(57)【要約】【課題】色つきを改善するとともに、画質を向上させることができるようにする。【解決手段】固体撮像装置は、複数の色成分の各色成分に対応する第１の画素と、第１の画素と比べて入射光に対する高い感度を有する第２の画素との組み合わせが２次元状に配列された画素アレイ部において、第１の画素における第１の光電変換部と第１の不要電荷ドレイン部との間に形成される第１の電気的障壁と、第２の画素における第２の光電変換部と第２の不要電荷ドレイン部との間に形成される第２の電気的障壁とが、その高さが異なるように形成される。本技術は、例えば、CMOSイメージセンサに適用することができる。【選択図】図７
2016181532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の色成分の各色成分に対応する第１の画素と、前記第１の画素と比べて入射光に対する高い感度を有する第２の画素との組み合わせが２次元状に配列された画素アレイ部を備え、
前記第１の画素は、
入射光の光量に応じた電荷を生成する第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第１の不要電荷ドレイン部と、
前記第１の光電変換部と前記第１の不要電荷ドレイン部との間に形成される第１の電気的障壁の高さに応じて、前記第１の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第１の不要電荷ドレイン部に排出する第１の不要電荷排出ゲート部と
を有し、
前記第２の画素は、
入射光の光量に応じた電荷を生成する第２の光電変換部と、
前記第２の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第２の不要電荷ドレイン部と、
前記第２の光電変換部と前記第２の不要電荷ドレイン部との間に形成される第２の電気的障壁の高さに応じて、前記第２の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第２の不要電荷ドレイン部に排出する第２の不要電荷排出ゲート部と
を有し、
前記第１の電気的障壁の高さと、前記第２の電気的障壁の高さとは、異なっている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２の電気的障壁の高さは、前記第１の電気的障壁の高さよりも深く形成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の不要電荷排出ゲート部に印加する第１の電圧と、前記第２の不要電荷排出ゲート部に印加する第２の電圧を制御することで、前記第２の電気的障壁の高さが、前記第１の電気的障壁の高さよりも深く形成されるようにする
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１の不要電荷ドレイン部に印加する第１の電圧と、前記第２の不要電荷ドレイン部に印加する第２の電圧を制御することで、前記第２の電気的障壁の高さが、前記第１の電気的障壁の高さよりも深く形成されるようにする
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１の不要電荷排出ゲート部のゲートサイズと、前記第２の不要電荷排出ゲート部のゲートサイズとは、異なっている
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１の不要電荷排出ゲート部の近傍の第１の不純物濃度と、前記第２の不要電荷排出ゲート部の近傍の第２の不純物濃度とは、異なっている
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１の画素は、
前記第１の光電変換部により生成された電荷を保持する第１の電荷保持部をさらに有し、
前記第２の画素は、
前記第２の光電変換部により生成された電荷を保持する第２の電荷保持部をさらに有する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
複数の色成分の各色成分に対応する第１の画素と、前記第１の画素と比べて入射光に対する高い感度を有する第２の画素との組み合わせが２次元状に配列された画素アレイ部を備え、
前記第１の画素は、
入射光の光量に応じた電荷を生成する第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第１の不要電荷ドレイン部と、
前記第１の光電変換部と前記第１の不要電荷ドレイン部との間に形成される第１の電気的障壁の高さに応じて、前記第１の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第１の不要電荷ドレイン部に排出する第１の不要電荷排出ゲート部と
を有し、
前記第２の画素は、
入射光の光量に応じた電荷を生成する第２の光電変換部と、
前記第２の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第２の不要電荷ドレイン部と、
前記第２の光電変換部と前記第２の不要電荷ドレイン部との間に形成される第２の電気的障壁の高さに応じて、前記第２の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第２の不要電荷ドレイン部に排出する第２の不要電荷排出ゲート部と
を有し、
前記第１の電気的障壁の高さと、前記第２の電気的障壁の高さとは、異なっている
固体撮像装置を搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像装置、及び、電子機器に関し、特に、色つきを改善するとともに、画質を向上させることができるようにした固体撮像装置、及び、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像装置において、ブルーミング現象を抑制するための技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、暗い場所においてより明るい撮影画像を得るために、Ｒ（赤）画素、Ｇ（緑）画素、及び、Ｂ（青）画素に加えて、Ｗ（白）画素を有する固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４０３６８７号
【特許文献２】特許第４１８７００４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、固体撮像装置において、Ｗ画素等の高感度画素を含む画素配列を用いた場合、高感度画素が、他の画素よりも先に飽和するためにブルーミング現象が発生し、その結果として、信号処理後の撮影画像では、いわゆる色つきが生じてしまう領域があった。そのため、このような色つきを改善して、画質の劣化を抑制したいという要請があった。
【０００６】
本技術はこのような状況に鑑みてなされたものであり、色つきを改善するとともに、画質を向上させることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術の第１の側面の固体撮像装置は、複数の色成分の各色成分に対応する第１の画素と、前記第１の画素と比べて入射光に対する高い感度を有する第２の画素との組み合わせが２次元状に配列された画素アレイ部を備え、前記第１の画素は、入射光の光量に応じた電荷を生成する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第１の不要電荷ドレイン部と、前記第１の光電変換部と前記第１の不要電荷ドレイン部との間に形成される第１の電気的障壁の高さに応じて、前記第１の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第１の不要電荷ドレイン部に排出する第１の不要電荷排出ゲート部とを有し、前記第２の画素は、入射光の光量に応じた電荷を生成する第２の光電変換部と、前記第２の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第２の不要電荷ドレイン部と、前記第２の光電変換部と前記第２の不要電荷ドレイン部との間に形成される第２の電気的障壁の高さに応じて、前記第２の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第２の不要電荷ドレイン部に排出する第２の不要電荷排出ゲート部とを有し、前記第１の電気的障壁の高さと、前記第２の電気的障壁の高さとは、異なっている固体撮像装置である。
【０００８】
本技術の第１の側面の固体撮像装置においては、複数の色成分の各色成分に対応する第１の画素における第１の光電変換部と第１の不要電荷ドレイン部との間に形成される第１の電気的障壁と、第１の画素と比べて入射光に対する高い感度を有する第２の画素における第２の光電変換部と第２の不要電荷ドレイン部との間に形成される第２の電気的障壁とが、その高さが異なるように形成される。
【０００９】
本技術の第２の側面の電子機器は、複数の色成分の各色成分に対応する第１の画素と、前記第１の画素と比べて入射光に対する高い感度を有する第２の画素との組み合わせが２次元状に配列された画素アレイ部を備え、前記第１の画素は、入射光の光量に応じた電荷を生成する第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第１の不要電荷ドレイン部と、前記第１の光電変換部と前記第１の不要電荷ドレイン部との間に形成される第１の電気的障壁の高さに応じて、前記第１の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第１の不要電荷ドレイン部に排出する第１の不要電荷排出ゲート部とを有し、前記第２の画素は、入射光の光量に応じた電荷を生成する第２の光電変換部と、前記第２の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第２の不要電荷ドレイン部と、前記第２の光電変換部と前記第２の不要電荷ドレイン部との間に形成される第２の電気的障壁の高さに応じて、前記第２の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第２の不要電荷ドレイン部に排出する第２の不要電荷排出ゲート部とを有し、前記第１の電気的障壁の高さと、前記第２の電気的障壁の高さとは、異なっている固体撮像装置を搭載した電子機器である。
【００１０】
本技術の第２の側面の電子機器においては、複数の色成分の各色成分に対応する第１の画素における第１の光電変換部と第１の不要電荷ドレイン部との間に形成される第１の電気的障壁と、第１の画素と比べて入射光に対する高い感度を有する第２の画素における第２の光電変換部と第２の不要電荷ドレイン部との間に形成される第２の電気的障壁とが、その高さが異なるように形成される。
【発明の効果】
【００１１】
本技術の第１の側面、及び、第２の側面によれば、色つきを改善するとともに、画質を向上させることができる。
【００１２】
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、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＲＧＢ画素に加えてＷ画素を含む場合の画素配列を示す図である。
【図２】ブルーミング現象によるリニアリティの悪化を示す図である。
【図３】図４のポテンシャル構造に対応したＷ画素を含む画素配列を示す図である。
【図４】ブルーミング現象を説明するためのポテンシャル図である。
【図５】固体撮像装置の構成例を示す図である。
【図６】画素の断面図である。
【図７】画素のポテンシャル図である。
【図８】第１の実施の形態における画素の平面図である。
【図９】第１の実施の形態における画素のポテンシャル図である。
【図１０】第２の実施の形態における画素の平面図である。
【図１１】第２の実施の形態における画素のポテンシャル図である。
【図１２】第３の実施の形態における画素の平面図である。
【図１３】第３の実施の形態における画素のポテンシャル図である。
【図１４】第４の実施の形態における画素の断面図である。
【図１５】第４の実施の形態における画素の平面図である。
【図１６】第４の実施の形態における画素のポテンシャル図である。
【図１７】ブルーミング現象の抑制によるリニアリティの改善を示す図である。
【図１８】固体撮像装置を有するカメラモジュールの構成例を示す図である。
【図１９】固体撮像装置を有する電子機器の構成例を示す図である。
【図２０】固体撮像装置の使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本技術の実施の形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行うものとする。
【００１５】
１．本技術が解決する課題
２．固体撮像装置の構成
３．第１の実施の形態：OFG電圧制御
４．第２の実施の形態：OFD電圧制御
５．第３の実施の形態：OFGゲートサイズ・不純物濃度調整
６．第４の実施の形態：メモリ部を有する構造
７．変形例
８．カメラモジュールの構成
９．電子機器の構成
１０．固体撮像装置の使用例
【００１６】
＜１．本技術が解決する課題＞
【００１７】
図１は、ＲＧＢ画素に加えてＷ画素を含む場合の画素配列を示す図である。
【００１８】
図１Ａは、ベイヤ配列の画素配列を示しており、Ｇ画素が市松状に配され、残った部分にＲ画素とＢ画素が一列ごとに交互に配されている。図１Ｂでは、ＲＧＢ画素にＷ画素を加えることで、例えば暗い場所においても明るい撮影画像が得られるようにしている。図１Ｂの画素配列では、Ｒ画素とＷ画素が交互に配される行と、Ｇ画素とＢ画素が交互に配される行とが、一行ごとに交互に配されている。
【００１９】
このようなＷ画素を含む画素配列（図１Ｂ）では、高感度画素としてのＷ画素が、他の画素よりも先に飽和するために、Ｗ画素から隣接する他の画素に電荷が溢れてしまい、ブルーミング現象が発生する場合がある。ここで、図２には、横軸を光量とし、縦軸を出力信号とした場合における各画素の関係を示しており、Ｗ画素ではリニアリティは保たれているが、Ｇ画素、Ｒ画素、及び、Ｂ画素では、ブルーミング現象が発生すると、途中からリニアリティを維持することができずに、リニアリティが悪化することになる（図２の点線内の領域Ｐ１）。
【００２０】
そして、ブルーミング現象に起因してリニアリティが悪化すると、後段の信号処理回路による信号処理において、Ｇ画素、Ｒ画素、及び、Ｂ画素における高照度側のリニアリティの悪化した領域では、リニアリティが維持されていた領域と比べて、ホワイトバランスの比率が変動するため、撮影画像に色つきが生じてしまうことになる。このような色つきが発生すると、撮影画像の画質の劣化が生じることになる。
【００２１】
このように、色つきの問題は、ブルーミング現象に起因するものであるが、画素のポテンシャル構造で示すと、次のようになる。すなわち、図３のＷ画素を含む画素配列において、点線Ｌで示される部分のＲ画素とＷ画素に対応するポテンシャル構造を示すと、図４のポテンシャル図のように表すことができる。
【００２２】
図４Ａにおいて、Ｒ画素１１−１のフォトダイオード２１−１と、Ｗ画素１１−２のフォトダイオード２１−２では、入射光の光量に応じた電荷が生成されるが、Ｒ画素１１−１と比べて高い感度を有するＷ画素１１−２が、Ｒ画素よりも先に飽和するため、フォトダイオード２１−２に蓄積された電荷が、フォトダイオード２１−１側に溢れて、ブルーミング現象が発生することになる（図４Ｂ）。
【００２３】
このようなブルーミング現象が発生する原因としては、ポテンシャル障壁（OFB(R)）とポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（B(PD)）よりも深く形成されているが、ポテンシャル障壁（OFB(R)）とポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが同じ高さで形成されていることにある。本技術は、このような点に着目して、ブルーミング現象に起因した色つきを改善するとともに、画質を向上させることができるようにするものである。
【００２４】
なお、図４において、ポテンシャル障壁（OFB(R)）は、Ｒ画素１１−１におけるフォトダイオード２１−１とオーバーフロードレイン２５−１との間に形成される電気的障壁である。また、ポテンシャル障壁（OFB(W)）は、Ｗ画素１１−２におけるフォトダイオード２１−２とオーバーフロードレイン２５−２との間に形成される電気的障壁である。また、ポテンシャル障壁（B(PD)）は、フォトダイオード２１−１とフォトダイオード２１−２との間に形成される電気的障壁である。
【００２５】
また、図４においては、Ｗ画素１１−２に隣接する画素として、Ｒ画素１１−１を例示して、ブルーミング現象を説明したが、Ｗ画素１１−２に隣接するＧ画素やＢ画素においても同様に、ブルーミング現象が発生することになる。
【００２６】
＜２．固体撮像装置の構成＞
【００２７】
（固体撮像装置の構成）
図５は、固体撮像装置の構成例を示す図である。
【００２８】
図５の固体撮像装置１００は、例えば、CMOSイメージセンサ等のイメージセンサである。固体撮像装置１００は、光学レンズ系（不図示）を介して被写体からの入射光（像光）を取り込んで、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。
【００２９】
図５において、固体撮像装置１００は、画素アレイ部１０１、垂直駆動回路１０２、カラム信号処理回路１０３、水平駆動回路１０４、出力回路１０５、制御回路１０６、及び、入出力端子１０７を含んで構成される。
【００３０】
画素アレイ部１０１には、複数の画素１１１が２次元状に配列される。画素１１１は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタを有して構成される。
【００３１】
垂直駆動回路１０２は、例えばシフトレジスタによって構成され、所定の画素駆動配線１１２を選択して、選択された画素駆動配線１１２に画素１１１を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素１１１を駆動する。すなわち、垂直駆動回路１０２は、画素アレイ部１０１の各画素１１１を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素１１１のフォトダイオード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、垂直信号線１１３を通してカラム信号処理回路１０３に供給する。
【００３２】
カラム信号処理回路１０３は、画素１１１の列ごとに配置されており、１行分の画素１１１から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路１０３は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling)及びA/D(Analog/Digital)変換等の信号処理を行う。
【００３３】
水平駆動回路１０４は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路１０３の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路１０３の各々から画素信号を水平信号線１１４に出力させる。
【００３４】
出力回路１０５は、カラム信号処理回路１０３の各々から水平信号線１１４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。なお、出力回路１０５は、例えば、バッファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。
【００３５】
制御回路１０６は、固体撮像装置１００の各部の動作を制御する。例えば、制御回路１０６は、入力クロック信号と、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また、固体撮像装置１００の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路１０６は、垂直同期信号、水平同期信号、及び、マスタクロック信号に基づいて、垂直駆動回路１０２、カラム信号処理回路１０３、及び、水平駆動回路１０４などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。制御回路１０６は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路１０２、カラム信号処理回路１０３、及び、水平駆動回路１０４などに出力する。
【００３６】
入出力端子１０７は、外部と信号のやりとりを行う。
【００３７】
以上のように構成される、図５の固体撮像装置１００は、CDS処理とA/D変換処理を行うカラム信号処理回路１０３が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサとされる。また、図５の固体撮像装置１００は、裏面照射型のCMOSイメージセンサとすることができる。
【００３８】
（画素の断面構造）
図６は、図５の画素アレイ部１０１に２次元状に配列されている画素１１１の断面図である。
【００３９】
画素１１１は、光電変換素子として、例えばフォトダイオード（PD）１２１を有している。フォトダイオード１２１は、入射光の光量に応じた電荷を生成する光電変換部である。フォトダイオード１２１は、例えば、Ｎ型基板１３１上に形成されたＰ型ウェル層１３２に対して、Ｐ型層１３３を基板表面側に形成してＮ型埋め込み層１３４を埋め込むことにより形成される埋め込み型のフォトダイオードである。
【００４０】
画素１１１は、フォトダイオード１２１に加えて、第１転送ゲート(TRG)１２２、フローティングディフュージョン(FD)１２３、オーバフローゲート(OFG)１２４、及び、オーバーフロードレイン(OFD)１２５を有する。なお、図示はしていないが、画素１１１は、フォトダイオード１２１に光を導入する開口部など以外の部分を遮光する遮光膜により遮光されている。
【００４１】
第１転送ゲート１２２は、ゲート電極を含むように構成される。第１転送ゲート１２２は、そのゲート電極に転送パルスTRGが印加されることにより、フォトダイオード１２１により生成された電荷を、フローティングディフュージョン１２３に転送する。
【００４２】
フローティングディフュージョン１２３は、配線用のコンタクトを電気的に接続可能な不純物濃度のＮ型層からなる電荷電圧変換部であり、第１転送ゲート１２２によってフォトダイオード１２１から転送されてくる電荷を電圧に変換する。フローティングディフュージョン１２３の上部には、配線用のコンタクトが接続され、複数の画素トランジスタ（不図示）と接続されている。
【００４３】
画素トランジスタは、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、及び、選択トランジスタ等から構成される。これらの画素トランジスタにより、フローティングディフュージョン１２３の電圧を示す画素信号が読み出されて増幅され、垂直信号線１１３を通してカラム信号処理回路１０３に供給される。
【００４４】
オーバフローゲート１２４は、ゲート電極を含むように構成される。オーバフローゲート１２４は、そのゲート電極に排出パルスOFGが印加されることにより、フォトダイオード１２１により生成された電荷であって、画像形成に寄与しない不要な電荷を、オーバーフロードレイン１２５に排出する。
【００４５】
オーバーフロードレイン１２５は、配線用のコンタクトを電気的に接続可能な不純物濃度のＮ型層からなり、オーバフローゲート１２４から排出される、フォトダイオード１２１により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る。
【００４６】
画素１１１は、以上のように構成されるが、画素アレイ部１０１には、カラーフィルタを有している、Ｒ（赤）画素、Ｇ（緑）画素、及び、Ｂ（青）画素以外に、カラーフィルタを有していない、Ｗ（白）画素が配置されている。以下の説明では、Ｒ画素、Ｇ画素、及び、Ｂ画素を総称して、Ｐ(原色：primary colors)画素１１１−１と称して、高感度画素としてのＷ画素１１１−２と区別するものとする。さらに、Ｐ画素１１１−１を構成する要素には「−１」を記述し、Ｗ画素１１１−２を構成する要素には「−２」を記述して区別するものとする。
【００４７】
（ポテンシャル構造）
図７は、図５の画素アレイ部１０１に２次元状に配列されている画素１１１のポテンシャル図である。図７には、Ｗ画素１１１−２と、Ｗ画素１１１−２に隣接するＰ画素１１１−１のポテンシャル構造が示されている。なお、このポテンシャル図においては、図中の縦方向が電位を示し、下方向ほど電位が高くなる。この関係は後述する他のポテンシャル図でも同様とされる。
【００４８】
図７において、Ｐ画素１１１−１のフォトダイオード（PD(P)）１２１−１と、Ｗ画素１１１−２のフォトダイオード（PD(W)）１２１−２では、入射光の光量に応じた電荷が生成されるが、フォトダイオード１２１−２に蓄積される電荷は、フォトダイオード１２１−１に蓄積される電荷よりも多くなる。そのため、フォトダイオード１２１−２に蓄積されている電荷が飽和して、フォトダイオード１２１−１側へ溢れてしまうことで、ブルーミング現象が発生することは先に述べた通りである。
【００４９】
本技術では、このようなブルーミング現象を抑制するために、ポテンシャル障壁（OFB(P)）とポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（B(PD)）の高さよりも深く形成され、かつ、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにする。これにより、Ｗ画素１１１−２において、フォトダイオード１２１−２に蓄積される電荷は、飽和する前に、オーバーフロードレイン（OFD(W)）１２５−２側に排出されるため、ブルーミング現象を抑制することができる。
【００５０】
ただし、ポテンシャル障壁（OFB(P)）は、Ｐ画素１１１−１におけるフォトダイオード（PD(P)）１２１−１とオーバーフロードレイン（OFD(P)）１２５−１との間に形成される電気的障壁である。また、ポテンシャル障壁（OFB(W)）は、Ｗ画素１１１−２におけるフォトダイオード（PD(W)）１２１−２とオーバーフロードレイン（OFD(W)）１２５−２との間に形成される電気的障壁である。また、ポテンシャル障壁（B(PD)）は、フォトダイオード（PD(P)）１２１−１とフォトダイオード（PD(W)）１２１−２との間に形成される電気的障壁である。さらに、ポテンシャル障壁の高さを深く形成するとは、図７のポテンシャル構造で示した場合における＋側になるようにすることを意味する。
【００５１】
以上のような原理で、ブルーミング現象を抑制するが、以下、ポテンシャル障壁（OFB）の具体的な制御方法について、第１の実施の形態乃至第４の実施の形態により説明する。
【００５２】
＜３．第１の実施の形態＞
【００５３】
（画素の平面構造）
図８は、第１の実施の形態における画素１１１の平面図である。
【００５４】
図８において、Ｗ画素１１１−２の隣接画素であるＰ画素１１１−１においては、第１転送ゲート１２２−１によって、フォトダイオード１２１−１に蓄積された電荷が、フローティングディフュージョン１２３−１に転送される。また、オーバフローゲート１２４−１によって、フォトダイオード１２１−１により生成された電荷であって、不要な電荷が、オーバーフロードレイン１２５−１に排出される。
【００５５】
一方、高感度画素であるＷ画素１１１−２においては、第１転送ゲート１２２−２によって、フォトダイオード１２１−２に蓄積された電荷が、フローティングディフュージョン１２３−２に転送される。また、オーバフローゲート１２４−２によって、フォトダイオード１２１−２により生成された電荷であって、不要な電荷が、オーバーフロードレイン１２５−２に排出される。
【００５６】
（画素の断面構造とポテンシャル構造）
図９は、第１の実施の形態における画素１１１の断面構造とポテンシャル図である。
【００５７】
図９Ａにおいて、Ｐ画素１１１−１は、図８のＰ画素１１１−１におけるＸ−Ｘ’の断面に対応し、Ｗ画素１１１−２は、図８のＷ画素１１１−２におけるＹ−Ｙ’の断面に対応している。また、図９Ｂのポテンシャル図は、図９Ａの画素１１１の断面構造に対応している。
【００５８】
Ｐ画素１１１−１においては、フォトダイオード１２１−１により生成された電荷であって、画像形成に寄与しない不要な電荷の流れを、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さに応じて遮断・切り替え可能なオーバフローゲート１２４−１と、フォトダイオード１２１−１からオーバフローゲート１２４−１を経由して掃き出された不要な電荷を受け取るオーバーフロードレイン１２５−１が形成されている。ただし、オーバーフロードレイン１２５−１は、オーバフローゲート１２４−１に対してフォトダイオード１２１−１とは反対側に形成されている。
【００５９】
一方、Ｗ画素１１１−２においては、フォトダイオード１２１−２により生成された電荷であって、画像形成に寄与しない不要な電荷の流れを、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さに応じて遮断・切り替え可能なオーバフローゲート１２４−２と、フォトダイオード１２１−２からオーバフローゲート１２４−２を経由して掃き出された不要な電荷を受け取るオーバーフロードレイン１２５−２が形成されている。ただし、オーバーフロードレイン１２５−２は、オーバフローゲート１２４−２に対してフォトダイオード１２１−２とは反対側に形成されている。
【００６０】
ここで、フォトダイオード１２１−１とフォトダイオード１２１−２に電荷が蓄積されるとき、オーバフローゲート１２４−１とオーバフローゲート１２４−２のゲート電極に印加される排出パルスOFGを制御することで、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにする。
【００６１】
具体的には、例えば、オーバフローゲート１２４−１のゲート電極に印加される排出パルスOFG(P)として、0Vである電圧が印加され、オーバフローゲート１２４−２のゲート電極に印加される排出パルスOFG(W)として、0.1Vである電圧が印加されるようにする。すなわち、排出パルスOFGとして、下記の式（１）の関係を満たすような電圧が印加されるようにする。
【００６２】
OFG(P) ＜ OFG(W)      ・・・（１）
【００６３】
これにより、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるため、フォトダイオード１２１−２に蓄積されている電荷が飽和して、フォトダイオード１２１−１側へ溢れることを防いで、ブルーミング現象を抑制することができる。
【００６４】
なお、排出パルスOFGは、垂直駆動回路１０２（図５）から供給されるものであるため、例えば、垂直駆動回路１０２が、Ｐ画素１１１−１のオーバフローゲート１２４−１と、Ｗ画素１１１−２のオーバフローゲート１２４−２に印加される電圧を制御することになる。ただし、垂直駆動回路１０２の代わりに、例えば、制御回路１０６（図５）や、入出力端子１０７（図５）を介して入力される信号などに応じて、各オーバフローゲート１２４に印加される電圧が制御されるようにしてもよい。
【００６５】
以上のように、第１の実施の形態においては、Ｐ画素１１１−１のオーバフローゲート１２４−１に印加される電圧と、Ｗ画素１１１−２のオーバフローゲート１２４−２に印加される電圧を制御することで、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにする。
【００６６】
これにより、Ｗ画素１１１−２のフォトダイオード１２１−２に蓄積されている電荷が飽和して、Ｐ画素１１１−１のフォトダイオード１２１−１側へ溢れることを防いで、ブルーミング現象を抑制することができる。そのため、ブルーミング現象に起因して発生する色つきを改善して、画質の劣化を抑制することができる。
【００６７】
＜４．第２の実施の形態＞
【００６８】
（画素の平面構造）
図１０は、第２の実施の形態における画素１１１の平面図である。
【００６９】
図１０において、Ｐ画素１１１−１においては、第１転送ゲート１２２−１によって、フォトダイオード１２１−１に蓄積された電荷が、フローティングディフュージョン１２３−１に転送される。また、オーバフローゲート１２４−１によって、フォトダイオード１２１−１により生成された電荷であって、不要な電荷が、オーバーフロードレイン１２５−１に排出される。
【００７０】
一方、Ｗ画素１１１−２においては、第１転送ゲート１２２−２によって、フォトダイオード１２１−２に蓄積された電荷が、フローティングディフュージョン１２３−２に転送される。また、オーバフローゲート１２４−２によって、フォトダイオード１２１−２により生成された電荷であって、不要な電荷が、オーバーフロードレイン１２５−２に排出される。
【００７１】
（画素の断面構造とポテンシャル構造）
図１１は、第２の実施の形態における画素１１１の断面構造とポテンシャル図である。
【００７２】
図１１Ａにおいて、Ｐ画素１１１−１は、図１０のＰ画素１１１−１におけるＸ−Ｘ’の断面に対応し、Ｗ画素１１１−２は、図１０のＷ画素１１１−２におけるＹ−Ｙ’の断面に対応している。また、図１１Ｂのポテンシャル図は、図１１Ａの画素１１１の断面構造に対応している。
【００７３】
Ｐ画素１１１−１においては、フォトダイオード１２１−１により生成された電荷であって、画像形成に寄与しない不要な電荷の流れを、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さに応じて遮断・切り替え可能なオーバフローゲート１２４−１と、フォトダイオード１２１−１からオーバフローゲート１２４−１を経由して掃き出された不要な電荷を受け取るオーバーフロードレイン１２５−１が形成されている。
【００７４】
一方、Ｗ画素１１１−２においては、フォトダイオード１２１−２により生成された電荷であって、画像形成に寄与しない不要な電荷の流れを、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さに応じて遮断・切り替え可能なオーバフローゲート１２４−２と、フォトダイオード１２１−２からオーバフローゲート１２４−２を経由して掃き出された不要な電荷を受け取るオーバーフロードレイン１２５−２が形成されている。
【００７５】
ここで、フォトダイオード１２１−１とフォトダイオード１２１−２に電荷が蓄積されるとき、オーバーフロードレイン１２５−１とオーバーフロードレイン１２５−２のコンタクトに印加される制御パルスOFDを制御することで、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにする。
【００７６】
具体的には、例えば、オーバーフロードレイン１２５−１のコンタクトに印加される制御パルスOFD(P)として、5.0Vである電圧が印加され、オーバーフロードレイン１２５−２のコンタクトに印加される制御パルスOFD(W)として、5.5Vである電圧が印加されるようにする。すなわち、制御パルスOFDとして、下記の式（２）の関係を満たすような電圧が印加されるようにする。
【００７７】
OFD(P) ＜ OFD(W)      ・・・（２）
【００７８】
これにより、オーバーフロードレイン１２５−１，１２５−２のポテンシャルに連動して、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるため、フォトダイオード１２１−２に蓄積されている電荷が飽和して、フォトダイオード１２１−１側へ溢れることを防いで、ブルーミング現象を抑制することができる。
【００７９】
なお、制御パルスOFDとして、Ｐ画素１１１−１のオーバーフロードレイン１２５−１と、Ｗ画素１１１−２のオーバーフロードレイン１２５−２に印加される電圧は、例えば、垂直駆動回路１０２（図５）により制御される。ただし、垂直駆動回路１０２の代わりに、例えば、制御回路１０６（図５）や、入出力端子１０７（図５）を介して入力される信号などに応じて、各オーバーフロードレイン１２５に印加される電圧が制御されるようにしてもよい。
【００８０】
以上のように、第２の実施の形態においては、Ｐ画素１１１−１のオーバーフロードレイン１２５−１に印加される電圧と、Ｗ画素１１１−２のオーバーフロードレイン１２５−２に印加される電圧を制御することで、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにする。
【００８１】
これにより、Ｗ画素１１１−２のフォトダイオード１２１−２に蓄積されている電荷が飽和して、Ｐ画素１１１−１のフォトダイオード１２１−１側へ溢れることを防いで、ブルーミング現象を抑制することができる。そのため、ブルーミング現象に起因して発生する色つきを改善して、画質の劣化を抑制することができる。
【００８２】
＜５．第３の実施の形態＞
【００８３】
（画素の平面構造）
図１２は、第３の実施の形態における画素１１１の平面図である。
【００８４】
図１２において、Ｐ画素１１１−１においては、第１転送ゲート１２２−１によって、フォトダイオード１２１−１に蓄積された電荷が、フローティングディフュージョン１２３−１に転送される。また、オーバフローゲート１２４−１によって、フォトダイオード１２１−１により生成された電荷であって、不要な電荷が、オーバーフロードレイン１２５−１に排出される。
【００８５】
一方、Ｗ画素１１１−２においては、第１転送ゲート１２２−２によって、フォトダイオード１２１−２に蓄積された電荷が、フローティングディフュージョン１２３−２に転送される。また、オーバフローゲート１２４−２によって、フォトダイオード１２１−２により生成された電荷であって、不要な電荷が、オーバーフロードレイン１２５−２に排出される。
【００８６】
ここでは、オーバフローゲート１２４−１のゲートサイズと、オーバフローゲート１２４−２のゲートサイズとを異なるようにすることで、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにしている。
【００８７】
具体的には、例えば、オーバフローゲート１２４−１（のゲート電極）のゲート長（Ｌ１）が、オーバフローゲート１２４−２（のゲート電極）のゲート長（Ｌ２）よりも長くなるようにする。すなわち、オーバフローゲート１２４−２のゲート長（Ｌ２）は、オーバフローゲート１２４−１のゲート長（Ｌ１）よりも短くなる。これにより、オーバフローゲート１２４−１のゲート電極に印加される排出パルスOFG(P)と、オーバフローゲート１２４−２のゲート電極に印加される排出パルスOFG(W)として、同一の電圧が印加されるようにした場合でも、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されることになる。
【００８８】
なお、ここでは、オーバフローゲート１２４−１のゲート長（Ｌ１）と、オーバフローゲート１２４−２のゲート長（Ｌ２）を調整した場合を説明したが、例えば、オーバフローゲート１２４−２のゲート幅（Ｗ２）が、オーバフローゲート１２４−１のゲート幅（Ｗ１）よりも長くなるように調整するなど、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるように、ゲート長（Ｌ１，Ｌ２）及びゲート幅（Ｗ１，Ｗ２）の少なくとも一方を調整すればよい。
【００８９】
（画素の断面構造とポテンシャル構造）
図１３は、第３の実施の形態における画素１１１の断面構造とポテンシャル図である。
【００９０】
図１３Ａにおいて、Ｐ画素１１１−１は、図１２のＰ画素１１１−１におけるＸ−Ｘ’の断面に対応し、Ｗ画素１１１−２は、図１２のＷ画素１１１−２におけるＹ−Ｙ’の断面に対応している。また、図１３Ｂのポテンシャル図は、図１３Ａの画素１１１の断面構造に対応している。
【００９１】
Ｐ画素１１１−１においては、フォトダイオード１２１−１により生成された電荷であって、画像形成に寄与しない不要な電荷の流れを、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さに応じて遮断・切り替え可能なオーバフローゲート１２４−１と、フォトダイオード１２１−１からオーバフローゲート１２４−１を経由して掃き出された不要な電荷を受け取るオーバーフロードレイン１２５−１が形成されている。
【００９２】
一方、Ｗ画素１１１−２においては、フォトダイオード１２１−２により生成された電荷であって、画像形成に寄与しない不要な電荷の流れを、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さに応じて遮断・切り替え可能なオーバフローゲート１２４−２と、フォトダイオード１２１−２からオーバフローゲート１２４−２を経由して掃き出された不要な電荷を受け取るオーバーフロードレイン１２５−２が形成されている。
【００９３】
ここでは、オーバフローゲート１２４−１のゲート長（Ｌ１）と、オーバフローゲート１２４−２のゲート長（Ｌ２）が調整されているため（Ｌ１＞Ｌ２）、フォトダイオード１２１−１とフォトダイオード１２１−２に電荷が蓄積されるとき、オーバフローゲート１２４−１とオーバフローゲート１２４−２のゲート電極に印加される排出パルスOFGとして、同一の電圧（例えば0.1V等）が印加されるようにした場合でも、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されることになる。
【００９４】
このように、オーバフローゲート１２４−１とオーバフローゲート１２４−２（のゲート電極）のゲートサイズが異なるようにすることで、排出パルスOFGとして、同一の電圧が印加される場合でも、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるため、フォトダイオード１２１−２に蓄積されている電荷が飽和して、フォトダイオード１２１−１側へ溢れることを防いで、ブルーミング現象を抑制することができる。
【００９５】
なお、Ｐ画素１１１−１におけるオーバフローゲート１２４−１の近傍の不純物濃度と、Ｗ画素１１１−２におけるオーバフローゲート１２４−２の近傍の不純物濃度を調整することで、排出パルスOFGとして、同一の電圧が印加される場合に、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにしてもよい。
【００９６】
具体的には、例えば、オーバフローゲート１２４−２の下部の不純物濃度を、オーバフローゲート１２４−１の下部の不純物濃度よりも低くすることで、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにすることができる。また、オーバフローゲート１２４のゲートサイズの調整と、その下部の不純物濃度の調整を組み合わせて、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにしてもよい。
【００９７】
以上のように、第３の実施の形態においては、オーバフローゲート１２４−１とオーバフローゲート１２４−２のゲートサイズを異なるようにするか、あるいはその下部の不純物濃度を異なるようにすることで、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにする。
【００９８】
これにより、Ｗ画素１１１−２のフォトダイオード１２１−２に蓄積されている電荷が飽和して、Ｐ画素１１１−１のフォトダイオード１２１−１側へ溢れることを防いで、ブルーミング現象を抑制することができる。そのため、ブルーミング現象に起因して発生する色つきを改善して、画質の劣化を抑制することができる。
【００９９】
＜６．第４の実施の形態＞
【０１００】
ところで、CMOSイメージセンサ等の固体撮像装置１００では、一般的に、フォトダイオードに蓄積された電荷を読み出す信号読み出し動作が画素アレイ部１０１の行ごとに行われ、信号読み出し動作が終了した画素は、その終了時点から、再度、電荷の蓄積を開始する。このように画素アレイ部１０１の行ごとに信号読み出し動作を行うことにより、固体撮像装置１００においては、全ての画素において電荷の蓄積期間を一致させることができず、被写体が動いている場合などに撮像画像に歪みが生じてしまう。例えば、上下方向にまっすぐな物が横方向に動いているのを撮像した場合に、それが傾いているように写ることになる。
【０１０１】
このような被写体の像に歪みが生じることを回避するために、各画素の露光期間が同一となるような固体撮像装置１００の全画素同時電子シャッタが開発されている。全画素同時電子シャッタとは、撮像に有効な全ての画素について、同時に露光を開始し、同時に露光を終了する動作を行うものであり、グローバルシャッタ（グローバル露光）とも呼ばれる。
【０１０２】
グローバルシャッタ機能を実現するためには、フォトダイオードの蓄積電荷を空にする電荷排出動作を全画素同時に行って露光を開始し、露光期間終了時点で、転送ゲートを全画素同時に駆動して蓄積された光電荷を全てメモリ部に転送して保持する。そして、フローティングディフュージョン(FD)をリセットした後に、メモリ部の保持電荷を、フローティングディフュージョンに転送して信号レベルの読み出しが行われる。以下、本技術を、このようなグローバルシャッタ機能を有する固体撮像装置１００に適用した場合について説明する。
【０１０３】
（画素の断面構造）
図１４は、第４の実施の形態における画素１１１の断面図である。すなわち、図１４は、グローバルシャッタ機能を有する固体撮像装置１００における画素アレイ部１０１に２次元状に配列されている画素１１１の断面構造を示している。なお、図１４の画素１１１の断面構造において、図６の画素１１１の断面構造と対応する部分については、同一の符号が付してあり、その説明は適宜省略するものとする。
【０１０４】
画素１１１は、フォトダイオード１２１、第１転送ゲート(TRG)１２２、フローティングディフュージョン(FD)１２３、オーバフローゲート(OFG)１２４、及び、オーバーフロードレイン(OFD)１２５に加えて、第２転送ゲート(TRX)１４１、及び、メモリ部（MEM）１４２を有している。
【０１０５】
第２転送ゲート１４１は、ゲート電極を含むように構成される。第２転送ゲート１４１は、フォトダイオード１２１とメモリ部１４２との間と、メモリ部１４２の上部の一部を覆うように形成されている。
【０１０６】
第２転送ゲート１４１は、そのゲート電極に転送パルスTRXが印加されることにより、フォトダイオード１２１により生成された電荷を、メモリ部１４２に転送する。メモリ部１４２は、例えば、Ｎ型基板上に形成されたＰ型ウェル層１３２に対して、Ｐ型層を基板表面側に形成してＮ型埋め込み層を埋め込むことにより形成される。メモリ部１４２は、第２転送ゲート１４１によってフォトダイオード１２１から転送された電荷を保持する。
【０１０７】
第１転送ゲート(TRG)１２２は、そのゲート電極に転送パルスTRGが印加されることにより、メモリ部１４２に保持された電荷を、フローティングディフュージョン１２３に転送する。
【０１０８】
図１４において、オーバフローゲート１２４やオーバーフロードレイン１２５は、図６の画素１１１の断面構造と同様に構成されている。
【０１０９】
グローバルシャッタ機能を有する画素１１１は、以上のように構成されるが、画素アレイ部１０１には、カラーフィルタを有している、Ｒ（赤）画素、Ｇ（緑）画素、及び、Ｂ（青）画素以外に、カラーフィルタを有していない、Ｗ（白）画素が配置されている。以下の説明においても同様に、Ｒ画素、Ｇ画素、及び、Ｂ画素を総称して、Ｐ画素１１１−１と称して、高感度画素としてのＷ画素１１１−２と区別するものとする。
【０１１０】
（画素の平面構造）
図１５は、第４の実施の形態における画素１１１の平面図である。図１５において、Ｐ画素１１１−１とＷ画素１１１−２は、図１４の画素１１１におけるＸ−Ｘ’の断面に対応している。
【０１１１】
図１５において、Ｐ画素１１１−１においては、第２転送ゲート１４１−１によって、フォトダイオード１２１−１に蓄積された電荷が、メモリ部１４２−１に転送される。そして、第１転送ゲート１２２−１によって、メモリ部１４２−１に保持された電荷が、フローティングディフュージョン１２３−１に転送される。また、オーバフローゲート１２４−１によって、フォトダイオード１２１−１により生成された電荷であって、不要な電荷が、オーバーフロードレイン１２５−１に排出される。
【０１１２】
一方、Ｗ画素１１１−２においては、第２転送ゲート１４１−２によって、フォトダイオード１２１−２に蓄積された電荷が、メモリ部１４２−２に転送される。そして、第１転送ゲート１２２−２によって、メモリ部１４２−２に保持された電荷が、フローティングディフュージョン１２３−２に転送される。また、オーバフローゲート１２４−２によって、フォトダイオード１２１−２により生成された電荷であって、不要な電荷が、オーバーフロードレイン１２５−２に排出される。
【０１１３】
（ポテンシャル構造）
図１６は、第４の実施の形態における画素１１１のポテンシャル図である。なお、図１６のポテンシャル図は、図１４の画素１１１の断面構造に対応している。
【０１１４】
すなわち、Ｐ画素１１１−１においては、フォトダイオード１２１−１により生成された電荷であって、画像形成に寄与しない不要な電荷の流れを、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さに応じて遮断・切り替え可能なオーバフローゲート１２４−１と、フォトダイオード１２１−１からオーバフローゲート１２４−１を経由して掃き出された不要な電荷を受け取るオーバーフロードレイン１２５−１が形成されている。また、フォトダイオード１２１−１に対して、オーバーフロードレイン１２５−１の反対側には、メモリ部１４２−１が形成されている。
【０１１５】
一方、Ｗ画素１１１−２においては、フォトダイオード１２１−２により生成された電荷であって、画像形成に寄与しない不要な電荷の流れを、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さに応じて遮断・切り替え可能なオーバフローゲート１２４−２と、フォトダイオード１２１−２からオーバフローゲート１２４−２を経由して掃き出された不要な電荷を受け取るオーバーフロードレイン１２５−２が形成されている。また、フォトダイオード１２１−２に対して、オーバーフロードレイン１２５−２の反対側には、メモリ部１４２−２が形成されている。
【０１１６】
このようなグローバルシャッタ機能を有する画素１１１においても、上述した第１の実施の形態乃至第３の実施の形態と同様にして、例えば、オーバフローゲート１２４に印加される電圧を制御したり、オーバーフロードレイン１２５に印加される電圧を制御したり、あるいは、オーバフローゲート１２４のゲートサイズやその近傍の不純物濃度を調整したりすることで、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにする。
【０１１７】
これにより、例えば、Ｗ画素１１１−２のフォトダイオード１２１−２に蓄積されている電荷が飽和して、Ｐ画素１１１−１のメモリ部１４２−１側などに溢れることを防いで、ブルーミング現象を抑制することができる。そのため、ブルーミング現象に起因して発生する色つきを改善して、画質の劣化を抑制することができる。
【０１１８】
（リニアリティの改善）
【０１１９】
第１の実施の形態乃至第４の実施の形態で説明したポテンシャル障壁（OFB）の制御方法を用いて、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにすることで、ブルーミング現象が抑制され、リニアリティが改善される。
【０１２０】
図１７は、ブルーミング現象の抑制によるリニアリティの改善を示す図である。
【０１２１】
図１７Ａには、本技術を適用したポテンシャル障壁（OFB）の制御方法を用いていない場合を比較のために示しており、これは、上述した図２の従来のブルーミング現象によるリニアリティの悪化に相当するものである。すなわち、横軸を光量とし、縦軸を出力信号とした場合に、Ｗ画素ではリニアリティは保たれているが、Ｇ画素、Ｒ画素、及び、Ｂ画素では、ブルーミング現象が発生すると（図中の点線Ｐ２）、途中からリニアリティを維持することができずに、リニアリティが悪化することになる。
【０１２２】
このようにしてリニアリティが悪化してしまうと、後段の信号処理で、Ｇ画素、Ｒ画素、及び、Ｂ画素における高照度側のリニアリティの悪化した領域では、リニアリティが維持されていた領域と比べて、ホワイトバランスの比率が変動するため、撮影画像に色つきが生じてしまうことは、先の述べた通りである。そして、このような色つきによって画質の劣化が生じてしまう。
【０１２３】
一方、図１７Ｂは、本技術を適用したポテンシャル障壁（OFB）の制御方法を用いた場合を示しており、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにすることで、ブルーミング現象が抑制されているため、Ｗ画素だけでなく、Ｇ画素、Ｒ画素、及び、Ｂ画素についてもリニアリティが維持されている（リニアリティが改善している）。そのため、後段の信号処理で、リニアリティの悪化によるホワイトバランスの比率の変動といったことは起こらないため、撮影画像に色つきが生じることはなく、画質が劣化することもない。
【０１２４】
＜７．変形例＞
【０１２５】
上述した説明では、高感度画素としてＷ（白）画素を説明したが、厳密な意味での（理想的な）白色や透明な画素に限定されるものではなく、Ｒ（赤）画素、Ｇ（緑）画素、又は、Ｂ（青）画素である原色画素や、Ｃｙ（シアン）画素、Ｍｇ（マゼンタ）画素、又は、Ｙｅ（イエロー）画素である補色画素に比べて感度の高い画素であればよい。また、上述した説明では、有彩色画素として、Ｒ画素、Ｇ画素、及び、Ｂ画素を例示したが、例えば、Ｃｙ画素、Ｍｇ画素、又は、Ｙｅ画素などの他の有彩色画素を用いてもよい。
【０１２６】
また、例えば、ベイヤ配列などの高感度画素（例えばＷ画素）を有しない画素配列である場合に、例えば、Ｇ画素が飽和してしまうと、Ｒ画素とＢ画素がブルーミング現象の影響を受けることになるが、このＧ画素を、上述したＷ画素と同様に捉えて、ポテンシャル障壁（OFB(G)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(R,B)）の高さよりも深く形成されるようにすることで、ブルーミング現象を同様に回避することができる。
【０１２７】
また、ポテンシャル障壁（OFB(P)）とポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さを、ポテンシャル障壁（B(PD)）の高さよりも深く形成して、ポテンシャル障壁（B(PD)）との電位差を大きくすればするほど、ブルーミング現象を抑制する効果はあるが、一方で、各フォトダイオード(PD)１２１との電位差が小さくなってしまうため、飽和電荷量が減ってしまう場合が想定される。
【０１２８】
すなわち、ブルーミング現象を抑制するために、ポテンシャル障壁（OFB(P)）とポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが深く形成されるようにすることで、ブルーミング現象が抑制されて、リニアリティは改善されるが、全画素のフォトダイオード(PD)１２１の飽和電荷量（Qs）が減少して、ダイナミックレンジが低下することになる。これに対しては、例えば、フォトダイオード１２１を形成する際にあらかじめ十分な電荷を蓄積できるように形成したり、あるいは、不純物濃度を上げて、フォトダイオード１２１のポテンシャルを深く形成することができるようにしたり（＋側になるようにする）することで対処することができる。
【０１２９】
＜８．カメラモジュールの構成＞
【０１３０】
本技術は、固体撮像装置への適用に限られるものではない。すなわち、本技術は、固体撮像装置のほかに光学レンズ系等を有するカメラモジュール、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置、撮像機能を有する携帯端末装置（例えばスマートフォンやタブレット型端末）、又は画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、固体撮像装置を有する電子機器全般に対して適用可能である。
【０１３１】
図１８は、固体撮像装置を有するカメラモジュールの構成例を示す図である。
【０１３２】
図１８において、カメラモジュール２００は、光学レンズ系２１１、固体撮像装置２１２、入出力部２１３、DSP（Digital Signal Processor）回路２１４、及び、CPU（Central Processing Unit）２１５を１つに組み込んで、モジュールを構成している。
【０１３３】
固体撮像装置２１２は、図５の固体撮像装置１００に対応しており、その構造として、例えば、図６の断面構造が採用されている。すなわち、固体撮像装置２１２においては、Ｒ画素、Ｇ画素、及び、Ｂ画素（Ｐ画素１１１−１）以外に、Ｗ画素（Ｗ画素１１１−２）が配置されている。固体撮像装置２１２は、光学レンズ系２１１を介して被写体からの入射光（像光）を取り込んで、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。入出力部２１３は、外部との入出力のインターフェースとしての機能を有する。
【０１３４】
DSP回路２１４は、固体撮像装置２１２から供給される信号を処理する信号処理回路である。例えば、この信号処理回路では、Ｒ画素からのＲ（赤）の成分に対応した信号と、Ｇ画素からのＧ（緑）の成分に対応した信号と、Ｂ画素からのＢ（青）の成分に対応した信号によるＲＧＢ信号が処理されることになる。また、Ｗ画素からのＷ（白）の成分に対応した信号についても処理される。なお、上述した信号処理回路が行う処理が、固体撮像装置２１２により行われるようにしてもよい。
【０１３５】
CPU２１５は、光学レンズ系２１１の制御や、入出力部２１３との間でデータのやりとりなどを行う。
【０１３６】
また、カメラモジュール２０１としては、例えば、光学レンズ系２１１、固体撮像装置２１２、及び、入出力部２１３のみでモジュールが構成されるようにしてもよい。この場合、固体撮像装置２１２からの画素信号が入出力部２１３を介して出力される。さらに、カメラモジュール２０２としては、光学レンズ系２１１、固体撮像装置２１２、入出力部２１３、及び、DSP回路２１４によりモジュールが構成されるようにしてもよい。この場合、固体撮像装置２１２からの画素信号は、DSP回路２１４により処理され、入出力部２１３を介して出力される。
【０１３７】
カメラモジュール２００，２０１，２０２は、以上のように構成される。カメラモジュール２００，２０１，２０２の固体撮像装置２１２においては、高感度画素としてのＷ画素（Ｗ画素１１１−２）と、Ｗ画素の隣接画素としてのＲ画素、Ｇ画素、及び、Ｂ画素（Ｐ画素１１１−１）との間で、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにして、ブルーミング現象が抑制されるようにしている。これにより、ブルーミング現象に起因して発生する色つきを改善して、画質の劣化を抑制することができる。
【０１３８】
＜９．電子機器の構成＞
【０１３９】
図１９は、固体撮像装置を有する電子機器の構成例を示す図である。
【０１４０】
図１９の電子機器３００は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯端末装置などの電子機器である。
【０１４１】
図１９において、電子機器３００は、固体撮像装置３０１、DSP回路３０２、フレームメモリ３０３、表示部３０４、記録部３０５、操作部３０６、及び、電源部３０７から構成される。また、電子機器３００において、DSP回路３０２、フレームメモリ３０３、表示部３０４、記録部３０５、操作部３０６、及び、電源部３０７は、バスライン３０８を介して相互に接続されている。
【０１４２】
固体撮像装置３０１は、図５の固体撮像装置１００に対応しており、その構造として、例えば、図６の断面構造が採用されている。すなわち、固体撮像装置２１２においては、Ｒ画素、Ｇ画素、及び、Ｂ画素（Ｐ画素１１１−１）以外に、Ｗ画素（Ｗ画素１１１−２）が配置されている。固体撮像装置３０１は、光学レンズ系（不図示）を介して被写体からの入射光（像光）を取り込んで、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。
【０１４３】
DSP回路３０２は、固体撮像装置３０１から供給される信号を処理する信号処理回路であって、図１８のDSP回路２１４に対応している。DSP回路３０２は、固体撮像装置３０１からの信号を処理して得られる画像データを出力する。フレームメモリ３０３は、DSP回路３０２により処理された画像データを、フレーム単位で一時的に保持する。
【０１４４】
表示部３０４は、例えば、液晶パネルや有機EL（Electro Luminescence）パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像装置３０１で撮像された動画又は静止画を表示する。記録部３０５は、固体撮像装置３０１で撮像された動画又は静止画の画像データを、半導体メモリやハードディスク等の記録媒体に記録する。
【０１４５】
操作部３０６は、ユーザによる操作に従い、電子機器３００が有する各種の機能についての操作指令を出力する。電源部３０７は、DSP回路３０２、フレームメモリ３０３、表示部３０４、記録部３０５、及び、操作部３０６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。
【０１４６】
電子機器３００は、以上のように構成される。電子機器３００の固体撮像装置３０１においては、高感度画素としてのＷ画素（Ｗ画素１１１−２）と、Ｗ画素の隣接画素としてのＲ画素、Ｇ画素、及び、Ｂ画素（Ｐ画素１１１−１）との間で、ポテンシャル障壁（OFB(W)）の高さが、ポテンシャル障壁（OFB(P)）の高さよりも深く形成されるようにして、ブルーミング現象が抑制されるようにしている。これにより、ブルーミング現象に起因して発生する色つきを改善して、画質の劣化を抑制することができる。
【０１４７】
＜１０．固体撮像装置の使用例＞
【０１４８】
図２０は、イメージセンサとしての固体撮像装置１００の使用例を示す図である。
【０１４９】
上述した固体撮像装置１００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様々なケースに使用することができる。すなわち、図２０に示すように、上述した、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野だけでなく、例えば、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、又は、農業の分野などにおいて用いられる装置でも、固体撮像装置１００を使用することができる。
【０１５０】
具体的には、上述したように、鑑賞の分野において、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（例えば図１９の電子機器３００）で、固体撮像装置１００を使用することができる。
【０１５１】
交通の分野において、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で、固体撮像装置１００を使用することができる。
【０１５２】
家電の分野において、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、固体撮像装置１００を使用することができる。また、医療・ヘルスケアの分野において、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で、固体撮像装置１００を使用することができる。
【０１５３】
セキュリティの分野において、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で、固体撮像装置１００を使用することができる。また、美容の分野において、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で、固体撮像装置１００を使用することができる。
【０１５４】
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ブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置で、固体撮像装置１００を使用することができる。また、農業の分野において、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で、固体撮像装置１００を使用することができる。
【０１５５】
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の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。例えば、上述した複数の実施の形態の全て又は一部を組み合わせた形態を採用することができる。
【０１５６】
また、本技術は、以下のような構成をとることができる。
【０１５７】
（１）
複数の色成分の各色成分に対応する第１の画素と、前記第１の画素と比べて入射光に対する高い感度を有する第２の画素との組み合わせが２次元状に配列された画素アレイ部を備え、
前記第１の画素は、
入射光の光量に応じた電荷を生成する第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第１の不要電荷ドレイン部と、
前記第１の光電変換部と前記第１の不要電荷ドレイン部との間に形成される第１の電気的障壁の高さに応じて、前記第１の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第１の不要電荷ドレイン部に排出する第１の不要電荷排出ゲート部と
を有し、
前記第２の画素は、
入射光の光量に応じた電荷を生成する第２の光電変換部と、
前記第２の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第２の不要電荷ドレイン部と、
前記第２の光電変換部と前記第２の不要電荷ドレイン部との間に形成される第２の電気的障壁の高さに応じて、前記第２の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第２の不要電荷ドレイン部に排出する第２の不要電荷排出ゲート部と
を有し、
前記第１の電気的障壁の高さと、前記第２の電気的障壁の高さとは、異なっている
固体撮像装置。
（２）
前記第２の電気的障壁の高さは、前記第１の電気的障壁の高さよりも深く形成されている
（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記第１の不要電荷排出ゲート部に印加する第１の電圧と、前記第２の不要電荷排出ゲート部に印加する第２の電圧を制御することで、前記第２の電気的障壁の高さが、前記第１の電気的障壁の高さよりも深く形成されるようにする
（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記第１の不要電荷ドレイン部に印加する第１の電圧と、前記第２の不要電荷ドレイン部に印加する第２の電圧を制御することで、前記第２の電気的障壁の高さが、前記第１の電気的障壁の高さよりも深く形成されるようにする
（２）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記第１の不要電荷排出ゲート部のゲートサイズと、前記第２の不要電荷排出ゲート部のゲートサイズとは、異なっている
（２）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記第１の不要電荷排出ゲート部の近傍の第１の不純物濃度と、前記第２の不要電荷排出ゲート部の近傍の第２の不純物濃度とは、異なっている
（２）に記載の固体撮像装置。
（７）
前記第１の画素は、
前記第１の光電変換部により生成された電荷を保持する第１の電荷保持部をさらに有し、
前記第２の画素は、
前記第２の光電変換部により生成された電荷を保持する第２の電荷保持部をさらに有する
（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
複数の色成分の各色成分に対応する第１の画素と、前記第１の画素と比べて入射光に対する高い感度を有する第２の画素との組み合わせが２次元状に配列された画素アレイ部を備え、
前記第１の画素は、
入射光の光量に応じた電荷を生成する第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第１の不要電荷ドレイン部と、
前記第１の光電変換部と前記第１の不要電荷ドレイン部との間に形成される第１の電気的障壁の高さに応じて、前記第１の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第１の不要電荷ドレイン部に排出する第１の不要電荷排出ゲート部と
を有し、
前記第２の画素は、
入射光の光量に応じた電荷を生成する第２の光電変換部と、
前記第２の光電変換部により生成された電荷であって、不要な電荷を受け取る第２の不要電荷ドレイン部と、
前記第２の光電変換部と前記第２の不要電荷ドレイン部との間に形成される第２の電気的障壁の高さに応じて、前記第２の光電変換部により生成された不要な電荷を、前記第２の不要電荷ドレイン部に排出する第２の不要電荷排出ゲート部と
を有し、
前記第１の電気的障壁の高さと、前記第２の電気的障壁の高さとは、異なっている
固体撮像装置を搭載した電子機器。
【符号の説明】
【０１５８】
１００  固体撮像装置，  １０１  画素アレイ部，  １１１  画素，  １１１−１  Ｐ画素（ＲＧＢ画素），  １１１−２  Ｗ画素，  １０３  カラム信号処理回路，  １０６  制御回路，  １２１，１２１−１，１２１−２  フォトダイオード（PD），  １２２，１２２−１，１２２−２  第１転送ゲート（TRG），  １２３，１２３−１，１２３−２  フローティングディフュージョン(FD)，  １２４，１２４−１，１２４−２  オーバフローゲート(OFG)，  １２５，１２５−１，１２５−２  オーバーフロードレイン(OFD)，  １４１，１４１−１，１４１−２  第２転送ゲート（TRX），  １４２，１４２−１，１４２−２  メモリ部（MEM），  ２００，２０１，２０２  カメラモジュール，  ２１２  固体撮像装置，  ３００  電子機器，  ３０１  固体撮像装置
【図１】
2016181532.tif 000003
【図２】
2016181532.tif 000004
【図３】
2016181532.tif 000005
【図４】
2016181532.tif 000006
【図５】
2016181532.tif 000007
【図６】
2016181532.tif 000008
【図７】
2016181532.tif 000009
【図８】
2016181532.tif 000010
【図９】
2016181532.tif 000011
【図１０】
2016181532.tif 000012
【図１１】
2016181532.tif 000013
【図１２】
2016181532.tif 000014
【図１３】
2016181532.tif 000015
【図１４】
2016181532.tif 000016
【図１５】
2016181532.tif 000017
【図１６】
2016181532.tif 000018
【図１７】
2016181532.tif 000019
【図１８】
2016181532.tif 000020
【図１９】
2016181532.tif 000021
【図２０】
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