(57)【要約】【課題】更なる高感度化を実現し得る固体撮像装置を提供する。【解決手段】半導体基板に設けられた光電変換部と、入射光を前記光電変換部に出射する底部を備える光導波路とを備える画素を有する固体撮像装置であって、前記光電変換部は、前記半導体基板の第１の深さに設けられた第１導電型の第１半導体領域と、前記半導体基板の前記第１の深さの下部に位置する第２の深さに設けられ、第１の領域によって互いに離間された第２導電型の第２半導体領域及び前記第２導電型の第３半導体領域と、を有し、前記第２半導体領域、前記第３半導体領域及び前記第１の領域のそれぞれが、平面視において、前記第１半導体領域の一部と重なっており、平面視において、前記底部の少なくとも一部と、前記第１の領域の少なくとも一部とが重なっている。【選択図】図４
2018206917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に設けられた光電変換部と、入射光を前記光電変換部に出射する底部を備える光導波路とを備える画素を有する固体撮像装置であって、
前記光電変換部は、
前記半導体基板の第１の深さに設けられた第１導電型の第１半導体領域と、
前記半導体基板の前記第１の深さの下部に位置する第２の深さに設けられ、第１の領域によって互いに離間された第２導電型の第２半導体領域及び前記第２導電型の第３半導体領域と、
を有し、
前記第２半導体領域、前記第３半導体領域及び前記第１の領域のそれぞれが、平面視において、前記第１半導体領域の一部と重なっており、
平面視において、前記底部の少なくとも一部と、前記第１の領域の少なくとも一部とが重なっていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
平面視において前記第１の領域と前記底部とが重なっている領域を含む、前記半導体基板に垂直な断面において、前記光導波路の中心と前記第１の領域の中心とが一致している
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画素は、前記光導波路の上方に設けられたレンズを更に有し、
前記レンズへの前記入射光の向きに応じて、前記レンズの光軸と前記光導波路の中心とが互いにシフトされている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素は、前記光導波路の上方に設けられたレンズを更に有し、
平面視において前記第１の領域と前記底部とが重なっている領域を含む、前記半導体基板に垂直な断面において、前記レンズへの前記入射光の向きに応じて、前記光導波路の中心と前記第１の領域の中心とが互いにシフトされている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記レンズは、前記レンズの光軸と前記光導波路の中心とが一致するように配されている
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１半導体領域は、平面視において、第１の端部と、前記第１の端部に対向する第２の端部とを備え、
前記第１の領域は、平面視において、前記第１の端部の一部から前記第２の端部の一部に渡って前記第１半導体領域を横断するように配置されている
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】
請求項１乃至６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８】
移動体であって、
請求項１乃至６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、撮像システム及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳイメージセンサに代表される固体撮像装置において、光電変換部の感度及び飽和電荷量は、固体撮像装置の重要な特性の１つである。
【０００３】
光電変換部が配置される基板の構造の一例として、ｐ型ウェル構造が挙げられる。ｐ型ウェル構造は、半導体基板の表面部に設けたｐ型ウェル内に光電変換部を配置した構造である。
【０００４】
特許文献１には、ｐ型ウェル構造の光電変換部を有する固体撮像装置が記載されている。特許文献１によれば、電荷蓄積領域をなすｎ型半導体領域の下部にｐ型半導体領域を配置することによってｐｎ接合容量を増加させる。これにより、光電変換部の飽和電荷量を増加させることができるとされる。
【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】
しかしながら、近年、固体撮像装置の更なる高感度化が求められており、特許文献１に記載の固体撮像装置においては感度が十分でない場合もある。そこで、本発明は、更なる高感度化を実現し得る固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、半導体基板に設けられた光電変換部と、入射光を前記光電変換部に出射する底部を備える光導波路とを備える画素を有する固体撮像装置であって、前記光電変換部は、前記半導体基板の第１の深さに設けられた第１導電型の第１半導体領域と、前記半導体基板の前記第１の深さの下部に位置する第２の深さに設けられ、第１の領域によって互いに離間された第２導電型の第２半導体領域及び前記第２導電型の第３半導体領域と、を有し、前記第２半導体領域、前記第３半導体領域及び前記第１の領域のそれぞれが、平面視において、前記第１半導体領域の一部と重なっており、平面視において、前記底部の少なくとも一部と、前記第１の領域の少なくとも一部とが重なっていることを特徴とする固体撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
更なる高感度化を実現し得る固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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造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レイアウトを示す図である。
【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概略断面図である。
【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他の構成例による概略断面図である。
【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概略断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態による固体撮像装置の画素の概略構造を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態による固体撮像装置の画素の概略構造を示す図である。
【図９】本発明の第５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１０】本発明の第６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】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に基づいて説明する。複数の図面に渡って対応する要素には共通の符号を付し、その説明を省略又は簡略化することがある。
【００１１】
［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。
【００１２】
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は、本実施形態による固体撮像装置の画素の平面レイアウトを示す図である。図４は、本実施形態による固体撮像装置の画素の概略断面図である。図５は、本実施形態による固体撮像装置の画素の他の構成例による概略平面図である。
【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、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、差動増幅器等から構成され、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】
それぞれの画素１２は、図２に示すように、光電変換部ＰＤと、転送トランジスタＭ１と、リセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、選択トランジスタＭ４とを含む。光電変換部ＰＤは、例えばフォトダイオードであり、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のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレイン、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートの接続ノードは、いわゆるフローティングディフュージョン（ＦＤ）であり、このノードが含む容量成分からなる電荷電圧変換部を構成する。リセットトランジスタＭ２のドレイン及び増幅トランジスタＭ３のドレインは、電源電圧線（Ｖｄｄ）に接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４のソースは、垂直出力線１６に接続されている。垂直出力線１６の他端には、電流源１８が接続されている。
【００１８】
制御信号線１４は、図２に示す回路構成の場合、転送信号線ＴＸ、リセット信号線ＲＥＳ、選択信号線ＳＥＬを含む。転送信号線ＴＸは、転送トランジスタＭ１のゲートに接続される。リセット信号線ＲＥＳは、リセットトランジスタＭ２のゲートに接続される。選択信号線ＳＥＬは、選択トランジスタＭ４のゲートに接続される。
【００１９】
光電変換部ＰＤ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。転送トランジスタＭ１は、オン状態になることにより光電変換部ＰＤの電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。フローティングディフュージョンＦＤは、その容量による電荷電圧変換によって、光電変換部ＰＤから転送された電荷の量に応じた電圧となる。増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電源電圧が供給され、ソースに選択トランジスタＭ４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Ｍ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に基づく信号を、選択トランジスタＭ４を介して垂直出力線１６に出力する。リセットトランジスタＭ２は、オン状態になることによりフローティングディフュージョンＦＤを電源電圧Ｖｄｄに応じた電圧にリセットする。
【００２０】
図３は、本実施形態による固体撮像装置１００の画素１２の平面レイアウトを示す図である。図４は、図３のＡ−Ａ′線に沿った概略断面図である。図３及び図４には、画素１２の構成要素のうち、光電変換部ＰＤ及び転送トランジスタＭ１のみを示している。なお、図３には１つの画素１２の平面レイアウトのみを示しているが、実際には左右方向及び上下方向に所定の単位画素ピッチで図３の平面レイアウトが周期的に配されている。図３には、隣接する画素１２との間の境界線の一例を破線で示している。
【００２１】
不純物濃度の低いｎ型の半導体基板１１０の表面部には、活性領域１１２を画定する素子分離絶縁領域１１４が設けられている。活性領域１１２には、光電変換部ＰＤを構成するフォトダイオードと、転送トランジスタＭ１と、光電変換部ＰＤから転送される電荷を保持する電荷保持部としてのフローティングディフュージョンＦＤとが配される。
【００２２】
光電変換部ＰＤは、半導体基板１１０の活性領域１１２の表面に設けられたｐ型半導体領域１１６と、ｐ型半導体領域１１６の下部に接して設けられたｎ型半導体領域１１８（第１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１１８は、半導体基板１１０の第１の深さに設けられる。ｎ型半導体領域１１８は、光電変換部ＰＤ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。なお、ｐ型半導体領域１１６が設けられていない構成であってもよい。また、本明細書において、ｐ型及びｎ型のうちの一方を第１導電型、他方を第２導電型と呼ぶこともある。
【００２３】
フローティングディフュージョンＦＤは、半導体基板１１０の活性領域１１２の表面部にｎ型半導体領域１１８から離間して設けられたｎ型半導体領域１２０により構成されている。
【００２４】
転送トランジスタＭ１は、ｎ型半導体領域１１８とｎ型半導体領域１２０との間の半導体基板１１０上にゲート絶縁膜１２２を介して設けられたゲート電極１２４を含む。ｎ型半導体領域１１８とｎ型半導体領域１２０との間の半導体基板１１０内には、これらを電気的に分離するためのｐ型半導体領域１２６が設けられている。
【００２５】
ｎ型半導体領域１１８の下部に位置する第２の深さには、ｎ型半導体領域１１８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ｐ型半導体領域１２８が設けられている。ｐ型半導体領域１２８は、平面視において、行方向（図において横方向）に延在するストライプ状のパターンにより構成されている。
【００２６】
図３には、隣接する２つのストライプ状のパターンのｐ型半導体領域１２８ａ（第２半導体領域）、１２８ｂ（第３半導体領域）と、これらの間の間隙１４０（第１の領域）とを示している。ｐ型半導体領域１２８ａとｐ型半導体領域１２８ｂとの間の間隙１４０は、平面視において、ｎ型半導体領域１１８を横断するように配されている。また、ｎ型半導体領域１１８は、平面視において間隙１４０に対応する位置にｐ型半導体領域１２８と重ならない第１の領域を有すると言うこともできる。あるいは、ｎ型半導体領域１１８とｐ型半導体領域１２８ａとが重なる領域を第２の領域、ｎ型半導体領域１１８とｐ型半導体領域１２８ｂとが重なる領域を第３の領域と定義すると、第２の領域と第３の領域とが互いに離間していると言うこともできる。更に言えば、ｎ型半導体領域１１８は、平面視において、第１の端部と、第１の端部に対向する第２の端部とを備える。第１の端部の一部と、第２の端部の一部とに渡って、第２の領域と第３の領域とが離間されていると言える。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。
【００２７】
半導体基板１１０の深部には、ｐ型半導体領域１３０、１３２、１３４が設けられている。ｐ型半導体領域１３０は、半導体基板１１０の内部において画素１２間の分離の役目を果たすものである。ｐ型半導体領域１３２は、ｐ型半導体領域１３０よりも深い半導体基板１１０の内部において画素１２間の分離の役目を果たすものである。ｐ型半導体領域１３４は、半導体基板１１０中で発生した信号電荷を有効に集める深さを規定するためのものである。なお、本明細書では、ｐ型半導体領域１２６によって電気的に分離された半導体基板１１０の表面部を、半導体領域と呼ぶこともある。
【００２８】
ｎ型半導体領域１１８の下部にｐ型半導体領域１２８を設けることで、ｎ型半導体領域１１８とｐ型半導体領域１２８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ＰＤ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１１８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１１８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１１８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ＰＤ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１２８を設けることで、電荷蓄積層としてのｎ型半導体領域１１８の飽和電荷量を増加することができる。
【００２９】
また、ｐ型半導体領域１２８ａとｐ型半導体領域１２８ｂとの間の間隙１４０は、ｎ型半導体領域１１８とｐ型半導体領域１３４との間の半導体基板１１０内で発生した信号電荷をｎ型半導体領域１１８に集める際の信号電荷の移動経路となる。したがって、間隙１４０の大きさ、形状及びｐ型半導体領域１２８の不純物濃度を適切に設定することにより、ｎ型半導体領域１１８とｐ型半導体領域１３４との間の半導体基板１１０内で発生した信号電荷を速やかにｎ型半導体領域１１８に集めることができる。すなわち、ｐ型半導体領域１２８を設けない構造において得られる感度と同等の感度を得ることができる。
【００３０】
なお、間隙１４０は、平面視におけるｎ型半導体領域１１８の中央部の近傍に配置することが望ましい。ｎ型半導体領域１１８は、電位の分布を持ち、中央部の電位が高く、端部の電位は低くなっている。このため、ｐ型半導体領域１２８よりも深い場所で発生した信号電荷をドリフトによってｎ型半導体領域１１８に効果的に収集するうえで、電位の高いｎ型半導体領域１１８の中央部の近傍に間隙１４０を設けることが有効である。また、間隙１４０をｎ型半導体領域１１８の中央部の近傍に配置することには、信号電荷の移動経路を短くできるメリットもある。
【００３１】
したがって、本実施形態の上述の構成によれば、光電変換部ＰＤにおける受光感度を低下することなく、光電変換部ＰＤの飽和電荷量を増加することができる。
【００３２】
前述のように、本実施形態による固体撮像装置では、ｐ型半導体領域１２８ａとｐ型半導体領域１２８ｂとの間の間隙１４０を、平面視においてｎ型半導体領域１１８を横断するように配置している。これは、製造ばらつきに起因する特性変動を抑制するためである。
【００３３】
平面視におけるｎ型半導体領域１１８の角部は、実際の形成時には例えば図３に示すように丸まるが、その丸まり方は形成時の条件等によって必ずしも一定にはならない。そのため、間隙１４０をｎ型半導体領域１１８の端部と重なるように配置した場合、ｎ型半導体領域１１８と間隙１４０とが重なる部分の形状は、ｎ型半導体領域１１８の形成条件等によって変動する。
【００３４】
もし、形成時のばらつきによってｎ型半導体領域１１８と間隙１４０とが重なる部分の形状が変わるならば、そのばらつきがあっても十分な感度が得られるように、ｎ型半導体領域１１８と間隙１４０とが重なる部分の面積を広めに設定する必要が生じる。しかしその場合には、ｎ型半導体領域１１８とｐ型半導体領域１２８ａ、１２８ｂとが重なる部分の面積が小さくなるので、光電変換部ＰＤの飽和電荷量を十分に大きくすることが難しくなる。
【００３５】
この点、本実施形態による固体撮像装置においては、図３に示すように、ｐ型半導体領域１２８ａとｐ型半導体領域１２８ｂとの間の間隙１４０を、ｎ型半導体領域１１８の角部から離間している。したがって、ｎ型半導体領域１１８と間隙１４０とが重なる部分の形状は、ｎ型半導体領域１１８とｐ型半導体領域１２８ａ、１２８ｂとの位置が多少ずれても変化しない。つまり、本実施形態による固体撮像装置では、形成時のばらつきによらず一定の感度が得られるため、高い感度と大きな飽和電荷量とを両立することができる。
【００３６】
なお、間隙１４０がゲート電極１２４と重なると、互いの位置関係のずれによって信号電荷の転送性能にばらつきが生じる虞があるので、間隙１４０は、ゲート電極１２４がない方向にｎ型半導体領域１１８を横断するように配置することが望ましい。
【００３７】
また、本実施形態では、半導体基板１１０の上方に、光導波路１５０が設けられている。光導波路１５０は、底部１５２が光電変換部ＰＤと対向するように配されている。光導波路１５０は、周囲の層間絶縁膜よりも屈折率が高い材料を円錐台形状に形成したものであり、入射光を光電変換部ＰＤに導く機能を有する。これにより、底部１５２からより多くの入射光を光電変換部ＰＤに出射させることができ、固体撮像装置１００の感度が向上する。
【００３８】
図３に示すように、間隙１４０は、平面視において光導波路１５０の底部１５２と少なくとも一部が重なっている。これにより、入射光は、光導波路１５０により間隙１４０の近傍に導かれる。したがって、間隙１４０の近傍に多くの電荷が生成され、その電荷は効率よくｎ型半導体領域１１８に集められる。したがって、固体撮像装置１００の感度が更に向上する。
【００３９】
間隙１４０と光導波路１５０の底部１５２の位置関係の影響についてより詳細に説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、画素１２の他の構成例による概略断面図であり、図４に示した概略断面図のうち、光導波路１５０の近傍のみが示されている。図５（ａ）は、図４と同様に、平面視において、間隙１４０が、光導波路１５０の底部１５２と重なっている状態を示している。図５（ｂ）は、平面視において、間隙１４０の一部が、光導波路１５０の底部１５２と重なっているが、重ならない部分もある状態を示している。図５（ｃ）は、平面視において、間隙１４０が、光導波路１５０の底部１５２と重なっていない状態を示している。
【００４０】
ここで、図５（ａ）の構成における感度を１とすると、図５（ｂ）の構成における感度は約０．９であり、図５（ｂ）の構成における感度は約０．７である。このように、平面視において、間隙１４０が底部１５２と重ならない状態になると、重なっている場合と比べて感度が大きく低下する。したがって、上述のように、間隙１４０は、平面視において光導波路１５０の底部１５２と少なくとも一部が重なっていることが望ましい。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、ｐ型半導体領域１２８に間隙１４０を有する光電変換部ＰＤの上方に光導波路１５０を設けることにより、更なる高感度化を実現し得る固体撮像装置を提供することができる。
【００４２】
［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１００について、図６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１００の画素１２の概略断面図である。図６に示されるように本実施形態では、平面視において間隙１４０と底部１５２が重なっている領域を含む断面において、光導波路１５０の中心の軸１６２の位置と、間隙１４０の中心の軸１６４の位置とが一致している。
【００４３】
固体撮像装置１００の製造時の加工ばらつきにより、間隙１４０と光導波路１５０の位置が図６の横方向又は奥行き方向にずれる場合がある。上述のように、間隙１４０と光導波路１５０の底部１５２の位置関係によって感度が変化するため、このずれは固体撮像装置１００の感度のばらつき要因となり得る。これに対し、本実施形態では、光導波路１５０の中心の軸１６２の位置と、間隙１４０の中心の軸１６４の位置とが一致しているため、平面視において、間隙１４０が、光導波路１５０の底部１５２と重なっている状態が維持されやすい。
【００４４】
したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加え、製造時の加工ばらつきに起因する固体撮像装置１００の感度のばらつきが低減される。
【００４５】
［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１００について、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）を用いて説明する。図７（ａ）は、本実施形態による画素領域１０内の画素１２ｂ、１２ｃの位置を示す図である。図７（ａ）に示されるように、画素領域１０の中心付近に設けられている画素を画素１２ｂと呼び、画素領域１０の端部付近に設けられている画素を画素１２ｃと呼ぶ。図７（ｂ）は、本実施形態による画素１２ｂの概略断面図であり、図７（ｃ）は、本実施形態による画素１２ｃの概略断面図である。
【００４６】
図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示されるように、本実施形態の画素１２ｂ、１２ｃは、光導波路１５０の上方にマイクロレンズ１７０を有する。マイクロレンズ１７０は、入射光を集光し、光導波路１５０に出射することにより、入射光に対する光電変換部ＰＤの感度を向上させる機能を有する。図７（ｂ）及び図７（ｃ）では、マイクロレンズ１７０の中心、すなわち光軸が軸１６６として一点鎖線で示されている。
【００４７】
図７（ｂ）に示される画素領域１０の中心付近の画素１２ｂでは、マイクロレンズ１７０の中心の軸１６６、光導波路１５０の中心の軸１６２、間隙１４０の中心の軸１６４及び光電変換部ＰＤの受光面の中心の軸１６８の位置が一致している。中心付近の画素１２ｂにおいては、光の入射方向は垂直に近い場合が多いため、図７（ｂ）のような配置とすることで感度を向上させることができる。
【００４８】
一方、図７（ｃ）に示される画素領域１０の端部付近の画素１２ｃでは、マイクロレンズ１７０の中心の軸１６６と光導波路１５０の中心の軸１６２とが、シフトされた位置関係になっている。端部付近の画素１２ｃにおいては、光の入射方向（図中破線）は斜めとなる場合が多い。図７（ｂ）のように軸１６６と軸１６２とが一致している配置の場合、斜めからの入射光に対する光電変換部ＰＤへの入射位置がずれること、及び光電変換部ＰＤ外への入射光の漏洩のため、感度が低下する場合がある。そのため、本実施形態では、画素領域１０の中心以外の画素について、マイクロレンズ１７０への入射光の向きに応じて、マイクロレンズ１７０の中心の軸１６６と光導波路１５０の中心の軸１６２の位置をシフトさせる配置（瞳補正）とする。これにより、マイクロレンズ１７０を通過した光が効率よく光導波路１５０に集光され、光電変換部ＰＤに入射されるようにすることができる。
【００４９】
なお、図７（ｃ）において、光導波路１５０の中心の軸１６２の位置と間隙１４０の中心の軸１６４の位置は一致している。これは、第２実施形態で述べたものと同様の構成であり、同様の効果が得られる。更に、図７（ｃ）において、光導波路１５０の中心の軸１６２と光電変換部ＰＤの受光面の中心の軸１６８が、シフトされた位置関係になっている。これにより、光導波路１５０を斜めに通過する入射光に対して、効率よく光電変換が行われ、感度を向上させることができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。これに加え、画素領域１０の端部に配置された画素１２ｃにおいても良好な感度を得ることができる。したがって、画素領域１０の全域に渡って均一かつ良好な感度を得ることができる固体撮像装置１００が提供される。
【００５１】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による固体撮像装置１００について、図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）を用いて説明する。図８（ａ）は、本実施形態による画素領域１０内の画素１２ｂ、１２ｃの位置を示す図である。第３実施形態と同様に、画素領域１０の中心付近に設けられている画素を画素１２ｂと呼び、画素領域１０の端部付近に設けられている画素を画素１２ｃと呼ぶ。図８（ｂ）は、本実施形態による画素１２ｂの概略断面図であり、図８（ｃ）は、本実施形態による画素１２ｃの概略断面図である。図８（ｂ）に示される画素領域１０の中心付近の画素１２ｂについては、第３実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５２】
図８（ｃ）に示される画素領域１０の端部付近の画素１２ｃにおいて、本実施形態では、第３実施形態とは異なり、マイクロレンズ１７０の中心の軸１６６が光導波路１５０の中心の軸１６２に対してシフトされていない。この場合、斜めからの入射光に対する光電変換部ＰＤへの入射位置がずれることがある。そこで、本実施形態では、マイクロレンズ１７０への入射光の向きに応じて、光導波路１５０の中心の軸１６２と間隙１４０の中心の軸１６４の位置とが、シフトされた位置関係になっている。これにより、本実施形態の構成においても、マイクロレンズ１７０を通過した光が効率よく光電変換部ＰＤに入射されるようにすることができる。
【００５３】
以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。これに加え、第３実施形態とは別の構成により、画素領域１０の全域に渡って均一かつ良好な感度を得ることができる固体撮像装置１００が提供される。
【００５４】
［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について、図９を用いて説明する。第１乃至第４実施形態による固体撮像装置１００と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略しあるいは簡潔にする。図９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。
【００５５】
上述の第１乃至第４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９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。
【００５６】
図９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４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。
【００５７】
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。
【００５８】
撮像システム２００は、更に、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。更に撮像システム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。
【００５９】
更に撮像システム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、タイミング信号等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。
【００６０】
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。
【００６１】
第１乃至第４実施形態による固体撮像装置１００を適用することにより、良質な画像を取得しうる撮像システム２００を実現することができる。
【００６２】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による撮像システム及び移動体について、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を用いて説明する。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本実施形態による撮像システム３００及び移動体の構成を示す図である。
【００６３】
図１０（ａ）は、車載カメラに関する撮像システム３００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、上述の第１乃至第４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。
【００６４】
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。
【００６５】
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１０（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、所定の動作を行うように撮像システム３００又は撮像装置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。
【００６６】
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。更に、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。
【００６７】
［変形実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。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。
【００６８】
また、上述の実施形態では、信号電荷として電子を生成する光電変換部ＰＤ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ＰＤ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、上述の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。
【００６９】
また、図２に示した画素１２の回路構成は一例であり、適宜変更が可能である。画素１２は、少なくとも、光電変換部ＰＤと、光電変換部ＰＤから電荷保持部に電荷を転送する転送トランジスタＭ１とを有していればよい。本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサのみならず、ＣＣＤイメージセンサにも適用可能である。また、光電変換部ＰＤから電荷が転送される電荷保持部は、必ずしも増幅部の入力ノードとしてのフローティングディフュージョンＦＤである必要はなく、光電変換部ＰＤ及びフローティングディフュージョンＦＤとは別の電荷保持部であってもよい。
【００７０】
また、上述の実施形態では、図３に示すようにｐ型半導体領域１２８を、平面視において行方向に延在するストライプ状のパターンにより構成したが、平面レイアウトは図３に示す構成に限定されるものではない。例えば、また、平面視において列方向に延在するストライプ状のパターンにより構成してもよい。この場合も、ｐ型半導体領域１２８ａとｐ型半導体領域１２８ｂとの間の間隙１４０は、平面視においてｎ型半導体領域１１８を横断するように配置する。
【００７１】
また、第５及び第６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１００を適用しうる撮像システムの構成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９及び図１０に示した構成に限定されるものではない。
【００７２】
なお、上述の実施形態は、いず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】
【００７３】
１２              画素
１１０            半導体基板
１１６、１２８    ｐ型半導体領域
１１８            ｎ型半導体領域
１４０            間隙
１５０            光導波路
１５２            光導波路の底部
ＰＤ              光電変換部
【図１】
2018206917.tif 000003
【図２】
2018206917.tif 000004
【図３】
2018206917.tif 000005
【図４】
2018206917.tif 000006
【図５】
2018206917.tif 000007
【図６】
2018206917.tif 000008
【図７】
2018206917.tif 000009
【図８】
2018206917.tif 000010
【図９】
2018206917.tif 000011
【図１０】
2018206917.tif 000012