技術 固体撮像装置および電子機器

0001

本開示は、固体撮像装置および電子機器に関する。

0002

固体撮像装置は、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、撮像機能を有する携帯端末装置などの電子機器に用いられている。固体撮像装置としては、光電変換素子であるフォトダイオードに蓄積された電荷を、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを介して読み出すＣＭＯＳ（complementary MOS）イメージセンサがある（例えば、特許文献１参照）。

0003

グローバルシャッター機能を有するＣＭＯＳイメージセンサでは、各画素内に電荷蓄積部が設けられている。電荷蓄積部には前フレームの信号が保持されているので、電荷蓄積部に次フレームの信号が入らないように電荷蓄積部を遮光する構造が必要となる。しかし、そのような構造が設けられているだけでは、電荷蓄積部への光の漏れ込みを十分に防ぐことが難しい。そこで、その対策として、例えば、特許文献１，２に記載の方法が考えられる。

0004

特開２０１３−１５０２３２号公報
特開２０１２−１７５２５９号公報

0005

しかし、特許文献１に記載の方法では、解像度が大きく減少してしまうという問題がある。また、特許文献２に記載の方法では、電荷蓄積部への斜入射による光の漏れ込みの影響を正確に除くことが難しく、しかも、変換効率が低いという問題がある。従って、解像度の減少や変換効率の低下を抑えつつ、電荷蓄積部への斜入射による光の漏れ込みの影響を正確に除くことの可能な固体撮像装置およびそれを備えた電子機器を提供することが望ましい。

0006

本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置は、受光面と、受光面と対向配置された複数の画素とを備えている。各画素は、受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、光電変換部から転送された電荷を保持する第１電荷保持部と、全体または一部が平面レイアウト上で第１電荷保持部と重なり合う位置に配置され、第１電荷保持部とは非導通に形成された第２電荷保持部とを有している。各画素は、さらに、第１電荷保持部に保持された電荷をフローティングディフュージョンに転送する第１転送トランジスタと、第２電荷保持部に保持された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する第２転送トランジスタとを有している。

0007

本開示の一実施の形態に係る電子機器は、入射光に応じた画像データを出力する固体撮像装置と、画像データを処理する信号処理回路とを備えている。電子機器に設けられた固体撮像装置は、上記の固体撮像装置と同一の構成を有している。

0008

本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置および電子機器では、光電変換部から転送された電荷を保持する第１電荷保持部と、第１電荷保持部とは非導通に形成された第２電荷保持部とが設けられている。これにより、第１電荷保持部から読み出した信号電荷と、第２電荷保持部から読み出したノイズ電荷とに基づいて、信号電荷に含まれるＰＬＳ（Parastic Light Sensitibity）成分を低減することが可能となる。また、本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置および電子機器では、第２電荷保持部の全体または一部が平面レイアウト上で第１電荷保持部と重なり合う位置に配置されている。これにより、第１電荷保持部および第２電荷保持部を平面レイアウト上で並列に配置した場合と比べて、斜入射によるＰＬＳ成分を正確に見積もることが可能となる。また、本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置および電子機器では、第１電荷保持部からの電荷の読み出しに第１転送トランジスタが用いられ、第２電荷保持部からの電荷の読み出しに第２転送トランジスタが用いられる。これにより、第１電荷保持部からの電荷の読み出しの際にスイッチ素子を常時オンさせている場合と比べて、高い変換効率が得られる。

0009

本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置の概略構成の一例を表す図である。
図１のセンサ画素および読み出し回路の回路構成の一例を表す図である。
図１のセンサ画素の平面構成の一例を表す図である。
図３のＡ−Ａ線における断面構成の一例を表す図である。
図４のセンサ画素を備えた固体撮像装置における撮像時のタイミングチャート一例を表す図である。
図４のセンサ画素を備えた固体撮像装置における撮像時のタイミングチャート一変形例を表す図である。
図１のセンサ画素の平面構成の一変形例を表す図である。
図７のＡ−Ａ線における断面構成の一例を表す図である。
図７のＡ−Ａ線における断面構成の一変形例を表す図である。
図３のＡ−Ａ線における断面構成の一変形例を表す図である。
上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置を備えた電子機器の概略構成の一例を表す図である。
図１１の電子機器における撮像手順の一例を表す図である。
各画素における補正係数の一例を表す図である。
各画素における補正係数の一例を表す図である。
車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。

0010

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（固体撮像装置）…図１〜図６
２．変形例（固体撮像装置）…図７〜図１０
３．適用例（電子機器）…図１１〜図１４
４．応用例…図１５、図１６

0011

＜１．実施の形態＞
[構成]
本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置１について説明する。固体撮像装置１は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等からなる上面照射型のイメージセンサである。固体撮像装置１は、被写体からの光を受光して光電変換し、画像信号を生成することで画像を撮像する。固体撮像装置１は、入射光に応じた画素信号を出力する。

0012

上面照射型のイメージセンサとは、被写体からの光が入射する受光面と、半導体基板の裏面との間に、被写体からの光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード等の光電変換部が設けられている構成のイメージセンサである。なお、本開示は、ＣＭＯＳイメージセンサへの適用に限られるものではない。

0013

図１は、本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置１の概略構成の一例を表す。固体撮像装置１は、画素アレイ部１０と、ロジック回路２０とを備えている。画素アレイ部１０は、複数のセンサ画素１１と、複数の読み出し回路１２（後述）とを有している。センサ画素１１は、本開示の「画素」の一具体例に相当する。各センサ画素１１は、光電変換を行って受光量に応じた電荷を出力する。複数のセンサ画素１１は、受光面１０Ａ（後述）と対向配置されており、画素アレイ部１０において、行列状に配置されている。各読み出し回路１２は、センサ画素１１から出力された電荷に基づく画素信号もしくはノイズ信号（後述）を出力する。複数の読み出し回路１２は、例えば、画素アレイ部１０において、１つのセンサ画素１１ごとに１つずつ設けられている。なお、複数の読み出し回路１２は、画素アレイ部１０において、複数のセンサ画素１１ごとに１つずつ設けられていてもよい。

0014

画素アレイ部１０は、複数の画素駆動線ＨＳＬと、複数のデータ出力線ＶＳＬとを有している。画素駆動線ＨＳＬは、センサ画素１１に蓄積された電荷の出力を制御する制御信号が印加される配線であり、例えば、行方向に延在している。データ出力線ＶＳＬは、各読み出し回路１２から出力された画素信号もしくはノイズ信号をロジック回路２０に出力する配線であり、例えば、列方向に延在している。

0015

ロジック回路２０は、例えば、垂直駆動回路２１、カラム信号処理回路２２、水平駆動回路２３およびシステム制御回路２４を有している。ロジック回路２０（具体的には水平駆動回路２３）は、センサ画素１１ごとの出力電圧を外部機器に出力することにより、外部機器に画像データを提供する。

0016

垂直駆動回路２１は、例えば、複数のセンサ画素１１を所定の単位画素行ごとに順に選択する。「所定の単位画素行」とは、同一アドレスで画素選択可能な画素行を指している。例えば、１つの読み出し回路１２に１つのセンサ画素１１が割り当てられている場合、「所定の単位画素行」は、１画素行を指している。また、例えば、複数のセンサ画素１１が１つの読み出し回路１２を共有する場合、読み出し回路１２を共有する複数のセンサ画素１１のレイアウトが２画素行×ｎ画素列（ｎは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素行」は、２画素行を指している。同様に、読み出し回路１２を共有する複数のセンサ画素１１のレイアウトが４画素行×ｎ画素列（ｎは１以上の整数）となっているときには、「所定の単位画素行」は、４画素行を指している。垂直駆動回路２１は、画素駆動線ＨＳＬを介して、各センサ画素１１内のトランジスタ（例えば、転送トランジスタＴＲＸ，ＴＲＧ，ＤＭＧおよび排出トランジスタＯＦＧ）を制御し、さらに、各読み出し回路１２内のトランジスタ（例えば、リセットトランジスタＲＳＴおよび選択トランジスタＳＥＬ）を制御する。

0017

カラム信号処理回路２２は、例えば、垂直駆動回路２１によって選択された行の各センサ画素１１から出力される画素信号もしくはノイズ信号に対して、相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling：ＣＤＳ）処理を施す。カラム信号処理回路２２は、例えば、ＣＤＳ処理を施すことにより、画素信号もしくはノイズ信号の信号レベルを抽出し、各センサ画素１１の受光量に応じた画素データ、もしくはＰＬＳに応じたノイズ画素データを保持する。カラム信号処理回路２２は、例えば、データ出力線ＶＳＬごとにカラム信号処理部を有している。カラム信号処理部は、例えば、シングルスロープＡ／Ｄ変換器を含んでいる。シングルスロープＡ／Ｄ変換器は、例えば、比較器およびカウンタ回路を含んで構成されている。水平駆動回路２３は、例えば、カラム信号処理回路２２に保持されている画素データもしくはノイズ画素データを順次、外部に出力する。システム制御回路２４は、例えば、ロジック回路２０内の各ブロック（垂直駆動回路２１、カラム信号処理回路２２および水平駆動回路２３）の駆動を制御する。

0018

図２は、センサ画素１１および読み出し回路１２の回路構成の一例を表す。図２には、１つの読み出し回路１２に１つのセンサ画素１１が割り当てられている場合が例示されている。各センサ画素１１は、互いに共通の構成要素を有している。各センサ画素１１は、例えば、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴＲＸ，ＴＲＧ，ＤＭＧと、電荷保持部ＭＥＭ，ＤＭと、フローティングディフュージョンＦＤと、排出トランジスタＯＦＧと、排出フローティングディフュージョンＯＦＤとを有している。転送トランジスタＴＲＸ，ＴＲＧ，ＤＭＧおよび排出トランジスタＯＦＧは、例えば、ＮＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。

0019

フォトダイオードＰＤは、本開示の「光電変換部」の一具体例に相当する。電荷保持部ＭＥＭは、本開示の「第１電荷保持部」の一具体例に相当する。電荷保持部ＤＭは、本開示の「第２電荷保持部」の一具体例に相当する。転送トランジスタＴＲＧは、本開示の「第１転送トランジスタ」の一具体例に相当する。転送トランジスタＤＭＧは、本開示の「第２転送トランジスタ」の一具体例に相当する。転送トランジスタＴＲＸは、本開示の「第３転送トランジスタ」の一具体例に相当する。

0020

フォトダイオードＰＤは、受光面１０Ａ（後述）を介して入射した光を光電変換する。フォトダイオードＰＤは、光電変換を行って受光量に応じた電荷を発生する。フォトダイオードＰＤは、例えば、ＰＮ接合型の光電変換素子である。フォトダイオードＰＤのカソードが転送トランジスタＴＲＸのソースに電気的に接続されており、フォトダイオードＰＤのアノードが基準電位線（例えばグラウンドＧＮＤ）に電気的に接続されている。

0021

転送トランジスタＴＲＸは、フォトダイオードＰＤと転送トランジスタＴＲＧとの間に接続されており、転送トランジスタＴＲＸのゲートに印加される制御信号に応じて、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルを制御する。例えば、転送トランジスタＴＲＸがオンしたとき、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルが深くなる。また、例えば、転送トランジスタＴＲＸがオフしたとき、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルが浅くなる。転送トランジスタＴＲＸがオンすると、フォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷が、転送トランジスタＴＲＸを介して、電荷保持部ＭＥＭに転送される。転送トランジスタＴＲＸのドレインが転送トランジスタＴＲＧのソースに電気的に接続されており、転送トランジスタＴＲＸのゲートは画素駆動線ＨＳＬに接続されている。

0022

電荷保持部ＭＥＭは、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を一時的に保持する不純物半導体領域である。電荷保持部ＭＥＭは、フォトダイオードＰＤから転送された電荷を保持する。電荷保持部ＤＭは、ＰＬＳ（Parastic Light Sensitibity）補正用の電荷を一時的に保持する不純物半導体領域である。電荷保持部ＤＭは、ＰＬＳによって生じた電荷を一時的に保持する。電荷保持部ＤＭは、電荷保持部ＭＥＭとは非導通に形成された不純物半導体領域である。電荷保持部ＭＥＭ、電荷保持部ＤＭおよび後述のフローティングディフュージョンＦＤは、ともに、共通の導電型の不純物半導体領域によって構成されている。さらに、電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭの不純物濃度は、後述のフローティングディフュージョンＦＤの不純物濃度よりも低くなっている。

0023

ＰＬＳとは、フォトダイオードＰＤに強い光が入射したときに入射光量に応じて生じる迷光を指している。迷光によって生じた電荷（以下、「ノイズ電荷」と称する。）が電荷保持部ＭＥＭに混入すると、電荷保持部ＭＥＭに保持されている電荷（以下、「信号電荷」と称する。）にノイズ成分として重畳されてしまう。これにより、画素信号にはノイズが含まれることになるので、得られる画像は、画質が劣化したものとなる。電荷保持部ＤＭは、画素信号からノイズ成分を除くために、信号電荷に重畳されるノイズ電荷と相関のあるノイズ電荷を保持する。

0024

転送トランジスタＴＲＧは、転送トランジスタＴＲＸとフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続されており、転送トランジスタＴＲＧのゲートに印加される制御信号に応じて、電荷保持部ＭＥＭに保持されている電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。例えば、転送トランジスタＴＲＸがオフし、転送トランジスタＴＲＧがオンすると、電荷保持部ＭＥＭに保持されている電荷が、転送トランジスタＴＲＧを介して、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。転送トランジスタＴＲＧのドレインがフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続されており、転送トランジスタＴＲＧのゲートは画素駆動線ＨＳＬに接続されている。

0025

転送トランジスタＤＭＧは、電荷保持部ＤＭとフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続されており、転送トランジスタＤＭＧのゲートに印加される制御信号に応じて、電荷保持部ＤＭに保持されている電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。例えば、転送トランジスタＤＭＧがオンすると、電荷保持部ＤＭに保持されている電荷が、転送トランジスタＤＭＧを介して、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。転送トランジスタＤＭＧのドレインがフローティングディフュージョンＦＤに電気的に接続されており、転送トランジスタＴＲＧのゲートは画素駆動線ＨＳＬに接続されている。

0026

フローティングディフュージョンＦＤは、転送トランジスタＴＲＸおよび転送トランジスタＴＲＧを介してフォトダイオードＰＤから出力された電荷を一時的に保持する浮遊拡散領域（不純物半導体領域）である。フローティングディフュージョンＦＤには、例えば、リセットトランジスタＲＳＴが接続されるとともに、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬが接続されている。フローティングディフュージョンＦＤは、さらに、転送トランジスタＤＭＧを介して電荷保持部ＤＭから出力された電荷を一時的に保持する浮遊拡散領域でもある。

0027

排出トランジスタＯＦＧは、フォトダイオードＰＤと電源線ＶＤＤとの間に接続されており、排出トランジスタＯＦＧのゲートに印加される制御信号に応じて、フォトダイオードＰＤを初期化（リセット）する。例えば、排出トランジスタＯＦＧがオンすると、フォトダイオードＰＤの電位が電源線ＶＤＤの電位レベルにリセットされる。すなわち、フォトダイオードＰＤの初期化が行われる。また、排出トランジスタＯＦＧは、例えば、転送トランジスタＴＲＸと電源線ＶＤＤの間にオーバーフローパスを形成し、フォトダイオードＰＤから溢れた電荷を電源線ＶＤＤに排出する。排出トランジスタＯＦＧのドレインが電源線ＶＤＤに接続されるとともに、排出トランジスタＯＦＧのソースがフォトダイオードＰＤと転送トランジスタＴＲＸとの間に接続されており、排出トランジスタＯＦＧのゲートが画素駆動線ＨＳＬに接続されている。

0028

リセットトランジスタＲＳＴは、フローティングディフュージョンＦＤと電源線ＶＤＤとの間に接続されており、リセットトランジスタＲＳＴのゲートに印加される制御信号に応じて、電荷保持部ＭＥＭからフローティングディフュージョンＦＤまでの各領域を初期化（リセット）する。例えば、転送トランジスタＴＲＧ，ＤＭＧおよびリセットトランジスタＲＳＴがオンすると、電荷保持部ＭＥＭ，ＤＭおよびフローティングディフュージョンＦＤの電位が電源線ＶＤＤの電位レベルにリセットされる。すなわち、電荷保持部ＭＥＭ，ＤＭおよびフローティングディフュージョンＦＤの初期化が行われる。リセットトランジスタＲＳＴのドレインが電源線ＶＤＤに接続されており、リセットトランジスタＲＳＴのソースがフローティングディフュージョンＦＤに接続されており、リセットトランジスタＲＳＴのゲートが画素駆動線ＨＳＬに接続されている。

0029

増幅トランジスタＡＭＰでは、ゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続されており、ドレインが電源線ＶＤＤに接続されており、ソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続されている。増幅トランジスタＡＭＰは、フォトダイオードＰＤでの光電変換によって得られる電荷もしくは電荷保持部ＤＭに蓄えられた電荷を読み出すソースフォロワ回路の入力部となっている。増幅トランジスタＡＭＰは、増幅トランジスタＡＭＰのソースが選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬに接続されていることから、垂直信号線ＶＳＬの一端に接続される定電流源とソースフォロワ回路を構成する。増幅トランジスタＡＭＰは、フォトダイオードＰＤでの光電変換によって得られる電荷を画素信号に変換し、選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬに出力する。また、増幅トランジスタＡＭＰは、電荷保持部ＤＭに蓄えられた電荷をノイズ信号に変換し、選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬに出力する。

0030

選択トランジスタＳＥＬでは、ドレインが増幅トランジスタＡＭＰのソースに接続されており、ソースが垂直信号線ＶＳＬに接続されており、ゲートが画素駆動線ＨＳＬに接続されている。選択トランジスタＳＥＬは、選択トランジスタＳＥＬのゲートに印加される制御信号に応じて、増幅トランジスタＡＭＰから出力される画素信号もしくはノイズ信号の垂直信号線ＶＳＬへの出力を制御する。選択トランジスタＳＥＬは、制御信号がオンすると導通状態となり、選択トランジスタＳＥＬに連結されたセンサ画素１１が選択状態となる。センサ画素１１が選択状態になると、増幅トランジスタＡＭＰから出力される画素信号もしくはノイズ信号が垂直信号線ＶＳＬを介してカラム信号処理回路２２に読み出される。

0031

次に、センサ画素１１の構成について詳細に説明する。図３は、センサ画素１１の平面構成の一例を表す。図４は、図３のＡ−Ａ線における断面構成の一例を表す。図３、図４は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。図４には、不純物濃度の濃さが、「Ｐ＋」、「Ｎ−」、「Ｎ＋」、「Ｎ＋＋」といった表現で示されている。ここで、「Ｐ＋」と記載された箇所では、例えば、ｐ型不純物（アクセプタ）の濃度が１×１０16ｃｍ-3〜５×１０18ｃｍ-3の範囲内の値よりも大きな値となっている。「Ｎ＋」は「Ｎ−」よりもｎ型不純物（ドナー）の濃度が高いことを示している。「Ｎ＋＋」は「Ｎ＋」よりもｎ型不純物（ドナー）の濃度が高いことを示している。「Ｎ−」と記載された箇所では、例えば、ｎ型不純物（ドナー）の濃度が１×１０16ｃｍ-3〜５×１０18ｃｍ-3の範囲内の値となっている。

0032

センサ画素１１は、半導体基板３０上に形成されている。半導体基板３０は、例えば、シリコン基板である。半導体基板３０は、半導体基板３０の上面およびその近傍にｐウェル層３２を有しており、ｐウェル層３２よりも深い箇所にｎ型半導体層３１を有している。ｐウェル層３２は、半導体基板３０の上面およびその近傍に形成されたｐ型半導体領域である。ｐウェル層３２には、ｎ型半導体領域３３およびｐ型半導体領域３４が形成されている。ｐ型半導体領域３４は、半導体基板３０の上面に形成されており、ｎ型半導体領域３３と接している。ｎ型半導体領域３３およびｐ型半導体領域３４は、半導体基板３０の厚さ方向（法線方向）に積層されており、フォトダイオードＰＤを構成している。フォトダイオードＰＤは、平面レイアウト上で電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭに隣接する位置に配置されている。半導体基板３０の上面のうち、ｐ型半導体領域３４の形成されている領域が受光面１０Ａとなっている。受光面１０Ａは、フォトダイオードＰＤとの位置関係で転送トランジスタＴＲＸ側の位置に形成されている。

0033

ｐウェル層３２のうち、転送トランジスタＴＲＸのゲートと対向する箇所には、電荷保持部ＭＥＭが形成されている。電荷保持部ＭＥＭは、半導体基板３０の上面から所定の深さに形成されている。電荷保持部ＭＥＭは、ｐウェル層３２内に形成されたｎ型不純物の半導体領域によって構成されている。半導体基板３０の上面と電荷保持部ＭＥＭとの間には、ｐ型半導体領域３５が形成されている。

0034

ｐウェル層３２のうち、全体または一部が平面レイアウト上で電荷保持部ＭＥＭと重なり合う位置には、電荷保持部ＤＭが形成されている。つまり、センサ画素１１は、ｐウェル層３２のうち、全体または一部が平面レイアウト上で電荷保持部ＭＥＭと重なり合う位置に電荷保持部ＤＭを有している。ｐ型半導体領域３５、電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭは、ｐウェル層３２内において、半導体基板３０の上面（もしくは受光面１０Ａ）側からこの順に配置されている。電荷保持部ＤＭは、ｐウェル層３２内に形成されたｎ型不純物の半導体領域によって構成されている。電荷保持部ＤＭは、電荷保持部ＭＥＭとは非導通に形成されている。電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭのｎ型不純物（ドナー）の濃度は、フローティングディフュージョンＦＤのｎ型不純物（ドナー）の濃度よりも低くなっている。

0035

フォトダイオードＰＤ、ｐ型半導体領域３５および電荷保持部ＤＭを含む領域の周囲には、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出フローティングディフュージョンＯＦＤが形成されている。つまり、センサ画素１１は、フォトダイオードＰＤ、ｐ型半導体領域３５および電荷保持部ＤＭを含む領域の周囲に、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出フローティングディフュージョンＯＦＤを備えている。フローティングディフュージョンＦＤおよび排出フローティングディフュージョンＯＦＤは、ともに、ｐウェル層３２内に形成されたｎ型不純物濃度の高い半導体領域によって構成されている。

0036

フローティングディフュージョンＦＤの近傍には、転送トランジスタＤＭＧが形成されている。つまり、センサ画素１１は、フローティングディフュージョンＦＤの近傍に、転送トランジスタＤＭＧを備えている。転送トランジスタＤＭＧは、電荷保持部ＤＭにまで達する垂直ゲートＶＧを有している。垂直ゲートＶＧは、例えば、金属材料によって形成されている。排出フローティングディフュージョンＯＦＤの近傍には、排出トランジスタＯＦＧが形成されている。つまり、センサ画素１１は、排出フローティングディフュージョンＯＦＤの近傍に、排出トランジスタＯＦＧを有している。

0037

センサ画素１１は、半導体基板３０上に、遮光層３６を有している。遮光層３６は、フォトダイオードＰＤと対向する位置に開口部３６Ａを有している。開口部３６Ａ内には、受光面１０Ａが露出している。遮光層３６は、受光面１０Ａの周囲であって、かつ少なくとも光電変換部ＭＥＭと対向する位置に配置されている。遮光層３６は、例えば、金属材料によって形成されている。

0038

[動作]
次に、本実施の形態に係る固体撮像装置１の撮像動作について説明する。

0039

固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、例えば後述の操作部２５０からの撮像指令に従って、グローバルシャッター方式で撮像動作を実行する。グローバルシャッター方式では、現フレームの電荷が各センサ画素１１の電荷保持部ＭＥＭに蓄積された後、各センサ画素１１の電荷保持部ＭＥＭに蓄積された電荷が順次読み出される。図５は、固体撮像装置１における撮像時のタイミングチャートの一例を表す。

0040

まず、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、撮像を開始する前に、排出トランジスタＯＦＧをオンして、フォトダイオードＰＤに残留する余分な電荷を外部に排出する。その後、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、撮像を開始する。具体的には、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、転送トランジスタＴＲＸ，ＴＲＧ，ＤＭＧおよび排出トランジスタＯＦＧがオフしている状態で、電荷の蓄積を開始する。光が受光面１０Ａを介してフォトダイオードＰＤに入射すると、フォトダイオードＰＤにおける光電変換によって電荷が生じる。フォトダイオードＰＤで生じた電荷は、フォトダイオードＰＤに溜まり始める。

0041

その後、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を電荷保持部ＭＥＭに転送する前に、転送トランジスタＴＲＧ，ＤＭＧおよびリセットトランジスタＲＳＴをオンして、電荷保持部ＭＥＭおよびフローティングディフュージョンＦＤに残留する余分な電荷を外部に排出する。続いて、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、フォトダイオードＰＤにおける光電変換が完了する前に、転送トランジスタＴＲＸをオンして、電荷保持部ＭＥＭのポテンシャルを深くすることで、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を電荷保持部ＭＥＭに転送する。このとき、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、この転送動作を、全てのセンサ画素１１に対して同時に行う。

0042

固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、フォトダイオードＰＤにおける光電変換が完了したとき、転送トランジスタＴＲＸをオフして、現フレームの撮像による電荷を電荷保持部ＭＥＭに閉じ込める。その後、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、リセットトランジスタＲＳＴをオンして、もう一度、フローティングディフュージョンＦＤに残留する余分な電荷を外部に排出する。

0043

次に、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、転送トランジスタＤＭＧをオンして、電荷保持部ＤＭに蓄積された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに排出（転送）する。このとき、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、選択トランジスタＳＥＬをオンしておく。これにより、フローティングディフュージョンＦＤの電位に対応する信号レベルのノイズ信号を増幅トランジスタＡＭＰで生成し、生成されたノイズ信号が選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬに出力される。ノイズ信号とは、電荷保持部ＭＥＭに蓄積された信号電荷に重畳されるノイズ電荷と相関のあるノイズ電荷に基づいて生成される。固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、この読み出し動作を、所定の単位画素行ごとに行う。

0044

続いて、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、転送トランジスタＴＲＧをオンして、電荷保持部ＭＥＭに蓄積された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに排出（転送）する。このとき、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、選択トランジスタＳＥＬをオンしておく。これにより、フローティングディフュージョンＦＤの電位に対応する信号レベルの画素信号を増幅トランジスタＡＭＰで生成し、生成された画素信号が選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線ＶＳＬに出力される。固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、この読み出し動作を、所定の単位画素行ごとに行う。このようにして、本実施の形態に係る固体撮像装置１の撮像動作が行われる。

0045

なお、固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、例えば、図６に示したように、電荷保持部ＭＥＭから電荷を読み出す動作を、電荷保持部ＤＭにから電荷を読み出す動作の前に実行してもよい。

0046

[効果]
次に、本実施の形態に係る固体撮像装置１の効果について説明する。

0047

グローバルシャッター機能を有するＣＭＯＳイメージセンサでは、各画素内に電荷蓄積部が設けられている。電荷蓄積部には前フレームの信号が保持されているので、電荷蓄積部に次フレームの信号が入らないように電荷蓄積部を遮光する構造が必要となる。しかし、そのような構造が設けられているだけでは、電荷蓄積部への光の漏れ込みを十分に防ぐことが難しい。そこで、その対策として、例えば、上記特許文献１，２に記載の方法が考えられる。

0048

特許文献１では、複数の画素によって共有されている画素の内、一つがＰＬＳ補正用画素として利用されている。しかし、このようにした場合には、ＰＬＳ補正用画素が画素アレイに埋め込まれるので、解像度が大きく減少する。

0049

特許文献２では、本実施の形態と同様、ＰＬＳ補正用の電荷蓄積部が設けられている。しかし、特許文献２では、ＰＬＳ補正用の電荷蓄積部がフローティングディフュージョンの隣に配置される。そのため、斜入射によるＰＬＳ成分を正確に見積もることが困難となる。例えば、ＰＬＳ補正用の電荷蓄積部およびフローティングディフュージョンに隣接してフォトダイオードが形成されている場合に、ＰＬＳ補正用の電荷蓄積部の方からフォトダイオードに光が斜めに入射した場合には、ＰＬＳ補正用の電荷蓄積部に蓄積されるノイズ電荷よりも、フローティングディフュージョンに蓄積されるノイズ電荷の方が多くなる。逆に、フローティングディフュージョンの方からフォトダイオードに光が斜めに入射した場合には、フローティングディフュージョンに蓄積されるノイズ電荷よりも、ＰＬＳ補正用の電荷蓄積部に蓄積されるノイズ電荷の方が多くなる。このように、光の入射方向によって、フローティングディフュージョンに蓄積されるノイズ電荷と、ＰＬＳ補正用の電荷蓄積部に蓄積されるノイズ電荷との比が変わってしまう。そのため、特許文献２に記載の方法では、画素信号からノイズ成分を正確に除くことができない。また、特許文献２では、フローティングディフュージョンと増幅トランジスタとの間にスイッチ素子が設けられており、さらに、ＰＬＳ補正用の電荷蓄積部と増幅トランジスタとの間にもスイッチ素子が設けられている。そのため、フローティングディフュージョンから電荷を読み出す時には、フローティングディフュージョンと増幅トランジスタとの間のスイッチを常時オンしておく必要がある。その結果、変換効率が低い状態で読み出し動作をすることになる。

0050

一方、本実施の形態では、フォトダオードＰＤから転送された電荷を保持する電荷保持部ＭＥＭと、電荷保持部ＭＥＭとは非導通に形成された電荷保持部ＤＭとが設けられている。これにより、電荷保持部ＭＥＭから読み出した信号電荷と、電荷保持部ＤＭから読み出したノイズ電荷とに基づいて、信号電荷に含まれるＰＬＳ成分を低減することが可能となる。また、本実施の形態では、電荷保持部ＤＭの全体または一部が平面レイアウト上で電荷保持部ＭＥＭと重なり合う位置に配置されている。これにより、電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭを平面レイアウト上で並列に配置した場合と比べて、斜入射によるＰＬＳ成分を正確に見積もることが可能となる。また、本実施の形態では、電荷保持部ＭＥＭからの電荷の読み出しに転送トランジスタＴＲＧが用いられ、電荷保持部ＤＭからの電荷の読み出しに転送トランジスタＤＭＧが用いられる。これにより、電荷保持部ＭＥＭからの電荷の読み出しの際にスイッチ素子を常時オンさせている場合と比べて、高い変換効率が得られる。従って、解像度の減少や変換効率の低下を抑えつつ、電荷蓄積部への斜入射による光の漏れ込みの影響を正確に除くことが可能となる。

0051

また、本実施の形態では、電荷保持部ＭＥＭ、電荷保持部ＤＭおよびフローティングディフュージョンＦＤは、ともに、共通の導電型の不純物半導体領域によって構成されている。さらに、電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭの不純物濃度は、フローティングディフュージョンＦＤの不純物濃度よりも低くなっている。これにより、電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭと、フローティングディフュージョンＦＤとの間に電位差が生じるので、電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭからの電荷の完全排出を実現することができる。

0052

また、本実施の形態では、転送トランジスタＤＭＧは、電荷保持部ＤＭにまで達する垂直ゲートＶＧを有している。これにより、電荷保持部ＤＭからの電荷の転送を確実に行うことができる。

0053

また、本実施の形態では、フォトダイオードＰＤは、平面レイアウト上で電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭに隣接する位置に配置されている。さらに、受光面１０Ａは、フォトダイオードＰＤとの位置関係で転送トランジスタＤＭＧ側の位置に形成されている。つまり、本実施の形態に係る固体撮像装置１は、上面照射型のイメージセンサとなっている。このように、本開示は、上面照射型のイメージセンサにも適用可能となっている。

0054

また、本実施の形態では、各センサ画素１１は、受光面１０Ａの周囲であって、かつ少なくとも電荷保持部ＤＭと対向する位置に配置された遮光層３６を有している。これにより、外光が、受光面１０Ａを介さずに直接、電荷保持部ＤＭに入射するのを低減することができる。その結果、電荷保持部ＤＭから読み出される電荷にノイズ成分が混入するのを低減することができる。

0055

＜２．変形例＞
以下に、上記実施の形態に係る固体撮像装置１の変形例について説明する。

0056

[変形例Ａ]
上記実施の形態において、受光面１０Ａが半導体基板３０の裏面に設けられていてもよい。図７は、センサ画素１１の平面構成の一変形例を表す。図８は、図７のＡ−Ａ線における断面構成の一例を表す。図７、図８は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。図８には、不純物濃度の濃さが、「Ｐ＋」、「Ｎ−」、「Ｎ＋」、「Ｎ＋＋」といった表現で示されている。ここで、「Ｐ＋」と記載された箇所では、例えば、ｐ型不純物（アクセプタ）の濃度が１×１０16ｃｍ-3〜５×１０18ｃｍ-3の範囲内の値よりも大きな値となっている。「Ｎ＋」は「Ｎ−」よりもｎ型不純物（ドナー）の濃度が高いことを示している。「Ｎ＋＋」は「Ｎ＋」よりもｎ型不純物（ドナー）の濃度が高いことを示している。「Ｎ−」と記載された箇所では、例えば、ｎ型不純物（ドナー）の濃度が１×１０16ｃｍ-3〜５×１０18ｃｍ-3の範囲内の値となっている。

0057

センサ画素１１は、半導体基板３０上に形成されている。半導体基板３０は、例えば、シリコン基板である。半導体基板３０は、半導体基板３０の上面およびその近傍にｐウェル層３２を有しており、ｐウェル層３２よりも深い箇所にｎ型半導体層３１を有している。ｐウェル層３２は、半導体基板３０の上面およびその近傍に形成されたｐ型半導体領域である。ｐウェル層３２には、フォトダイオードＰＤが形成されている。フォトダイオードＰＤは、例えば、ｐウェル層３２内に形成されたｎ型半導体領域によって構成されている。フォトダイオードＰＤは、一部が平面レイアウト上で電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭと重なり合う位置に配置されている。半導体基板３０の裏面のうち、フォトダイオードＰＤと対向するが受光面１０Ａとなっている。受光面１０Ａは、フォトダイオードＰＤとの位置関係で転送トランジスタＴＲＸとは反対側の位置に形成されている。

0058

ｐウェル層３２のうち、転送トランジスタＴＲＸのゲートと対向する箇所には、電荷保持部ＭＥＭが形成されている。電荷保持部ＭＥＭは、半導体基板３０の上面から所定の深さに形成されている。電荷保持部ＭＥＭは、ｐウェル層３２内に形成されたｎ型不純物の半導体領域によって構成されている。半導体基板３０の上面と電荷保持部ＭＥＭとの間には、ｐ型半導体領域３５が形成されている。

0059

ｐウェル層３２のうち、全体または一部が平面レイアウト上で電荷保持部ＭＥＭと重なり合う位置には、電荷保持部ＤＭが形成されている。つまり、センサ画素１１は、ｐウェル層３２のうち、全体または一部が平面レイアウト上で電荷保持部ＭＥＭと重なり合う位置に電荷保持部ＤＭを有している。さらに、フォトダイオードＰＤは、一部が平面レイアウト上で電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭと重なり合う位置に配置されている。従って、フォトダイオードＰＤ、電荷保持部ＤＭ、電荷保持部ＭＥＭおよびｐ型半導体領域３５は、ｐウェル層３２内において、半導体基板３０の裏面（受光面１０Ａ）側からこの順に配置されている。電荷保持部ＤＭは、ｐウェル層３２内に形成されたｎ型不純物の半導体領域によって構成されている。電荷保持部ＤＭは、電荷保持部ＭＥＭとは非導通に形成されている。電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭのｎ型不純物（ドナー）の濃度は、フローティングディフュージョンＦＤのｎ型不純物（ドナー）の濃度よりも低くなっている。

0060

フォトダイオードＰＤ、電荷保持部ＤＭ、電荷保持部ＭＥＭおよびｐ型半導体領域３５を含む領域の周囲には、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出フローティングディフュージョンＯＦＤが形成されている。つまり、センサ画素１１は、フォトダイオードＰＤ、電荷保持部ＤＭ、電荷保持部ＭＥＭおよびｐ型半導体領域３５を含む領域の周囲に、フローティングディフュージョンＦＤおよび排出フローティングディフュージョンＯＦＤを備えている。フローティングディフュージョンＦＤおよび排出フローティングディフュージョンＯＦＤは、ともに、ｐウェル層３２内に形成されたｎ型不純物濃度の高い半導体領域によって構成されている。

0061

フローティングディフュージョンＦＤの近傍には、転送トランジスタＤＭＧが形成されている。つまり、センサ画素１１は、フローティングディフュージョンＦＤの近傍に、転送トランジスタＤＭＧを有している。転送トランジスタＤＭＧは、電荷保持部ＤＭにまで達する垂直ゲートＶＧ１を有している。垂直ゲートＶＧ１は、例えば、金属材料によって形成されている。

0062

排出フローティングディフュージョンＯＦＤの近傍には、排出トランジスタＯＦＧが形成されている。つまり、センサ画素１１は、排出フローティングディフュージョンＯＦＤの近傍に、排出トランジスタＯＦＧを有している。排出トランジスタＯＦＧは、フォトダイオードＰＤにまで達する垂直ゲートＶＧ２を有している。垂直ゲートＶＧ２は、例えば、金属材料によって形成されている。

0063

センサ画素１１は、光電変換部ＭＥＭと対向する箇所に、転送トランジスタＴＲＸを備えている。転送トランジスタＴＲＸは、フォトダイオードＰＤにまで達する垂直ゲートＶＧ３を有している。垂直ゲートＶＧ３は、例えば、金属材料によって形成されている。

0064

センサ画素１１は、半導体基板３０上に、遮光層３７を有している。遮光層３７は、少なくとも光電変換部ＭＥＭと対向する位置に配置されている。遮光層３６は、例えば、金属材料によって形成されている。センサ画素１１は、さらに、フォトダイオードＰＤと電荷保持部ＤＭとの間に、遮光層３８を有している。遮光層３８は、例えば、光電変換部ＭＥＭおよび光電変換部ＤＭと対向する位置に配置されている。遮光層３７，３８は、例えば、金属材料によって形成されている。なお、例えば、図９に示したように、必要に応じて、遮光層３８が省略されてもよい。

0065

本変形例では、上記実施の形態と同様、フォトダオードＰＤから転送された電荷を保持する電荷保持部ＭＥＭと、電荷保持部ＭＥＭとは非導通に形成された電荷保持部ＤＭとが設けられている。これにより、電荷保持部ＭＥＭから読み出した信号電荷と、電荷保持部ＤＭから読み出したノイズ電荷とに基づいて、信号電荷に含まれるＰＬＳ成分を低減することが可能となる。また、本実施の形態では、電荷保持部ＤＭの全体または一部が平面レイアウト上で電荷保持部ＭＥＭと重なり合う位置に配置されている。これにより、電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭを平面レイアウト上で並列に配置した場合と比べて、斜入射によるＰＬＳ成分を正確に見積もることが可能となる。また、本実施の形態では、電荷保持部ＭＥＭからの電荷の読み出しに転送トランジスタＴＲＧが用いられ、電荷保持部ＤＭからの電荷の読み出しに転送トランジスタＤＭＧが用いられる。これにより、電荷保持部ＭＥＭからの電荷の読み出しの際にスイッチ素子を常時オンさせている場合と比べて、高い変換効率が得られる。従って、解像度の減少や変換効率の低下を抑えつつ、電荷蓄積部への斜入射による光の漏れ込みの影響を正確に除くことが可能となる。

0066

また、本変形例では、転送トランジスタＤＭＧは、電荷保持部ＤＭにまで達する垂直ゲートＶＧ１を有している。これにより、電荷保持部ＤＭからの電荷の転送を確実に行うことができる。

0067

また、本変形例では、フォトダイオードＰＤは、一部が平面レイアウト上で電荷保持部ＭＥＭおよび電荷保持部ＤＭと重なり合う位置に配置されている。さらに、受光面１０Ａは、フォトダイオードＰＤとの位置関係で転送トランジスタＤＭＧ側とは反対側の位置に形成されている。つまり、本変形例に係る固体撮像装置１は、裏面照射型のイメージセンサとなっている。このように、本開示は、裏面照射型のイメージセンサにも適用可能となっている。

0068

また、本実施の形態では、各センサ画素１１は、フォトダイオードＰＤと電荷保持部ＤＭとの間に、遮光層３８を有している。これにより、外光が、受光面１０Ａを介さずに直接、電荷保持部ＤＭに入射するのを低減することができる。その結果、電荷保持部ＤＭから読み出される電荷にノイズ成分が混入するのを低減することができる。

0069

[変形例Ｂ]
上記実施の形態において、例えば、図１０に示したように、垂直ゲートＶＧが省略されていてもよい。この場合、垂直ゲートＶＧの代わりに、電荷保持部ＤＭにまで達する、電荷保持部ＤＭの不純物濃度よりも高い濃度のｎ型半導体領域３９がｐウェル層３２内に形成されている。つまり、本変形例では、各センサ画素１１は、電荷保持部ＤＭにまで達する、電荷保持部ＤＭの不純物濃度よりも高い濃度のｎ型半導体領域３９を備えている。このようにした場合であっても、電荷保持部ＤＭからの電荷の転送を確実に行うことができる。

0070

＜３．適用例＞
本開示は、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。

0071

図１１は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１を備えた電子機器２の構成例を示すブロック図である。

0072

電子機器２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。電子機器２は、例えば、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１、ＤＳＰ回路２１０、フレームメモリ２２０、表示部２３０、記憶部２４０、操作部２５０および電源部２６０を備えている。ＤＳＰ回路２１０が、本開示の「信号処理回路」の一具体例に相当する。電子機器２において、ＤＳＰ回路２１０、フレームメモリ２２０、表示部２３０、記憶部２４０、操作部２５０および電源部２６０は、バスライン２７０を介して相互に接続されている。

0073

上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１は、入射光に応じた画像データを出力する。ＤＳＰ回路２１０は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１から出力される信号（画像データ）を処理する信号処理回路である。フレームメモリ２２０は、ＤＳＰ回路２１０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。表示部２３０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、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１で撮像された動画又は静止画を表示する。記憶部２４０は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１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。記憶部２４０は、さらに、後述の補正係数αを、半導体メモリやハードディスク等の記録媒体に記録している。操作部２５０は、ユーザによる操作に従い、電子機器２が有する各種の機能についての操作指令を発する。電源部２６０は、ＤＳＰ回路２１０、フレームメモリ２２０、表示部２３０、記憶部２４０および操作部２５０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。

0074

次に、電子機器２における撮像手順について説明する。

0075

図１２は、電子機器２における撮像動作のフローチャートの一例を表す。ユーザは、操作部２５０を操作することにより撮像開始を指示する（ステップＳ１０１）。すると、操作部２５０は、撮像指令を固体撮像装置１に送信する（ステップＳ１０２）。固体撮像装置１（具体的にはシステム制御回路２４）は、撮像指令を受けると、グローバルシャッター動作での撮像を実行する（ステップＳ１０３）。

0076

固体撮像装置１は、撮像により得られた画像データＩ1およびノイズ画像データＩ2をＤＳＰ回路２１０に出力する。ここで、画像データＩ1とは、電荷保持部ＭＥＭに蓄えられた電荷に基づいて生成された画素信号の全画素分のデータである。ノイズ画像データＩ2とは、電荷保持部ＤＭに蓄えられた電荷に基づいて生成されたノイズ信号の全画素分のデータである。

0077

ＤＳＰ回路２１０は、固体撮像装置１から入力された画像データＩ1およびノイズ画像データＩ2に基づいて所定のノイズ低減処理を行う（ステップＳ１０４）。ＤＳＰ回路２１０は、記憶部２４０に記録された補正係数αを用いて、上述のノイズ低減処理を行う。ＤＳＰ回路２１０は、ノイズ低減処理により得られた画像データＩcをフレームメモリ２２０に保持させ、フレームメモリ２２０は、画像データＩcを記憶部２４０に記憶させる（ステップＳ１０８）。このようにして、電子機器２における撮像が行われる。

0078

図１３、図１４は、上述のノイズ低減処理に用いる、各画素における補正係数の一例を表す。

0079

例えば、図１３に示したように、複数のセンサ画素１１に、赤色光用の複数のセンサ画素１１Ｒ、緑色光用の複数のセンサ画素１１Ｇ、青色光用の複数のセンサ画素１１Ｂが含まれている場合に、センサ画素１１の色ごとに、赤色光用の補正係数αが設けられていてもよい。なお、図１３には、赤色光用のセンサ画素１１Ｒには、補正係数αRが設定され、緑色光用のセンサ画素１１Ｇには、緑色光用の補正係数αGが設定され、青色光用のセンサ画素１１Ｂには、青色光用の補正係数αBが設定されている場合が例示されている。また、図１３には、１つのカラーセンサ画素が、１つのセンサ画素１１Ｒ、２つのセンサ画素１１Ｇおよび１つのセンサ画素１１Ｂによって構成されている様子が模式的に示されている。補正係数αR、補正係数αG、補正係数αBは、例えば、波長に応じた値となっており、互いに異なった値となっている。

0080

また、例えば、図１４に示したように、画素アレイ部１０内の場所に応じて補正係数αが設けられていてもよい。なお、図１４には、画素アレイ部１０の中央部分には補正係数αaが設定され、画素アレイ部１０の中央上部には補正係数αbが設定され、画素アレイ部１０の中央下部には補正係数αcが設定され、画素アレイ部１０の左中央には補正係数αdが設定され、画素アレイ部１０の左上部には補正係数αeが設定され、画素アレイ部１０の左下部には補正係数αdf設定され、画素アレイ部１０の右中央には補正係数αgが設定され、画素アレイ部１０の右上部には補正係数αhが設定され、画素アレイ部１０の右下部には補正係数αiが設定されている場合が例示されている。補正係数αa、補正係数αb、補正係数αc、補正係数αd、補正係数αe、補正係数αf、補正係数αg、補正係数αh、補正係数αiは、例えば、画素アレイ部１０内の場所に応じて値となっており、互いに異なった値となっている。

0081

ＤＳＰ回路２１０は、固体撮像装置１から入力された画像データＩ1およびノイズ画像データＩ2に基づいて所定のノイズ低減処理を行うことにより、ＰＬＳノイズの低減された画像データＩcを得る。ＤＳＰ回路２１０は、例えば、画像データＩ1から、ノイズ画像データＩ2に対して所定の補正係数αをかけることにより得られた画像データ（αＩ2）を差し引くことにより、画像データＩ1に含まれるノイズを低減する。ＤＳＰ回路２１０は、例えば、以下の式（１）により、画像データＩcを得る。
Ｉc＝Ｉ1−αＩ2…（１）

0082

電子機器２では、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１が用いられ、ＤＳＰ回路２１０において上述のノイズ低減処理が行われる。これにより、解像度の減少や変換効率の低下を抑えつつ、電荷蓄積部への斜入射による光の漏れ込みの影響を正確に除くことが可能となる。

0083

＜４．応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

0084

図１５は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。

0085

車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１５に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。

0086

駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。

0087

ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

0088

車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。

0089

撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であってもよいし、赤外線等の非可視光であってもよい。

0090

車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。

0091

マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。

0092

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。

0093

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。

0094

音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１５の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。

0095

図１６は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

0096

図１６では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。

0097

撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

0098

なお、図１６には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

0099

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。

0100

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。

0101

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。

0102

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。

0103

以上、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像装置１は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、ノイズの少ない高精細な撮影画像を得ることができるので、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。

0104

以上、実施の形態およびその変形例、適用例ならびに応用例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。

0105

また、本開示は、以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
受光面と、
前記受光面と対向配置された複数の画素と
を備え、
各前記画素は、
前記受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部から転送された電荷を保持する第１電荷保持部と、
全体または一部が平面レイアウト上で前記第１電荷保持部と重なり合う位置に配置され、前記第１電荷保持部とは非導通に形成された第２電荷保持部と、
前記第１電荷保持部に保持された電荷をフローティングディフュージョンに転送する第１転送トランジスタと、
前記第２電荷保持部に保持された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する第２転送トランジスタと
を有する
固体撮像装置。
（２）
前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部および前記フローティングディフュージョンは、ともに、共通の導電型の不純物半導体領域によって構成されており、
前記第１電荷保持部および前記第２電荷保持部の不純物濃度は、前記フローティングディフュージョンの不純物濃度よりも低くなっている
（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記第２転送トランジスタは、前記第２電荷保持部にまで達する垂直ゲートを有する
（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記第２転送トランジスタは、前記第２電荷保持部にまで達する、前記第２電荷保持部の不純物濃度よりも高い濃度の不純物半導体領域によって、前記第２電荷保持部と電気的に接続されている
（２）に記載の固体撮像装置。
（５）
各前記画素は、前記光電変換部に蓄積されている電荷を前記第１電荷保持部に転送する第３転送トランジスタを更に有し、
前記光電変換部は、平面レイアウト上で前記第１電荷保持部および前記第２電荷保持部に隣接する位置に配置され、
前記受光面は、前記光電変換部との位置関係で前記第３転送トランジスタ側の位置に形成されている
（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（６）
各前記画素は、前記受光面の周囲であって、かつ少なくとも前記第１電荷保持部と対向する位置に配置された遮光層を有する
（５）に記載の固体撮像装置。
（７）
各前記画素は、前記光電変換部に蓄積されている電荷を前記第１電荷保持部に転送する第３転送トランジスタを更に有し、
前記光電変換部は、一部が平面レイアウト上で前記第１電荷保持部および前記第２電荷保持部と重なり合う位置に配置され、
前記受光面は、前記光電変換部との位置関係で前記第３転送トランジスタとは反対側の位置に形成されている
（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（８）
各前記画素は、前記光電変換部と前記第２電荷保持部との間に遮光層を有する
（７）に記載の固体撮像装置。
（９）
入射光に応じた画像データを出力する固体撮像装置と、
前記画像データを処理する信号処理回路と
を備え、
前記固体撮像装置は、
受光面と、
前記受光面と対向配置された複数の画素と
を有し、
各前記画素は、
前記受光面を介して入射した光を光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部から転送された電荷を保持する第１電荷保持部と、
全体または一部が平面レイアウト上で前記第１電荷保持部と重なり合う位置に配置され、前記第１電荷保持部とは非導通に形成された第２電荷保持部と、
前記第１電荷保持部に保持された電荷をフローティングディフュージョンに転送する第１転送トランジスタと、
前記第２電荷保持部に保持された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する第２転送トランジスタと
を有し、
前記信号処理回路は、前記第１電荷保持部に保持された電荷に基づいて生成された第１画像データと、前記第２電荷保持部に保持された電荷に基づいて生成された第２画像データとに基づいて、前記第１画像データに含まれるノイズを低減する
電子機器。
（１０）
前記信号処理回路は、前記第１画像データから、前記第２画像データに対して所定の補正係数をかけることにより得られた第３画像データを差し引くことにより、前記第１画像データに含まれるノイズを低減する
（９）に記載の電子機器。

0106

本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置および電子機器によれば、光電変換部から転送された電荷を保持する第１電荷保持部と、第１電荷保持部とは非導通に形成された第２電荷保持部とを設け、第２電荷保持部の全体または一部を平面レイアウト上で第１電荷保持部と重なり合う位置に配置し、第１電荷保持部からの電荷の読み出しに第１転送トランジスタを用い、第２電荷保持部からの電荷の読み出しに第２転送トランジスタを用いるようにしたので、解像度の減少や変換効率の低下を抑えつつ、電荷蓄積部への斜入射による光の漏れ込みの影響を正確に除くことが可能となる。

0107

１…固体撮像装置、２…電子機器、１０…画素アレイ部、１０Ａ…受光面、１１…センサ画素、１２…読み出し回路、２０…ロジック回路、２１…垂直駆動回路、２２…カラム信号処理回路、２３…水平駆動回路、２４…システム制御回路、３０…半導体基板、３１…ｎ型半導体層、３２…ｐウェル層、３３…ｎ型半導体領域、３４…ｐ型半導体領域、３５…ｐ型半導体領域、３６，３７，３８…遮光層、３６Ａ…開口部、３９…ｎ型半導体領域、２１０…ＤＳＰ回路、２２０…フレームメモリ、２３０…表示部、２４０…記憶部、２５０…操作部、２６０…電源部、２７０…バスライン、１２０００…車両制御システム、１２００１…通信ネットワーク、１２０１０…駆動系制御ユニット、１２０２０…ボディ系制御ユニット、１２０３０…車外情報検出ユニット、１２０３１…撮像部、１２０４０…車内情報検出ユニット、１２０４１…運転者状態検出部、１２０５０…統合制御ユニット、１２０５１…マイクロコンピュータ、１２０５２…音声画像出力部、１２０５３…車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、１２０６１…オーディオスピーカ、１２０６２…表示部、１２０６３…インストルメントパネル、１２１００…車両、１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５…撮像部、１２１１１，１２１１２，１２１１３，１２１１４…撮像範囲、ＡＭＰ…増幅トランジスタ、ＤＭＧ，ＴＲＧ，ＴＲＸ…転送トランジスタ、ＦＤ…フローティングディフュージョン、ＭＥＭ…電荷保持部、ＯＦＤ…排出フローティングディフュージョン、ＯＦＧ…排出トランジスタ、ＰＤ…フォトダイオード、ＲＳＴ…リセットトランジスタ、ＳＥＬ…選択トランジスタ、ＶＧ，ＶＧ１，ＶＧ２，ＶＧ３…垂直ゲート、ＶＳＬ…垂直信号線。