(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に第１不純物をドーピングして形成され、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域と、
前記基板に第２不純物をドーピングし、前記光電変換領域を挟んで互いに対向するように離隔して形成され、前記光電荷を集め保存する第１及び第２電荷保存領域と、
前記第１及び第２電荷保存領域にそれぞれ対応して前記基板に所定の深さで形成される第１及び第２トレンチと、
前記第１及び第２トレンチ内にそれぞれ形成される第１及び第２垂直フォトゲートとを有し、
前記第１及び第２垂直フォトゲートは、前記基板の前記第１及び第２電荷保存領域それぞれの外側に接触するように形成されることを特徴とする距離測定センサ。
【請求項２】
前記第１及び第２トレンチの下部には、それぞれ前記第２不純物がドーピングされた第３及び第４領域がさらに形成されることを特徴とする請求項１に記載の距離測定センサ。
【請求項３】
前記垂直フォトゲートは、ポリシリコン又は金属で形成されることを特徴とする請求項１に記載の距離測定センサ。
【請求項４】
基板に第１不純物をドーピングして形成され、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域と、
前記基板に第２不純物をドーピングし、前記光電変換領域を挟んで互いに対向するように離隔して形成され、前記光電荷を集め保存する第１及び第２電荷保存領域と、
前記第１及び第２電荷保存領域にそれぞれ対応して前記基板に所定の深さで形成される第１及び第２トレンチと、
前記第１及び第２トレンチ内にそれぞれ形成される第１及び第２垂直フォトゲートとを有し、
前記第１及び第２垂直フォトゲートは、前記基板の前記第１電荷保存領域と第２電荷保存領域との間にそれぞれ前記第１及び第２電荷保存領域と接触し、互いに離隔して形成され、
前記光電変換領域は、前記第１トレンチと第２トレンチとの間に、前記基板の表面に前記第２不純物がドーピングされた第５領域を備えることを特徴とする距離測定センサ。
【請求項５】
複数のカラーピクセルと距離測定センサとを各々有する複数の単位ピクセルを備えてなり、
前記距離測定センサは、基板に第１不純物をドーピングして形成され、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域と、
前記基板に第２不純物をドーピングし、前記光電変換領域を挟んで互いに対向するように離隔して形成され、前記光電荷を集め保存する第１及び第２電荷保存領域と、
前記第１及び第２電荷保存領域にそれぞれ対応して前記基板に所定の深さで形成される第１及び第２トレンチと、
前記第１及び第２トレンチ内にそれぞれ形成される第１及び第２垂直フォトゲートと、を有し、
前記第１及び第２垂直フォトゲートは、前記基板の前記第１及び第２電荷保存領域それぞれの外側に接触するように形成されることを特徴とする立体カラーイメージセンサ。
【請求項６】
前記第１及び第２トレンチの下部には、それぞれ前記第２不純物がドーピングされた第３及び第４領域がさらに形成されることを特徴とする請求項５に記載の立体カラーイメージセンサ。
【請求項７】
前記垂直フォトゲートは、ポリシリコン又は金属で形成されることを特徴とする請求項５に記載の立体カラーイメージセンサ。
【請求項８】
前記カラーピクセルは、レッドピクセル、グリーンピクセル及びブルーピクセルを含み、
前記各々のカラーピクセルそれぞれは、前記距離測定センサと同じ構成、構造を有することを特徴とする請求項５に記載の立体カラーイメージセンサ。
【請求項９】
複数のカラーピクセルと距離測定センサとを各々有する複数の単位ピクセルを備えてなり、
前記距離測定センサは、基板に第１不純物をドーピングして形成され、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域と、
前記基板に第２不純物をドーピングし、前記光電変換領域を挟んで互いに対向するように離隔して形成され、前記光電荷を集め保存する第１及び第２電荷保存領域と、
前記第１及び第２電荷保存領域にそれぞれ対応して前記基板に所定の深さで形成される第１及び第２トレンチと、
前記第１及び第２トレンチ内にそれぞれ形成される第１及び第２垂直フォトゲートと、を有し、
前記第１及び第２垂直フォトゲートは、前記基板の前記第１電荷保存領域と第２電荷保存領域との間にそれぞれ前記第１及び第２電荷保存領域と接触し、互いに離隔して形成され、
前記光電変換領域は、前記第１トレンチと第２トレンチとの間に、前記基板の表面に前記第２不純物がドーピングされた第５領域を備えることを特徴とする立体カラーイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離測定センサ及びそれを備えた立体カラーイメージセンサに関し、特に基板に所定の深さに形成された垂直フォトゲートを備えた距離測定センサ及びそれを備えた立体カラーイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトゲート深さセンサ（Ｐｈｏｔｏｇａｔｅ  ｄｅｐｔｈ  ｓｅｎｓｏｒ）は、光を感知して物体との距離を測定するセンサである。対象物体に光を照射し、対象物体から反射される光を測定することによって遅延時間を測定し、この遅延時間による距離を計算する。
【０００３】
カラーイメージセンサは、光を感知して電気的な信号に変換する光電変換素子である。
一般的なイメージセンサは、半導体基板上に行列に配列される複数の単位画素を備える。それぞれの単位画素はフォトダイオード及びトランジスタを備える。フォトダイオードは、外部からの光を感知して光電荷を発生して保存する。トランジスタは、発生した光電荷の電荷量に従って電気的な信号を出力する。
【０００４】
相補型金属酸化物半導体（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＣＭＯＳ）イメージセンサは、光信号を受信して保存できるフォトダイオードを備え、また光信号を制御又は処理できる信号処理素子を使用してイメージを具現できる。信号処理素子は、ＣＭＯＳ製造技術を利用して製造できるので、ＣＭＯＳイメージセンサはその製造工程が単純であるという長所を持ち、さらに、いろいろな信号処理素子と共に一つのチップ内に製造できるという長所を持っている。
【０００５】
立体カラーイメージセンサは、物体のカラーイメージと、物体との距離を測定することにより立体的に物体のカラーを再現するセンサである。
【０００６】
特許文献１には距離測定センサが開示されている。しかし、距離測定センサは光入射面上にダブルフォトゲートを備えるので、フォトゲートを通過しながら光量が減少するか、又は光センシング面積が減少し、したがって、距離測定感度が低減してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，３９６，５７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は上記従来の距離測定センサにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、基板に垂直に形成されたフォトゲートを備えて光受光領域を拡張した距離測定センサを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、距離測定センサとカラーイメージセンサとを結合した立体カラーイメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するためになされた本発明による距離測定センサは、基板に第１不純物をドーピングして形成され、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域と、前記基板に第２不純物をドーピングし、前記光電変換領域を挟んで互いに対向するように離隔して形成され、前記光電荷を集め保存する第１及び第２電荷保存領域と、前記第１及び第２電荷保存領域にそれぞれ対応して前記基板に所定の深さで形成される第１及び第２トレンチと、前記第１及び第２トレンチ内にそれぞれ形成される第１及び第２垂直フォトゲートとを有し、前記第１及び第２垂直フォトゲートは、前記基板の前記第１及び第２電荷保存領域それぞれの外側に接触するように形成されることを特徴とする。
前記第１及び第２トレンチの下部には、それぞれ前記第２不純物がドーピングされた第３及び第４領域がさらに形成されることが好ましい。
前記垂直フォトゲートは、ポリシリコン又は金属で形成されることが好ましい。
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明による距離測定センサは、基板に第１不純物をドーピングして形成され、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域と、前記基板に第２不純物をドーピングし、前記光電変換領域を挟んで互いに対向するように離隔して形成され、前記光電荷を集め保存する第１及び第２電荷保存領域と、前記第１及び第２電荷保存領域にそれぞれ対応して前記基板に所定の深さで形成される第１及び第２トレンチと、
前記第１及び第２トレンチ内にそれぞれ形成される第１及び第２垂直フォトゲートとを有し、前記第１及び第２垂直フォトゲートは、前記基板の前記第１電荷保存領域と第２電荷保存領域との間にそれぞれ前記第１及び第２電荷保存領域と接触し、互いに離隔して形成され、前記光電変換領域は、前記第１トレンチと第２トレンチとの間に、前記基板の表面に前記第２不純物がドーピングされた第５領域を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するためになされた本発明による立体カラーイメージセンサは、複数のカラーピクセルと距離測定センサとを各々有する複数の単位ピクセルを備えてなり、前記距離測定センサは、基板に第１不純物をドーピングして形成され、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域と、前記基板に第２不純物をドーピングし、前記光電変換領域を挟んで互いに対向するように離隔して形成され、前記光電荷を集め保存する第１及び第２電荷保存領域と、前記第１及び第２電荷保存領域にそれぞれ対応して前記基板に所定の深さで形成される第１及び第２トレンチと、前記第１及び第２トレンチ内にそれぞれ形成される第１及び第２垂直フォトゲートとを有し、前記第１及び第２垂直フォトゲートは、前記基板の前記第１及び第２電荷保存領域それぞれの外側に接触するように形成されることを特徴とする。
前記垂直フォトゲートは、ポリシリコン又は金属で形成されることが好ましい。
前記カラーピクセルは、レッドピクセル、グリーンピクセル及びブルーピクセルを含み、
前記各々のカラーピクセルそれぞれは、前記距離測定センサと同じ構成、構造を有することが好ましい。
【００１２】
上記目的を達成するためになされた本発明による立体カラーイメージセンサは、複数のカラーピクセルと距離測定センサとを各々有する複数の単位ピクセルを備えてなり、前記距離測定センサは、基板に第１不純物をドーピングして形成され、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域と、前記基板に第２不純物をドーピングし、前記光電変換領域を挟んで互いに対向するように離隔して形成され、前記光電荷を集め保存する第１及び第２電荷保存領域と、前記第１及び第２電荷保存領域にそれぞれ対応して前記基板に所定の深さで形成される第１及び第２トレンチと、前記第１及び第２トレンチ内にそれぞれ形成される第１及び第２垂直フォトゲートと、を有し、前記第１及び第２垂直フォトゲートは、前記基板の前記第１電荷保存領域と第２電荷保存領域との間にそれぞれ前記第１及び第２電荷保存領域と接触し、互いに離隔して形成され、前記光電変換領域は、前記第１トレンチと第２トレンチとの間に、前記基板の表面に前記第２不純物がドーピングされた第５領域を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る距離測定センサ及びそれを備えた立体カラーイメージセンサによれば、フォトゲートが基板に垂直に形成されるので、限定された領域で光電変換領域が広く形成され、したがって、距離測定センサの感度が向上するという効果がある。また、立体カラーイメージセンサでは、被対象物体のカラーイメージと距離が測定できるので、立体的に被対象物体が具現されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による垂直フォトゲートを備えた距離測定センサの概略的な断面図である。
【図２】本発明による垂直フォトゲートを備えた距離測定センサの動作を説明するためのタイミング図である。
【図３】本発明の他の実施形態による垂直フォトゲートを備えた距離測定センサの概略的な断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態による垂直フォトゲートを備えた距離測定センサの概略的な断面図である。
【図５】本発明の距離測定センサと従来の基板上に形成されたダブルフォトゲートを備えた距離測定センサとにそれぞれ所定の赤外線光を照射し、電荷保存領域での電流を測定した結果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態による立体カラーイメージセンサの単位ピクセルの平面図である。
【図７】本発明の実施形態による立体カラーイメージセンサの単位ピクセルの一つのサブピクセルの断面図である。
【図８】本発明の実施形態による立体カラーイメージセンサのサブピクセルの等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明に係る距離測定センサ及びそれを備えた立体カラーイメージセンサを実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による垂直フォトゲートを備えた距離測定センサの概略的な断面図である。
図１を参照すると、距離測定センサ１００は、ｐ型の基板１１０上で互いに離隔した第１トレンチ１１１及び第２トレンチ１１２と、第１トレンチ１１１及び第２トレンチ１１２内にそれぞれ形成された第１垂直フォトゲート１２１及び第２垂直フォトゲート１２２を備える。
【００１７】
基板１１０と第１及び第２垂直フォトゲート１２１、１２２とは、絶縁層１１４で絶縁される。第１トレンチ１１１と第２トレンチ１１２との間の領域は、光を受けて光電荷を発生する光電変換領域１３０である。基板１１０の上方に赤外線フィルタ及びマイクロレンズをさらに設置することができるが、説明の便宜上、赤外線フィルタ及びマイクロレンズは図面においては省略した。
【００１８】
基板１１０でトレンチ１１１、１１２と接触する外側の領域には、それぞれｎ＋ドーピング領域である第１及び第２電荷保存領域１４１、１４２が形成される。この第１及び第２電荷保存領域１４１、１４２は、光電変換領域１３０で形成された電子正孔対からの電子が蓄積される領域である。
【００１９】
第１及び第２垂直フォトゲート１２１、１２２に電圧、例えば、２〜３Ｖの正電圧が印加されると、電圧が印加された第１及び第２垂直フォトゲート１２１、１２２の周囲にｎ型領域１５１、１５２が形成されつつ、電子がｎ型領域１５１、１５２に沿って第１及び第２電荷保存領域１４１、１４２に移動して保存される。
【００２０】
第１及び第２電荷保存領域１４１、１４２には、それぞれ蓄積された光電荷からの第１及び第２信号を読み取る第１信号回路１６１及び第２信号回路１６２が連結される。第１信号回路１６１及び第２信号回路１６２からの信号は、回路処理部１７０に入力される。回路処理部１７０は、第１信号と第２信号との差をもって物体との距離を測定できる。回路処理部１７０で第１信号及び第２信号から距離を測定する計算公式は多様に存在し、その詳細な説明はここでは省略する。
基板１１０はシリコン基板であり、絶縁層１１４はシリコン酸化物でありうる。そして、第１及び第２垂直フォトゲート１２１、１２２はポリシリコン又は金属で形成できる。
【００２１】
図２は、本発明による垂直フォトゲートを備えた距離測定センサの動作を説明するためのタイミング図である。
以下、図１及び図２を参照して本発明による距離測定センサの動作を詳細に説明する。
【００２２】
まず、本発明の距離測定センサ１００と共に位置する発光素子ＬＥＤ（図示せず）から赤外線光を物体に照射する。発光素子は、パルス電圧によるパルス光信号を放射する。この時、パルス光信号と同期したパルス電圧が第１垂直フォトゲート１２１に印加され、第２垂直フォトゲート１２２には、パルス光信号と所定の位相差が生じる第２パルス電圧を印加する。位相差は例えば、１８０°が好ましい。
【００２３】
赤外線光は、所定の距離離れた位置の物体に入射され、次いで、物体から赤外線光が反射されて距離測定センサ１００に入射される。この入射される赤外線光は、距離測定センサ１００から物体までの距離に応じて遅延され入射される。
【００２４】
図２で、第１垂直フォトゲート１２１及び第２垂直フォトゲート１２２に入射される反射光は、発光素子からのパルス光信号に対して遅延タイムＴｄを持ったパルス信号として検出される。反射光のパルス信号と、第１垂直フォトゲート１２１のパルス電圧の重なる時間Ｔ１と、反射光のパルス信号と、第２垂直フォトゲート１２２のパルス電圧の重なる時間Ｔ２との差（Ｔ１−Ｔ２）が大きいほど、測定された物体との距離は短く表れる。
【００２５】
第１垂直フォトゲート１２１に２〜３Ｖの正電圧が印加されれば、第１垂直フォトゲート１２１の周囲が逆転しｎ型領域１５１になって、光電変換領域１３０で生成された光電荷がこの逆転したｎ型領域１５１に沿って第１電荷保存領域１４１に移動する。第１電荷保存領域１４１に集まった光電荷の大きさは、第１信号回路１６１を通じて第１信号として回路処理部１７０に入力される。
【００２６】
第２垂直フォトゲート１２２に、第１垂直フォトゲート１２１のパルス電圧と１８０度の位相差が出るパルス電圧が印加されれば、第２フォトゲート１２２の周囲の領域は逆転したｎ型領域１５２になって光電荷の移動経路になり、したがって、光電荷はこの移動経路に沿って第２電荷保存領域１４２に移動する。第２電荷保存領域１４２に集まった光電荷の大きさは、第２信号回路１６２を通じて第２信号として回路処理部１７０に入力される。回路処理部１７０は、第１信号と第２信号との差によって距離測定センサ１００から物体までの距離を判断する。
【００２７】
本発明の一実施形態による距離測定センサ１００は、フォトゲートが基板に垂直に形成されるので、限定された領域で光電変換領域が広く形成され、したがって、距離測定センサの感度が向上する。
【００２８】
図３は、本発明の他の実施形態による垂直フォトゲートを備えた距離測定センサの概略的な断面図である。
図１の距離測定センサ１００と実質的に同じ構成要素には同じ参照番号を使用して詳細な説明は省略する。
【００２９】
図３を参照すると、距離測定センサ２００は、ｐ型の基板１１０にある第１トレンチ１１１及び第２トレンチ１１２の下部には、それぞれｎ型領域２１１、２１２がさらに形成される。そして、光電変換領域２３０の基板１１０の表面にｎ型領域２１４がさらに形成されている。
ｎ型領域２１１、２１２は、光電変換領域２３０からの光電荷が、第１及び第２垂直フォトゲート１２１、１２２に電圧が印加される時に形成される電荷移動経路で、第１及び第２トレンチ１１１、１２１の下部周囲のコーナーで電荷を容易に移動させる。
【００３０】
ｎ型領域２１４は、ｐ型の基板１１０とｐｎ接合ダイオードとを形成して光電変換領域を拡大させ、それにより、受光性能を高めることによって距離測定センサ２００の感度を向上させることができる。
図３の距離測定センサ２００の動作は、図１の距離測定センサ１００の動作と実質的に同様であり、詳細な説明は省略する。
【００３１】
図４は、本発明のさらに他の実施形態による垂直フォトゲートを備えた距離測定センサーの概略的な断面図である。
図１の距離測定センサ１００と実質的に同じ構成要素には同じ参照番号を使用し、詳細な説明は省略する。
【００３２】
図４を参照すると、距離測定センサ３００は、ｐ型の基板１１０にある第１トレンチ１１１と第２トレンチ１１２との間に、第１トレンチ１１１及び第２トレンチ１１２に各々接触し、かつ互いに離隔している第１電荷保存領域３４１及び第２電荷保存領域３４２が形成される。この第１及び第２電荷保存領域３４１、３４２はｎ＋ドーピング領域である。この第１及び第２電荷保存領域３４１、３４２は、光電変換領域１３０で形成された電子正孔対からの電子が蓄積される領域である。
【００３３】
距離測定センサ３００は、光電変換領域１３０に第１及び第２電荷保存領域３４１、３４２がコンパクトに形成される。第１及び第２垂直フォトゲート１２１、１２２にパルス電圧が印加されれば、第１及び第２電荷保存領域３４１、３４２がゲート電圧が印加されたｎ型領域（１５１又は１５２）に拡張されて、光電荷が拡張されたｎ型領域（１５１又は１５２）に沿って第１又は第２電荷保存領域（３４１又は３４２）に移動する。距離測定センサ３００の他の動作は距離測定センサ１００と実質的に同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００３４】
図５は、本発明の距離測定センサ１００と、従来の基板上に形成されたダブルフォトゲートを備えた距離測定センサとでの距離測定効率を示すグラフである。
図５は、それぞれ所定の赤外線光を照射して、電荷保存領域での電流をシミュレーションした結果のグラフである。各フォトゲートの幅は０．４μｍであり、本発明のフォトゲートの垂直長さは１．０μｍであった。
図５を見れば分かるように、本発明の距離測定センサの第１及び第２電荷保存領域からの電流の差は、従来の距離測定センサの電流の差に比べて本発明での差が概ね５０％以上向上していることを示す。
【００３５】
図６は、本発明の実施形態による立体カラーイメージセンサの単位ピクセルの平面図である。
立体カラーイメージセンサ４００は、アレイ形態に配列された複数の単位ピクセルを備える。
図６を参照すれば、単位ピクセルは、サブピクセルである赤外線ピクセルＩＲ、カラーイメージのためのカラーピクセル、例えばレッドピクセルＲ、グリーンピクセルＧ、ブルーピクセルＢを備える。赤外線ピクセルＩＲは、上述した距離測定センサに該当する。
【００３６】
図７は、単位ピクセルの一つのサブピクセルの断面図である。サブピクセルは、レッドピクセル、グリーンピクセル、ブルーピクセル、及び赤外線ピクセルのうちいずれか一つでありうる。
サブピクセル上には、それぞれその上に対応するフィルタ（図示せず）と、フィルタ上に設置されたマイクロレンズ（図示せず）とを備える。
【００３７】
図７を参照すると、サブピクセルは、ｐ型の基板４１０上に互いに離隔した第１トレンチ４１１及び第２トレンチ４１２と、第１トレンチ４１１及び第２トレンチ４１２内にそれぞれ形成される第１垂直フォトゲート４２１及び第２垂直フォトゲート４２２を備える。基板４１０と第１及び第２垂直フォトゲート４２１、４２２との間には絶縁層４１４が形成されてこれらを絶縁する。第１トレンチ４１１と第２トレンチ４１２との間の領域は、光を受けて光電荷を生成する光電変換領域４３０である。
【００３８】
基板４１０の第１及び第２トレンチ４１１、４１２と接触する外側の領域には、それぞれｎ＋ドーピング領域である第１及び第２電荷保存領域４４１、４４２が形成される。この第１及び第２電荷保存領域４４１、４４２は、光電変換領域４３０で形成された電子正孔対からの電子が蓄積される領域である。
【００３９】
第１及び第２垂直フォトゲート４２１、４２２に電圧、例えば、２〜３Ｖの正電圧が印加されると、電圧が印加された第１及び第２垂直フォトゲート４２１、４２２の周囲にｎ型領域４５１、４５２が形成されつつ、電子がｎ型領域４５１、４５２に沿って第１及び第２電荷保存領域４４１、４４２に移動して保存される。基板４１０の第１及び第２電荷保存領域４４１、４４２から遠ざかる方向に複数のｎ＋領域が形成されている。ｎ＋領域は、フローティング拡散領域４６１、４６２、リセット拡散領域４６３、４６４であり、ドライブトランジスタ及び選択トランジスタを形成する領域は図示されていない。
【００４０】
第１及び第２電荷保存領域４４１、４４２とフローティング拡散領域４６１、４６２との間にはトランスファーゲート４７１、４７２が形成され、フローティング拡散領域４６１、４６２とリセット拡散領域４６３、４６４との間にはリセットゲート４８１、４８２が形成される。
第１及び第２電荷保存領域４４１、４４２、フローティング拡散領域４６１、４６２、及びトランスファーゲート４７１、４７２はトランスファートランジスタＴｘ１、Ｔｘ２を形成し、フローティング拡散領域４６１、４６２、リセット拡散領域４６３、４６５及びリセットゲート４８１、４８２はリセットトランジスタＲｘ１、Ｒｘ２を形成する。
符号４９０は、遮光シールドであって、金属又は黒色物質で形成され、光が光電変換領域４３０以外の領域に照射されてノイズを引き起こすことを防止する。
【００４１】
図８は、本発明の立体カラーイメージセンサのサブピクセルの回路図である。
図７及び図８を参照すると、光電変換領域４３０には二つの第１及び第２垂直フォトゲート４２１、４２２が形成されており、第１及び第２垂直フォトゲート４２１、４２２にはトランスファートランジスタＴｘ１、Ｔｘ２、リセットトランジスタＲｘ１、Ｒｘ２、ドライブトランジスタＤｘ１、Ｄｘ２及び選択トランジスタＳｘ１、Ｓｘ２が接続される。各選択トランジスタＳｘ１、Ｓｘ２からの出力値ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は回路処理部４９９に入力される。
【００４２】
トランスファートランジスタＴｘ１、Ｔｘ２は、トランスファーゲート４７１、４７２に電圧を印加して、第１及び第２電荷保存領域４４１、４４２の電子をフローティング拡散領域４６１、４６２に輸送する。
リセットトランジスタＲｘ１、Ｒｘ２は、リセットゲート４８１、４８２に電圧を印加してフローティング拡散領域４６１、４６２の電位を入力電源Ｖｄｄにリセットする。
【００４３】
ドライブトランジスタＤｘ１、Ｄｘ２は、ソースフォロワ（ｓｏｕｒｃｅ  ｆｏｌｌｏｗｅｒ）増幅器の役割を行う。
選択トランジスタＳｘ１、Ｓｘ２は、選択ゲートＳＧ１、ＳＧ２により単位ピクセルを選択できるスイッチング素子である。入力電源Ｖｄｄは、ドライブトランジスタＤｘ１、Ｄｘ２と選択トランジスタＳｘ１、Ｓｘ２とを経て出力値ＯＵＴ１、ＯＵＴ２として出力される。
【００４４】
基板４１０はシリコン基板であり、絶縁層４１４はシリコン酸化物でありうる。そして、第１及び第２垂直フォトゲート４２１、４２２は、ポリシリコン又は金属で形成できる。
【００４５】
サブピクセルが赤外線ピクセルである場合、第１垂直フォトゲート４２１及び第２垂直フォトゲート４２２には位相の相異なるパルス電圧が印加される。そして、回路処理部４９９は、出力値ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の差を計算する。サブピクセルが赤外線ピクセルである場合、トランスファートランジスタＴｘ１、Ｔｘ２、リセットトランジスタＲｘ１、Ｒｘ２、ドライブトランジスタＤｘ１、Ｄｘ２及び選択トランジスタＳｘ１、Ｓｘ２は、信号回路（図１の１６１、１６２）に該当する。
【００４６】
一方、サブピクセルがカラーピクセルである場合、第１垂直フォトゲート４２１及び第２垂直フォトゲート４２２には同時に電圧が印加され、回路処理部４９９は、出力値ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の和を計算する。
【００４７】
サブピクセルの動作を、図７、８を参照して説明する。
リセットゲート４８１、４８２に電圧を印加して、リセットトランジスタＲｘ１、Ｒｘ２のソース電位をＶｄｄ電圧にリセットする。
光電変換領域４３０に光が照射されると、該当マイクロレンズを通過した光は、該当フィルタによって所定の波長を持つ光のみ光電変換領域４３０に照射される。
光電変換領域で電子−正孔対が形成され、電圧が印加された第１及び第２垂直フォトゲート４２１、４２２の領域から拡張されたｎ領域４５１、４５２を通じて第１及び第２電荷保存領域４４１、４４２に移動する。
【００４８】
トランスファーゲート４７１、４７２に電圧を印加すると、第１及び第２電荷保存領域４４１、４４２の光電荷はフローティング拡散領域４６１、４６２に移動する。フローティング拡散領域４６１、４６２の光電荷はドライブゲートＤＧ１、ＤＧ２の電圧に変換され、これにより、選択ゲートＳＧ１、ＳＧ２は電圧ＯＵＴ１、ＯＵＴ２を出力する。
この出力電圧ＯＵＴ１、ＯＵＴ２によって、カラーイメージまたは物体との距離が測定される。
【００４９】
赤外線ピクセルの場合、第１及び第２垂直フォトゲート４２１、４２２に位相差が出るパルス電圧が印加され、回路処理部４９９は、入力された出力値ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の差で対象物体との距離を測定する。
【００５０】
各カラーピクセルの場合、第１及び第２垂直フォトゲート４２１、４２２に同時に電圧が印加されれば、回路処理部４９９は、入力された出力値ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の和を計算して該当するカラーの強度を測定する。第１及び第２垂直フォトゲート４２１、４２２に位相差を有する電圧が印加されれば、回路処理部４９９はやはり、入力された出力値ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の和を計算して該当するカラーの強度を測定する。
したがって、被対象物体のカラーイメージと、それとの距離が測定できるので、立体的に被対象物体が具現される。
【００５１】
上記実施形態では、サブピクセルが図１の距離測定センサ１００の構造を持つが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図３及び図４の距離測定センサ２００、３００も同一に適用され、詳細な説明は省略する。
カラーピクセルは、上述した本実施形態で示した構造の代りに従来周知技術で３つ又は４つのトランジスタを備えたイメージセンサで構成でき、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、距離測定センサ及びそれを備えた立体カラーイメージセンサ関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００５４】
１００、２００、３００    距離測定センサ
１１０、４１０    基板
１１１、４１１    第１トレンチ
１１２、４１２    第２トレンチ
１１４、４１４    絶縁層
１２１、４２１    第１垂直フォトゲート
１２２、４２２    第２垂直フォトゲート
１３０、２３０、４３０    光電変換領域
１４１、３４１、４４１    第１電荷保存領域
１４２、３４２、４４２    第２電荷保存領域
１５１、１５２、２１１、２１２、２１４    ｎ型領域
１６１    第１信号回路
１６２    第２信号回路
１７０、４９９    回路処理部
４６１、４６２    フローティング拡散領域
４６３、４６４    リセット拡散領域
４７１、４７２    トランスファーゲート
４８１、４８２    リセットゲート
４９０    遮光シールド
【図１】
0005566621.tif 000002
【図２】
0005566621.tif 000003
【図３】
0005566621.tif 000004
【図４】
0005566621.tif 000005
【図５】
0005566621.tif 000006
【図６】
0005566621.tif 000007
【図７】
0005566621.tif 000008
【図８】
0005566621.tif 000009