(57)【要約】  ２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる、固体撮像装置及び電子装置を提供すること。  ２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、前記オーバーフロー領域が、第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置を提供する。
2020013130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、及び、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第１のＰ型領域と前記第２のＰ型領域との間にＮ型領域が形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域、及び、前記第３のＰ型領域と前記第４のＰ型領域との間に形成される第５のＮ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域の一方の内側と、当該一方の内側と対向する前記第１画素分離領域の他方の内側との間に前記オーバーフロー領域が含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域の深さが、
前記オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、前記信号電荷が蓄積されるＮ形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成される、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２画素分離領域が、
前記複数の単位画素のそれぞれを２×２の前記サブピクセルに分離する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２画素分離領域が、
十字型を有する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記オーバーフロー領域が、前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域とが近接する領域に形成される、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域との近接する距離が、同一である、又は、異なる、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記十字型の第２画素分離領域の少なくとも一部が、前記第１画素分離領域に接続される、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記信号電荷をオーバーフローさせるための電圧制御を行うトランスファーゲートを更に備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記トランスファーゲートに３値以上の電圧を供給する電源を更に備える、請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記トランスファーゲートに供給する電圧を昇降する昇圧回路を更に備える、請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記第２画素分離領域が、
光を受光する受光面から、前記信号電荷が蓄積される光電変換素子が形成されるシリコン基板まで貫通している、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
前記単位画素の全体を覆う第１集光部と、
前記サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、
を備える、固体撮像装置。
【請求項１５】
前記第１集光部及び前記第２集光部は、レンズである、
請求項１４に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記第１集光部は、レンズであり、
前記第２集光部は、前記第１画素分離領域及び前記第２画素分離領域の上部に設けられた遮光部と、前記サブピクセルの上部であって前記遮光部で囲まれる領域に設けられ、前記遮光部よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有している、請求項１４に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
前記第１集光部と前記光透過層との間に設けられ、前記第１集光部と比較して高い屈折率を有し、前記光透過層と比較して低い屈折率を有する材料により形成された中間層を備える、請求項１６に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記第１画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料及び金属の少なくとも一方を含む材料により形成されており、
前記第２画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料により形成されている、請求項１４に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記サブピクセルと、前記第２集光部との間に設けられたカラーフィルタを備える、請求項１４に記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
固体撮像装置が搭載されて、
前記固体撮像装置が、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、電子装置。
【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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの固体撮像装置が、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに広く用いられている。【０００３】
固体撮像装置は、例えば、フォトダイオードを備え、光電変換によって電荷を蓄積する。ここで、固体撮像装置は、焦点の合わせ方として、異なる露光制御を行うことにより、広い露光領域で撮像画像を生成するダイナミックレンジ（High Dynamic Range）動作と、フォトダイオードが分割され、その分割されたフォトダイオード間で同じ色を加算するオートフォーカス（Auto Focus）動作と、が知られている。【０００４】
オートフォーカス動作では、例えば、フォトダイオードが二分されており、その二分された分割フォトダイオードのそれぞれで受光して、一方の分割フォトダイオードにおいて蓄積容量を超える信号電子数を受光した場合に、同色の信号電子を他方の分割フォトダイオードへオーバーフローする。【０００５】
このような技術に関し、例えば、特許文献１には、複数の光電変換部と、複数の光電変換部の間を分離する分離領域と、分離領域の電位を選択的に設定する設定手段と、を備える撮像素子が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−０４１８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１において開示された技術では、分割フォトダイオードの分離ポテンシャルを制御するための素子が追加されている。しかしながら、ＣＭＯＳイメージセンサでは、サブピクセルによる微細化が進んでいるため、設定手段となる素子を配置する領域を確保することが難しい。【０００８】
１つの単位画素が分割されたサブピクセルを配置する画素構成において、サブピクセル間で異なる露光時間制御を行い、サブピクセルで露光時間の異なる信号を合成し、ダイナミックレンジを広げることはできる。しかしながら、ダイナミックレンジ動作と、同色のサブピクセル間で電荷を加算するオートフォーカス動作とを両立させることができなかった。【０００９】
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる、固体撮像装置及び電子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】
【００１０】
本発明者らは、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることに成功し、本技術を完成するに至った。【００１１】
すなわち、本技術では、まず、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置を提供する。【００１２】
本技術に係る固体撮像装置において、前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、及び、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域の少なくともいずれかの領域を有するようにしてもよい。【００１３】
本技術に係る固体撮像装置において、前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第１のＰ型領域と前記第２のＰ型領域との間にＮ型領域が形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域、及び、前記第３のＰ型領域と前記第４のＰ型領域との間に形成される第５のＮ型領域の少なくともいずれかの領域を有するようにしてもよい。【００１４】
本技術に係る固体撮像装置において、前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域の一方の内側と、当該一方の内側と対向する前記第１画素分離領域の他方の内側との間に前記オーバーフロー領域が含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域の深さが、
前記オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、前記信号電荷が蓄積されるＮ形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成されていてもよい。【００１５】
本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記第２画素分離領域が、前記複数の単位画素のそれぞれを２×２の前記サブピクセルに分離してもよい。【００１６】
本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記第２画素分離領域が、十字型を有していてもよい。
本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記オーバーフロー領域が、前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域とが近接する領域に形成されていてもよい。【００１７】
本技術に係る固体撮像装置において、前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域との近接する距離が、同一である、又は、異なっていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記十字型の第２画素分離領域の少なくとも一部が、前記第１画素分離領域に接続されていてもよい。【００１８】
本技術に係る固体撮像装置において、前記信号電荷をオーバーフローさせるための電圧制御を行うトランスファーゲートを更に備えていてもよい。さらに、本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記トランスファーゲートに３値以上の電圧を供給する電源を更に備えていてもよい。
また、本技術に係る固体撮像装置に備えられる前記トランスファーゲートに供給する電圧を昇降する昇圧回路を更に備えていてもよい。【００１９】
本技術に係る固体撮像装置において備えられる前記第２画素分離領域が、光を受光する受光面から、前記信号電荷が蓄積される光電変換素子が形成されるシリコン基板まで貫通していてもよい。【００２０】
また、本技術では、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
前記単位画素の全体を覆う第１集光部と、
前記サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、
を備える、固体撮像装置を提供する。【００２１】
本技術に係る固体撮像装置において、前記第１集光部及び前記第２集光部は、レンズであってもよい。【００２２】
本技術に係る固体撮像装置において、前記第１集光部は、レンズであり、
前記第２集光部は、前記第１画素分離領域及び前記第２画素分離領域の上部に設けられた遮光部と、前記サブピクセルの上部であって前記遮光部で囲まれる領域に設けられ、前記遮光部よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有していてもよい。【００２３】
本技術に係る固体撮像装置において、前記第１集光部と前記光透過層との間に設けられ、前記第１集光部と比較して高い屈折率を有し、前記光透過層と比較して低い屈折率を有する材料により形成された中間層を備えていてもよい。【００２４】
本技術に係る固体撮像装置において、前記第１画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料及び金属の少なくとも一方を含む材料により形成されており、
前記第２画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料により形成されていてもよい。【００２５】
本技術に係る固体撮像装置において、前記サブピクセルと、前記第２集光部との間に設けられたカラーフィルタを備えていてもよい。【００２６】
また、本技術では、固体撮像装置が搭載されて、
前記固体撮像装置が、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、電子装置を提供する。
【発明の効果】
【００２７】
本技術によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。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、本技術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】
【００２８】
【図１】本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図２】本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図３】本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像装置のＡ−Ａ’断面の構成例を示す断面図である。
【図４】本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像装置の電位の分布とオーバーフローの状態を示した説明図である。
【図５】本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像装置のオーバーフロー領域の動作概念を示した説明図である。
【図６】本技術を適用した第２の実施形態の固体撮像装置のＡ−Ａ’断面の構成例を示す断面図である。
【図７】本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像装置のＤ−Ｄ’断面の構成例を示す断面図である。
【図８】本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図９】本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図１０】本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路図である。
【図１１】本技術を適用した第４の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図１２】本技術を適用した第４の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図１３】本技術を適用した第４の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路図である。
【図１４】本技術を適用した第５の実施形態の固体撮像装置における第１画素分離領域と第２画素分離領域の配置の例を示した平面図である。
【図１５】本技術を適用した第５の実施形態の固体撮像装置における第１画素分離領域と第２画素分離領域の配置の変形例を示した平面図である。
【図１６】オーバーフロー領域が形成される場所を示した平面図である。
【図１７】オーバーフロー領域が形成される場所を示した平面図である。
【図１８】図１４Ａに示した第１画素分離領域と第２画素分離領域の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。
【図１９】図１８に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示したものである。
【図２０】図１４Ｂに示した第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。
【図２１】図２０に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
【図２２】図１４Ｃに示した第１画素分離領域と第２画素分離領域の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。
【図２３】図２２に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示したものである。
【図２４】図１４Ｂに示した配置例と、図１４Ｃに示した配置例と、を交互にアレイ状に配置した平面図を示したものである。
【図２５】図２４に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
【図２６】図１４Ｂに示した配置例と、図１４Ｃに示した配置例と、を交互にアレイ状に配置し、縦方向に同一の形状が揃うように配置された平面図を示したものである。
【図２７】図２６に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
【図２８】図１４Ｂに示した配置例を横方向に一列に配置するとともに、図１４Ｃに示した配置例を横方向に一列に配置し、それを交互にアレイ状に配置された平面図を示したものである。
【図２９】図２８に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
【図３０】本技術を適用した第６の実施形態の固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図３１】本技術を適用した第６の実施形態の固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図３２】本技術を適用した第６の実施形態の固体撮像装置の電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図である。
【図３３】本技術を適用した第６の実施形態の固体撮像装置の電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図である。
【図３４】本技術を適用した第６の実施形態の固体撮像装置の画素アレイの構成を示したブロック図である。
【図３５】本技術を適用した第７の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図３６】本技術を適用した第７の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図３７】本技術を適用した第７の実施形態の固体撮像装置のＥ−Ｅ’断面の構成例を示す断面図である。
【図３８】本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図３９】本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置のＦ−Ｆ’断面の構成例を示す断面図である。
【図４０】本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置の第１の変形例を示す断面図である。
【図４１】本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置の第２の変形例を示す断面図である。
【図４２】本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図４３】本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図４４】本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置のＧ−Ｇ’断面の構成例を示す断面図である。
【図４５】本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置の第１の変形例を示す断面図である。
【図４６】本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置の第２の変形例を示す断面図である。
【図４７】本技術を適用した第１０の実施形態の固体撮像装置の断面の構成例を示す断面図である。
【図４８】本技術を適用した第１０の実施形態の固体撮像装置の断面の構成例を示す断面図である。
【図４９】本技術を適用した第１０の実施形態の固体撮像装置の断面の構成例を示す断面図である。
【図５０】本技術を適用した第１０の実施形態の固体撮像装置の断面の構成例を示す断面図である。
【図５１】本技術を適用した第１１の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。
【図５２】本技術を適用した第１〜第１１の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。
【図５３】本技術を適用した電子装置の一例の機能ブッロク図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。
【００３０】
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本技術の概要
２．第１の実施形態（固体撮像装置の例１）
３．第２の実施形態（固体撮像装置の例２）
４．第３の実施形態（固体撮像装置の例３）
５．第４の実施形態（固体撮像装置の例４）
６．第５の実施形態（固体撮像装置の例５）
７．第６の実施形態（固体撮像装置の例６）
８．第７の実施形態（固体撮像装置の例７）
９．第８の実施形態（固体撮像装置の例８）
１０．第９の実施形態（固体撮像装置の例９）
１１．第１０の実施形態（固体撮像装置の例１０）
１２．第１１の実施形態（固体撮像装置の例１１）
１３．第１２の実施形態（電子装置の例）
１４．本技術を適用した固体撮像装置の使用例
【００３１】
＜１．本技術の概要＞
本技術は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの固体撮像装置に関し、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ（High Dynamic Range）動作とオートフォーカス（Auto Focus）動作とを両立させる固体撮像装置及び電子装置に関する。本技術によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることができるので、画質の向上を図ることができる。
【００３２】
例えば、従来のデュアルピクセル型のオートフォーカス画素構成では、フォトダイオードが２分されている。その分割されたフォトダイオードのそれぞれ（分割フォトダイオードという。）が、結合光学系を半分通過した光を受光する。オートフォーカスの画素構成では、それぞれの分割フォトダイオードから２つの画像を生成し、その２つの画像のズレを検出することにより測距し、後段の信号処理で画像の焦点を合わせるようになっている。
【００３３】
この場合、分割フォトダイオードにおいて受光した光量が多く、分割フォトダイオードの蓄積容量を超える信号電子数を受光した場合、過剰電子が浮遊拡散層（ＦＤ：FloatingDiffusion）へオーバーフローされて廃棄されてしまうと、画像に非線形性が発生してしまうことがある。そこで、大きな光量を受光した分割フォトダイオードは、フローティングディフュージョンにオーバーフローするのではなく、分割フォトダイオード間でオーバーフローが行われるように、分割フォトダイオード間の分離ポテンシャルを設定することが検討されている。
【００３４】
ここで、１つの画素内に分割されたサブピクセルを配置する画素構成において、サブピクセル間で異なる露光時間制御を行い、サブピクセル間で露光時間の異なる信号を合成し、ダイナミックレンジを広げることができる。しかしながら、ダイナミックレンジ動作と、同色のサブピクセル間で電荷を加算するオートフォーカス動作とを両立させることができなかった。
【００３５】
例えば、１つの画素内において分割されたサブピクセルを配置する画素構成において、大光量時にサブピクセル間でオーバーフローする分離ポテンシャルを設定して、サブピクセル間で異なる露光時間制御を行うダイナミックレンジ動作を実行すると、サブピクセルで蓄積される信号電子数が顕著に低下してしまい、再生画像上でＳＮ比が低下してしまう、ということが懸念される。また、サブピクセル間の分離領域にＭＯＳ（Metal Oxide Silicon）ゲート等の素子を配置し、オートフォーカス動作時とダイナミックレンジ動作時とにおいて、ゲートに対して異なる電圧を印加することにより、分離ポテンシャルを変調させて、上記問題を回避することは可能であるが、分離ポテンシャルを制御するための素子は、微細画素イメージセンサにあっては、素子の追加配置するスペースがない。
【００３６】
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、追加素子を必要とせず、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミックレンジ動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる、固体撮像装置及び電子装置を提供することを目的とする。
【００３７】
＜２．第１の実施形態（固体撮像装置の例１）＞
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、オーバーフロー領域が、第１のサブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置である。
【００３８】
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
【００３９】
図１に、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１０００のレイアウトを示す。図１は、４画素から構成させる固体撮像装置１０００の平面図である。図２に、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００のレイアウトを示す。図２は、１画素を構成する固体撮像装置１００の平面図である。特に断りがない限り、「上」とは、各図中の上方向を意味し、「下」とは、各図中の下方向を意味するものとする。
【００４０】
固体撮像装置１０００は、２×２の４つの固体撮像装置１００（図１中では、固体撮像装置１０１〜固体撮像装置１０４）から構成されている。固体撮像装置１０１には、カラーフィルタＣＦ１が設けられている。固体撮像装置１０２には、カラーフィルタＣＦ２が設けられている。固体撮像装置１０３には、カラーフィルタＣＦ３が設けられている。固体撮像装置１０４には、カラーフィルタＣＦ４が設けられている。図２は、固体撮像装置１０１のレイアウトの平面図を、固体撮像装置１００のレイアウトの平面図として示したものである。
【００４１】
固体撮像装置１００は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域ＤＴＩ１と、第１画素分離領域ＤＴＩ１によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域ＤＴＩ２と、サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１〜オーバーフロー領域ＯＦ４）と、を備えて構成されている。
【００４２】
オーバーフロー領域ＯＦ１は、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２との間に形成されている。オーバーフロー領域ＯＦ２は、第２のサブピクセルＳＰ２と第３のサブピクセルＳＰ３との間に形成されている。オーバーフロー領域ＯＦ３は、第３のサブピクセルＳＰ３と第４のサブピクセルＳＰ４との間に形成されている。オーバーフロー領域ＯＦ４は、第１のサブピクセルＳＰ１と第４のサブピクセルＳＰ４との間に形成されている。
【００４３】
第１画素分離領域ＤＴＩ１は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離している。
【００４４】
第２画素分離領域ＤＴＩ２は、第１画素分離領域ＤＴＩ１によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離するようになっている。また、第２画素分離領域ＤＴＩ２が、複数の単位画素のそれぞれを２×２のサブピクセルに分離している。この場合、例えば、第２画素分離領域ＤＴＩ２は、十字型を有していてもよい。
【００４５】
また、４つのサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）間には、光を受光する受光側シリコン表面から基板側表面まで貫通することによりサブピクセルフォトダイオードを分離する、分離層を有する。即ち、サブピクセルＳＰは、図示しない受光側シリコン表面から基板側の表面までの領域に形成されている。
【００４６】
オーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１〜オーバーフロー領域ＯＦ４）は、サブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）のうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローするための領域である。
【００４７】
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１００では、例えば、４つのサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）から１単位画素（即ち、１ピクセル）が形成されている。なお、サブピクセルＳＰは、単位画素を形成する微細画素のことであり、４つに限定されるものではない。例えば、２つのサブピクセルから１単位画素を構成するようにしてもよく、８つのサブピクセルから１単位画素を構成するようにしてもよい。
【００４８】
図２に示すように、固体撮像装置１００は、４つのサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）から形成されており、４つのオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１〜オーバーフロー領域ＯＦ４）を有している。
【００４９】
サブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）は、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷に光電変換し、その光電荷を蓄積するフォトダイオード（光電変換素子）を有する。
【００５０】
トランジスタＴＲ１は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
【００５１】
トランスファーゲートＴＧ１は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷を、フローティングディフュージョンＦＤに読み出すためのトランジスタである。
【００５２】
オーバーフロー領域ＯＦ１は、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２との間に形成された領域である。オーバーフロー領域ＯＦ１は、第１のサブピクセルＳＰ１又は第２のサブピクセルＳＰ２に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセル、即ち、第２のサブピクセルＳＰ２又は第１のサブピクセルＳＰ１とオーバーフローさせるための領域である。
【００５３】
トランジスタＴＲ２は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
【００５４】
トランスファーゲートＴＧ２は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに読み出すためのトランジスタである。
【００５５】
オーバーフロー領域ＯＦ２は、第２のサブピクセルＳＰ２と第４のサブピクセルＳＰ４との間に形成された領域である。オーバーフロー領域ＯＦ２は、第２のサブピクセルＳＰ２又は第４のサブピクセルＳＰ４に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセル、即ち、第４のサブピクセルＳＰ４又は第２のサブピクセルＳＰ２とオーバーフローさせるための領域である。
【００５６】
トランジスタＴＲ３は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
【００５７】
トランスファーゲートＴＧ３は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに読み出すためのトランジスタである。
【００５８】
オーバーフロー領域ＯＦ３は、第３のサブピクセルＳＰ３と第４のサブピクセルＳＰ４との間に形成された領域である。オーバーフロー領域ＯＦ３は、第３のサブピクセルＳＰ３又は第４のサブピクセルＳＰ４に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセル、即ち、第４のサブピクセルＳＰ４又は第３のサブピクセルＳＰ３とオーバーフローさせるための領域である。
【００５９】
トランジスタＴＲ４は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
【００６０】
トランスファーゲートＴＧ４は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに読み出すためのトランジスタである。
【００６１】
オーバーフロー領域ＯＦ４は、第３のサブピクセルＳＰ３と第１のサブピクセルＳＰ１との間に形成された領域である。オーバーフロー領域ＯＦ４は、第３のサブピクセルＳＰ３又は第１のサブピクセルＳＰ１に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセル、即ち、第１のサブピクセルＳＰ１又は第３のサブピクセルＳＰ３とオーバーフローさせるための領域である。
【００６２】
サブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）は、いずれも同様の構成により、各サブピクセルが形成されている。
【００６３】
第１の実施形態の固体撮像装置は、第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成され、単位画素が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域とオーバーフロー領域と第２画素分離領域とが含まれて形成され、オーバーフロー領域が、第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、及び、第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、固体撮像装置である。
【００６４】
図３に、本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像素子１００の断面の構成を示す。図３は、図２に示す固体撮像装置１００のＡ−Ａ’断面の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図３中の上方向を意味し、「下」とは、図３中の下方向を意味する。
【００６５】
固体撮像装置１００は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の内側に第１のＰ型領域ＰＲ１が深さ方向に形成されるとともに、第２画素分離領域ＤＴＩ２の周囲に第２のＰ型領域ＰＲ２が深さ方向に形成されている。固体撮像装置１００は、第２画素分離領域ＤＩＩ２によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域ＤＴＩ１とオーバーフロー領域ＯＦ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２とが含まれて形成される。そして、オーバーフロー領域ＯＦ１は、第１のＰ型領域ＰＲ１の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域ＰＲ３、及び、第２のＰ型領域ＰＲ２の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域ＰＲ４の少なくともいずれかの領域を有している。
【００６６】
第１のＰ型領域ＰＲ１と第２のＰ型領域ＰＲ２は、フォトダイオードを分離する分離層に該当する。オーバーフロー領域ＯＦ１は、フォトダイオードを分離していない分離層の領域に形成され、その分離されていないサブピクセル間で、大光量時の信号電子（電荷）のオーバーフローを行うことができる。
【００６７】
また、第２画素分離領域ＤＴＩ２は、光を受光する受光面から、信号電荷が蓄積される光電変換素子（フォトダイオード）が形成されるシリコン基板まで貫通している。この場合、第２画素分離領域ＤＴＩ２がシリコン基板まで貫通する構成を採用することにより、シリコン表面側での光電子の拡散、入射光の漏出等によるサブピクセル間のクロストークを低減させることができる。
【００６８】
図４に、本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像素子１００の電位の分布とオーバーフローの状態を示す。図４は、固体撮像素子１００の電位の分布とオーバーフローの状態を示した説明図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図４中の上方向を意味し、「下」とは、図４中の下方向を意味する。
【００６９】
図４は、図４Ａに、固体撮像装置１００の画素電位分布を示し、図４Ｂに、固体撮像装置１００のＢ−Ｂ’断面を示し、図４Ｃに、固体撮像装置１００のＣ−Ｃ’断面を示す。
【００７０】
また、図４Ｂでは、第２画素分離領域ＤＴＩ２を含む分離層のポテンシャル分布を示し、図４Ｃでは、第２画素分離領域ＤＴＩ２によって分離されていない領域のポテンシャル分布を示している。
【００７１】
図４Ｂの場合、トランスファーゲートＴＧに−０．５［ｖ］を印加すると、イオン注入がなされ、サブピクセル間の分離ポテンシャルよりもトランスファーゲートＴＧのチャネルポテンシャルの方が高くなる。一方、図４Ｃの場合、トランスファーゲートＴＧに−１．５［ｖ］を印加すると、サブピクセル間の分離ポテンシャルよりもトランスファーゲートＴＧのチャネルポテンシャルの方が低くなる。
【００７２】
このように、図４Ｂでは、イオン注入によりポテンシャル障壁ＰＢが設けられるので、トランスファーゲートＴＧからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を排出することができる。一方、図４Ｃでは、ポテンシャル障壁ＰＢがなく、オーバーフロー領域ＯＦ１を介して信号電荷をオーバーフローする。
【００７３】
図５に、本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像素子１００のダイナミックレンジ動作の概念と、オーバーフローの動作の概念を示す。図５は、ダイナミックレンジ動作の概念とオーバーフローの概念を示した説明図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図５中の上方向を意味し、「下」とは、図５中の下方向を意味する。
【００７４】
図５は、図５Ａに、固体撮像装置１００のダイナミックレンジ動作の概念を示し、図５Ｂに、固体撮像装置１００のオーバーフローの動作の概念を示す。
【００７５】
図５Ａに示すように、第１のサブピクセルＳＰ１は、フォトダイオードＰＤ１と、トランスファーゲートＴＧ１と、フローティングディフュージョンＦＤ１とを有している。第２のサブピクセルＳＰ２は、フォトダイオードＰＤ２と、トランスファーゲートＴＧ２と、フローティングディフュージョンＦＤ２とを有している。また、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２は、オーバーフローバリアＯＦＢで仕切られている。また、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２の上側には、オンチップレンズＯＣＬが設けられている。
【００７６】
ダイナミック動作時は、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２に中間電位である−０．５［Ｖ］が印加される。また、イオンが注入されるので、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２のポテンシャルは、オーバーフローバリアＯＦＢの分離ポテンシャルよりも低くなる。この場合、第１のサブピクセルＳＰ１のフォトダイオードＰＤ１には、信号電荷が蓄積され、第２のサブピクセルＳＰ２のフォトダイオードＰＤ２にも、信号電荷が蓄積される。大光量を受光時には、例えば、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された信号電荷が許容された容量を超えると、トランスファーゲートＴＧ１からフローティングディフュージョンＦＤ１へ信号電荷が排出される。
【００７７】
これに対し、図５Ｂに示すように、オーバーフローの動作時は、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２に−１．５［ｖ］が印加される。この場合、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２のポテンシャルは、オーバーフローバリアＯＦＢの分離ポテンシャルよりも高くなる。そして、第１のサブピクセルＳＰ１のフォトダイオードＰＤ１には、信号電荷が蓄積され、第２のサブピクセルＳＰ２のフォトダイオードＰＤ２にも、信号電荷が蓄積される。大光量を受光時には、例えば、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された信号電荷が許容された容量を超えると、オーバーフローバリアＯＦＢを超えて第２のサブピクセルＳＰ２のフォトダイオードＰＤ２に信号電荷をオーバーフローする。
【００７８】
以上説明したように、本技術を適用した第１の実施形態の固体撮像素子１００は、サブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）に蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１〜オーバーフロー領域ＯＦ４）を備えている。また、オーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１〜オーバーフロー領域ＯＦ４）が、例えば、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２との間に形成される。
【００７９】
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１００によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
【００８０】
また、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１００は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の内側に第１のＰ型領域ＰＲ１が深さ方向に形成されるとともに、第２画素分離領域ＤＴＩ２の周囲に第２のＰ型領域ＰＲ２が深さ方向に形成されている。固体撮像装置１００は、第２画素分離領域ＤＩＩ２によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域ＤＴＩ１とオーバーフロー領域ＯＦ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２とが含まれて形成される。そして、オーバーフロー領域ＯＦ１は、第１のＰ型領域ＰＲ１の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域ＰＲ３、及び、第２のＰ型領域ＰＲ２の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域ＰＲ４の少なくともいずれかの領域を有している。
【００８１】
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置１００によれば、オーバーフロー領域ＯＦ１が、第１のＰ型領域ＰＲ１の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域ＰＲ３、及び、第２のＰ型領域ＰＲ２の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域ＰＲ４の少なくともいずれかの領域を有するので、オーバーフローをさせることできる。
【００８２】
＜３．第２の実施形態（固体撮像装置の例２）＞
本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置は、第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、第１のＰ型領域と第２のＰ型領域との間にＮ型領域が形成される、第２画素分離領域によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域とオーバーフロー領域と第２画素分離領域とが含まれて形成され、オーバーフロー領域が、第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域、及び、第３のＰ型領域と第４のＰ型領域との間に形成される第５のＮ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、固体撮像装置である。
【００８３】
本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置によれば、オーバーフロー領域を、第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域、及び、第３のＰ型領域と第４のＰ型領域との間に形成される第５のＮ型領域の少なくともいずれかの領域に形成される。これにより、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
【００８４】
図６に、本技術を適用した第２の実施形態の固体撮像素子１０１の断面の構成を示す。図６は、固体撮像装置１０１において、図２に示すＡ−Ａ’断面の他の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図６中の上方向を意味し、「下」とは、図６中の下方向を意味する。
【００８５】
固体撮像装置１０１は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の内側に第１のＰ型領域ＰＲ１が深さ方向に形成され、第２画素分離領域ＤＴＩ２の周囲に第２のＰ型領域ＰＲ２が深さ方向に形成されるとともに、第１のＰ型領域ＰＲ１と第２のＰ型領域ＰＲ２との間にＮ型領域ＮＲが形成されている。また、固体撮像装置１０１は、第２画素分離領域ＤＴＩ２によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域ＤＴＩ１とオーバーフロー領域ＯＦ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２とが含まれて形成されている。固体撮像装置１０１は、オーバーフロー領域ＯＦ１が、第１のＰ型領域ＰＲ１の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域ＰＲ３、第２のＰ型領域ＰＲ２の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域ＰＲ４、及び、第３のＰ型領域ＰＲ３と第４のＰ型領域ＰＲ４との間に形成される第５のＮ型領域ＮＣの少なくともいずれかの領域を有している。
【００８６】
第１のＰ型領域ＰＲ１、第２のＰ型領域ＰＲ２及びＮ型領域ＮＲは、フォトダイオードを分離する分離層に該当する。この場合のオーバーフロー領域ＯＦ１は、フォトダイオードを分離していない分離層の領域に形成され、その分離されていないサブピクセル間で、大光量時の信号電子（電荷）のオーバーフローを行うことができる。
【００８７】
特に、第３のＰ型領域ＰＲ３、第４のＰ型領域ＰＲ４及び第５のＮ型領域ＮＣにより、ｐ型層とｎ型層の接合容量を形成することができるので、フォトダイオードの蓄積容量の一部とすることができる。
【００８８】
以上説明したように、本技術を適用した第２の実施形態の固体撮像素子１０１は、オーバーフローさせるためのオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１〜オーバーフロー領域ＯＦ４）を備えている。また、オーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１〜オーバーフロー領域ＯＦ４）が、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２との間に形成される。
【００８９】
本技術に係る第２の実施形態の固体撮像装置１０１によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
【００９０】
＜４．第３の実施形態（固体撮像装置の例３）＞
本技術に係る第３の実施形態の固体撮像装置は、第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、第２画素分離領域によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域の一方の内側と、その一方の内側と対向する第１画素分離領域の他方の内側との間にオーバーフロー領域が含まれて形成され、オーバーフロー領域の深さが、オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、信号電荷が蓄積されるＮ形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成される、固体撮像装置である。
【００９１】
本技術に係る第３の実施形態の固体撮像装置によれば、第１画素分離領域の一方の内側と、その一方の内側と対向する第１画素分離領域の他方の内側との間にオーバーフロー領域を形成することができるので、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
【００９２】
図７に、本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像素子１０２の断面の構成を示す。図７は、本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像素子１０２の構成例を示す断面図である。また、図７は、図８に示す第３の実施形態の固体撮像素子１０２のＤ−Ｄ’断面の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図７中の上方向を意味し、「下」とは、図７中の下方向を意味する。
【００９３】
なお、図８は、図７に示す断面の位置を示すためのものであり、基本的な構成は、図２と同様である。また、フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３、及びフォトダイオードＰＤ４の領域は、フォトダイオードがそれぞれ形成される領域を示しているものとする。また、同一の部材には同一の符号を付し、説明を適宜、省略するものとする。
【００９４】
図７に示すように、固体撮像装置１０２は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、第２画素分離領域ＤＴＩ２によって分離されていない単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、第１画素分離領域ＤＴＩ１の一方の内側と、その一方の内側と対向する第１画素分離領域ＤＴＩ１の他方の内側との間にオーバーフロー領域ＯＦ１が含まれて形成されている。そして、オーバーフロー領域ＯＦ１の深さが、サブピクセルを制御するトランジスタが配置される領域ＪＤと、信号電荷が蓄積されるＮ形領域ＣＤ２の中で不純物濃度が最も高い領域ＣＤ１との間に形成される。
【００９５】
接合深さＪＤは、ＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン領域の深さを示している。不純物濃度の高い部分ＣＤ１は、フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２を形成するＮ型領域において、最も不純物濃度の高い部分を示している。
【００９６】
以上説明したように、本技術を適用した第３の実施形態の固体撮像素子１０２は、オーバーフローさせるためのオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１〜オーバーフロー領域ＯＦ４）を備えている。また、オーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１〜オーバーフロー領域ＯＦ４）が、第１のサブピクセルＳＰ１と第２のサブピクセルＳＰ２との間に形成される。
【００９７】
本技術に係る第３の実施形態の固体撮像装置１０２によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
【００９８】
＜５．第４の実施形態（固体撮像素子の例４）＞
本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置は、信号電荷をオーバーフローさせるための電圧制御を行うトランスファーゲートを更に備える、固体撮像装置である。
【００９９】
本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置によれば、トランスファーゲートを備えることにより、信号電荷をオーバーフローさせることができる。
【０１００】
図９を用いて、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００のレイアウトを示す。図９は、固体撮像装置１００の平面図である。
【０１０１】
図９に示すように、トランジスタＴＲ１は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤへ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤ１の電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
【０１０２】
トランスファーゲートＴＧ１は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出すためのトランジスタである。
【０１０３】
トランジスタＴＲ２は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤ２へ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤの電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
【０１０４】
トランスファーゲートＴＧ２は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出すためのトランジスタである。
【０１０５】
トランジスタＴＲ３は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤ３へ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤ３の電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
【０１０６】
トランスファーゲートＴＧ３は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ３に読み出すためのトランジスタである。
【０１０７】
トランジスタＴＲ４は、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタ等の信号読み出し回路を構成するトランジスタを有する。リセットトランジスタとは、フォトダイオードからフローティングディフュージョンＦＤ４へ信号電荷を読み出す前に、フローティングディフュージョンＦＤ４の電位を基準電位となる電源電圧を設定するためのトランジスタ（ＲＳＴＴｒ．）である。増幅トランジスタとは、フローティングディフュージョンＦＤ（Floating Diffusion：浮遊拡散層）の電圧信号を画素アレイの各列毎に設けられた信号線に読み出すためのトランジスタ（ＡＭＰＴｒ．）である。選択トランジスタとは、画素アレイからの信号を行毎に選択的に読み出すトランジスタ（ＳＥＬＴｒ．）である。
【０１０８】
トランスファーゲートＴＧ４は、フォトダイオードに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤ４に読み出すためのトランジスタである。
【０１０９】
図１０に、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路を示す。図１０は、第４の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路を示した回路図である。図１０は、図１０Ａに画素回路図を示し、図１０Ｂにタイミングチャートを示す。
【０１１０】
図１０Ａの例では、画素回路は、フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４を有している。この場合、単位画素は、４画素（４つのサブピクセル）により構成されている。フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４は、互いに同一の特性を有するようにしてもよいが、互いに異なる特性を有するようにしてもよい。例えば、これらのフォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４のうち、一部若しくは全部が、他と異なる波長帯域の入射光を光電変換するようにしてもよい。
【０１１１】
図１０Ａでは、単位画素は、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２、トランスファーゲートＴＧ３及びトランスファーゲートＴＧ４を有している。
【０１１２】
図１０Ａに示す画素回路は、トランスファーゲートＴＧ１、トランスファーゲートＴＧ２、トランスファーゲートＴＧ３及びトランスファーゲートＴＧ４に基づいて、フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４からの光電荷の読み出しを制御する。容量Ｃｆｄは、フローティングディフュージョンの持つ容量である。
【０１１３】
フローティングディフュージョン（ＦＤ）、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、及びセレクトトランジスタ等の構成は、単位画素内で共有される。そして、各画素（フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４）の画素信号は、互いに同一垂直信号線を介して伝送される。
【０１１４】
図１０Ｂでは、選択トランジスタが“Ｈ”であり、リセットトランジスタが“Ｌ”の期間中に、トランスファーゲートＴＧに−１．２［Ｖ］の電圧が印加されるとオーバーフローの処理が行われる。そして、トランスファーゲートＴＧに−０．５［Ｖ］の電圧が印加されると、ダイナミックレンジ動作が行われる。
【０１１５】
図１１を用いて、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置１００のレイアウトを示す。図１１は、固体撮像装置１００の平面図である。
【０１１６】
図１１は、図１１Ａに、図９と同一なレイアウトを示し、また、図１１ＢにＧＮＤの配置位置が変更されたレイアウトを示す。
【０１１７】
図１１Ａは、図９と同一な構成を有しているため、説明を省略する。また、図１１Ａと図１１Ｂの違いは、ＧＮＤの配置の変更だけである。ここでは、図１１Ｂの説明も省略する。
【０１１８】
図１２は、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置のレイアウトを示す平面図である。図１２は、図１２Ａにフローティングディフュージョンゲート（ＦＤＧ：Floating Diffusion Gate）を更に備えたレイアウトを示し、図１２Ｂに、トランジスタＴＲ１〜トランジスタＴＲ４に、ＳＥＬトランジスタ、ＲＳＴトランジスタ、ＡＭＰトランジスタを割り当てたレイアウトを示す。
【０１１９】
図１２Ａに示すように、固体撮像装置１００ｂにおいて、フローティングディフュージョンゲートトランジスタ（ＦＤＧ）は、高輝度被写体を撮像したときに、フォトダイオードＰＤ１、フォトダイオードＰＤ２、フォトダイオードＰＤ３及びフォトダイオードＰＤ４で発生した信号電荷の全てをフローティングディフュージョンＦＤで蓄積することができるようにするために設けられる。フローティングディフュージョンゲートトランジスタ（ＦＤＧ）は、高輝度被写体撮像時にフローティングディフュージョンＦＤに対して容量Ｃｆｄを付加するためのトランジスタ（ＦＤＧ  Ｔｒ．）である。図１２Ｂでは、容量Ｃｆｄ２が並列で増やされている。この場合、容量Ｃｆｄ２は、接続配線により並列に接続されている。
【０１２０】
図１３に、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路を示す。図１３は、第３の実施形態の固体撮像装置の画素信号を読み出す画素回路図を示したものである。図１３の回路図では、図１２のレイアウトに対応しており、図１３Ａでは、フローティングディフュージョンゲートＦＤＧを設け、容量Ｃｆｄに容量Ｃｆｄ２が直列に配置され、また、図１３Ｂでは、フローティングディフュージョンゲートＦＤＧを設け、容量Ｃｆｄに容量Ｃｆｄ２が並列に配置されている。それ以外の構成は、図１０Ａと同一であるため、説明を省略する。
【０１２１】
＜６．第５の実施形態（固体撮像装置の例５）＞
本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置において、第２画素分離領域が十字型を有する、固体撮像装置である。
【０１２２】
また、本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置において、オーバーフロー領域が、第１画素分離領域と十字型の第２画素分離領域とが近接する領域に形成される、固体撮像装置であってもよい。
【０１２３】
また、本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像装置において、第１画素分離領域と十字型の第２画素分離領域との近接する距離が、同一である、又は、異なる、固体撮像装置であってもよい。
【０１２４】
この場合、十字型の第２画素分離領域の少なくとも一部が、第１画素分離領域に接続される、固体撮像装置であってもよい。
【０１２５】
図１４を用いて、本技術に係る第５の実施形態の固体撮像装置について説明する。図１４は、固体撮像装置１００における第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置の例を示した平面図である。特に断りがない限り、「上」とは、図１４中の上方向を意味し、「右」とは、図１４中の右方向を意味するものとする。
【０１２６】
図１４は、図１４Ａに、第２画素分離領域ＤＴＩ２が十字型を有する、固体撮像装置を示している。図１４Ａに示す固体撮像装置は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の幅が幅Ｗ１となっている。一方、第２画素分離領域ＤＴＩ２の幅が幅Ｗ２となっている。第２画素分離領域ＤＴＩ２が第１画素分離領域ＤＴＩ１の中心に設けられることにより、第２画素分離領域ＤＴＩ２は、サブピクセル１Ｌ、サブピクセル１Ｒ、サブピクセル２Ｌ及びサブピクセル２Ｒに分離している。
【０１２７】
第１画素分離領域ＤＴＩ１の幅Ｗ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の幅Ｗ２は、それぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。なお、好ましくは、第１画素分離領域ＤＴＩ１の幅Ｗ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の幅Ｗ２とが同一であることが望ましい。第１画素分離領域ＤＴＩ１の幅Ｗ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の幅Ｗ２とが同一であれば、光電変換する際の光電変換の特性が安定することが想定される。また、第２画素分離領域ＤＴＩ２の少なくとも一部が、第１画素分離領域ＤＴＩ１に接続されていてもよい。
【０１２８】
図１４Ｂに、第２画素分離領域ＤＴＩ２の少なくとも一部が、第１画素分離領域ＤＴＩ１に接続されている、固体撮像装置を示している。図１４Ｂでは、十字型の第２画素分離領域ＤＴＩ２が、第1画素分離領域ＤＴＩ１の左右の側壁に接続されている。この場合、オーバーフローは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２とが分離されていない領域（間隙）により行われる。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒ、及び、サブピクセル２Ｌとサブピクセル２Ｒとにおいて、分離されていない領域（間隙）で行われる。
【０１２９】
また、オートフォーカス動作時には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒ、及び、サブピクセル２Ｌとサブピクセル２Ｒにより得られる位相差信号により、実施することができる。また、画像信号は、サブピクセル１Ｌ、サブピクセル１Ｒ、サブピクセル２Ｌ及びサブピクセル２Ｒの信号を合算したもので構成されてもよく、また、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒを合算したもの、及び、サブピクセル２Ｌとサブピクセル２Ｒを合算したものを、それぞれ別の画像信号とすることもできる。
【０１３０】
図１４Ｃに、第２画素分離領域ＤＴＩ２の少なくとも一部が、第１画素分離領域ＤＴＩ１に接続されている、固体撮像装置を示している。図１４Ｃでは、十字型の第２画素分離領域ＤＴＩ２が、第１画素分離領域ＤＴＩ１の上下の側壁に接続されている。この場合、オーバーフローは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２とが分離されていない領域（間隙）により行われる。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌ、及び、サブピクセル１Ｒとサブピクセル２Ｒとにおいて、分離されていない領域（間隙）で行われる。
【０１３１】
また、オートフォーカス動作時には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌ、及び、サブピクセル１Ｒとサブピクセル２Ｒにより得られる位相差信号により、実施することができる。また、画像信号は、サブピクセル１Ｌ、サブピクセル２Ｌ、サブピクセル１Ｒ及びサブピクセル２Ｒの信号を合算したもので構成されてもよく、また、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌを合算したもの、及び、サブピクセル２Ｌとサブピクセル２Ｒを合算したものを、それぞれ別の画像信号とすることもできる。
【０１３２】
図１５を用いて、第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置の変形例を示す。図１５は、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間隔が異なる場合の平面図を示す。特に断りがない限り、「上」とは、図１５中の上方向を意味し、「右」とは、図１５中の右方向を意味するものとする。
【０１３３】
図１５Ａに示す固体撮像装置では、第２画素分離領域ＤＴＩ２と第１画素分離領域ＤＴＩ１とにおいて、左右方向に分断されていない間隙ａが、上下方向に分断されていない間隙ｂよりも広くなっている。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒとの間に形成される間隙ａは、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌとの間に形成される間隙ｂよりも、広くなっている。
【０１３４】
一方、図１５Ｂに示す固体撮像装置では、第２画素分離領域ＤＴＩ２と第１画素分離領域ＤＴＩ１とにおいて、上下方向に分断されていない間隙ａが、左右方向に分断されていない間隙ｂよりも広くなっている。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌとの間に形成される間隙ａは、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒとの間に形成される間隙ｂよりも、広くなっている。
【０１３５】
次に、オーバーフロー領域ＯＦについて、図１６を用いて説明する。図１６は、オーバーフロー領域ＯＦが形成される場所を示した平面図である。オーバーフロー領域ＯＦは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間に形成される間隙の全てに（例えば、４カ所）オーバーフロー領域ＯＦを設けるようにしてもよい。
【０１３６】
図１６Ａは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間に形成される間隙の全てにオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１、オーバーフロー領域ＯＦ２、オーバーフロー領域ＯＦ３、オーバーフロー領域ＯＦ４）を形成した例を示している。
【０１３７】
また、図１６Ｂは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間に形成される間隙のうち、左右方向の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１、オーバーフロー領域ＯＦ３）を形成した例を示している。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル１Ｒとの間の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ１を形成し、サブピクセル２Ｌとサブピクセル２Ｒとの間の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ３を形成している。
【０１３８】
また、図１６Ｃは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間に形成される間隙のうち、上下方向の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ２、オーバーフロー領域ＯＦ４）を形成した例を示している。具体的には、サブピクセル１Ｌとサブピクセル２Ｌとの間の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ４を形成し、サブピクセル１Ｒとサブピクセル２Ｒとの間の間隙にオーバーフロー領域ＯＦ２を形成している。
【０１３９】
次に、オーバーフロー領域ＯＦの濃度について、図１７を用いて説明する。図１７は、オーバーフロー領域ＯＦが形成される場所を示した平面図である。
【０１４０】
図１７Ａは、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２との間に形成される間隙の全てにオーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１、オーバーフロー領域ＯＦ２、オーバーフロー領域ＯＦ３、オーバーフロー領域ＯＦ４）を形成した例を示している。
【０１４１】
図１７Ａでは、オーバーフロー領域ＯＦ１及びオーバーフロー領域ＯＦ３が、オーバーフロー領域ＯＦ２及びオーバーフロー領域ＯＦ４よりもＰ型領域の不純物濃度が低い場合か、オーバーフロー領域ＯＦ１及びオーバーフロー領域ＯＦ３がＮ型領域になっている場合か、又は、オーバーフロー領域ＯＦ１及びオーバーフロー領域ＯＦ３が、オーバーフロー領域ＯＦ２及びオーバーフロー領域ＯＦ４よりもＮ型領域の不純物濃度が高い場合を示している。
【０１４２】
図１７Ｂでは、オーバーフロー領域ＯＦ１及びオーバーフロー領域ＯＦ３は、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の間隙に形成されている。この場合、オーバーフロー領域ＯＦ１とオーバーフロー領域ＯＦ３とにおいて、Ｐ型領域の不純物濃度に差異を設けるようにしてもよい。
【０１４３】
図１７Ｃでは、オーバーフロー領域ＯＦ２及びオーバーフロー領域ＯＦ４は、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の間隙に形成されている。この場合、オーバーフロー領域ＯＦ２とオーバーフロー領域ＯＦ４とにおいて、Ｐ型領域の不純物濃度に差異を設けるようにしてもよい。
【０１４４】
次に、第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の単位画素をアレイ状に配置する場合について説明する。
【０１４５】
図１８は、図１４Ａに示した第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。図１９は、図１８に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示したものである。
【０１４６】
１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
【０１４７】
図２０は、図１４Ｂに示した第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。図２１は、図２０に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
【０１４８】
１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
【０１４９】
図２２は、図１４Ｃに示した第１画素分離領域ＤＴＩ１と第２画素分離領域ＤＴＩ２の配置例を、アレイ状に配置した平面図である。図２３は、図２２に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示したものである。
【０１５０】
１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
【０１５１】
図２４は、図１４Ｂに示した配置例と、図１４Ｃに示した配置例と、を交互にアレイ状に配置した平面図を示したものである。図２５は、図２４に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
【０１５２】
１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
【０１５３】
図２６は、図１４Ｂに示した配置例と、図１４Ｃに示した配置例と、を交互にアレイ状に配置し、縦方向に同一の形状が揃うように配置された平面図を示したものである。図２７は、図２６に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
【０１５４】
１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
【０１５５】
図２８は、図１４Ｂに示した配置例を横方向に一列に配置するとともに、図１４Ｃに示した配置例を横方向に一列に配置し、それを交互にアレイ状に配置された平面図を示したものである。図２９は、図２８に示した単位画素のアレイ状の配置に対し、カラーフィルタを配列した一例を示した平面図である。
【０１５６】
１６個の固体撮像装置は、それぞれの固体撮像装置に、カラーフィルタＣＦ１、カラーフィルタＣＦ２、カラーフィルタＣＦ３及びカラーフィルタＣＦ４のいずれかが載置されている。カラーフィルタＣＦ１は、緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ２は、赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ３は、青色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦ４は、緑色のカラーフィルタである。
【０１５７】
＜７．第６の実施形態（固体撮像装置の例６）＞
本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置において、トランスファーゲートＴＧに３値以上の電圧を供給する電源を更に備える、固体撮像装置である。
【０１５８】
また、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第４の実施形態の固体撮像装置において、トランスファーゲートＴＧに供給する電圧を昇降する昇圧回路を更に備える、固体撮像装置であってもよい。
【０１５９】
図３０に、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置が、トランスファーゲートＴＧに３値以上の電圧を供給する電源を更に備える構成を示す。図３０は、第６の実施形態の固体撮像装置１の構成例を示すブロック図である。
【０１６０】
図３０に示すように、固体撮像装置１は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサとして構成される。固体撮像装置１は、図示しない半導体基板（例えばＳｉ基板）に複数の画素１ａが規則的に２次元アレイ状に配列された画素領域（画素アレイ）２と、周辺回路部とを有する。
【０１６１】
画素１ａは、光電変換部（例えばフォトダイオード）と、複数の画素トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）を有する。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、および増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成される。また、複数の画素トランジスタは、選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。なお、単位画素の等価回路は周知な技術と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１６２】
また、画素１ａは、１つの単位画素として構成することもできるし、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードが、フローティングディフュージョン及び複数の転送トランジスタ以外の他のトランジスタを共有する構造である。即ち、共有画素では、複数の単位画素を構成するフォトダイオードおよび転送トランジスタが、他の１つずつの画素トランジスタを共有して構成される。
【０１６３】
周辺回路部は、レベルシフタ３と、レジスタｌｏｇｉｃ４と、ＡＤ変換器５と、出力回路６と、電源７と、電源８と、電源９とを備えている。
【０１６４】
レベルシフタ３は、電源７、電源８及び電源９と接続されており、画素アレイ２において配列されている複数の画素１ａに印加する電圧を決定する。レベルシフタ３がトランスファーゲートＴＧに印加する電圧は、信号読み出し時には、“Ｈｉｇｈ電位”、オートフォーカス動作時の信号蓄積時には、“Ｌｏｗ電位１”、ダイナミックレンジ動作時には、オーバーフローをさせない“Ｌｏｗ電位２”を供給する。レベルシフタ３は、“Ｈｉｇｈ電位”、“Ｌｏｗ電位１”、“Ｌｏｗ電位２”の３種類の電圧を印加するため、“Ｈｉｇｈ電位”から“Ｌｏｗ電位１”へ電圧を変更するレベルシフト回路、“Ｌｏｗ電位１”から“Ｌｏｗ電位２”へ電圧を変更するレベルシフト回路、及び“Ｈｉｇｈ電位”から“Ｌｏｗ電位２”へ電圧を変更するレベルシフト回路を有している。また、レベルシフタ３を構成するこれら３つのレベルシフト回路のそれぞれには、２種類の電源が接続されている。
【０１６５】
レジスタｌｏｇｉｃ４は、例えば、シフトレジスタによって構成される。レジスタｌｏｇｉｃ４は、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。即ち、レジスタｌｏｇｉｃ４は、画素アレイ２の各画素１ａを行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、レジスタｌｏｇｉｃ４は、各画素１ａの光電変換部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、ＡＤ（Analog to Digital）変換器５に供給する。
【０１６６】
ＡＤ変換器５は、例えば、画素１ａの列毎に配置される。ＡＤ変換器５は、１行分の画素１ａから出力される信号に対して画素列毎に、ノイズ除去などの信号処理を行う。具体的には、ＡＤ変換器５は、画素１ａ固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳ（Correlated Double Sampling）や、信号増幅、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換等の信号処理を行う。
【０１６７】
出力回路６は、ＡＤ変換器５から水平信号線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。出力回路６は、例えば、バッファリングだけ行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等を行う場合もある。
【０１６８】
電源７、電源８及び電源９は、“Ｈｉｇｈ電位”、“Ｌｏｗ電位１”、“Ｌｏｗ電位２”の３種類の電圧のうち重複しないいずれか１つの電圧をレベルシフタ３に供給する。
【０１６９】
図３１に、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置の複数の画素１ａが２次元アレイ状に配列され、電源が供給される構成を示したブロック図である。図３１は、３つの電圧が供給される第６の実施形態の固体撮像装置のブロック図である。なお、図３１の固体撮像装置１は、複数の画素１ａが２次元アレイ状に配列されていることを示しており、基本的な構成は、図３０の固体撮像装置１と同様である。そのため、詳細な説明は省略する。なお、図３１において、電源７は、−１．２［Ｖ］、電源８は、−０．５［Ｖ］、電源９は、２．８［Ｖ］を供給するものとする。
【０１７０】
図３２に、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置の電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図を示す。図３２は、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置の電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図である。
【０１７１】
図３２に示すように、画素１ａは、電源７が昇圧回路７ａにより構成され、電源８が昇圧回路８ａにより構成されている。その他の構成は、図３１の固体撮像装置１と同一であるため、説明を省略する。
【０１７２】
昇圧回路７ａ及び昇圧回路８ａは、画素１ａ内に設けられたチャージポンプ回路等により構成された昇圧回路である。この場合、昇圧回路７ａは、−１．２［ｖ］を印加し、昇圧回路８ａは、−０．５［Ｖ］を印加する。
【０１７３】
図３３に、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置１ｂの電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図を示す。図３３は、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置１ｂの電源回路の一部が、昇圧回路により構成されたブロック図である。
【０１７４】
図３３に示すように、固体撮像装置１ｂは、電源７が昇圧回路７ａにより構成され、電源９が昇圧回路９ａにより構成されている。その他の構成は、図３１の固体撮像装置１と同一であるため、説明を省略する。
【０１７５】
昇圧回路７ａ及び昇圧回路９ａは、画素１ａ内に設けられたチャージポンプ回路等により構成された昇圧回路である。この場合、昇圧回路７ａは、−１．２［ｖ］を印加し、昇圧回路９ａは、２．８［Ｖ］を印加する。
【０１７６】
このように、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置は、電源回路や昇圧回路により３つの電圧をトランスファーゲートＴＧに供給するようになっている。
【０１７７】
図３４に、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置の画素アレイ２の構成を示す。図３４は、本技術に係る第６の実施形態の固体撮像装置の画素アレイ２の構成を示したブロック図である。
【０１７８】
図３４に示すように、画素アレイ２は、複数の画素１ａがｉ行×ｎ列で表されている。これにより、ｉ行×ｎ列で構成される複数の画素１ａのトランスファーゲートＴＧに３つの電圧を印加することができる。
【０１７９】
＜８．第７の実施形態（固体撮像装置の例７）＞
まず、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを一つの固体撮像装置で行う場合について説明する。
従来のデュアルピクセル型の画素において、全画素でオートフォーカス（ＡＦ）動作を行う場合、二つの分割フォトダイオードで構成されたフォトダイオード（一つの画素）上に、同色のカラーフィルタ及び一つのマイクロレンズが設けられている。このようなデュアルピクセル型の画素では、分割フォトダイオードのそれぞれが、結像光学系の一部分を通過した光を受光する。
【０１８０】
オートフォーカス動作を行う場合、固体撮像装置は、各分割フォトダイオードの像ズレを検出して被写体までの距離を測り、その測距情報を用いた信号処理によって、像を合焦させる。このとき、各分割フォトダイオードの像ズレ量の検出精度を決めるパラメータの一つが、非合焦時の分割サブピクセル間の信号差を表す信号分離比である。
【０１８１】
一方、同様の構成を有する固体撮像装置において、サブピクセル間で異なる露光時間制御を行い、露光時間の異なる信号を信号処理で合成して広い露光領域での画像構築を行い、ダイナミックレンジを拡げるＨＤＲ（High Dynamic Range）動作を行う場合もある。
【０１８２】
デュアルピクセル型の画素において、全画素でオートフォーカス（ＡＦ）動作とＨＤＲ動作とを両立させる場合には、次のような問題がある。
すなわち、オートフォーカス（ＡＦ）信号を得るために像ずれ量を検出するには、各サブピクセルに対して共通の集光手段が必要となる。このような集光手段を用いた場合、マイクロレンズを通過した入射光が、サブピクセルの境界部分に形成された画素分離領域に集光されてしまう。このため、サブピクセル間のクロストークが顕著となり、像ズレ情報の検出精度が低下しやすくなる。画素サイズが微細化された固体撮像装置では、サブピクセルサイズも同時に縮小されてサブピクセル間のクロストークがより生じやすくなり、像ズレ情報の検出精度がより低下しやすくなる。
【０１８３】
また、上述したデュアルピクセル型の画素において、ＨＤＲ信号取得時に、露光時間の異なるサブピクセル間でクロストークが発生すると、本来同じ画像信号が入射していなくてはならないサブピクセル間で異なる信号が入射されることになる。この場合、サブピクセル間で感度差が発生し、クロストークに起因するＨＤＲ信号合成時の信号非線形性や感度差による固定パターン雑音が発生し、画質が低下するという問題が発生する。このような画質の低下を抑制するためには、ＨＤＲ動作を行う場合には、各サブピクセルの境界部分に形成された画素分離領域への光照射が無く、サブピクセル間のクロストークが十分低減できるようにする必要がある。
従って、デュアルピクセル型の画素において、オートフォーカス動作とＨＤＲ動作を両立するためには、光学的に相反した要請がある。
【０１８４】
本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置は、サブピクセル間のクロストークを十分低減させ、デュアルピクセル型の画素において、オートフォーカス動作とＨＤＲ動作を両立させる。
【０１８５】
本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第１集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、を備える固体撮像装置である。
【０１８６】
本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを高精度で両立させることができる。
【０１８７】
以下、図３５から図３７を参照して、本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００１について詳細に説明する。
図３５に、本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００１のレイアウトを示す。図３５は、４画素で構成される固体撮像装置１００１の平面図である。図３６に、本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００のレイアウトを示す。図３６は、１画素を構成する固体撮像装置１００の平面図である。特に断りがない限り、「上」とは、各図中の上方向を意味し、「下」とは、各図中の下方向を意味するものとする。
【０１８８】
固体撮像装置１００１は、２×２の４つの固体撮像装置１００（図３５中では、固体撮像装置１０１〜固体撮像装置１０４）を有している。
固体撮像装置１００には、カラーフィルタＣＦが設けられている。具体的には、固体撮像装置１０１には、カラーフィルタＣＦ１が設けられている。固体撮像装置１０２には、カラーフィルタＣＦ２が設けられている。固体撮像装置１０３には、カラーフィルタＣＦ３が設けられている。固体撮像装置１０４には、カラーフィルタＣＦ４が設けられている。図３６は、固体撮像装置１００のレイアウトの平面図を、固体撮像装置１００のレイアウトの平面図として示したものである。
【０１８９】
図３５及び図３６に示すように、固体撮像装置１００は、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）から構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域ＤＴＩ１と、第１画素分離領域ＤＴＩ１によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域ＤＴＩ２と、を備えて構成されている。また、固体撮像装置１００１は、単位画素の全体を覆う第１集光部であるマイクロレンズＬＳ１（第１のレンズ）と、固体撮像装置１００のサブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部である第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと、を備えて構成されている。
【０１９０】
固体撮像装置１００１は、第１集光部であるマイクロレンズＬＳ１と、第２集光部である第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと、を備える点で、固体撮像装置１０００と相違する。また、固体撮像装置１００は、オーバーフロー領域ＯＦ（オーバーフロー領域ＯＦ１〜オーバーフロー領域ＯＦ４）を必須としない点で、固体撮像装置１０００と相違する。
【０１９１】
なお、図３５の固体撮像装置１００１及び図３６の固体撮像装置１００では、第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２と、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４以外の各部については省略している。
【０１９２】
図３７に、本技術を適用した第７の実施形態の固体撮像装置１００１の断面の構成を示す。図３７は、図３５に示す固体撮像装置１００１（固体撮像装置１０１及び１０２）のＥ−Ｅ’断面の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図３７中の上方向を意味し、「下」とは、図３７中の下方向を意味する。
【０１９３】
図３７に示すように、マイクロレンズＬＳ１は、固体撮像装置１０１及び１０２の上部（光入射側）に設けられている。マイクロレンズＬＳ１は、カラーフィルタＣＦ１、ＣＦ２上にそれぞれ配置され、固体撮像装置１０１の第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４の全体を覆うように設けられている。
【０１９４】
同様に、マイクロレンズＬＳ１は、固体撮像装置１０３及び１０４の上部にもそれぞれ設けられている。すなわち、マイクロレンズＬＳ１は、カラーフィルタＣＦ３及びＣＦ４上にそれぞれ配置され、固体撮像装置１０１の第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４の全体を覆うように設けられている。
固体撮像装置１０１〜１０４のそれぞれの上に設けられたマイクロレンズＬＳ１は、それぞれ別体に形成されていても良く、一体に形成されたマイクロレンズアレイであっても良い。
【０１９５】
マイクロレンズＬＳ１は、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。マイクロレンズＬＳ１を構成する材料としては、例えば屈折率が１．５以上１．６以下である材料が好ましい。このような材料としては、アクリル系樹脂材料等の有機材料が用いられる。
【０１９６】
図３７に示すように、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄは、マイクロレンズＬＳ１と、固体撮像装置１０１との間に設けられている。より具体的に、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄは、マイクロレンズＬＳ１と、固体撮像装置１０１上に設けられたカラーフィルタＣＦ１と、の間に設けられている。
【０１９７】
図３５及び図３６に示すように、第２のレンズＬＳ２Ａは、固体撮像装置１０１〜１０４の第１のサブピクセルＳＰ１をそれぞれ覆うように設けられている。同様に、第２のレンズＬＳ２Ｂ〜ＬＳ２Ｄは、固体撮像装置１０１〜１０４の第２のサブピクセルＳＰ２〜第４のサブピクセルＳＰ４をそれぞれ覆うように設けられている。
第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４のそれぞれの上に設けられた第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄは、それぞれ別体に形成されていても良く、一体に形成されたレンズアレイであっても良い。
【０１９８】
第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄは、マイクロレンズＬＳ１と比較して高い屈折率を有する材料により形成されている。第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄを構成する材料としては、例えば屈折率が１．６超である材料が好ましい。このような材料としては、窒化ケイ素等の無機材料や、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物及びチタン酸化物等の金属酸化物が用いられる。
【０１９９】
第２集光部は、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄとともに、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと固体撮像装置１０１〜１０４との間に設けられた低屈折率層ＬＬを含んでいても良い。
低屈折率層ＬＬは、マイクロレンズＬＳ１及び第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。低屈折率層ＬＬを構成する材料としては、例えば屈折率が１．２以上１．３以下である材料が好ましく、金属酸化物等が用いられる。
【０２００】
以上説明したように、本技術を適用した第７の実施形態の固体撮像装置１００１は、単位画素（固体撮像装置１０１〜１０４）それぞれの全体を覆うマイクロレンズＬＳ１と、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４のそれぞれを覆う複数の第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄとを有している。
【０２０１】
固体撮像装置１００１では、オートフォーカス（ＡＦ）信号を得るＡＦ動作時には、各サブピクセルに、共通の集光手段であるマイクロレンズＬＳ１により集光された光を入射させ、各サブピクセル間で像ずれした異なる画像情報を得ることができる。また、固体撮像装置１００１では、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄにより、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４間に配置された第２画素分離領域ＤＴＩ２に光が集光されないようにすることができる。
【０２０２】
固体撮像装置１００１では、画素が微細化されていても第２画素分離領域ＤＴＩ２への光照射によるクロストークが低減する。固体撮像装置１００１では、ＡＦ動作時に高い分離比を持つ位相差信号が得られ、像ずれの検出感度が向上するとともに、ＨＤＲ動作時にＨＤＲ信号合成後の信号非線形性や固定パターンノイズによる解像度低下が抑制され、高画質の再生画像を得ることができる。
【０２０３】
本技術に係る第７の実施形態の固体撮像装置１００１によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
【０２０４】
なお、第７の実施形態では、固体撮像装置１００１が、第１の実施形態と同様の固体撮像装置１００（１０１〜１０４）を有する場合について説明したが、これに限られない。すなわち、固体撮像装置１００１は、固体撮像装置１００に替えて、第２の実施形態の固体撮像装置１０１（図６参照）、第３の実施形態の固体撮像装置１０２（図７参照）、第４〜第６の実施形態の固体撮像装置１００を有していても良い。
【０２０５】
＜９．第８の実施形態（固体撮像装置の例８）＞
本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第１集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、単位画素をそれぞれ覆うカラーフィルタと、平面視でカラーフィルタを取り囲むように設けられた遮光層と、を備える固体撮像装置である。
【０２０６】
本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とをより高精度で両立させることができる。
【０２０７】
以下、図３８から図４１を参照して、本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００２について詳細に説明する。
図３８に、本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００２のレイアウトを示す。図３８は、４画素で構成される固体撮像装置１００２の平面図である。なお、図３８の固体撮像装置１００２では、第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２と、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４以外の各部については省略している。
【０２０８】
固体撮像装置１００２は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の上部に設けられた遮光層ＢＬ１を有する点で、第７の実施形態の固体撮像装置１００１と相違する。以下の説明では、遮光層ＢＬ１以外の各部の説明は省略する。
【０２０９】
図３９に、本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置１００２の断面の構成を示す。図３９は、図３８に示す固体撮像装置１００２（固体撮像装置１０１及び１０２）のＦ−Ｆ’断面の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図３９中の上方向を意味し、「下」とは、図３９中の下方向を意味する。
【０２１０】
図３８及び図３９に示すように、遮光層ＢＬ１は、第１画素分離領域ＤＴＩ１の上部に設けられ、平面視で、固体撮像装置１００上に設けられたカラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４をそれぞれ取り囲むように設けられる。
遮光層ＢＬ１は、異なる色のカラーフィルタを区切るように設けられていればよい。すなわち、遮光層ＢＬ１は、隣接する固体撮像装置１００上に同色のカラーフィルタが設けられた場合には、必ずしも第１画素分離領域ＤＴＩ１の上部に設けられていなくても良い。
【０２１１】
遮光層ＢＬ１は、マイクロレンズＬＳ１を介して入射した光を遮光する材料で形成されていればよく、例えばタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成された金属層である。
【０２１２】
以上説明したように、本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置１００２は、平面視で、固体撮像装置１００上に設けられたカラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４をそれぞれ取り囲むように設けられた遮光層ＢＬ１を有している。また、固体撮像装置１００２は、単位画素である固体撮像装置１００（１０１〜１０４）それぞれの全体を覆うマイクロレンズＬＳ１と、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４のそれぞれを覆う複数の第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄとを有している。
【０２１３】
このため、本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置１００２によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
【０２１４】
また、本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置１００２によれば、遮光層ＢＬ１により、カラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４に入射した光が、隣接する他のカラーフィルタに入射することを防止する。また、固体撮像装置１００２では、単位画素ごとに設けられたマイクロレンズＬＳ１により集光した光が遮光層ＢＬ１に照射されることを防止することができる。これにより、本技術に係る第８の実施形態の固体撮像装置１００２では、クロストークを低減して各固体撮像装置１００での感度の低下を防止するとともに、光学混色の増加を防止することができる。
【０２１５】
＜変形例＞
（１）変形例１
図４０に、本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置１００２の第１の変形例である固体撮像装置１００２Ａの断面図の一例を示す。
固体撮像装置１００２Ａは、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）から構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域ＤＴＩ１と、第１画素分離領域ＤＴＩ１によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域ＤＴＩ２と、を備えて構成されている。また、固体撮像装置１００１は、単位画素の全体を覆う第１集光部であるマイクロレンズＬＳ１と、固体撮像装置１００のサブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部である第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと、マイクロレンズＬＳ１と第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄとの間に設けられた中間レンズ層ＬＳ３と、平面視でカラーフィルタを取り囲むように設けられた遮光層ＢＬ１と、を備える固体撮像装置である。
固体撮像装置１００２Ａは、中間レンズ層ＬＳ３を有する点で、固体撮像装置１００２と相違する。
【０２１６】
以下、中間レンズ層ＬＳ３について説明する。
中間レンズ層ＬＳ３は、マイクロレンズＬＳ１と比較して高い屈折率を有し、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。中間レンズ層ＬＳ３を構成する材料としては、金属酸化物が挙げられる。
【０２１７】
中間レンズ層ＬＳ３は、マイクロレンズＬＳ１が有機材料（屈折率１．５以上１．６以下）で形成され、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄがチタン酸化物（屈折率約２．５）で形成された場合には、例えば、アルミニウム酸化物（屈折率約１．７）、タンタル酸化物（屈折率約２．１）によって形成される。
なお、中間レンズ層ＬＳ３は、１層構造に限られず、複数層構造であってもよい。中間レンズ層ＬＳ３が複数層構造である場合、マイクロレンズＬＳ１から第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄに近づくにつれて徐々に屈折率が大きくなるように各層の材料が選択される。
【０２１８】
以上説明したように、変形例１の固体撮像装置１００２Ａでは、中間レンズ層ＬＳ３Ａ〜ＬＳ３Ｄを設けることにより、マイクロレンズＬＳ１と中間レンズ層ＬＳ３Ａ〜ＬＳ３Ｄ、中間レンズ層ＬＳ３Ａ〜ＬＳ３Ｄと第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄとの間の屈折率の差を小さくすることができる。このため、マイクロレンズＬＳ１から入射した光が各レンズの境界で反射しにくくなり、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４への光の入射量が低減しにくくなり、感度の低下を防止することができる。
【０２１９】
（２）変形例２
図４１に、本技術を適用した第８の実施形態の固体撮像装置１００２の第２の変形例である固体撮像装置１００２Ｂの断面図の一例を示す。
固体撮像装置１００２Ｂは、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）から構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域ＤＴＩ１と、第１画素分離領域ＤＴＩ１によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域ＤＴＩ２と、を備えて構成されている。また、固体撮像装置１００１は、単位画素の全体を覆う第１集光部であるマイクロレンズＬＳ１と、固体撮像装置１００のサブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部である第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと、マイクロレンズＬＳ１と第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄとの間に設けられた中間レンズ層ＬＳ３Ａ〜ＬＳ３Ｄと、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄの中間レンズ層ＬＳ３Ａ〜ＬＳ３Ｄとは反対側の面に設けられた光透過層ＴＬ１と、平面視でカラーフィルタを取り囲むように設けられた遮光層ＢＬ１と、を備える固体撮像装置である。
固体撮像装置１００２Ｂは、中間レンズ層ＬＳ３Ａ〜ＬＳ３Ｄと、光透過層ＴＬ１とを有する点で、変形例１の固体撮像装置１００２と相違する。中間レンズ層ＬＳ３Ａ〜ＬＳ３Ｄは、変形例１の固体撮像装置１００２Ａの中間レンズ層ＬＳ３Ａ〜ＬＳ３Ｄと同様の構成であるため、説明を省略する。
【０２２０】
以下、光透過層ＴＬ１について説明する。
光透過層ＴＬ１は、マイクロレンズＬＳ１と比較して高い屈折率を有し、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。光透過層ＴＬ１は、中間レンズ層ＬＳ３Ａ〜ＬＳ３Ｄと同一の材料また、同一の屈折率を有する他の材料で形成されていても良い。光透過層ＴＬ１を構成する材料としては、金属酸化物が挙げられる。
【０２２１】
なお、光透過層ＴＬ１は、１層構造に限られず、複数層構造であってもよい。光透過層ＴＬ１が複数層構造である場合、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄから低屈折率層ＬＬ（低屈折率層ＬＬが設けられていない場合にはカラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４）に近づくにつれて徐々に屈折率が小さくなるように各層の材料が選択される。
【０２２２】
また、光透過層ＴＬ１は、固体撮像装置１００２の低屈折率層ＬＬに替えて設けられてもよく、低屈折率層ＬＬとともに設けられていても良い。光透過層ＴＬ１を低屈折率層ＬＬと共に設ける場合には、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと低屈折率層ＬＬとの間に光透過層ＴＬ１を設けて、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄから低屈折率層ＬＬに近づくにつれて徐々に屈折率が小さくなるように材料が選択される。
【０２２３】
以上説明したように、変形例２の固体撮像装置１００２Ｂでは、光透過層ＴＬ１を設けることにより、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと光透過層ＴＬ１、光透過層ＴＬ１と第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４との間の屈折率の差を小さくすることができる。このため、マイクロレンズＬＳ１から入射した光が各レンズの境界で反射しにくくなり、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４への光の入射量が低減しにくくなり、感度の低下を防止することができる。
【０２２４】
＜１０．第９の実施形態（固体撮像装置の例９）＞
本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置は、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第１集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、を備える固体撮像装置である。第９の実施形態の固体撮像装置では、第２集光部が、第１画素分離領域及び第２画素分離領域の上部に設けられた遮光層と、サブピクセルの上部であって遮光層で囲まれる領域に設けられ、遮光層よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有している。
【０２２５】
本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置によれば、２以上のサブピクセルから複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とをより高精度で両立させることができる。
【０２２６】
以下、図４２から図４６を参照して、本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００３について詳細に説明する。
図４２に、本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置の一例である固体撮像装置１００３のレイアウトを示す。図４２は、４画素で構成される固体撮像装置１００３の平面図である。なお、図４２の固体撮像装置１００３では、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４内の詳細の構造については省略している。
【０２２７】
固体撮像装置１００３は、第２集光部の構成が、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄとは異なる構成を有している点で、第７の実施形態の固体撮像装置１００１と相違する。以下の説明では、第２集光部以外の各部の説明は省略する。
【０２２８】
図４３に、本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置１００３が有する固体撮像装置１００の平面図において、マイクロレンズＬＳ１及びカラーフィルタＣＦ１を不図示とした場合の第２集光部の平面構成を示す。
図４４に、本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置１００３の断面の構成を示す。図４４は、図４２に示す固体撮像装置１００３（固体撮像装置１０１及び１０２）のＧ−Ｇ’断面の構成例を示す断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは、図４４中の上方向を意味し、「下」とは、図４４中の下方向を意味する。
【０２２９】
図４３及び図４４に示すように、第２集光部は、少なくとも第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２の上部に設けられた遮光層ＢＬ２を有している。また、第２集光部は、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４の上部であって、遮光層ＢＬ２で囲まれる領域に設けられた光透過層ＴＬ２（ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄ）を有している。
【０２３０】
図４４に示すように、遮光層ＢＬ２の断面形状（遮光層ＢＬ２の延伸方向と直交する方向における断面（図４４で示す断面）形状）は、マイクロレンズＬＳ１側に近づくに従って徐々に幅が狭くなる形状であることが好ましい。例えば、遮光層ＢＬ２の断面形状は、テーパ形状又は三角形状となっていることが好ましい。これにより、マイクロレンズＬＳ１から入射した光の導波路となる光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄの断面が逆テーパ形状に形成され、入射光を第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４に取り込みやすくすることができる。
【０２３１】
また、遮光層ＢＬ２は、カラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４よりも厚く形成され、遮光層ＢＬ２の上部がカラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４の上面（光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄと対向する面）よりもマイクロレンズＬＳ１方向に突出するように設けられることが好ましい。これにより、カラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４の上面に設けられた光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄのそれぞれを、遮光層ＢＬ２によって分離することができる。
【０２３２】
遮光層ＢＬ２は、光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。これにより、遮光層ＢＬ２は、遮光層として機能し、マイクロレンズＬＳ１で集光した光を光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄに反射させて、光を第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４のそれぞれに導く。また、遮光層ＢＬ２は、カラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４に入射した光が、隣接する他のカラーフィルタに入射することを防止する。
【０２３３】
遮光層ＢＬ２は、例えば屈折率が１．３以下である材料が好ましく、屈折率が低い程好ましい。このような材料としては、金属酸化物等が用いられる。
【０２３４】
光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄは、カラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４上にそれぞれ設けられ、固体撮像装置１００の第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４のそれぞれを覆うように設けられている。光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄは、断面が逆テーパ形状に形成されることが好ましい。これにより、カラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４に対して光が出射する光出射面（光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄの底面）よりも光の入射面（光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄの上面）の面積が広くなる。このため、入射光を第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４に取り込みやすくすることができる。
なお、光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄは、カラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４と、固体撮像素子１００（１０１〜１０４）との間に設けられていても良い。
【０２３５】
光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄは、マイクロレンズＬＳ１と同一の屈折率、又はマイクロレンズＬＳ１と比較して高い屈折率を有する材料で形成されていればよい。このような材料としては、例えばアクリル系樹脂材料等の有機材料、窒化ケイ素等の無機材料、又はアルミニウム酸化物、タンタル酸化物及びチタン酸化物等の金属酸化物等が用いられる。
【０２３６】
以上説明したように、本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置１００３は、第２集光部として、第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２の上部に設けられた遮光層ＢＬ２を有している。また、固体撮像装置１００３は、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４の上部であって遮光層ＢＬ２で囲まれる領域に設けられ、遮光層ＢＬ２よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄと、を有している。
【０２３７】
このため、本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置１００３によれば、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）から複数の単位画素が構成される画素構成において、ダイナミック動作とオートフォーカス動作とを両立させることができる。
【０２３８】
また、本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置１００３によれば、遮光層ＢＬ２により、カラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４に入射した光が隣接する他のカラーフィルタに入射することを防止する。また、固体撮像装置１００３では、単位画素ごとに設けられたマイクロレンズＬＳ１により集光した光が第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２に照射されることを防止することができる。これにより、本技術に係る第９の実施形態の固体撮像装置１００３では、クロストークを低減して各固体撮像装置１００での感度の低下を防止するとともに、光学混色の増加を防止することができる。
【０２３９】
＜変形例＞
（１）変形例１
図４５に、本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置１００３の第１の変形例である固体撮像装置１００３Ａの断面図の一例を示す。
固体撮像装置１００３Ａは、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第１集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、を備える固体撮像装置である。第９の実施形態の固体撮像装置では、第２集光部が、第１画素分離領域及び第２画素分離領域の上部に設けられた遮光層と、サブピクセルの上部であって遮光層で囲まれる領域に設けられ、遮光層よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、第１集光部及び光透過層の間に設けられた第１中間層とを有している。
固体撮像装置１００３Ａは、第１画素分離領域ＤＴＩ１の上部に設けられた遮光層ＢＬ３と、第２画素分離領域ＤＴＩ２の上部に設けられた遮光層ＢＬ２と、第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄ（ＭＬ１Ｃ、ＭＬ１Ｄは図示せず）とを有する点で、固体撮像装置１００３と相違する。
【０２４０】
固体撮像装置１００３Ａは、第２画素分離領域ＤＴＩ２の上部に、遮光層ＢＬ２が設けられている。
固体撮像装置１００３Ａは、第１画素分離領域ＤＴＩ１の上部に、遮光層ＢＬ１と遮光層ＢＬ２とが一体に形成された遮光層ＢＬ３が設けられている。遮光層ＢＬ３は、例えば遮光層ＢＬ１の側面及び上面の少なくとも一面を遮光層ＢＬ２が覆った状態で一体に形成されている。
【０２４１】
遮光層ＢＬ１は、第８の実施形態の固体撮像装置１００２における遮光層ＢＬ１と同様の構成である。遮光層ＢＬ１は、マイクロレンズＬＳ１を介して入射した光を遮光する材料で形成されていればよく、例えばタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の金属により形成された金属層である。
遮光層ＢＬ２は、第９の実施形態の固体撮像装置１００３における遮光層ＢＬ２と同様の構成である。遮光層ＢＬ２は、カラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４よりも厚く形成され、遮光層ＢＬ２の上部がカラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４の上面（光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄと対向する面）よりもマイクロレンズＬＳ１方向に突出するように設けられている。
【０２４２】
以下、第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄについて説明する。
第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄは、光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄ上に設けられる。すなわち、第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄは、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４の上部に設けられる。
【０２４３】
第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄは、マイクロレンズＬＳ１と比較して高い屈折率を有し、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄと比較して低い屈折率を有する材料により形成されている。第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄを構成する材料としては、金属酸化物が挙げられる。
【０２４４】
第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄは、マイクロレンズＬＳ１が有機材料（屈折率１．５以上１．６以下）で形成され、第２のレンズＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄがチタン酸化物（屈折率約２．５）又はタンタル酸化物（屈折率約２．１）で形成された場合には、例えばアルミニウム酸化物（屈折率約１．７）によって形成される。
なお、第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄは、１層構造に限られず、複数層構造であってもよい。第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄが複数層構造である場合、マイクロレンズＬＳ１から光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄに近づくにつれて徐々に屈折率が大きくなるように各層の材料が選択される。
【０２４５】
以上説明したように、変形例１の固体撮像装置１００３Ａでは、第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄを設けることにより、マイクロレンズＬＳ１と第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄ、第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄと光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄとの間の屈折率の差を小さくすることができる。このため、マイクロレンズＬＳ１から入射した光が各層の境界で反射しにくくなり、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４への光の入射量が低減しにくくなり、感度の低下を防止することができる。
【０２４６】
（２）変形例２
図４６に、本技術を適用した第９の実施形態の固体撮像装置１００３の第２の変形例である固体撮像装置１００３Ｂの断面図の一例を示す。
固体撮像装置１００３Ｂは、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、単位画素の全体を覆う第１集光部と、サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、を備える固体撮像装置である。第９の実施形態の固体撮像装置では、第２集光部が、第１画素分離領域及び第２画素分離領域の上部に設けられた遮光層と、サブピクセルの上部であって遮光層で囲まれる領域に設けられ、遮光層よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、第１集光部及び光透過層の間に設けられた第１中間層と、光透過層とカラーフィルタの間に設けられた第２中間層と、を有している。
固体撮像装置１００３Ｂは、光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄの下面に、第２中間層ＭＬ２Ａ〜ＭＬ２Ｄを有する点で、変形例１の固体撮像装置１００３Ａと相違する。
【０２４７】
以下、第２中間層ＭＬ２Ａ〜ＭＬ２Ｄについて説明する。
第２中間層ＭＬ２Ａ〜ＭＬ２Ｄは、光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄの下面に設けられる。すなわち、第２中間層ＭＬ２Ａ〜ＭＬ２Ｄは、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４の上部に設けられる。
第２中間層ＭＬ２Ａ〜ＭＬ２Ｄは、第１中間層ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄと同様の材料により形成される。
【０２４８】
なお、第２中間層ＭＬ２Ａ〜ＭＬ２Ｄは、１層構造に限られず、複数層構造であってもよい。第２中間層ＭＬ２Ａ〜ＭＬ２Ｄが複数層構造である場合、光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２ＤからカラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４に近づくにつれて徐々に屈折率が小さくなるように各層の材料が選択される。
【０２４９】
以上説明したように、変形例２の固体撮像装置１００３Ｂでは、第２中間層ＭＬ２Ａ〜ＭＬ２Ｄを設けることにより、光透過層ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄと第２中間層ＭＬ２Ａ〜ＭＬ２Ｄ、第２中間層ＭＬ２Ａ〜ＭＬ２ＤとカラーフィルタＣＦ１〜ＣＦ４の間の屈折率の差を小さくすることができる。このため、マイクロレンズＬＳ１から入射した光が各層の境界で反射しにくくなり、第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４への光の入射量が低減しにくくなり、感度の低下を防止することができる。
【０２５０】
＜１１．第１０の実施形態（固体撮像装置の例１０）＞
本技術に係る第１０の実施形態の固体撮像装置は、本技術に係る第１〜第９の実施形態の固体撮像装置において、第２画素分離領域、又は第１画素分離領域及び第２画素分離領域の双方が光を受光する受光面からシリコン基板Ｓまで貫通していない構成である、固体撮像装置である。
【０２５１】
図４７及び図４８は、第２画素分離領域ＤＴＩ２が、光を受光する受光面から、信号電荷が蓄積される光電変換素子（フォトダイオード）が形成されるシリコン基板Ｓまで貫通していない構成である場合の固体撮像装置１０５の断面図を示す。
図４７に示すように、固体撮像装置１０５は、第７又は第８の実施形態の固体撮像装置１００に替えて用いられてもよい。また、図４８に示すように、固体撮像装置１０５は、第９の実施形態の固体撮像装置１００に替えて用いられてもよい。
【０２５２】
第１画素分離領域ＤＴＩ１は、光を受光する受光面から、信号電荷が蓄積される光電変換素子が形成されるシリコン基板Ｓまで貫通し、異なる色のカラーフィルタで覆われた画素（固体撮像装置１０１〜１０４）同士の境界部分に設けられている。このため、第１画素分離領域ＤＴＩ１を備える固体撮像素子では、異なる色信号間の混色を防止することができる。
また、第２画素分離領域ＤＴＩ２は、同一色のカラーフィルタで覆われた一画素内のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第４のサブピクセルＳＰ４）同士の境界部に設けられている。このため、同色画素内のサブピクセルＳＰ間での信号電子のオーバーフローを実現することができる。
すなわち、図４７及び図４８に記載の構成では、異なる色のカラーフィルタで覆われた画素同士における異なる色信号の混色の防止と、同色のカラーフィルタで覆われた画素内のサブピクセルＳＰ間での信号電子のオーバーフローの実現を両立させることができる。
【０２５３】
図４９及び図５０は、第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２が、光を受光する受光面から、信号電荷が蓄積される光電変換素子（フォトダイオード）が形成されるシリコン基板Ｓまで貫通していない構成である場合の固体撮像装置１０６の断面図を示す。
図４９に示すように、固体撮像装置１０６は、第７又は第８の実施形態の固体撮像装置１００に替えて用いられてもよい。また、図５０に示すように、固体撮像装置１０６は、第９の実施形態の固体撮像装置１００に替えて用いられてもよい。
この場合、第１画素分離領域ＤＴＩ１及び第２画素分離領域ＤＴＩ２を同一の高低で形成することができ、製造コストを低減させることができる。
【０２５４】
＜１２．第１１の実施形態（固体撮像装置の例１１）＞
本技術に係る第１１の実施形態の固体撮像装置１００４は、第１画素分離領域ＤＴＩ１が、２以上のサブピクセルＳＰ（第１のサブピクセルＳＰ１〜第１６のサブピクセルＳＰ１６）から構成される複数の単位画素を分離する構成である、固体撮像装置１０７である。固体撮像装置１００４は、第１〜第９の実施形態の固体撮像装置の代わりに用いても良い。
【０２５５】
図５１に示すように、固体撮像装置１０７は、十字型を有する第２画素分離領域ＤＴＩ２が複数設けられることにより、１つの単位画素が１６個のサブピクセル（第１のサブピクセルＳＰ１〜第１６のサブピクセルＳＰ１６）に分割されている。
【０２５６】
＜１３．第１２の実施形態（電子装置の例）＞
本技術に係る第１２の実施形態の電子装置は、固体撮像素子が搭載されて、固体撮像素子が、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、第１画素分離領域によって分離された複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、オーバーフロー領域が、第１のサブピクセルと第２のサブピクセルとの間に形成される、電子装置である。また、本技術に係る第１２の実施形態の電子装置は、本技術に係る第１の実施形態〜第１１の実施形態の固体撮像装置が搭載された電子装置でもよい。
【０２５７】
＜１４．本技術を適用した固体撮像装置の使用例＞
図５２は、イメージセンサとしての本技術に係る第１〜第１１の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。
【０２５８】
上述した第１〜第１１の実施形態の固体撮像装置は、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さまざまなケースに使用することができる。すなわち、図５２に示すように、例えば、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野、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、農業の分野等において用いられる装置（例えば、上述した第７の実施形態の電子装置）に、第１〜第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
【０２５９】
具体的には、鑑賞の分野においては、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に、第１〜第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
【０２６０】
交通の分野においては、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に、第１〜第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
【０２６１】
家電の分野においては、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、第１〜第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
【０２６２】
医療・ヘルスケアの分野においては、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に、第１〜第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
【０２６３】
セキュリティの分野においては、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に、第１〜第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
【０２６４】
美容の分野においては、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に、第１〜第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
【０２６５】
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プルカメラ等の、スポーツの用に供される装置に、第１〜第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
【０２６６】
農業の分野においては、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に、第１〜第１１の実施形態のいずれか１つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
【０２６７】
次に、本技術に係る第１〜第１１の実施形態の固体撮像装置の使用例を具体的に説明する。例えば、上述で説明をした固体撮像装置１１０は、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図５３に、その一例として、電子機器１１１（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器１１１は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像素子１１０と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、固体撮像素子１１０およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３と、信号処理部３１２とを有する。
【０２６８】
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１１０の画素部１１０ａへ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、固体撮像装置１１０への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、固体撮像装置１１０の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、固体撮像素子１１０から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
【０２６９】
なお、本技術に係る実施形態は、上述した実施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。
【０２７０】
また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【０２７１】
また、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
［１］２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、固体撮像装置。
［２］前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、及び、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、前記［１］に記載の固体撮像装置。
［３］前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域の周囲に第２のＰ型領域が深さ方向に形成されるとともに、前記第１のＰ型領域と前記第２のＰ型領域との間にＮ型領域が形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域と前記オーバーフロー領域と前記第２画素分離領域とが含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域が、前記第１のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第３のＰ型領域、前記第２のＰ型領域の不純物平均濃度よりも不純物濃度の低い第４のＰ型領域、及び、前記第３のＰ型領域と前記第４のＰ型領域との間に形成される第５のＮ型領域の少なくともいずれかの領域を有する、前記［１］又は［２］に記載の固体撮像装置。
［４］前記第１画素分離領域の内側に第１のＰ型領域が深さ方向に形成され、前記第２画素分離領域によって分離されていない前記単位画素の領域が光の入射方向に沿って切断される断面に、前記第１画素分離領域の一方の内側と、当該一方の内側と対向する前記第１画素分離領域の他方の内側との間に前記オーバーフロー領域が含まれて形成され、
前記オーバーフロー領域の深さが、
前記オーバーフローを制御するトランジスタが配置される領域と、前記信号電荷が蓄積されるＮ形領域の中で不純物濃度が最も高い領域との間に形成される、前記［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［５］前記第２画素分離領域が、
前記複数の単位画素のそれぞれを２×２の前記サブピクセルに分離する、前記［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［６］前記第２画素分離領域が、
十字型を有する、前記［１］乃至［５］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［７］前記オーバーフロー領域が、前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域とが近接する領域に形成される、前記［６］に記載の固体撮像装置。
［８］前記第１画素分離領域と前記十字型の第２画素分離領域との近接する距離が、同一である、又は、異なる、前記［６］又は［７］に記載の固体撮像装置。
［９］前記十字型の第２画素分離領域の少なくとも一部が、前記第１画素分離領域に接続される、前記［６］乃至［８］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１０］前記信号電荷をオーバーフローさせるための電圧制御を行うトランスファーゲートを更に備える、前記［１］乃至［９］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１１］前記トランスファーゲートに３値以上の電圧を供給する電源を更に備える、前記［１０］に記載の固体撮像装置。
［１２］前記トランスファーゲートに供給する電圧を昇降する昇圧回路を更に備える、前記［１０］又は［１１］に記載の固体撮像装置。
［１３］前記第２画素分離領域が、
光を受光する受光面から、前記信号電荷が蓄積される光電変換素子が形成されるシリコン基板まで貫通している、前記［１］乃至［１２］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１４］２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
前記単位画素の全体を覆う第１集光部と、
前記サブピクセルのそれぞれを覆う複数の第２集光部と、
を備える固体撮像装置。
［１５］前記第１集光部及び前記第２集光部は、レンズである、
前記［１４］に記載の固体撮像装置。
［１６］前記第１集光部は、レンズであり、
前記第２集光部は、前記第１画素分離領域及び前記第２画素分離領域の上部に設けられた遮光部と、前記サブピクセルの上部であって前記遮光部で囲まれる領域に設けられ、前記遮光部よりも屈折率の高い材料で形成された光透過層と、を有している、前記［１４］に記載の固体撮像装置。
［１７］前記第１集光部と前記光透過層との間に設けられ、前記第１集光部と比較して高い屈折率を有し、前記光透過層と比較して低い屈折率を有する材料により形成された中間層を備える、前記［１６］に記載の固体撮像装置。
［１８］前記第１画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料及び金属の少なくとも一方を含む材料により形成されており、
前記第２画素分離領域の上部に設けられた前記遮光部は、前記光透過層に対して低い屈折率を有する材料により形成されている、前記［１４］乃至［１７］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［１９］前記サブピクセルと、前記第２集光部との間に設けられたカラーフィルタを備える、
前記［１４］乃至［１８］のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
［２０］固体撮像装置が搭載されて、
前記固体撮像装置が、２以上のサブピクセルから構成される複数の単位画素を分離する第１画素分離領域と、
前記第１画素分離領域によって分離された前記複数の単位画素のそれぞれを分離する第２画素分離領域と、
前記サブピクセルに蓄積される信号電荷を、隣り合うサブピクセルのうち少なくとも１つのサブピクセルとオーバーフローさせるためのオーバーフロー領域と、を備え、
前記オーバーフロー領域が、
第１の前記サブピクセルと第２の前記サブピクセルとの間に形成される、電子装置。
［２１］前記［１］乃至［１９］のいずれか１つに記載の固体撮像装置を備える電子装置。
【符号の説明】
【０２７２】
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７  固体撮像装置
１０００、１００１、１００２、１００２Ａ、１００２Ｂ、１００３、１００３Ａ、１００３Ｂ  固体撮像装置
ＤＴＩ１  第１画素分離領域
ＤＴＩ２  第２画素分離領域
ＳＰ１〜ＳＰ１６  第１〜第１６のサブピクセル
ＯＦ、ＯＦ１〜ＯＦ４  オーバーフロー領域
ＴＧ、ＴＧ１〜ＴＧ４  トランスファーゲート
ＦＤ、ＦＤ１〜ＦＤ４  フローティングディフュージョン
ＴＲ１〜ＴＲ４  トランジスタ
ＰＤ１〜ＰＤ４  フォトダイオード
ＰＲ１  第１のＰ型領域
ＰＲ２  第２のＰ型領域
ＰＲ３  第３のＰ型領域
ＰＲ４  第４のＰ型領域
ＮＲ  Ｎ型領域
ＮＣ  第５のＮ型領域
ＣＦ、ＣＦ１〜ＣＦ４  カラーフィルタ
ＬＳ１  マイクロレンズ
ＬＳ２Ａ〜ＬＳ２Ｄ  第２のレンズ
ＢＬ  遮光層
ＴＬ２Ａ〜ＴＬ２Ｄ  光透過層
ＭＬ１Ａ〜ＭＬ１Ｄ  第１中間層
ＭＬ２Ａ〜ＭＬ２Ｄ  第２中間層
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【国際調査報告】
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