割を備えており、ｐ型半導体領域１１２よりも不純物濃度が高い。ｐ型半導体領域１３８（第３の半導体領域）には、平面視においてｎ型半導体領域１１６と重なる領域の一部に開口部１４０が設けられている。なお、本明細書において平面視とは、固体撮像装置の各構成部分を半導体基板１１０の表面に平行な面に投影することにより得られる２次元平面図であり、例えば図３の平面レイアウト図に対応する。
【００３４】
ｐ型半導体領域１３８は、その電位を固定できるように構成されていることが好ましい。このような観点から、本実施形態では、ｐ型半導体領域１３８を半導体基板１１０の表面に平行な方向に延在し、ｐ型半導体領域１３８とｐ型半導体領域１１２とを接続している。このように構成することで、ｐ型半導体領域１３８を、ウェルとしてのｐ型半導体領域１１２の電位、例えばグラウンド電位に固定することができる。なお、ｐ型半導体領域１３８とｐ型半導体領域１１２とを接続する態様は、本実施形態の例に限定されるものではない。例えば、ｐ型半導体領域１３８の底面の一部を、ｎ型半導体領域１４２を貫くように深さ方向に伸ばし、ｐ型半導体領域１１２に接続するようにしてもよい。
【００３５】
図５（ａ）は、図３の平面図にｐ型半導体領域１３８が設けられた領域を重ねて示したものである。ｐ型半導体領域１３８は概ね、光電変換部Ｄ、保持部Ｃ１、転送トランジスタＭ１，Ｍ２及びオーバーフロートランジスタＭ６のゲート部の下方に配される。開口部１４０は、光電変換部Ｄの中心部１４４よりも保持部Ｃ１側に配されていることが望ましい。なお、ここでいう光電変換部Ｄの中心部１４４とは、平面視におけるｎ型半導体領域１１６の重心でもよく、配線等により遮られていない開口領域の中心でもよく、光電変換部Ｄの上に光導波路が配される場合にあっては光導波路の中心でもよい。通常、いずれの定義でも光電変換部Ｄの中心部１４４はほぼ同じ位置になる。画素１２に入射する光は、光電変換部Ｄの上方に設けられる不図示のマイクロレンズによって光電変換部Ｄの中心部１４４に集められる。
【００３６】
光電変換部Ｄは、ｐ型半導体領域１３８の下部に設けられたｎ型半導体領域１４２（第４の半導体領域）を更に有している。ｎ型半導体領域１４２は、少なくとも平面視においてｎ型半導体領域１１６と重なる領域に設けられている。図４に示す例では、ｎ型半導体領域１４２は、平面視においてｎ型半導体領域１１６と重なる領域から、平面視において保持部Ｃ１のｎ型半導体領域１２０に重なる領域まで延在するように設けられている。ｎ型半導体領域１１６とｎ型半導体領域１４２とは、開口部１４０を介して繋がっており、連続する１つのｎ型半導体領域を構成している。一方、ｎ型半導体領域１２０とｎ型半導体領域１４２とは、ｐ型半導体領域１３８によって互いに分離されている。隣接する画素１２のｎ型半導体領域１４２は、ｐ型半導体領域１１２によって分離されている。
【００３７】
光電変換部Ｄ以外の部位は、光電変換部Ｄになるべく近い位置から遮光膜１４６によって遮光されていることが好ましい。図４には、半導体基板１１０の上に設けられた、遮光膜１４６を示している。例えば、光電変換部Ｄの少なくとも中心部１４４を含む中心領域に開口部１４８を有する金属膜で、少なくとも保持部Ｃ１の全体を覆うように遮光膜１４６を配置する。なお、ゲート電極１２８，１３２，１３６やｎ型半導体領域１２２，１２４に接続するコンタクト部の近傍は遮光膜１４６で覆うことができず光が漏れる虞があるので、このような遮光膜１４６の隙間はなるべく保持部Ｃ１から離すことが好ましい。
【００３８】
図５（ｂ）は、図３の平面図に遮光膜１４６が設けられた領域を重ねて示したものである。なお、図５（ｂ）では、ゲート電極１２８，１３２，１３６やｎ型半導体領域１２２，１２４に接続するコンタクト部の記載は省略している。本実施形態による固体撮像装置において、ｐ型半導体領域１３８に設けられた開口部１４０は、例えば図５（ｂ）に示すように、遮光膜１４６で覆われていることが好ましい。
【００３９】
本実施形態による固体撮像装置において、ｎ型半導体領域１４２は、ｎ型半導体領域１１６に電子が蓄積されている場合であっても大部分が空乏化するように濃度設計をする。一方、ｐ型半導体領域１３８は、全体が空乏化することのないように濃度設計をする。例えば、各部の不純物濃度は、以下のように設定することができる。ｐ型半導体領域１１２は、不純物濃度（硼素濃度）を１．０Ｅ１５［ｃｍ−３］とする。ｎ型半導体領域１１６は、不純物濃度（砒素濃度）を２．５Ｅ１７［ｃｍ−３］、不純物濃度のピーク位置を深さ０．２［μｍ］とする。ｎ型半導体領域１２０は、不純物濃度（砒素濃度）を２．５Ｅ１７［ｃｍ−３］、不純物濃度のピーク位置を深さ０．２［μｍ］とする。ｐ型半導体領域１３８は、不純物濃度（硼素濃度）を１．０Ｅ１６［ｃｍ−３］、不純物濃度のピーク位置を深さ０．７［μｍ］、厚さを０．８［μｍ］とする。ｎ型半導体領域１４２は、不純物濃度（燐濃度）を４．０Ｅ１４［ｃｍ−３］、底部（ｐ型半導体領域１１２との界面）の深さを３．０［μｍ］とする。このように各部の不純物濃度を設定することで、ｎ型半導体領域１４２の大部分が空乏化し、ｐ型半導体領域１３８の全体が空乏化しない状態を実現することができる。
【００４０】
このように、本実施形態による固体撮像装置は、光電変換部Ｄの電荷蓄積層を構成するｎ型半導体領域１１６の下部に、ｐ型半導体領域１３８を設けている。ｐ型半導体領域１３８を設けることの１つの目的は、電荷蓄積層としてのｎ型半導体領域１１６の飽和電荷量を増加することである。
【００４１】
ｎ型半導体領域１１６の下部にｐ型半導体領域１３８を設けることで、ｎ型半導体領域１１６とｐ型半導体領域１３８との間にはｐｎ接合容量が形成される。Ｑ＝ＣＶで表される関係式から明らかなように、光電変換部Ｄのｐｎ接合にある決まった逆バイアス電圧Ｖを印加した場合、ｐｎ接合容量Ｃが大きいほどに蓄積電荷量Ｑは大きくなる。ｎ型半導体領域１１６に蓄積された信号電荷は信号出力部に転送されるが、ｎ型半導体領域１１６の電位が電源電圧等によって決まるある所定の電位に達すると、ｎ型半導体領域１１６の信号電荷は転送されなくなる。つまり、信号電荷の転送に伴う電圧Ｖの変動量は決まっているので、光電変換部Ｄのｐｎ接合容量に比例して飽和電荷量は大きくなる。したがって、ｐ型半導体領域１３８を設けることで、電荷蓄積層としてのｎ型半導体領域１１６の飽和電荷量を増加することができる。
【００４２】
ただし、保持部Ｃ１を有する固体撮像装置においては、ｐ型半導体領域１３８を設けることによって保持部Ｃ１に漏れ込むノイズ成分が増加する懸念がある。例えば、保持部Ｃ１は、光電変換部Ｄの露光期間の間、前のフレームの信号電荷を蓄積していることがある。このため、光電変換部Ｄに入射した光に基づく信号電荷がｎ型半導体領域１２０に漏れ込むと、前のフレームの信号にノイズとして重畳することになる。
【００４３】
光電変換部Ｄの中心部１４４に集められた光は、波長と同程度の広がりを有する。デバイス内に侵入した光は、その大部分が光電変換部Ｄのｎ型半導体領域１１６とｐ型半導体領域１１４とで吸収されるが、無視できない量の光がｐ型半導体領域１３８に入射する。その結果、ｐ型半導体領域１３８でも光電変換により電子・正孔対が発生する。ｐ型半導体領域１３８の内部は中性領域であり電界は存在しないが、ｐ型半導体領域１３８で発生した電子のうちごく一部は拡散して保持部Ｃ１に漏れ込む。ｐ型半導体領域１３８で発生した電子が保持部Ｃ１に漏れ込むと、ノイズが生じる原因となる。このため、保持部Ｃ１を有する固体撮像装置においては、ｐ型半導体領域１３８から保持部Ｃ１に漏れ込む信号電荷を如何にして低減するかが重要である。
【００４４】
このような観点から、本実施形態による固体撮像装置においては、ｐ型半導体領域１３８の下部にｎ型半導体領域１４２を設けている。前述のように、本実施形態による固体撮像装置では、ｎ型半導体領域１４２の大部分が空乏化するように濃度設計されている。また、ｐ型半導体領域１３８は全体が空乏化することのないように濃度設計されている。その結果、ｐ型半導体領域１３８とｎ型半導体領域１４２との間には半導体基板１１０の表面に垂直な方向に電界が生じ、ｐ型半導体領域１３８で生じた電子はｎ型半導体領域１１６又はｎ型半導体領域１４２に引き寄せられ、保持部Ｃ１に到達する割合が減る。これにより、保持部Ｃ１に漏れ込むノイズ成分を低減することができる。
【００４５】
なお、特許文献１には、光電変換部の電荷蓄積層を構成するｎ型半導体領域の下にｐ型半導体領域を配置することが記載されている。しかしながら、特許文献１では、このｐ型半導体領域の下はｐ型半導体領域（ｐ型ウェル）であり、これらｐ型半導体領域は空乏化しない。そのため、特許文献１に記載の構造をそのまま保持部Ｃ１を有する固体撮像装置に適用した場合、電荷蓄積層の下のｐ型半導体領域で発生した電子が拡散により保持部Ｃ１に漏れ込むのを防止することはできない。
【００４６】
開口部１４０は、ｎ型半導体領域１１６よりも深い領域、例えばｎ型半導体領域１４２内で発生した信号電荷をｎ型半導体領域１１６に集める際の信号電荷の移動経路となる。したがって、ｐ型半導体領域１３８に開口部１４０を設けることにより、開口部１４０を設けない場合よりも受光感度を向上することができる。
【００４７】
開口部１４０は、平面視において、光電変換部Ｄの中心部１４４を含まず、保持部Ｃ１に近い場所に配置するのが好ましい。光電変換部Ｄの中心部１４４には最も強い光が入るため、ｐ型半導体領域１３８で発生する電荷も多い。光電変換部Ｄの中心部１４４よりも保持部Ｃ１に近い場所に開口部１４０を設けることで、光電変換部Ｄの中心部１４４の近傍のｐ型半導体領域１３８で発生した電子は、保持部Ｃ１に到達する前に開口部１４０の電位に引き込まれる。開口部１４０の電位に引き込まれた電子は、ｎ型半導体領域１１６又はｎ型半導体領域１４２に捕獲される。したがって、このような配置とすることで、保持部Ｃ１に漏れ込むノイズ成分を更に低減することができる。
【００４８】
同様の観点から、開口部１４０は、光が入射する領域とは重ならない場所に配置にすると更に好ましい。例えば、本実施形態による固体撮像装置のように、開口部１４０の上を遮光膜１４６や配線等により遮光する構成とすることが好ましい。
【００４９】
ｎ型半導体領域１４２は、前述の通り、保持部Ｃ１の下まで延在するように配置してもよい。画素１２に入射した光のうちごくわずかな光は散乱等によって保持部Ｃ１の下にも入射する。ｎ型半導体領域１４２を保持部Ｃ１の下まで延在することで深部の光電変換領域が広がり、保持部Ｃ１の下で発生した電荷をもｎ型半導体領域１１６に収集することが可能となる。これにより、受光感度を更に向上することができる。
【００５０】
ｐ型半導体領域１３８をｎ型半導体領域１２０の下部に延在することには、ｎ型半導体領域１１６の場合と同様、保持部Ｃ１における電荷蓄積層としてのｎ型半導体領域１２０の飽和電荷量を増加する効果がある。ただし、ｎ型半導体領域１２０とｎ型半導体領域１４２との間のｐ型半導体領域１３８には開口部は設けず、ｎ型半導体領域１２０はｎ型半導体領域１４２から分離する。このように構成することで、ｎ型半導体領域１４２及びそれよりも深い領域で生じた電荷がｎ型半導体領域１２０に流入することを防止することができる。
【００５１】
ｐ型半導体領域１３８は、所定の領域を開口するフォトレジストをマスクとして不純物イオンをイオン注入することにより形成することができる。この際、平面視においてｎ型半導体領域１１６と重なる領域の一部をフォトレジストで覆っておくことにより、開口部１４０を形成することができる。ｎ型半導体領域１１６の下の領域とｎ型半導体領域１２０の下の領域とで、ｐ型半導体領域１３８の不純物濃度や深さを変えるようにしてもよい。このようにすることで、光電変換部Ｄ及び保持部Ｃ１に求められる特性に応じてｐ型半導体領域１３８をそれぞれ設計することができ、設計の自由度が向上する。ただし、この場合には２度のフォトリソグラフィ工程が必要となるため、製造コストを低減する観点からはｎ型半導体領域１１６の下の領域とｎ型半導体領域１２０の下の領域とに同時にｐ型半導体領域１３８を形成する方が好ましい。この場合、ｎ型半導体領域１１６の下のｐ型半導体領域１３８とｎ型半導体領域１２０の下のｐ型半導体領域１３８とは、半導体基板の同じ深さに同じ不純物濃度で形成されることになる。
【００５２】
このように、本実施形態によれば、ｐ型半導体領域１３８で生じた電荷を光電変換部Ｄのｎ型半導体領域１１６に収集することができる。これにより、光電変換部Ｄの感度を向上するとともに、意図しない電荷が保持部Ｃ１に漏れ込むことを防止することができる。
【００５３】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による固体撮像装置について、図６乃至図８を用いて説明する。図６は、本実施形態による固体撮像装置の画素の平面図である。図７は、本実施形態による固体撮像装置の画素の断面図である。図８は、本実施形態の変形例による固体撮像装置の画素の平面図である。第１実施形態による固体撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００５４】
第１実施形態では１つの画素１２内におけるｐ型半導体領域１３８から保持部Ｃ１への信号電荷の漏れ込みを考慮したが、ｐ型半導体領域１３８から保持部Ｃ１への信号電荷の漏れ込みは、隣接する画素１２の間でも発生しうる。本実施形態では、一の画素（画素１２Ａ）のｐ型半導体領域１３８から、これに隣接する他の画素（画素１２Ｂ）の保持部Ｃ１への信号電荷の漏れ込みを抑制しうる固体撮像装置を示す。
【００５５】
本実施形態による固体撮像装置においては、図６に示すように、図３に示す平面レイアウトの画素１２が図面において縦方向に隣接して配置されている。図６において上側の画素１２を画素１２Ａ、下側の画素１２を画素１２Ｂと表記すると、画素１２Ａの光電変換部Ｄと画素１２Ｂの保持部Ｃ１とは隣接して配置されることになる。このようなレイアウトの場合、画素１２Ａの光電変換部Ｄのｐ型半導体領域１３８から画素１２Ｂの保持部Ｃ１への信号電荷の漏れ込みが起こりうる。
【００５６】
このような観点から、本実施形態による固体撮像装置では、一の画素（画素１２Ａ）の光電変換部Ｄの中心部１４４と、これに隣接する他の画素（画素１２Ｂ）の保持部Ｃ１との間にも、開口部１４０を設けている。図７は、図６のＢ−Ｂ′線に沿った概略断面図である。図７に示すように、ｎ型半導体領域１１６は、光電変換部Ｄの中心部１４４よりも外側において、２つの開口部１４０を介してｎ型半導体領域１４２に接続されている。このように構成することで、光電変換部Ｄの下のｐ型半導体領域１３８から保持部Ｃ１への電荷の漏れ込みをより確実に低減することができる。
【００５７】
なお、本実施形態では平面視においてｎ型半導体領域１１６に重なる領域内に２つの開口部１４０を配置したが、例えば図８に示すように、平面視において光電変換部Ｄの中心部１４４を含む領域を囲うように開口部１４０を配置してもよい。この場合、ｐ型半導体領域１３８への固定電圧の供給は、第１実施形態で述べたように、ｐ型半導体領域１３８の底部の一部を深さ方向に延伸してｐ型半導体領域１１２に接続することにより、実現できる。
【００５８】
このように、本実施形態によれば、ｐ型半導体領域１３８で生じた電荷を光電変換部Ｄのｎ型半導体領域１１６に収集することができる。これにより、光電変換部Ｄの感度を向上するとともに、意図しない電荷が保持部Ｃ１に漏れ込むことを防止することができる。
【００５９】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による固体撮像装置について、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、本実施形態による固体撮像装置の画素の平面図である。図１０は、本実施形態による固体撮像装置の画素の断面図である。第１及び第２実施形態による固体撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００６０】
本実施形態による固体撮像装置においては、図９に示すように、図３に示す平面レイアウトの画素１２が図面において横方向に隣接して鏡像対称に配置されている。図９において左側の画素を画素１２Ａ、右側の画素を画素１２Ｂと表記すると、画素１２Ａの光電変換部Ｄと画素１２Ｂの光電変換部Ｄとは隣接して配置されることになる。
【００６１】
平面視において光電変換部Ｄの中心部１４４を含む領域を囲うように開口部１４０を配置した場合、第２実施形態の変形例で説明したように、ｐ型半導体領域１３８の底部を深さ方向に延伸してｐ型半導体領域１１２に接続するなどの工夫が必要である。
【００６２】
一方、図９に示すレイアウトのように隣接する画素１２の光電変換部Ｄが向き合って配置される場合、これら２つの画素１２の光電変換部Ｄに設けられたｐ型半導体領域１３８は、連続する１つのパターンで形成することができる。画素１２Ａと画素１２Ｂとの間には画素間を分離するための図示しないｐ型半導体領域が設けられているため、画素１２を跨いで形成されるｐ型半導体領域１３８は、分離用のｐ型半導体領域を介して或いは直接にｐ型半導体領域１１２に接続することができる。図１０は、図９のＣ−Ｃ′線に沿った概略断面図である。図１０には、画素１２Ａと画素１２Ｂとの境界部分で、ｐ型半導体領域１３８とｐ型半導体領域１１２とが接続された状態を示している。
【００６３】
なお、本実施形態のレイアウトは、焦点検出用の画素に適用することも可能である。この場合、画素１２に光を集光する図示しないマイクロレンズは、画素１２Ａの光電変換部Ｄ及び画素１２Ｂの光電変換部Ｄに対して１つ配置する。マイクロレンズで集光される光の中心部１５０は、画素１２Ａの光電変換部Ｄと画素１２Ｂの光電変換部Ｄとの間に配置する。このようにすることで、画素１２Ａ及び画素１２Ｂから、光学系の異なる瞳領域を通過した光に基づく信号を検出することができ、焦点検出用信号として利用することができる。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、ｐ型半導体領域１３８で生じた電荷を光電変換部Ｄのｎ型半導体領域１１６に収集することができる。これにより、光電変換部Ｄの感度を向上するとともに、意図しない電荷が保持部Ｃ１に漏れ込むことを防止することができる。
【００６５】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による撮像システムについて、図１１を用いて説明する。第１乃至第３実施形態による固体撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。図１１は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【００６６】
上記第１乃至第３実施形態で述べた固体撮像装置１００は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図１１には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
【００６７】
図１１に例示した撮像システム２００は、撮像装置２０１、被写体の光学像を撮像装置２０１に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置２０１に光を集光する光学系である。撮像装置２０１は、第１乃至第３実施形態で説明した固体撮像装置１００であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。
【００６８】
撮像システム２００は、また、撮像装置２０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部２０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部２０８の一部であるＡＤ変換部は、撮像装置２０１が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置２０１とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置２０１と信号処理部２０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。
【００６９】
撮像システム２００は、さらに、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。さらに撮像システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【００７０】
さらに撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置２０１と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも撮像装置２０１と、撮像装置２０１から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。
【００７１】
撮像装置２０１は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
【００７２】
第１乃至第３実施形態による固体撮像装置１００を適用することにより、高感度で飽和信号量が大きい良質な画像を取得しうる撮像システムを実現することができる。
【００７３】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による撮像システム及び移動体について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
【００７４】
図１２（ａ）は、車戴カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記第１乃至第３実施形態のいずれかに記載の固体撮像装置１００である。撮像システム３００は、撮像装置３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、撮像システム３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差算出部３１４を有する。また、撮像システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離計測部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差算出部３１４や距離計測部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【００７５】
撮像システム３００は車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【００７６】
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム３００で撮像する。図１２（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、撮像システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
【００７７】
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【００７８】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００７９】
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
【００８０】
また、上記実施形態では、信号電荷として電子を生成する光電変換部Ｄを用いた固体撮像装置を例にして説明したが、信号電荷として正孔を生成する光電変換部Ｄを用いた固体撮像装置についても同様に適用可能である。この場合、画素１２の各部を構成する半導体領域の導電型は、逆導電型になる。なお、上記実施形態に記載したトランジスタのソースとドレインの呼称は、トランジスタの導電型や着目する機能等に応じて異なることもあり、上述のソース及びドレインの全部又は一部が逆の名称で呼ばれることもある。
【００８１】
また、上記実施形態では、保持部Ｃ１をｐ型半導体領域１１８とｎ型半導体領域１２０とを含む埋め込みダイオード構造としたが、保持部Ｃ１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、半導体基板１１０の表面部にｐ型半導体領域１１８を配置せず、半導体基板１１０の上に絶縁膜を介して電極を配置し、当該電極とｎ型半導体領域１２０との間にＭＯＳ容量を形成するように構成してもよい。この電極は、転送トランジスタＭ１のゲート電極１２８に接続することもできる。
【００８２】
また、上記実施形態では、グローバル電子シャッタの機能を備えた固体撮像装置を例に挙げて説明したが、本発明は、光電変換部とは別に信号キャリアを一時的に保持するための保持部を備えた固体撮像装置に広く適用可能である。
【００８３】
また、上記実施形態に示した撮像システムは、本発明の固体撮像装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の固体撮像装置を適用可能な撮像システムは図１１及び図１２に示した構成に限定されるものではない。
【００８４】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００８５】
Ｄ…光電変換部
Ｃ１，Ｃ２…保持部
１１０…半導体基板
１１２，１１４，１１８，１３８…ｐ型半導体領域
１１６，１１８，１２２，１２４，１４２…ｎ型半導体領域
１４０…開口部
１４４…光電変換部の中心部
１４６…遮光膜
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月8日(2020.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部から転送される電荷を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部から転送される電荷を保持する第２の保持部と、前記第２の保持部が保持する電荷の量に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが含む複数の画素を有する固体撮像装置であって、
前記光電変換部は、生成された電荷を蓄積する第２導電型の第２の半導体領域と、前記第２の半導体領域の下部に設けられた第１導電型の第３の半導体領域と、前記第３の半導体領域の下部に設けられた前記第２導電型の第４の半導体領域と、を有し、
前記第１の保持部は、前記第２の半導体領域から離間して設けられた前記第２導電型の第５の半導体領域と、前記第５の半導体領域の下部であって、前記第３の半導体領域が設けられた深さに設けられた前記第１導電型の第６の半導体領域と、を有し、
前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域との間に、前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域のそれぞれよりもポテンシャルが低い半導体領域を有し、
前記第３の半導体領域と前記第６の半導体領域のそれぞれよりもポテンシャルが低い前記半導体領域は、平面視において前記第２の半導体領域及び前記第４の半導体領域と重なる領域であって、平面視における前記光電変換部の中心部と前記第１の保持部との間の範囲内に配されている
ことを特徴とする固体撮像装置。