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WO2022009627A1 - 固体撮像装置および電子機器 - Google Patents

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WO2022009627A1
WO2022009627A1 PCT/JP2021/022816 JP2021022816W WO2022009627A1 WO 2022009627 A1 WO2022009627 A1 WO 2022009627A1 JP 2021022816 W JP2021022816 W JP 2021022816W WO 2022009627 A1 WO2022009627 A1 WO 2022009627A1
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WO
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photoelectric conversion
pixel
pixels
unit
transfer transistor
Prior art date
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Application number
PCT/JP2021/022816
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲弥 内田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority to US18/003,549 priority Critical patent/US20230261028A1/en
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    • H10F39/813—Electronic components shared by multiple pixels, e.g. one amplifier shared by two pixels

Definitions

  • This disclosure relates to a solid-state image sensor and an electronic device.
  • the electric charge obtained by each photodiode is transferred to the floating diffusion via a vertical transistor.
  • the charge photoelectrically converted in the vertical transistor is difficult to be taken in by the photodiode, so that the sensitivity may decrease. Therefore, it is desirable to provide a solid-state image sensor capable of suppressing a decrease in sensitivity and an electronic device provided with the image sensor.
  • the solid-state image pickup device includes a light receiving surface and a plurality of pixels arranged in a matrix at positions facing the light receiving surface.
  • Each pixel has a different depth from the light receiving surface, and is provided with a plurality of photoelectric conversion units that photoelectrically convert the light incident through the light receiving surface, and one or a plurality of each is provided for each photoelectric conversion unit, and corresponds to the photoelectric conversion. It has a plurality of charge holding units that hold the charges transferred from the units.
  • Each pixel is further provided with one or more for each photoelectric conversion unit, and has at least a vertical gate electrode that reaches the corresponding photoelectric conversion unit, and charges are charged from the corresponding photoelectric conversion unit to the corresponding charge holding unit. It also has a plurality of transfer transistors to transfer. In each pixel, the plurality of transfer transistors are arranged along the boundaries of two or four pixels adjacent to each other.
  • the electronic device includes a solid-state imaging device that outputs a pixel signal according to incident light, and a signal processing circuit that processes the pixel signal.
  • the solid-state image sensor provided in the electronic device has the same configuration as the above-mentioned solid-state image sensor.
  • each pixel a plurality of transfer transistors are arranged along the boundary of two or four pixels adjacent to each other. Thereby, as compared with the case where each transfer transistor is arranged near the center of each pixel, it is possible to reduce the ratio of the light incident on each pixel to be photoelectrically converted by each transfer transistor.
  • FIG. 1 It is a figure which shows an example of the schematic structure of the solid-state image pickup apparatus which concerns on 1st Embodiment of this disclosure. It is a figure which shows an example of the circuit structure of the sensor pixel of FIG. It is a figure which shows an example of the plane structure of the pixel array part of FIG. It is a figure which shows an example of the horizontal cross-sectional structure of the pixel array part of FIG. It is a figure which shows an example of the horizontal cross-sectional structure of the pixel array part of FIG. It is a figure which shows an example of the horizontal cross-sectional structure of the pixel array part of FIG. It is a figure which shows an example of the horizontal cross-sectional structure of the pixel array part of FIG. It is a figure which shows an example of the horizontal cross-sectional structure of the pixel array part of FIG.
  • FIG. 26 is a diagram showing an example of a vertical cross-sectional configuration of the pixel array portion of FIG. 26 along the BB line. It is a figure which shows one modification of the plane structure of the pixel array part of FIG. It is a figure which shows an example of the horizontal cross-sectional structure of the pixel array part of FIG. 33. It is a figure which shows an example of the horizontal cross-sectional structure of the pixel array part of FIG. 33.
  • FIG. 1 It is a figure which shows an example of the schematic structure of the image pickup system which concerns on the 2nd Embodiment of this disclosure. It is a block diagram which shows an example of the schematic structure of a vehicle control system. It is explanatory drawing which shows an example of the installation position of the vehicle outside information detection unit and the image pickup unit. It is a figure which shows an example of the schematic structure of an endoscopic surgery system. It is a block diagram which shows an example of the functional structure of a camera head and a CCU.
  • Modification D An example in which transfer transistors are provided at the four corners of a pixel ... FIGS. 26 to 32
  • Modification E An example in which a transfer transistor is provided at the boundary between two pixels adjacent to each other ... FIGS. 33 to 40.
  • Modification F Example of providing a color filter ... FIG. 41 3. 3. Second Embodiment (imaging system) ... FIG. 42 4.
  • FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of a solid-state image sensor 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state image sensor 1 includes a pixel array unit 10 provided with a plurality of sensor pixels 11.
  • the plurality of sensor pixels 11 are arranged two-dimensionally (in a matrix) at positions facing the light receiving surface 30A described later.
  • the solid-state image sensor 1 further includes a peripheral circuit 20 that processes a pixel signal.
  • the peripheral circuit 20 includes, for example, a vertical drive circuit 21, a column signal processing circuit 22, a horizontal drive circuit 23, and a system control circuit 24.
  • the peripheral circuit 20 generates an output voltage based on the pixel signal obtained from each sensor pixel 11 and outputs the output voltage to the outside.
  • the vertical drive circuit 21 selects, for example, a plurality of sensor pixels 11 in order for each predetermined unit pixel row.
  • the “predetermined unit pixel row” refers to a pixel row in which pixels can be selected at the same address.
  • the column signal processing circuit 22 performs, for example, Correlated Double Sampling (CDS) processing on the pixel signals output from each sensor pixel 11 in the row selected by the vertical drive circuit 21.
  • the column signal processing circuit 22 extracts the signal level of the pixel signal by performing CDS processing, for example, and holds pixel data according to the amount of light received by each sensor pixel 11.
  • the column signal processing circuit 22 has, for example, a column signal processing unit for each data output line VSL.
  • the column signal processing unit includes, for example, a single slope A / D converter.
  • the single slope A / D converter is configured to include, for example, a comparator and a counter circuit.
  • the horizontal drive circuit 23 sequentially outputs the pixel data held in the column signal processing circuit 22, for example, to the outside.
  • the system control circuit 24 controls, for example, the drive of each block (vertical drive circuit 21, column signal processing circuit 22 and horizontal drive circuit 23) in the peripheral circuit 20.
  • FIG. 2 shows an example of the circuit configuration of the sensor pixel 11.
  • the sensor pixel 11 has, for example, a plurality of photoelectric conversion elements PDir, PDr, PDg, PDb having different wavelength selectivity from each other.
  • the photoelectric conversion element PD will be used as a general term for the photoelectric conversion elements PDir, PDr, PDg, and PDb.
  • the photoelectric conversion element PD corresponds to a specific example of the "photoelectric conversion unit" of the present disclosure.
  • the photoelectric conversion element PD is an element that performs photoelectric conversion to generate an electric charge according to the amount of received light, and is, for example, a photodiode.
  • the sensor pixel 11 has, for example, a pixel 11ir including a photoelectric conversion element PDir, a pixel 11r including a photoelectric conversion element PDr, a pixel 11g including a photoelectric conversion element PDg, and a pixel 11b including a photoelectric conversion element PDb.
  • the sensor pixel 11 further includes, for example, a pixel circuit 12, and wirings Lfd1 and Lfd2 for connecting the pixels 11ir, 11r, 11g, 11b and the pixel circuit 12.
  • the wiring Lfd1 is connected to the floating diffusion FDir, FDr, FDg, FDb of each pixel 11ir, 11r, 11g, 11b, and is also connected to the input end (gate of the amplification transistor AMP) of the pixel circuit 12.
  • the wiring Lfd2 is connected to the drains of the switching transistors SWir, SWr, SWg, and SWb of each pixel 11ir, 11r, 11g, and 11b, and is connected to the source of the reset transistor RST in the pixel circuit 12 (terminal not connected to the power line VDD). ) Is connected.
  • the pixel circuit 12 outputs a pixel signal based on the electric charge output from each pixel 11ir, 11r, 11g, 11b via the wiring Lfd1.
  • floating diffusion FD will be used as a general term for floating diffusion FDir, FDr, FDg, and FDb.
  • the floating diffusion FD corresponds to a specific example of the "charge holding unit" of the present disclosure.
  • the switching transistor SW will be used as a general term for the switching transistors SWir, SWr, SWg, and SWb.
  • the pixel array unit 10 has a plurality of sensor pixels 11, a plurality of drive wirings, and a plurality of data output lines VSL.
  • the drive wiring is wiring to which a control signal for controlling the output of the electric charge stored in the sensor pixel 11 is applied, and extends in the row direction, for example.
  • the plurality of drive wirings are connected to, for example, the output end of the vertical drive circuit 21.
  • the data output line VSL is wiring that outputs the pixel signal output from each sensor pixel 11 to the peripheral circuit 20, and extends in the column direction, for example.
  • the data output line VSL is connected to, for example, the output end of the pixel circuit 12.
  • the pixel 11ir has, for example, a photoelectric conversion element PDir, a transfer transistor TRXir, a switching transistor SWir, and a floating diffusion FDir. That is, a floating diffusion FDir is provided for each pixel 11ir.
  • the transfer transistor TRXir is provided between the photoelectric conversion element PDir and the floating diffusion FDir.
  • the cathode of the photoelectric conversion element PDir is connected to the source of the transfer transistor TRXir, and the anode of the photoelectric conversion element PDir is connected to the reference potential line (for example, ground GND).
  • the drain of the transfer transistor TRXir is connected to the floating diffusion FDir, and the gate of the transfer transistor TRXir is connected to the drive wiring.
  • the switching transistor SWir is provided between the source of the reset transistor RST of the pixel circuit 12 and the floating diffusion FDir.
  • a drive wiring is connected to the gate of the switching transistor SWir.
  • the floating diffusion FDir is an impurity diffusion region that temporarily holds the charge transferred from the photoelectric conversion element PDir.
  • the transfer transistor TRXir When the transfer transistor TRXir is turned on, the transfer transistor TRXir transfers the electric charge of the photoelectric conversion element PDir to the floating diffusion FDir.
  • the switching transistor SWir is used when switching the conversion efficiency.
  • the switching transistor SWir when the switching transistor SWir is turned on, the gate capacitance for the switching transistor SWir increases, so that the FD capacitance C of the entire pixel 11ir becomes large. On the other hand, when the switching transistor SWir is turned off, the FD capacitance C of the entire pixel 11ir becomes smaller. By switching the switching transistor SWir on and off in this way, the FD capacitance C of the entire pixel 11ir can be made variable and the conversion efficiency can be switched.
  • the pixel 11r has, for example, a photoelectric conversion element PDr, a transfer transistor TRXr, a switching transistor SWr, and a floating diffusion FDr. That is, a floating diffusion FDr is provided for each pixel 11r.
  • the transfer transistor TRXr is provided between the photoelectric conversion element PDr and the floating diffusion FDr.
  • the cathode of the photoelectric conversion element PDr is connected to the source of the transfer transistor TRXr, and the anode of the photoelectric conversion element PDr is connected to the reference potential line (for example, ground GND).
  • the drain of the transfer transistor TRXr is connected to the floating diffusion FDr, and the gate of the transfer transistor TRXr is connected to the drive wiring.
  • the switching transistor SWr is provided between the source of the reset transistor RST of the pixel circuit 12 and the floating diffusion FDr.
  • a drive wiring is connected to the gate of the switching transistor SWr.
  • the floating diffusion FDr is an impurity diffusion region that temporarily holds the electric charge transferred from the photoelectric conversion element PDr.
  • the transfer transistor TRXr When the transfer transistor TRXr is turned on, the transfer transistor TRXr transfers the electric charge of the photoelectric conversion element PDr to the floating diffusion FDr.
  • the switching transistor SWr is used when switching the conversion efficiency. When the switching transistor SWr is turned on, the gate capacitance for the switching transistor SWr increases, and the FD capacitance of the entire pixel 11r increases. On the other hand, when the switching transistor SWr is turned off, the FD capacitance of the entire pixel 11r becomes smaller.
  • the pixel 11g has, for example, a photoelectric conversion element PDg, a transfer transistor TRXg, a switching transistor SWg, and a floating diffusion FDg, as shown in FIG. That is, a floating diffusion FDg is provided for each 11 g of pixels.
  • the transfer transistor TRXg is provided between the photoelectric conversion element PDg and the floating diffusion FDg.
  • the cathode of the photoelectric conversion element PDg is connected to the source of the transfer transistor TRXg, and the anode of the photoelectric conversion element PDg is connected to the reference potential line (for example, ground GND).
  • the drain of the transfer transistor TRXg is connected to the floating diffusion FDg, and the gate of the transfer transistor TRXg is connected to the drive wiring.
  • the switching transistor SWg is provided between the source of the reset transistor RST of the pixel circuit 12 and the floating diffusion FDg.
  • a drive wiring is connected to the gate of the switching transistor SWg.
  • the floating diffusion FDg is an impurity diffusion region that temporarily holds the charge transferred from the photoelectric conversion element PDg.
  • the transfer transistor TRXg When the transfer transistor TRXg is turned on, the transfer transistor TRXg transfers the electric charge of the photoelectric conversion element PDg to the floating diffusion FDg.
  • the switching transistor SWg is used when switching the conversion efficiency. When the switching transistor SWg is turned on, the gate capacitance for the switching transistor SWg increases, and the FD capacitance of the entire pixel 11g increases. On the other hand, when the switching transistor SWg is turned off, the FD capacity of the entire pixel 11g becomes smaller.
  • the pixel 11b has, for example, a photoelectric conversion element PDb, a transfer transistor TRXb, a switching transistor SWb, and a floating diffusion FDb. That is, a floating diffusion FDb is provided for each pixel 11b.
  • the transfer transistor TRXb is provided between the photoelectric conversion element PDb and the floating diffusion FDb.
  • the cathode of the photoelectric conversion element PDb is connected to the source of the transfer transistor TRXb, and the anode of the photoelectric conversion element PDb is connected to the reference potential line (for example, ground GND).
  • the drain of the transfer transistor TRXb is connected to the floating diffusion FDb, and the gate of the transfer transistor TRXb is connected to the drive wiring.
  • the switching transistor SWb is provided between the source of the reset transistor RST of the pixel circuit 12 and the floating diffusion FDb.
  • a drive wiring is connected to the gate of the switching transistor SWb.
  • the floating diffusion FDb is an impurity diffusion region that temporarily holds the electric charge transferred from the photoelectric conversion element PDb.
  • the transfer transistor TRXb When the transfer transistor TRXb is turned on, the transfer transistor TRXb transfers the electric charge of the photoelectric conversion element PDb to the floating diffusion FDb.
  • the switching transistor SWb is used when switching the conversion efficiency. When the switching transistor SWb is turned on, the gate capacitance for the switching transistor SWb increases, and the FD capacitance of the entire pixel 11b increases. On the other hand, when the switching transistor SWb is turned off, the FD capacitance of the entire pixel 11b becomes smaller.
  • the pixel circuit 12 has, for example, as shown in FIG. 2, a reset transistor RST, a capacitance Ca, a selection transistor SEL, and an amplification transistor AMP.
  • the source of the reset transistor RST is connected to the capacitance Ca and is also connected to the switching transistors SWir, SWr, SWg, and SWb via the wiring Lfd2.
  • the capacitance Ca is provided between the source of the reset transistor RST and the reference potential line (for example, ground GND). That is, when the reset transistor RST is off, the terminals of the switching transistors SWir, SWr, SWg, and SWb on the reset transistor RST side are floating.
  • the drain of the reset transistor RST is connected to the power line VDD and the drain of the amplification transistor AMP.
  • the gate of the reset transistor RST is connected to the vertical drive circuit 21 via the drive wiring.
  • the source of the amplification transistor AMP is connected to the drain of the selection transistor SEL, and the gate of the amplification transistor AMP is connected to the floating diffusion FDir, FDr, FDg, FD via the wiring Lfd1.
  • the source of the selection transistor SEL is connected to the column signal processing circuit 22 via the data output line VSL, and the gate of the selection transistor SEL is connected to the vertical drive circuit 21 via the drive wiring.
  • the reset transistor RST resets the potential of the floating diffusion FD to a predetermined potential.
  • the selection transistor SEL controls the output timing of the pixel signal from the pixel circuit 12.
  • the amplification transistor AMP generates a signal having a voltage corresponding to the level of the electric charge held in the floating diffusion FD as a pixel signal.
  • the amplification transistor AMP constitutes a source follower type amplifier, and outputs a pixel signal having a voltage corresponding to the level of electric charge generated by the photoelectric conversion element PD.
  • the selection transistor SEL is turned on, the amplification transistor AMP amplifies the potential of the floating diffusion FD and outputs a voltage corresponding to the potential to the column signal processing circuit 22 via the data output line VSL.
  • the transfer transistor TRXir, TRXr, RTXg, TRXb, switching transistor SWir, SWr, SWg, SWb, reset transistor RST, amplification transistor AMP and selection transistor SEL are, for example, an NOTE transistor.
  • the transfer transistor TRX will be used as a general term for the transfer transistors TRXir, TRXr, RTXg, and TRXb.
  • FIG. 3 shows an example of the planar configuration of the pixel array unit 10.
  • FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8 show an example of the horizontal cross-sectional configuration of the pixel array unit 10.
  • 9 and 10 show an example of the vertical cross-sectional configuration of the pixel array unit 10.
  • FIG. 3 shows an example of a planar layout of each component except the wirings Lfd1 and Lfd2, which will be described later, when the pixel array unit 10 is viewed from the wiring layer 40 side, which will be described later.
  • FIG. 4 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line AA of FIG. FIG.
  • FIG. 5 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line BB of FIG.
  • FIG. 6 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line CC of FIG.
  • FIG. 7 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line DD of FIG.
  • FIG. 8 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line EE of FIG.
  • FIG. 9 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line AA of FIG.
  • FIG. 10 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line BB of FIG.
  • the sensor pixel 11 has, for example, a laminated photoelectric conversion element in which a plurality of photoelectric conversion elements PDir, PDr, PDg, and PDb having different wavelength selectivity are laminated. That is, the solid-state image sensor 1 includes the laminated photoelectric conversion element for each sensor pixel 11.
  • the sensor pixel 11 further has, for example, an on-chip lens 50 at a position facing the laminated photoelectric conversion element. That is, the solid-state image sensor 1 includes an on-chip lens 50 for each sensor pixel 11.
  • the plurality of photoelectric conversion elements PDir, PDr, PDg, PDb are formed in the semiconductor layer 31 described later.
  • the semiconductor layer 31 is composed of, for example, a p-type silicon (Si) layer.
  • Each photoelectric conversion element PDir, PDr, PDg, PDb is composed of, for example, an n-type silicon layer.
  • the electric charge of each photoelectric conversion element PDir, PDr, PDg, PDb is formed by forming an electric field between the n-type silicon layer forming the photoelectric conversion element PD and the p-type silicon layer forming the semiconductor layer 31. Is retained.
  • the photoelectric conversion element PDir is formed at a position (depth) away from the light receiving surface 30A (described later) of the semiconductor layer 31.
  • the photoelectric conversion element PDir is composed of a material having sensitivity to near-infrared light having a wavelength of 850 nm to infrared light having a wavelength of about 2 ⁇ m.
  • the photoelectric conversion element PDr is formed at a position (depth) of the semiconductor layer 31 away from the light receiving surface 30A and at a position closer to the light receiving surface 30A than the photoelectric conversion element PDir.
  • the photoelectric conversion element PDr is made of a material that is sensitive to red light (light in the wavelength range of 620 nm or more and 750 nm or less).
  • the photoelectric conversion element PDg is formed at a position (depth) of the semiconductor layer 31 away from the light receiving surface 30A and at a position closer to the light receiving surface 30A than the photoelectric conversion element PDr.
  • the photoelectric conversion element PDr is made of a material that is sensitive to green light (light in the wavelength range of 495 nm or more and 570 nm or less).
  • the photoelectric conversion element PDb is formed at a position on the semiconductor layer 31 between the light receiving surface 30A and the photoelectric conversion element PDg.
  • the photoelectric conversion element PDb is made of a material that is sensitive to blue light (light in a wavelength range of 425 nm or more and 495 nm or less).
  • the pixel array unit 10 has, for example, a light receiving substrate 30 and a wiring layer 40 laminated on each other, as shown in FIGS. 9 and 10.
  • a plurality of on-chip lenses 50 are bonded to the surface of the light receiving substrate 30 on the side opposite to the wiring layer 40.
  • the light receiving substrate 30 has, for example, a semiconductor layer 31 and a fixed charge film 35 and an antireflection film 36 provided on the on-chip lens 50 side of the semiconductor layer 31.
  • the semiconductor layer 31 has a plurality of photoelectric conversion elements PDir, PDr, PDg, which have different depths from the surface (light receiving surface 30A) on the on-chip lens 50 side and photoelectrically convert the light incident through the light receiving surface 30A.
  • PDb is formed.
  • the fixed charge film 35 has a negative fixed charge in order to suppress the generation of dark current due to the interface state of the light receiving surface 30A of the semiconductor layer 31.
  • the fixed charge film 35 is formed, for example, by an insulating film having a negative fixed charge. Examples of the material of such an insulating film include hafnium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, titanium oxide or tantalum oxide.
  • the hole storage layer is formed on the light receiving surface 30A by the electric field induced by the fixed charge film 35. The hole storage layer suppresses the generation of electrons from the light receiving surface 30A.
  • the antireflection film 36 is formed in contact with, for example, the fixed charge film 35.
  • the antireflection film 36 suppresses the reflection of the light incident on the photoelectric conversion element PD, and efficiently causes the light to reach the photoelectric conversion element PD.
  • the antireflection film 36 is composed of, for example, at least one of silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, tantalum oxide and titanium oxide.
  • the pixels 11ir, 11r, 11g, 11b excluding the photoelectric conversion elements PDir, PDr, PDg, PDb, and the pixel circuit 12 (Reset transistor RST, selection transistor SEL and amplification transistor AMP) are formed.
  • insulating film 32 used as a gate oxide film.
  • the insulating film 32 is, for example, a silicon oxide film formed by subjecting the surface of the silicon layer to thermal oxidation or the like.
  • the wiring layer 40 includes gate electrodes of various transistors (transfer transistors TRXir, TRXr, RTXg, TRXb, switching transistors SWir, SWr, SWg, SWb, reset transistor RST, selection transistor SEL and amplification transistor AMP), and wiring Lfd1 and Lfd2. Etc. are provided. Gate electrodes of various transistors, wirings Lfd1, Lfd2, and the like are provided in the insulating layer 41. The gate electrodes of various transistors are provided in contact with the insulating film 32 used as the gate oxide film.
  • the wiring Lfd1 is in contact with a plurality of floating diffusion FDir, FDr, FDg, FDb included in the sensor pixel 11 and the gate of the amplification transistor AMP through the opening provided in the insulating film 32.
  • the wiring Lfd2 is in contact with the drain of the switching transistor SW and the source of the reset transistor RST through the opening provided in the insulating film 32.
  • the transfer transistors TRXir, TRXr, RTXg, and TRXb have vertical gate electrodes VGir, VGr, VGg, and VGb as gate electrodes.
  • the portions other than the upper end portion are formed in the semiconductor layer 31 extending in the thickness direction of the semiconductor layer 31. That is, the transfer transistors TRXir, TRXr, RTXg, and TRXb are vertical transistors.
  • the lower end of the vertical gate electrode VGir is formed, for example, at a depth reaching at least the photoelectric conversion element PDir.
  • the lower end of the vertical gate electrode VGr is formed, for example, at a depth reaching at least the photoelectric conversion element PDr.
  • the lower end of the vertical gate electrode VGg is formed, for example, at a depth reaching at least the photoelectric conversion element PDg.
  • the lower end of the vertical gate electrode VGb is formed, for example, at a depth reaching at least the photoelectric conversion element PDb.
  • the vertical gate electrodes VGir, VGr, VGg, and VGb are formed by, for example, embedding a trench provided in the semiconductor layer 31 whose inner wall is covered with an insulating film 32 with a conductive material such as a metal material or polysilicon. It is formed.
  • the insulating film 32 in the trench is formed, for example, by subjecting the inner wall of the trench provided in the silicon layer to thermal oxidation or the like.
  • Embedding a conductive material in a trench is, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition). It is done by such.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • a through trench is provided in the semiconductor layer 31, and vertical gate electrodes VGir, VGr, VGg extending into the through trench to a depth penetrating the semiconductor layer 31.
  • VGb is provided.
  • the pixel array unit 10 further has an element separation unit 33 for partitioning each sensor pixel 11, as shown in FIGS. 3 to 9, for example.
  • the element separation portion 33 is formed on the semiconductor layer 31 at least on the side opposite to the light receiving surface 30A.
  • the element separation portion 33 extends in the thickness direction of the semiconductor layer 31 in the semiconductor layer 31, and is formed so as to penetrate the semiconductor layer 31 as shown in FIG. 9, for example.
  • the element separation unit 33 electrically separates two sensor pixels 11 adjacent to each other at least on the surface of the semiconductor layer 31 opposite to the light receiving surface 30A. As shown in FIGS.
  • the element separation unit 33 is provided at the boundary between two sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view, and further, the element separation unit 33 of the four sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view. It is installed at places other than the boundary.
  • the element separation unit 33 is made of, for example, silicon oxide.
  • the element separation unit 33 may be composed of, for example, two layers of polysilicon and silicon oxide.
  • the pixel array unit 10 further has a well layer 34 in contact with the side surface of the element separation unit 33, for example, as shown in FIG.
  • the well layer 34 is composed of a conductive type (for example, p type) semiconductor region different from the photoelectric conversion element PD.
  • the pixel array unit 10 further includes, in each sensor pixel 11, the surface of the semiconductor layer 31 on the opposite side of the light receiving surface 30A and its vicinity thereof.
  • each transfer transistor TRX, each switching transistor SW, and a separation unit 38 that separates the pixel circuit 12 from each other are provided.
  • the separation unit 38 is configured to include an upper end portion of the element separation unit 33.
  • the separation unit 38 is made of, for example, silicon oxide.
  • the transfer transistors TRXir, TRXr, RTXg, and TRXb are arranged along the boundary of two or four sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view. This boundary corresponds, for example, to the dashed line indicated by the symbol "11" in FIG.
  • the transfer transistors TRXir, TRXr, RTXg, and TRXb are arranged side by side at the boundary of two or four sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view, for example, as shown in FIGS. 3 to 8 and 10.
  • the transfer transistors TRXir, TRXr, RTXg, and TRXb are arranged at the boundary of four sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view, for example, as shown in FIGS. 3 to 8 and 10.
  • the vertical gate electrode VGir of the transfer transistor TRXir is shared by the four sensor pixels 11 forming the boundary of the place where the transfer transistor TRXir is arranged. Further, the vertical gate electrode VGr of the transfer transistor TRXr is shared by the four sensor pixels 11 forming the boundary of the place where the transfer transistor TRXr is arranged. Further, the vertical gate electrode VGg of the transfer transistor TRXg is shared by the four sensor pixels 11 forming the boundary of the place where the transfer transistor TRXg is arranged. Further, the vertical gate electrode VGb of the transfer transistor TRXb is shared by the four sensor pixels 11 forming a boundary at the location where the transfer transistor TRXb is arranged.
  • FIG. 10 shows an example in which the vertical gate electrode VGb is shared by two sensor pixels 11 adjacent to each other, and the vertical gate electrode VGr is shared by two sensor pixels 11 adjacent to each other.
  • Each transfer transistor TRXir is provided with a number (4) of floating diffusion FDirs equal to the number of shared sensor pixels 11. In each transfer transistor TRXir, four floating diffusion FDir are assigned to each of the four sensor pixels 11 adjacent to each other. Similarly, each transfer transistor TRXr is provided with a number (4) of floating diffusion FDrs equal to the number of shared sensor pixels 11. In each transfer transistor TRXr, four floating diffusion FDrs are assigned to each of the four sensor pixels 11 adjacent to each other.
  • each transfer transistor TRXg is provided with a number (4) of floating diffusion FDrs equal to the number of shared sensor pixels 11.
  • each transfer transistor TRXg four floating diffusion FDg are assigned to each of the four sensor pixels 11 adjacent to each other.
  • each transfer transistor TRXb is provided with a number (4) of floating diffusion FDrs equal to the number of shared sensor pixels 11.
  • four floating diffusion FDbs are assigned to each of the four sensor pixels 11 adjacent to each other.
  • the horizontal cross-sectional shape of the vertical gate electrode VG is, for example, a cross shape along the boundary as shown in FIGS. 4 to 8.
  • the four floating diffusion FDs are arranged, for example, in the four cross-shaped recesses of the vertical gate electrode VG.
  • the horizontal cross-sectional shape of the vertical gate electrode VG is not limited to the cross shape.
  • each photoelectric conversion element PDir is in contact with the vertical gate electrode VGir via the insulating film 37, for example, as shown in FIG. Moreover, it is in contact with another photoelectric conversion element PDir via the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer). That is, the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer) is formed between two photoelectric conversion elements PDir adjacent to each other, and further between the vertical gate electrode VGir of the transfer transistor TRXir and the element separation unit 33. Is formed in. As a result, each photoelectric conversion element PDir is electrically separated from other adjacent photoelectric conversion elements PDir by the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer).
  • each photoelectric conversion element PDr is in contact with the vertical gate electrode VGr via the insulating film 37, for example, as shown in FIG. It is in contact with another photoelectric conversion element PDr via the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer). That is, the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer) is formed between two photoelectric conversion elements PDr adjacent to each other, and further between the vertical gate electrode VGr of the transfer transistor TRXr and the element separation unit 33. Is formed in. As a result, each photoelectric conversion element PDr is electrically separated from other adjacent photoelectric conversion elements PDr by the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer).
  • the four photoelectric conversion elements PDg are in contact with the vertical gate electrode VGg via the insulating film 37, for example, as shown in FIG. It is in contact with another photoelectric conversion element PDg via the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer). That is, the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer) is formed between two photoelectric conversion elements PDg adjacent to each other, and further between the vertical gate electrode VGg of the transfer transistor TRXg and the element separation unit 33. Is formed in. As a result, each photoelectric conversion element PDg is electrically separated from other adjacent photoelectric conversion elements PDg by the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer).
  • the four photoelectric conversion elements PDb are in contact with the vertical gate electrode VGb via the insulating film 37, for example, as shown in FIG. It is in contact with another photoelectric conversion element PDb via the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer). That is, the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer) is formed between two photoelectric conversion elements PDb adjacent to each other, and further between the vertical gate electrode VGb of the transfer transistor TRXb and the element separation unit 33. Is formed in. As a result, each photoelectric conversion element PDb is electrically separated from other adjacent photoelectric conversion elements PDb by the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer).
  • the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD of one sensor pixel 11 (hereinafter referred to as “first sensor pixel 11”) is calculated.
  • first sensor pixel 11 the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD of one sensor pixel 11
  • second sensor pixel 11 another sensor pixel 11 different from the first sensor pixel 11
  • the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is transferred to the floating diffusion FD through the side wall of the vertical gate electrode VG on the second sensor pixel 11 side when the transfer transistor TRX is turned on. In this way, in each sensor pixel 11 sharing the vertical gate electrode VG of the transfer transistor TRX, the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is transferred to the corresponding floating diffusion FD.
  • the electric charge transferred to the floating diffusion FD is amplified by the amplification transistor AMP and output to the data output line VSL as a pixel signal.
  • the signal level of the pixel signal is detected by the column signal processing circuit 22, and the detected value obtained thereby is output to the outside as pixel data.
  • the electric charge accumulated in each photoelectric conversion element PD is transferred to the corresponding floating diffusion FD at the same time when the transfer transistor TRX is turned on. At this time, the electric charge accumulated in each photoelectric conversion element PD is not transferred to a floating diffusion FD different from the corresponding floating diffusion FD.
  • this is a conductive type different from the conductive type (for example, n type) of the photoelectric conversion element PD between the transfer transistor TRX (vertical gate electrode VG) and the element separation unit 33.
  • the semiconductor layer 31 p-type silicon layer exists, and is located between the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer) existing between the transfer transistor TRX and the element separation unit 33 and the vertical gate electrode VG.
  • the four floating diffusion FDs sharing the vertical gate electrode VG are separated from each other by the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer).
  • the horizontal cross-sectional shape of the transfer transistor TRX is a cross shape as shown in FIG. 5, the electric field is concentrated in the cross-shaped depression to facilitate modulation.
  • Patent Document 1 In a solid-state image pickup device, in order to prevent the generation of false color, a method of dispersing by forming a plurality of photodiodes in a depth direction in a substrate in one pixel has been developed (for example, Patent Document 1). reference).
  • the electric charge obtained by each photodiode is transferred to the floating diffusion via a vertical transistor.
  • the charge photoelectrically converted in the vertical transistor is difficult to be taken in by the photodiode, so that the sensitivity may decrease.
  • the plurality of vertical transistors (plurality of transfer transistors TRX) provided in each sensor pixel 11 are arranged along the boundary of two or four sensor pixels 11 adjacent to each other.
  • the ratio of the light incident on each sensor pixel 11 that is photoelectrically converted by each transfer transistor TRX can be reduced as compared with the case where each transfer transistor is arranged near the center of each sensor pixel 11.
  • the decrease in sensitivity can be suppressed.
  • each sensor pixel 11 is provided with four transfer transistors TRX, and the four transfer transistors TRX are provided at the boundary of four sensor pixels 11 adjacent to each other.
  • the ratio of the light incident on each sensor pixel 11 that is photoelectrically converted by each transfer transistor TRX can be reduced as compared with the case where each transfer transistor is arranged near the center of each sensor pixel 11.
  • the decrease in sensitivity can be suppressed.
  • an element separation unit 33 is provided at the boundary between the two sensor pixels 11 adjacent to each other, and a conductive type (for example, n type) of the photoelectric conversion element PD is provided between the transfer transistor TRX and the element separation unit 33.
  • one pixel circuit 12 and a data output line VSL are provided for four pixels 11ir, 11r, 11b, 11g.
  • the pixel 11ir, the data output line VSL, the amplification transistor AMP, and the selection transistor SEL are omitted, and two pixel circuits 12a, 12b are provided for the three pixels 11r, 11b, 11g.
  • a data output line VSL1 may be provided for the pixel circuit 12a
  • a data output line VSL2 may be provided for the pixel circuit 12b.
  • the pixel circuit 12a is provided for the two pixels 11r and 11b, and may be configured to include, for example, the amplification transistor AMP1 and the selection transistor SEL1. Further, the pixel circuit 12b is provided for one pixel 11g, and may be configured to include, for example, an amplification transistor AMP2 and a selection transistor SEL2.
  • the amplification transistors AMP1 and AMP2 have the same configuration as the amplification transistor AMP.
  • the output end of the pixel circuit 12a is connected to the data output line VSL1, and the output end of the pixel circuit 12b is connected to the data output line VSL2 different from the data output line VSL1.
  • FIG. 12 shows an example of the planar configuration of the pixel array unit 10.
  • FIG. 14, FIG. 15 and FIG. 16 show an example of the horizontal cross-sectional configuration of the pixel array unit 10.
  • 17 and 18 show an example of the vertical cross-sectional configuration of the pixel array unit 10.
  • FIG. 12 shows an example of the planar layout of each component excluding the wiring Lfd1 and Lfd2 when the pixel array unit 10 is viewed from the wiring layer 40 side.
  • FIG. 13 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line AA of FIG.
  • FIG. 14 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line BB of FIG. FIG.
  • FIG. 15 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line CC of FIG.
  • FIG. 16 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line DD of FIG.
  • FIG. 17 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line AA of FIG.
  • FIG. 18 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line BB of FIG.
  • the description of the same configuration as that of the above embodiment will be omitted as appropriate.
  • the photoelectric conversion element PDir, the transfer transistor TRXir, the floating diffusion FDir, and the switching transistor SWir included in the pixel 11ir according to the above embodiment are omitted.
  • the amplification transistor AMP for the pixels 11r, 11g, 11b instead of the amplification transistor AMP for the pixels 11r, 11g, 11b, the amplification transistor AMP1 for the pixels 11r, 11b And the amplification transistor AMP2 for the pixel 11g are provided.
  • a dummy electrode VGdm is provided at a position where the vertical gate electrode VGir of the transfer transistor TRXir according to the above embodiment is provided.
  • the dummy electrode VGdm is electrically separated from the sensor pixel 11. Therefore, since the presence or absence of the dummy electrode VGdm is not directly related to the charge transfer, the dummy electrode VGdm may be omitted as appropriate.
  • the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD of one sensor pixel 11 (hereinafter referred to as “first sensor pixel 11”) is calculated.
  • first sensor pixel 11 the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD of one sensor pixel 11
  • second sensor pixel 11 another sensor pixel 11 different from the first sensor pixel 11
  • the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is transferred to the floating diffusion FD through the side wall of the vertical gate electrode VG on the second sensor pixel 11 side when the transfer transistor TRX is turned on. In this way, in each sensor pixel 11 sharing the vertical gate electrode VG of the transfer transistor TRX, the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is transferred to the corresponding floating diffusion FD.
  • the electric charge transferred to the floating diffusion FDr and FDb is amplified by the amplification transistor AMP1 and output to the data output line VSL1 as a pixel signal.
  • the charge transferred to the floating diffusion FDg is amplified by the amplification transistor AMP2 and output to the data output line VSL2 as a pixel signal.
  • the signal level of the pixel signal is detected by the column signal processing circuit 22, and the detected value obtained thereby is output to the outside as pixel data.
  • the plurality of vertical transistors (plurality of transfer transistors TRX) provided in each sensor pixel 11 are along the boundary of two or four sensor pixels 11 adjacent to each other. Is placed.
  • the ratio of the light incident on each sensor pixel 11 that is photoelectrically converted by each transfer transistor TRX can be reduced as compared with the case where each transfer transistor is arranged near the center of each sensor pixel 11.
  • the decrease in sensitivity can be suppressed.
  • each sensor pixel 11 is provided with four transfer transistors TRX, and the three transfer transistors TRX are provided at the boundary of four sensor pixels 11 adjacent to each other. Be done. As a result, the ratio of the light incident on each sensor pixel 11 that is photoelectrically converted by each transfer transistor TRX can be reduced as compared with the case where each transfer transistor is arranged near the center of each sensor pixel 11. As a result, the decrease in sensitivity can be suppressed.
  • an element separation unit 33 is provided at the boundary between the two sensor pixels 11 adjacent to each other, and a conductive type (for example, n type) of the photoelectric conversion element PD is provided between the transfer transistor TRX and the element separation unit 33.
  • the two transfer transistors TRXg (TRXg1, TRXg2) are connected in parallel to the cathode of the photoelectric conversion element PDg, and the transfer transistor TRXg1 is provided with the floating diffusion FDg1 and the switching transistor SWg1.
  • a floating diffusion FDg2 and a switching transistor SWg2 are provided for TRXg2.
  • the floating diffusion FDg1 and the floating diffusion FDg2 are electrically connected via the wiring Lfd.
  • the electric charges generated by the photoelectric conversion element PDg are accumulated in two places (FDg1 and FDg2).
  • FIG. 20 shows an example of the planar configuration of the pixel array unit 10.
  • 21 and 22 show an example of the vertical cross-sectional configuration of the pixel array unit 10.
  • FIG. 20 shows an example of the planar layout of each component excluding the wiring Lfd when the pixel array unit 10 is viewed from the wiring layer 40 side.
  • FIG. 21 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line AA of FIG. 20.
  • FIG. 22 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line BB of FIG. 21.
  • the description of the same configuration as that of the above embodiment will be omitted as appropriate.
  • the transfer transistors TRXg1 and TRXg2 are provided one by one. Further, in this modification, the switching transistor SWg1 is provided adjacent to the transfer transistor TRXg1, and the switching transistor SWg2 is provided adjacent to the transfer transistor TRXg2.
  • the plurality of vertical transistors (plurality of transfer transistors TRX) provided in each sensor pixel 11 are two or four sensor pixels 11 adjacent to each other. It is placed along the boundary of. As a result, the ratio of the light incident on each sensor pixel 11 that is photoelectrically converted by each transfer transistor TRX can be reduced as compared with the case where each transfer transistor is arranged near the center of each sensor pixel 11. As a result, the decrease in sensitivity can be suppressed.
  • the electric charges generated by the photoelectric conversion element PDg are accumulated in two places (FD1, FDg2). As a result, the electric charge generated by the photoelectric conversion element PDg can be reliably read out.
  • a semiconductor layer 31 (p-type silicon layer) is provided between the photoelectric conversion element PDg1 and the photoelectric conversion element PDg2, for example, as shown in FIGS. 24 and 25. Therefore, the photoelectric conversion element PDg1 and the photoelectric conversion element PDg2 are electrically separated from each other by the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer).
  • 24 and 25 show an example of the vertical cross-sectional configuration of the pixel array unit 10.
  • FIG. 24 shows a modified example of the cross-sectional configuration corresponding to FIG. 21.
  • FIG. 25 shows a modified example of the cross-sectional configuration corresponding to FIG. 22. The description of the same configuration as that of the above embodiment will be omitted as appropriate.
  • a transfer transistor TRXg1 is provided on the cathode of the photoelectric conversion element PDg1, and a transfer transistor TRXg2 is provided on the cathode of the photoelectric conversion element PDg2. This makes it possible to realize image plane phase difference AF by using two photoelectric conversion elements PDg (PDg1, PDg2) provided in one pixel 11g.
  • the transfer transistor TRX shared by the four sensor pixels 11 is composed of four transfer transistors TRX provided one for each sensor pixel 11. You may. Further, in this modification, the four switching transistors SW (SWir, SWr, SWg, SWb) may be omitted if necessary.
  • each sensor pixel 11 four transfer transistors TRX (TRXir, TRXr, TRXg, TRXb) are arranged along the boundary of two or four sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view. This boundary corresponds, for example, to the dashed line indicated by the symbol "11" in FIG.
  • the four transfer transistors TRX (TRXir, TRXr, TRXg, TRXb) are located close to each other in a plan view from the boundary of two or four sensor pixels 11, for example, as shown in FIGS. 26 to 32. Arranged side by side.
  • the four transfer transistors TRX (TRXir, TRXr, TRXg, TRXb) are located close to each other from the boundary of four sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view, as shown in FIGS. 26 to 32, for example. Moreover, it is provided at the four corners of the sensor pixel 11.
  • FIG. 26 shows an example of the planar configuration of the pixel array unit 10.
  • 27 to 31 show an example of the horizontal cross-sectional configuration of the pixel array unit 10.
  • FIG. 32 shows an example of the vertical cross-sectional configuration of the pixel array unit 10.
  • FIG. 26 shows an example of the planar layout of each component excluding the wiring Lfd when the pixel array unit 10 is viewed from the wiring layer 40 side.
  • FIG. 27 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line AA of FIG. 32.
  • FIG. 28 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line BB of FIG. 32.
  • FIG. 29 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line CC of FIG. 32.
  • FIG. 30 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line DD of FIG.
  • FIG. 31 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line EE of FIG. 32.
  • FIG. 32 shows an example of the cross-sectional configuration at the portion corresponding to the line BB in FIG.
  • the cross-sectional structure at the portion corresponding to the line AA in FIG. 3 is, for example, the same as the cross-sectional structure shown in FIG.
  • the element separation unit 33 is provided at the boundary of two or four sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view, for example, as shown in FIGS. 26 to 32, and has a grid-like shape. ing.
  • the four transfer transistors TRX (TRXir, TRXr, TRXg, TRXb) are located close to the element separation unit 33 in a plan view and are provided at the four corners of the sensor pixel 11.
  • each sensor pixel 11 according to the above modification D the four transfer transistors TRX (TRXir, TRXr, TRXg, TRXb) are, for example, as shown in FIGS. 33 to 40, of the two sensor pixels 11 adjacent to each other. It may be arranged along the boundary.
  • FIG. 33 shows an example of the planar configuration of the pixel array unit 10.
  • 34 to 38 show an example of the horizontal cross-sectional configuration of the pixel array unit 10.
  • FIG. 39 shows an example of the vertical cross-sectional configuration of the pixel array unit 10.
  • FIG. 33 shows an example of the planar layout of each component excluding the wiring Lfd when the pixel array unit 10 is viewed from the wiring layer 40 side.
  • FIG. 33 shows an example of the planar layout of each component excluding the wiring Lfd when the pixel array unit 10 is viewed from the wiring layer 40 side.
  • FIG. 34 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line AA of FIG. 39.
  • FIG. 35 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line BB of FIG. 39.
  • FIG. 36 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line CC of FIG. 39.
  • FIG. 37 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line DD of FIG. 39.
  • FIG. 38 shows an example of the cross-sectional configuration taken along the line EE of FIG. 39.
  • FIG. 39 shows an example of the cross-sectional configuration at the portion corresponding to the line AA in FIG. 33.
  • FIG. 40 shows an example of the cross-sectional configuration at the portion corresponding to the line BB in FIG. 33.
  • the above boundary corresponds to, for example, the broken line indicated by the symbol "11" in FIG. 33.
  • the four transfer transistors TRX (TRXir, TRXr, TRXg, TRXb) are arranged side by side at the boundary of two sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view, for example, as shown in FIGS. 33 to 39.
  • the four transfer transistors TRX (TRXir, TRXr, TRXg, TRXb) are arranged at the boundary between two sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view, for example, as shown in FIGS. 33 to 39.
  • the vertical gate electrode VGir of the transfer transistor TRXir is shared by the two sensor pixels 11 forming the boundary of the place where the transfer transistor TRXir is arranged. Further, the vertical gate electrode VGr of the transfer transistor TRXr is shared by the two sensor pixels 11 forming the boundary of the place where the transfer transistor TRXr is arranged. Further, the vertical gate electrode VGg of the transfer transistor TRXg is shared by two sensor pixels 11 forming a boundary at a location where the transfer transistor TRXg is arranged. Further, the vertical gate electrode VGb of the transfer transistor TRXb is shared by two sensor pixels 11 forming a boundary at a position where the transfer transistor TRXb is arranged. FIG. 39 shows an example in which the vertical gate electrode VGb is shared by two sensor pixels 11 adjacent to each other and the vertical gate electrode VGr is shared by two sensor pixels 11 adjacent to each other.
  • Each transfer transistor TRXir is provided with a number (two) of floating diffusion FDirs equal to the number of shared sensor pixels 11. In each transfer transistor TRXir, two floating diffusion FDirs are assigned to each of the two sensor pixels 11 adjacent to each other. Similarly, each transfer transistor TRXr is provided with a number (two) of floating diffusion FDrs equal to the number of shared sensor pixels 11. In each transfer transistor TRXr, two floating diffusion FDrs are assigned to each of the two sensor pixels 11 adjacent to each other. Further, each transfer transistor TRXg is provided with a number (two) of floating diffusion FDrs equal to the number of shared sensor pixels 11. In each transfer transistor TRXg, two floating diffusion FDg are assigned to each of the two sensor pixels 11 adjacent to each other. Further, each transfer transistor TRXb is provided with a number (two) of floating diffusion FDrs equal to the number of shared sensor pixels 11. In each transfer transistor TRXb, two floating diffusion FDbs are assigned to each of the two sensor pixels 11 adjacent to each other.
  • the horizontal cross-sectional shape of the vertical gate electrode VG is, for example, a rectangular shape extending along the boundary as shown in FIGS. 34 to 38.
  • two floating diffusion FDs are arranged, for example, one on each side of the rectangular shape of the vertical gate electrode VG.
  • the horizontal cross-sectional shape of the vertical gate electrode VG is not limited to the rectangular shape.
  • each photoelectric conversion element PD_ir is in contact with the vertical gate electrode VGir via the insulating film 37, for example, as shown in FIG. 35. Moreover, it is in contact with another photoelectric conversion element PD_ir via the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer). That is, the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer) is formed between two photoelectric conversion elements PDir adjacent to each other, and further between the vertical gate electrode VGir of the transfer transistor TRXir and the element separation unit 33. Is formed in. As a result, each photoelectric conversion element PD_ir is electrically separated from other adjacent photoelectric conversion elements PD_ir by the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer).
  • each photoelectric conversion element PD_r is in contact with the vertical gate electrode VGr via the insulating film 37, for example, as shown in FIG. It is in contact with another photoelectric conversion element PD_r via the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer). That is, the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer) is formed between two photoelectric conversion elements PDr adjacent to each other, and further between the vertical gate electrode VGr of the transfer transistor TRXr and the element separation unit 33. Is formed in. As a result, each photoelectric conversion element PD_r is electrically separated from other adjacent photoelectric conversion elements PD_r by the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer).
  • the four photoelectric conversion elements PD_g are in contact with the vertical gate electrode VGg via the insulating film 37, for example, as shown in FIG. 37. It is in contact with another photoelectric conversion element PD_g via the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer). That is, the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer) is formed between two photoelectric conversion elements PDg adjacent to each other, and further between the vertical gate electrode VGg of the transfer transistor TRXg and the element separation unit 33. Is formed in. As a result, each photoelectric conversion element PD_g is electrically separated from other adjacent photoelectric conversion elements PD_g by the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer).
  • the four photoelectric conversion elements PD_b are in contact with the vertical gate electrode VGb via the insulating film 37, for example, as shown in FIG. 38. It is in contact with another photoelectric conversion element PD_b via the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer). That is, the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer) is formed between two photoelectric conversion elements PDb adjacent to each other, and further between the vertical gate electrode VGb of the transfer transistor TRXb and the element separation unit 33. Is formed in. As a result, each photoelectric conversion element PD_b is electrically separated from other adjacent photoelectric conversion elements PD_b by the semiconductor layer 31 (p-type silicon layer).
  • the element separation unit 33 is provided at the boundary of four sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view, and further, the element separation unit 33 is provided at the boundary of four sensor pixels 11 adjacent to each other in a plan view. It is provided at a position other than the boundary between two adjacent sensor pixels 11.
  • the element separating portion 33 has a cross shape along the boundary.
  • a semiconductor layer 31 p-type silicon layer
  • the horizontal cross-sectional shape of the element separating portion 33 is not limited to the cross shape.
  • the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD of one sensor pixel 11 (hereinafter referred to as “first sensor pixel 11”) is calculated.
  • first sensor pixel 11 the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD of one sensor pixel 11
  • second sensor pixel 11 another sensor pixel 11 different from the first sensor pixel 11
  • the charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is transferred to the floating diffusion FD through the side wall of the vertical gate electrode VG on the second sensor pixel 11 side when the transfer transistor TRX is turned on. In this way, in each sensor pixel 11 sharing the vertical gate electrode VG of the transfer transistor TRX, the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is transferred to the corresponding floating diffusion FD.
  • the electric charge transferred to the floating diffusion FD is amplified by the amplification transistor AMP and output to the data output line VSL as a pixel signal.
  • the signal level of the pixel signal is detected by the column signal processing circuit 22, and the detected value obtained thereby is output to the outside as pixel data.
  • the electric charge accumulated in each photoelectric conversion element PD is transferred to the corresponding floating diffusion FD at the same time when the transfer transistor TRX is turned on. At this time, the electric charge accumulated in each photoelectric conversion element PD is not transferred to a floating diffusion FD different from the corresponding floating diffusion FD.
  • this is a conductive type different from the conductive type (for example, n type) of the photoelectric conversion element PD between the transfer transistor TRX (vertical gate electrode VG) and the element separation unit 33.
  • the semiconductor layer 31 p-type silicon layer
  • the plurality of vertical transistors (plurality of transfer transistors TRX) provided in each sensor pixel 11 are arranged along the boundary between the two sensor pixels 11 adjacent to each other.
  • the ratio of the light incident on each sensor pixel 11 that is photoelectrically converted by each transfer transistor TRX can be reduced as compared with the case where each transfer transistor is arranged near the center of each sensor pixel 11.
  • the decrease in sensitivity can be suppressed.
  • each sensor pixel 11 is provided with four transfer transistors TRX, and the four transfer transistors TRX are provided at the boundary between two sensor pixels 11 adjacent to each other.
  • the ratio of the light incident on each sensor pixel 11 that is photoelectrically converted by each transfer transistor TRX can be reduced as compared with the case where each transfer transistor is arranged near the center of each sensor pixel 11.
  • the decrease in sensitivity can be suppressed.
  • an element separation unit 33 is provided at the boundary between the four sensor pixels 11 adjacent to each other, and a conductive type (for example, n type) of the photoelectric conversion element PD is provided between the transfer transistor TRX and the element separation unit 33.
  • the solid-state image sensor 1 may include a color filter 60 for each sensor pixel 11, as shown in FIG. 41, for example.
  • Each color filter 60 is provided, for example, between the antireflection film 36 and the on-chip lens 50.
  • the color filter 60 may be composed of, for example, a filter 60y that selectively absorbs blue light (light in a wavelength range of 425 nm or more and 495 nm or less). The light transmitted through the filter 60y does not include blue light.
  • the color filter 60 includes green light (light in the wavelength range of 495 nm or more and 570 nm or less) and red light (light in the wavelength range of 620 nm or more and 750 nm or less). May be configured with a filter 60b that selectively absorbs light. The light transmitted through the filter 60b does not include green light and red light.
  • the sensor pixel 11 provided with the filter 60y is provided with, for example, three photoelectric conversion elements PDir, PDr, and PDg. As a result, the light transmitted through the filter 60y is photoelectrically converted by the three photoelectric conversion elements PDir, PDr, and PDg. Further, in this modification, the sensor pixel 11 provided with the filter 60b is provided with, for example, two photoelectric conversion elements PDir and PDb. As a result, the light transmitted through the filter 60y is photoelectrically converted by the two photoelectric conversion elements PDir and PDb. Note that FIG. 41 illustrates a case where a dummy photoelectric conversion element PDdm is provided on the sensor pixel 11 provided with the filter 60b. The dummy photoelectric conversion element PDdm is not connected to the pixel circuit 12.
  • FIG. 42 shows an example of the schematic configuration of the imaging system 2 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the image pickup system 2 includes a solid-state image pickup device 1 according to the above embodiment and a modification thereof.
  • the image pickup system 2 includes, for example, an optical system 210, a shutter device 220, a solid-state image pickup device 1, a signal processing circuit 230, and a display unit 240.
  • the optical system 210 forms an image of image light (incident light) from the subject on the image pickup surface (pixel array unit 10) of the solid-state image pickup device 1.
  • the shutter device 220 is arranged between the optical system 210 and the solid-state image pickup device 1, and controls the light irradiation period and the light-shielding period of the solid-state image pickup device 1.
  • the solid-state image sensor 1 receives an image light (incident light) incident from the optical system 210, and obtains a pixel signal (obtained from a plurality of sensor pixels 11 according to the image light) according to the received image light (incident light).
  • the pixel signal) is output to the signal processing circuit 230.
  • the signal processing circuit 230 processes the pixel signal input from the solid-state image sensor 1 to generate video data.
  • the signal processing circuit 230 further generates a video signal corresponding to the generated video data and outputs it to the display unit 240.
  • the display unit 240 displays an image based on the image signal input from the signal processing circuit 230.
  • the solid-state image pickup device 1 according to the above embodiment and its modified example is provided in the image pickup system 2.
  • the image pickup system 2 As a result, it is possible to realize a system using an image having high sensitivity and small distortion of oblique incident characteristics.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on a moving body of any kind such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. You may.
  • FIG. 43 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via the communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside information detection unit 12030, an in-vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (interface) 12053 are shown as a functional configuration of the integrated control unit 12050.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 has a driving force generator for generating the driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism for adjusting and a braking device for generating braking force of the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, turn signals or fog lamps.
  • the body system control unit 12020 may be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for the key or signals of various switches.
  • the body system control unit 12020 receives inputs of these radio waves or signals and controls a vehicle door lock device, a power window device, a lamp, and the like.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
  • the image pickup unit 12031 is connected to the vehicle outside information detection unit 12030.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 causes the image pickup unit 12031 to capture an image of the outside of the vehicle and receives the captured image.
  • the out-of-vehicle information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as a person, a vehicle, an obstacle, a sign, or a character on the road surface based on the received image.
  • the image pickup unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of the light received.
  • the image pickup unit 12031 can output an electric signal as an image or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the image pickup unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects the in-vehicle information.
  • a driver state detection unit 12041 that detects the driver's state is connected to the in-vehicle information detection unit 12040.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver has fallen asleep.
  • the microcomputer 12051 calculates the control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit.
  • a control command can be output to 12010.
  • the microcomputer 12051 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including vehicle collision avoidance or impact mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, and the like. It is possible to perform cooperative control for the purpose of.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generating device, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040. It is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving that runs autonomously without depending on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the outside information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of anti-glare such as switching the high beam to the low beam. It can be carried out.
  • the audio image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of audio and image to an output device capable of visually or audibly notifying information to the passenger or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an onboard display and a head-up display.
  • FIG. 44 is a diagram showing an example of the installation position of the image pickup unit 12031.
  • the vehicle 12100 has an imaging unit 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 as an imaging unit 12031.
  • the image pickup units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 are provided, for example, at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumpers, back doors, and the upper part of the windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100.
  • the image pickup unit 12101 provided in the front nose and the image pickup section 12105 provided in the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
  • the image pickup units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire images of the side of the vehicle 12100.
  • the image pickup unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 12100.
  • the images in front acquired by the image pickup units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 44 shows an example of the shooting range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging range of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 indicates the imaging range.
  • the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the image pickup units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 can be obtained.
  • At least one of the image pickup units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of image pickup elements, or may be an image pickup element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 has a distance to each three-dimensional object in the image pickup range 12111 to 12114 based on the distance information obtained from the image pickup unit 12101 to 12104, and a temporal change of this distance (relative speed with respect to the vehicle 12100). By obtaining can. Further, the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and can perform automatic brake control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. In this way, it is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving or the like in which the vehicle travels autonomously without depending on the operation of the driver.
  • automatic brake control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to a three-dimensional object into two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, electric poles, and other three-dimensional objects based on the distance information obtained from the image pickup units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be provided.
  • At least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the captured image of the imaging unit 12101 to 12104.
  • pedestrian recognition is, for example, a procedure for extracting feature points in an image captured by an image pickup unit 12101 to 12104 as an infrared camera, and pattern matching processing is performed on a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian. It is done by the procedure to determine.
  • the audio image output unit 12052 determines the square contour line for emphasizing the recognized pedestrian.
  • the display unit 12062 is controlled so as to superimpose and display. Further, the audio image output unit 12052 may control the display unit 12062 so as to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the above is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the technique according to the present disclosure can be applied to the image pickup unit 12031 among the configurations described above.
  • the solid-state image sensor 1 according to the first embodiment and its modifications can be applied to the image pickup unit 12031.
  • the technique according to the present disclosure it is possible to obtain an image having high sensitivity and small distortion of oblique incident characteristics, so that highly accurate control can be performed.
  • FIG. 45 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technique according to the present disclosure (the present technique) can be applied.
  • FIG. 45 illustrates how the surgeon (doctor) 11131 is performing surgery on patient 11132 on patient bed 11133 using the endoscopic surgery system 11000.
  • the endoscopic surgery system 11000 includes an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as an abdominal tube 11111 and an energy treatment tool 11112, and a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100.
  • a cart 11200 equipped with various devices for endoscopic surgery.
  • the endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101 in which a region having a predetermined length from the tip is inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101.
  • the endoscope 11100 configured as a so-called rigid mirror having a rigid barrel 11101 is illustrated, but the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible mirror having a flexible barrel. good.
  • An opening in which an objective lens is fitted is provided at the tip of the lens barrel 11101.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and the light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the lens barrel by a light guide extending inside the lens barrel 11101, and is an objective. It is irradiated toward the observation target in the body cavity of the patient 11132 through the lens.
  • the endoscope 11100 may be a direct endoscope, a perspective mirror, or a side endoscope.
  • An optical system and an image pickup element are provided inside the camera head 11102, and the reflected light (observation light) from the observation target is focused on the image pickup element by the optical system.
  • the observation light is photoelectrically converted by the image pickup device, and an electric signal corresponding to the observation light, that is, an image signal corresponding to the observation image is generated.
  • the image signal is transmitted as RAW data to the camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 11201.
  • the CCU11201 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and the like, and comprehensively controls the operations of the endoscope 11100 and the display device 11202. Further, the CCU11201 receives an image signal from the camera head 11102, and performs various image processing on the image signal for displaying an image based on the image signal, such as development processing (demosaic processing).
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the display device 11202 displays an image based on the image signal processed by the CCU 11201 under the control of the CCU 11201.
  • the light source device 11203 is composed of, for example, a light source such as an LED (Light Emitting Diode), and supplies irradiation light for photographing an operating part or the like to the endoscope 11100.
  • a light source such as an LED (Light Emitting Diode)
  • LED Light Emitting Diode
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • the user can input various information and input instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
  • the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) by the endoscope 11100.
  • the treatment tool control device 11205 controls the drive of the energy treatment tool 11112 for cauterizing, incising, sealing a blood vessel, or the like.
  • the pneumoperitoneum device 11206 uses a gas in the pneumoperitoneum tube 11111 to inflate the body cavity of the patient 11132 for the purpose of securing the field of view by the endoscope 11100 and securing the work space of the operator. Is sent.
  • the recorder 11207 is a device capable of recording various information related to surgery.
  • the printer 11208 is a device capable of printing various information related to surgery in various formats such as text, images, and graphs.
  • the light source device 11203 that supplies the irradiation light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site can be composed of, for example, an LED, a laser light source, or a white light source composed of a combination thereof.
  • a white light source is configured by a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high accuracy. Therefore, the light source device 11203 adjusts the white balance of the captured image. It can be carried out.
  • the laser light from each of the RGB laser light sources is irradiated to the observation target in a time-division manner, and the drive of the image sensor of the camera head 11102 is controlled in synchronization with the irradiation timing to correspond to each of RGB. It is also possible to capture the image in a time-division manner. According to this method, a color image can be obtained without providing a color filter in the image pickup device.
  • the drive of the light source device 11203 may be controlled so as to change the intensity of the output light at predetermined time intervals.
  • the drive of the image sensor of the camera head 11102 in synchronization with the timing of the change of the light intensity to acquire an image in time division and synthesizing the image, so-called high dynamic without blackout and overexposure. Range images can be generated.
  • the light source device 11203 may be configured to be able to supply light in a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, by utilizing the wavelength dependence of light absorption in body tissue, the surface layer of the mucous membrane is irradiated with light in a narrower band than the irradiation light (that is, white light) during normal observation.
  • a so-called narrow band light observation is performed in which a predetermined tissue such as a blood vessel is photographed with high contrast.
  • fluorescence observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating with excitation light.
  • the body tissue is irradiated with excitation light to observe the fluorescence from the body tissue (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and the body tissue is injected. It is possible to obtain a fluorescence image by irradiating the excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent.
  • the light source device 11203 may be configured to be capable of supplying narrowband light and / or excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 46 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU11201 shown in FIG. 45.
  • the camera head 11102 includes a lens unit 11401, an image pickup unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • CCU11201 has a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and CCU11201 are communicably connected to each other by a transmission cable 11400.
  • the lens unit 11401 is an optical system provided at a connection portion with the lens barrel 11101.
  • the observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and incident on the lens unit 11401.
  • the lens unit 11401 is configured by combining a plurality of lenses including a zoom lens and a focus lens.
  • the image pickup unit 11402 is composed of an image pickup element.
  • the image pickup element constituting the image pickup unit 11402 may be one (so-called single plate type) or a plurality (so-called multi-plate type).
  • each image pickup element may generate an image signal corresponding to each of RGB, and a color image may be obtained by synthesizing them.
  • the image pickup unit 11402 may be configured to have a pair of image pickup elements for acquiring image signals for the right eye and the left eye corresponding to 3D (Dimensional) display, respectively.
  • the 3D display enables the operator 11131 to more accurately grasp the depth of the living tissue in the surgical site.
  • a plurality of lens units 11401 may be provided corresponding to each image pickup element.
  • the image pickup unit 11402 does not necessarily have to be provided on the camera head 11102.
  • the image pickup unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101 immediately after the objective lens.
  • the drive unit 11403 is composed of an actuator, and the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 are moved by a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. As a result, the magnification and focus of the image captured by the image pickup unit 11402 can be adjusted as appropriate.
  • the communication unit 11404 is configured by a communication device for transmitting and receiving various information to and from the CCU11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the image pickup unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 receives a control signal for controlling the drive of the camera head 11102 from the CCU 11201 and supplies the control signal to the camera head control unit 11405.
  • the control signal includes, for example, information to specify the frame rate of the captured image, information to specify the exposure value at the time of imaging, and / or information to specify the magnification and focus of the captured image. Contains information about the condition.
  • the image pickup conditions such as the frame rate, exposure value, magnification, and focus may be appropriately specified by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of CCU11201 based on the acquired image signal. good.
  • the endoscope 11100 is equipped with a so-called AE (Auto Exposure) function, an AF (Auto Focus) function, and an AWB (Auto White Balance) function.
  • the camera head control unit 11405 controls the drive of the camera head 11102 based on the control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is configured by a communication device for transmitting and receiving various information to and from the camera head 11102.
  • the communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11411 transmits a control signal for controlling the drive of the camera head 11102 to the camera head 11102.
  • Image signals and control signals can be transmitted by telecommunications, optical communication, or the like.
  • the image processing unit 11412 performs various image processing on the image signal which is the RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various controls related to the imaging of the surgical site and the like by the endoscope 11100 and the display of the captured image obtained by the imaging of the surgical site and the like. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the drive of the camera head 11102.
  • control unit 11413 causes the display device 11202 to display an image captured by the surgical unit or the like based on the image signal processed by the image processing unit 11412.
  • the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image by using various image recognition techniques.
  • the control unit 11413 detects a surgical tool such as forceps, a specific biological part, bleeding, mist when using the energy treatment tool 11112, etc. by detecting the shape, color, etc. of the edge of the object included in the captured image. Can be recognized.
  • the control unit 11413 may superimpose and display various surgical support information on the image of the surgical unit by using the recognition result. By superimposing and displaying the surgical support information and presenting it to the surgeon 11131, the burden on the surgeon 11131 can be reduced and the surgeon 11131 can surely proceed with the surgery.
  • the transmission cable 11400 connecting the camera head 11102 and CCU11201 is an electric signal cable corresponding to electric signal communication, an optical fiber corresponding to optical communication, or a composite cable thereof.
  • the communication is performed by wire using the transmission cable 11400, but the communication between the camera head 11102 and the CCU11201 may be performed wirelessly.
  • the above is an example of an endoscopic surgery system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the technique according to the present disclosure can be suitably applied to the image pickup unit 11402 provided in the camera head 11102 of the endoscope 11100 among the configurations described above.
  • the solid-state image sensor 1 according to the first embodiment and its modifications can be applied to the image pickup unit 11402.
  • the technique according to the present disclosure it is possible to obtain an image having high sensitivity and small distortion of oblique incident characteristics, so that it is possible to provide an endoscope 11100 with high image quality.
  • the present disclosure may have the following structure.
  • Light receiving surface and A plurality of pixels arranged in a matrix at positions facing the light receiving surface are provided, and each of the pixels has a different depth from the light receiving surface, and a plurality of pixels incident on the light receiving surface are photoelectrically converted.
  • Photoelectric conversion unit and A plurality of charge holding units provided for each photoelectric conversion unit and holding charges transferred from the corresponding photoelectric conversion units, and a plurality of charge holding units.
  • Each of the photoelectric conversion units is provided with one or a plurality of vertical gate electrodes that reach at least the corresponding photoelectric conversion unit, and transfers charges from the corresponding photoelectric conversion unit to the corresponding charge holding unit.
  • a solid-state image sensor in which the plurality of transfer transistors are arranged along the boundaries of two or four pixels adjacent to each other. (2) Each of the pixels is provided with three or four of the transfer transistors. The three or four transfer transistors are provided at the boundaries of the four pixels adjacent to each other.
  • the solid-state image sensor has an element separation unit provided at the boundary between two pixels adjacent to each other and an element separation unit.
  • the solid-state image pickup apparatus according to (1) which is provided between the transfer transistor and the element separation unit and further includes a conductive type semiconductor layer different from the conductive type of the photoelectric conversion unit.
  • the solid-state image sensor according to (4) wherein the charge holding units having a number equal to the number of the sensor pixels shared in each transfer transistor are assigned to each transfer transistor and separated from each other by the semiconductor layer.
  • Each of the pixels is provided with four transfer transistors.
  • a solid-state image sensor that acquires images by imaging, A signal processing unit for processing the image obtained by the solid-state image sensor is provided.
  • the solid-state image sensor Light receiving surface and It has a plurality of pixels arranged in a matrix at positions facing the light receiving surface, and has a plurality of pixels.
  • Each of the pixels has a plurality of photoelectric conversion units having different depths from the light receiving surface and photoelectrically converting light incident through the light receiving surface.
  • a plurality of charge holding units provided for each photoelectric conversion unit and holding charges transferred from the corresponding photoelectric conversion units, and a plurality of charge holding units.
  • Each of the photoelectric conversion units is provided with one or a plurality of vertical gate electrodes that reach at least the corresponding photoelectric conversion unit, and transfers charges from the corresponding photoelectric conversion unit to the corresponding charge holding unit.
  • Has multiple transfer transistors and The plurality of transfer transistors are electronic devices arranged along the boundaries of two or four pixels adjacent to each other.
  • each pixel a plurality of transfer transistors are arranged along the boundary of two or four pixels adjacent to each other. Compared with the case where each transfer transistor is arranged near the center of each pixel, it is possible to reduce the ratio of light incident on each pixel to photoelectric conversion by each transfer transistor. This makes it possible to suppress a decrease in sensitivity.

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Abstract

固体撮像装置は、受光面と、受光面と対向する位置に行列状に配置された複数の画素とを備えている。各画素は、受光面からの深さが互いに異なり、受光面を介して入射した光を光電変換する複数の光電変換部と、光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、対応する光電変換部から転送された電荷を保持する複数の電荷保持部とを有している。各画素は、さらに、光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、少なくとも、対応する光電変換部に達する垂直ゲート電極を有し、対応する光電変換部から、対応する電荷保持部に電荷を転送する複数の転送トランジスタを更に有している。各画素において、複数の転送トランジスタは、互いに隣接する２つもしくは４つの画素の境界に沿って配置されている。

Description

固体撮像装置および電子機器
　本開示は、固体撮像装置および電子機器に関する。
　固体撮像装置であるＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサにおいて、偽色の発生を防止するために、１画素において、基板内の深さ方向に複数のフォトダイオードを形成することで、分光する方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００９－２９５９３７号公報
　ところで、上述の固体撮像装置では、各フォトダイオードで得られた電荷が縦型トランジスタを介してフローティングディフュージョンに転送される。しかし、各画素に入射した光のうち、縦型トランジスタ内で光電変換された電荷は、フォトダイオードに取り込まれ難いので、感度が低下する可能性がある。従って、感度の低下を抑制する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。
　本開示の一実施の形態に係る固体撮像装置は、受光面と、受光面と対向する位置に行列状に配置された複数の画素とを備えている。各画素は、受光面からの深さが互いに異なり、受光面を介して入射した光を光電変換する複数の光電変換部と、光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、対応する光電変換部から転送された電荷を保持する複数の電荷保持部とを有している。各画素は、さらに、光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、少なくとも、対応する光電変換部に達する垂直ゲート電極を有し、対応する光電変換部から、対応する電荷保持部に電荷を転送する複数の転送トランジスタを更に有している。各画素において、複数の転送トランジスタは、互いに隣接する２つもしくは４つの記画素の境界に沿って配置されている。
　本開示の一実施の形態に係る電子機器は、入射光に応じた画素信号を出力する固体撮像装置と、画素信号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。
　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、各画素において、複数の転送トランジスタが、互いに隣接する２つもしくは４つの前記画素の境界に沿って配置されている。これにより、各転送トランジスタを各画素の中央付近に配置した場合と比べて、各画素に入射した光のうち、各転送トランジスタで光電変換される割合を低減することができる。
本開示の第１の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のセンサ画素の回路構成の一例を表す図である。 図１の画素アレイ部の平面構成の一例を表す図である。 図３の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図３の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図３の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図３の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図３の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図３の画素アレイ部のＡ－Ａ線での垂直断面構成の一例を表す図である。 図３の画素アレイ部のＢ－Ｂ線での垂直断面構成の一例を表す図である。 図１のセンサ画素の回路構成の一変形例を表す図である。 図１１の画素アレイ部の平面構成の一例を表す図である。 図１１の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図１１の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図１１の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図１１の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図１１の画素アレイ部のＡ－Ａ線での垂直断面構成の一例を表す図である。 図１１の画素アレイ部のＢ－Ｂ線での垂直断面構成の一例を表す図である。 図１のセンサ画素の回路構成の一変形例を表す図である。 図１９の画素アレイ部の平面構成の一例を表す図である。 図２０の画素アレイ部のＡ－Ａ線での垂直断面構成の一例を表す図である。 図２０の画素アレイ部のＢ－Ｂ線での垂直断面構成の一例を表す図である。 図１のセンサ画素の回路構成の一変形例を表す図である。 図２３のセンサ画素を備えた画素アレイ部の垂直断面構成の一例を表す図である。 図２３のセンサ画素を備えた画素アレイ部の垂直断面構成の一例を表す図である。 図１の画素アレイ部の平面構成の一変形例を表す図である。 図２６の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図２６の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図２６の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図２６の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図２６の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図２６の画素アレイ部のＢ－Ｂ線での垂直断面構成の一例を表す図である。 図１の画素アレイ部の平面構成の一変形例を表す図である。 図３３の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図３３の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図３３の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図３３の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図３３の画素アレイ部の水平断面構成の一例を表す図である。 図３３の画素アレイ部のＡ－Ａ線での垂直断面構成の一例を表す図である。 図３３の画素アレイ部のＢ－Ｂ線での垂直断面構成の一例を表す図である。 図３の画素アレイ部のＡ－Ａ線での垂直断面構成の一変形例を表す図である。 本開示の第２の実施の形態に係る撮像システムの概略構成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。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
　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．第１の実施の形態（固体撮像装置）…図１～図１０
　　互いに隣接する４画素の境界に転送トランジスタを設けた例
２．第１の実施の形態の変形例（固体撮像装置）
　　変形例Ａ：１画素中に２つのアンプを設けた例…図１１～図１８
　　変形例Ｂ：１つの光電変換素子に２つの転送トランジスタを設けた例
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…図１９～図２２
　　変形例Ｃ：１画素中に同一発光色の２つの光電変換素子を設けた例
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…図２３～図２５
　　変形例Ｄ：１画素中の四隅に転送トランジスタを設けた例
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…図２６～図３２
　　変形例Ｅ：互いに隣接する２画素の境界に転送トランジスタを設けた例
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…図３３～図４０
　　変形例Ｆ：カラーフィルタを設けた例…図４１
３．第２の実施の形態（撮像システム）…図４２
４．応用例
　　　移動体への応用例…図４３、図４４
　　　内視鏡手術システムへの応用例…図４５、図４６
＜１．第１の実施の形態＞
[構成]
　図１は、本開示の第１の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、複数のセンサ画素１１が設けられた画素アレイ部１０を備える。画素アレイ部１０において、複数のセンサ画素１１は、後述の受光面３０Ａと対向する位置に２次元（行列状に）配置される。固体撮像装置１は、さらに、画素信号を処理する周辺回路２０を備える。周辺回路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を有する。周辺回路２０は、各センサ画素１１から得られた画素信号に基づいて出力電圧を生成し、外部に出力する。
　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す。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する。カラム信号処理部は、例えば、シングルスロープＡ／Ｄ変換器を含む。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を順次、外部に出力する。システム制御回路２４は、例えば、周辺回路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。
　図２は、センサ画素１１の回路構成の一例を表す。センサ画素１１は、例えば、図２に示したように、互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂを有する。なお、以下では、光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂの総称として、光電変換素子ＰＤを用いるものとする。光電変換素子ＰＤは、本開示の「光電変換部」の一具体例に相当する。光電変換素子ＰＤは、光電変換を行って受光量に応じた電荷を発生する素子であり、例えば、フォトダイオードである。センサ画素１１は、例えば、光電変換素子ＰＤｉｒを含む画素１１ｉｒと、光電変換素子ＰＤｒを含む画素１１ｒと、光電変換素子ＰＤｇを含む画素１１ｇと、光電変換素子ＰＤｂを含む画素１１ｂとを有する。センサ画素１１は、さらに、例えば、画素回路１２と、各画素１１ｉｒ，１１ｒ，１１ｇ，１１ｂと画素回路１２とを接続する配線Ｌｆｄ１，Ｌｆｄ２とを有する。配線Ｌｆｄ１は、各画素１１ｉｒ，１１ｒ，１１ｇ，１１ｂのフローティングディフュージョンＦＤｉｒ，ＦＤｒ，ＦＤｇ，ＦＤｂに接続されるとともに、画素回路１２の入力端（増幅トランジスタＡＭＰのゲート）に接続される。配線Ｌｆｄ２は、各画素１１ｉｒ，１１ｒ，１１ｇ，１１ｂの切替トランジスタＳＷｉｒ，ＳＷｒ，ＳＷｇ，ＳＷｂのドレインに接続されるとともに、画素回路１２内のリセットトランジスタＲＳＴのソース（電源線ＶＤＤに未接続の端子）に接続される。画素回路１２は、配線Ｌｆｄ１を介して、各画素１１ｉｒ，１１ｒ，１１ｇ，１１ｂから出力された電荷に基づく画素信号を出力する。なお、以下では、フローティングディフュージョンＦＤｉｒ，ＦＤｒ，ＦＤｇ，ＦＤｂの総称として、フローティングディフュージョンＦＤを用いるものとする。フローティングディフュージョンＦＤは、本開示の「電荷保持部」の一具体例に相当する。また、以下では、切替トランジスタＳＷｉｒ，ＳＷｒ，ＳＷｇ，ＳＷｂの総称として、切替トランジスタＳＷを用いるものとする。
　画素アレイ部１０は、複数のセンサ画素１１と、複数の駆動配線と、複数のデータ出力線ＶＳＬとを有する。駆動配線は、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、行方向に延在する。複数の駆動配線は、例えば、垂直駆動回路２１の出力端に接続される。データ出力線ＶＳＬは、各センサ画素１１から出力された画素信号を周辺回路２０に出力する配線であり、例えば、列方向に延在する。データ出力線ＶＳＬは、例えば、画素回路１２の出力端に接続される。
　画素１１ｉｒは、例えば、図２に示したように、光電変換素子ＰＤｉｒと、転送トランジスタＴＲＸｉｒと、切替トランジスタＳＷｉｒと、フローティングディフュージョンＦＤｉｒとを有する。つまり、画素１１ｉｒごとに、フローティングディフュージョンＦＤｉｒが設けられる。転送トランジスタＴＲＸｉｒは、光電変換素子ＰＤｉｒとフローティングディフュージョンＦＤｉｒとの間に設けられる。光電変換素子ＰＤｉｒのカソードが転送トランジスタＴＲＸｉｒのソースに接続され、光電変換素子ＰＤｉｒのアノードが基準電位線（例えばグラウンドＧＮＤ）に接続される。転送トランジスタＴＲＸｉｒのドレインがフローティングディフュージョンＦＤｉｒに接続され、転送トランジスタＴＲＸｉｒのゲートが駆動配線に接続される。切替トランジスタＳＷｉｒは、画素回路１２のリセットトランジスタＲＳＴのソースと、フローティングディフュージョンＦＤｉｒとの間に設けられる。切替トランジスタＳＷｉｒのゲートには、駆動配線が接続される。
　フローティングディフュージョンＦＤｉｒは、光電変換素子ＰＤｉｒから転送された電荷を一時的に保持する不純物拡散領域である。転送トランジスタＴＲＸｉｒは、転送トランジスタＴＲＸｉｒがオン状態となると、光電変換素子ＰＤｉｒの電荷をフローティングディフュージョンＦＤｉｒに転送する。
　切替トランジスタＳＷｉｒは、変換効率を切り替える際に用いられる。一般に、暗い場所での撮影時には画素信号が小さい。Ｑ＝ＣＶに基づき、電荷電圧変換を行う際に、フローティングディフュージョンＦＤｉｒの容量（ＦＤ容量Ｃ）が大きければ、後述の増幅トランジスタＡＭＰで電圧に変換した際のＶが小さくなってしまう。一方、明るい場所では、画素信号が大きくなるので、ＦＤ容量Ｃが大きくなければ、フローティングディフュージョンＦＤｉｒで、光電変換素子ＰＤｉｒの電荷を受けきれない。さらに、増幅トランジスタＡＭＰで電圧に変換した際のＶが大きくなりすぎないように（言い換えると、小さくなるように）、ＦＤ容量Ｃが大きくなっている必要がある。これらを踏まえると、切替トランジスタＳＷｉｒをオンにしたときには、切替トランジスタＳＷｉｒ分のゲート容量が増えるので、画素１１ｉｒ全体のＦＤ容量Ｃが大きくなる。一方、切替トランジスタＳＷｉｒをオフにしたときには、画素１１ｉｒ全体のＦＤ容量Ｃが小さくなる。このように、切替トランジスタＳＷｉｒをオンオフ切り替えることで、画素１１ｉｒ全体のＦＤ容量Ｃを可変にし、変換効率を切り替えることができる。
　画素１１ｒは、例えば、図２に示したように、光電変換素子ＰＤｒと、転送トランジスタＴＲＸｒと、切替トランジスタＳＷｒと、フローティングディフュージョンＦＤｒとを有する。つまり、画素１１ｒごとに、フローティングディフュージョンＦＤｒが設けられる。転送トランジスタＴＲＸｒは、光電変換素子ＰＤｒとフローティングディフュージョンＦＤｒとの間に設けられる。光電変換素子ＰＤｒのカソードが転送トランジスタＴＲＸｒのソースに接続され、光電変換素子ＰＤｒのアノードが基準電位線（例えばグラウンドＧＮＤ）に接続される。転送トランジスタＴＲＸｒのドレインがフローティングディフュージョンＦＤｒに接続され、転送トランジスタＴＲＸｒのゲートが駆動配線に接続される。切替トランジスタＳＷｒは、画素回路１２のリセットトランジスタＲＳＴのソースと、フローティングディフュージョンＦＤｒとの間に設けられる。切替トランジスタＳＷｒのゲートには、駆動配線が接続される。
　フローティングディフュージョンＦＤｒは、光電変換素子ＰＤｒから転送された電荷を一時的に保持する不純物拡散領域である。転送トランジスタＴＲＸｒは、転送トランジスタＴＲＸｒがオン状態となると、光電変換素子ＰＤｒの電荷をフローティングディフュージョンＦＤｒに転送する。切替トランジスタＳＷｒは、変換効率を切り替える際に用いられる。切替トランジスタＳＷｒがオン状態となると、切替トランジスタＳＷｒ分のゲート容量が増え、画素１１ｒ全体のＦＤ容量が大きくなる。一方、切替トランジスタＳＷｒがオフ状態となると、画素１１ｒ全体のＦＤ容量が小さくなる。
　画素１１ｇは、例えば、図２に示したように、光電変換素子ＰＤｇと、転送トランジスタＴＲＸｇと、切替トランジスタＳＷｇと、フローティングディフュージョンＦＤｇとを有する。つまり、画素１１ｇごとに、フローティングディフュージョンＦＤｇが設けられる。転送トランジスタＴＲＸｇは、光電変換素子ＰＤｇとフローティングディフュージョンＦＤｇとの間に設けられる。光電変換素子ＰＤｇのカソードが転送トランジスタＴＲＸｇのソースに接続され、光電変換素子ＰＤｇのアノードが基準電位線（例えばグラウンドＧＮＤ）に接続される。転送トランジスタＴＲＸｇのドレインがフローティングディフュージョンＦＤｇに接続され、転送トランジスタＴＲＸｇのゲートが駆動配線に接続される。切替トランジスタＳＷｇは、画素回路１２のリセットトランジスタＲＳＴのソースと、フローティングディフュージョンＦＤｇとの間に設けられる。切替トランジスタＳＷｇのゲートには、駆動配線が接続される。
　フローティングディフュージョンＦＤｇは、光電変換素子ＰＤｇから転送された電荷を一時的に保持する不純物拡散領域である。転送トランジスタＴＲＸｇは、転送トランジスタＴＲＸｇがオン状態となると、光電変換素子ＰＤｇの電荷をフローティングディフュージョンＦＤｇに転送する。切替トランジスタＳＷｇは、変換効率を切り替える際に用いられる。切替トランジスタＳＷｇがオン状態となると、切替トランジスタＳＷｇ分のゲート容量が増え、画素１１ｇ全体のＦＤ容量が大きくなる。一方、切替トランジスタＳＷｇがオフ状態となると、画素１１ｇ全体のＦＤ容量が小さくなる。
　画素１１ｂは、例えば、図２に示したように、光電変換素子ＰＤｂと、転送トランジスタＴＲＸｂと、切替トランジスタＳＷｂと、フローティングディフュージョンＦＤｂとを有する。つまり、画素１１ｂごとに、フローティングディフュージョンＦＤｂが設けられる。転送トランジスタＴＲＸｂは、光電変換素子ＰＤｂとフローティングディフュージョンＦＤｂとの間に設けられる。光電変換素子ＰＤｂのカソードが転送トランジスタＴＲＸｂのソースに接続され、光電変換素子ＰＤｂのアノードが基準電位線（例えばグラウンドＧＮＤ）に接続される。転送トランジスタＴＲＸｂのドレインがフローティングディフュージョンＦＤｂに接続され、転送トランジスタＴＲＸｂのゲートが駆動配線に接続される。切替トランジスタＳＷｂは、画素回路１２のリセットトランジスタＲＳＴのソースと、フローティングディフュージョンＦＤｂとの間に設けられる。切替トランジスタＳＷｂのゲートには、駆動配線が接続される。
　フローティングディフュージョンＦＤｂは、光電変換素子ＰＤｂから転送された電荷を一時的に保持する不純物拡散領域である。転送トランジスタＴＲＸｂは、転送トランジスタＴＲＸｂがオン状態となると、光電変換素子ＰＤｂの電荷をフローティングディフュージョンＦＤｂに転送する。切替トランジスタＳＷｂは、変換効率を切り替える際に用いられる。切替トランジスタＳＷｂがオン状態となると、切替トランジスタＳＷｂ分のゲート容量が増え、画素１１ｂ全体のＦＤ容量が大きくなる。一方、切替トランジスタＳＷｂがオフ状態となると、画素１１ｂ全体のＦＤ容量が小さくなる。
　画素回路１２は、例えば、図２に示したように、リセットトランジスタＲＳＴと、容量Ｃａと、選択トランジスタＳＥＬと、増幅トランジスタＡＭＰとを有する。リセットトランジスタＲＳＴのソースが、容量Ｃａに接続されるとともに、配線Ｌｆｄ２を介して切替トランジスタＳＷｉｒ，ＳＷｒ，ＳＷｇ，ＳＷｂに接続される。容量Ｃａは、リセットトランジスタＲＳＴのソースと基準電位線（例えばグラウンドＧＮＤ）との間に設けられる。つまり、リセットトランジスタＲＳＴがオフのとき、切替トランジスタＳＷｉｒ，ＳＷｒ，ＳＷｇ，ＳＷｂの、リセットトランジスタＲＳＴ側の端子は、フローティングとなっている。リセットトランジスタＲＳＴのドレインが電源線ＶＤＤおよび増幅トランジスタＡＭＰのドレインに接続される。リセットトランジスタＲＳＴのゲートは駆動配線を介して垂直駆動回路２１に接続される。増幅トランジスタＡＭＰのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続され、増幅トランジスタＡＭＰのゲートが配線Ｌｆｄ１を介してフローティングディフュージョンＦＤｉｒ，ＦＤｒ，ＦＤｇ，ＦＤに接続される。選択トランジスタＳＥＬのソースがデータ出力線ＶＳＬを介してカラム信号処理回路２２に接続され、選択トランジスタＳＥＬのゲートが駆動配線を介して垂直駆動回路２１に接続される。
　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の電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴおよび切替トランジスタＳＷがオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤの電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬは、画素回路１２からの画素信号の出力タイミングを制御する。増幅トランジスタＡＭＰは、画素信号として、フローティングディフュージョンＦＤに保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰは、ソースフォロア型のアンプを構成しており、光電変換素子ＰＤで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力する。増幅トランジスタＡＭＰは、選択トランジスタＳＥＬがオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤの電位を増幅して、その電位に応じた電圧を、データ出力線ＶＳＬを介してカラム信号処理回路２２に出力する。
　転送トランジスタＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＲＴＸｇ，ＴＲＸｂ、切替トランジスタＳＷｉｒ，ＳＷｒ，ＳＷｇ，ＳＷｂ、リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬは、例えば、ＮＭＯＳトランジスタである。なお、以下では、転送トランジスタＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＲＴＸｇ，ＴＲＸｂの総称として、転送トランジスタＴＲＸを用いるものとする。
　次に、画素アレイ部１０の平面構成および断面構成について説明する。図３は、画素アレイ部１０の平面構成の一例を表す。図４、図５、図６、図７および図８は、画素アレイ部１０の水平断面構成の一例を表す。図９、図１０は、画素アレイ部１０の垂直断面構成の一例を表す。図３には、画素アレイ部１０を後述の配線層４０側から見たときの、後述の配線Ｌｆｄ１，Ｌｆｄ２を除く各構成要素の平面レイアウトの一例が表される。図４には、図９のＡ－Ａ線での断面構成の一例が表される。図５には、図９のＢ－Ｂ線での断面構成の一例が表される。図６には、図９のＣ－Ｃ線での断面構成の一例が表される。図７には、図９のＤ－Ｄ線での断面構成の一例が表される。図８には、図９のＥ－Ｅ線での断面構成の一例が表される。図９には、図３のＡ－Ａ線での断面構成の一例が表される。図１０には、図３のＢ－Ｂ線での断面構成の一例が表される。
　センサ画素１１は、例えば、互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂが積層された積層型光電変換素子を有する。つまり、固体撮像装置１は、上記積層型光電変換素子をセンサ画素１１ごとに備える。センサ画素１１は、さらに、例えば、上記積層型光電変換素子と対向する箇所にオンチップレンズ５０を有する。つまり、固体撮像装置１は、オンチップレンズ５０をセンサ画素１１ごとに備える。
　複数の光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂは、後述の半導体層３１内に形成される。半導体層３１は、例えば、ｐ型のシリコン（Ｓｉ）層で構成される。各光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂは、例えば、ｎ型のシリコン層で構成される。光電変換素子ＰＤを形成するｎ型のシリコン層と、半導体層３１を形成するｐ型のシリコン層との間で電界が形成されることにより、各光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂの電荷が保持される。
　光電変換素子ＰＤｉｒは、半導体層３１の受光面３０Ａ（後述）から離れた位置（深さ）に形成される。光電変換素子ＰＤｉｒは、波長８５０ｎｍの近赤外光～波長２μｍ程度の赤外光に感度を持った材料によって構成される。光電変換素子ＰＤｒは、半導体層３１の、受光面３０Ａから離れた位置（深さ）であって、かつ光電変換素子ＰＤｉｒと比べて受光面３０Ａ寄りの位置に形成される。光電変換素子ＰＤｒは、赤色の光（６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）に感度を持った材料によって構成される。光電変換素子ＰＤｇは、半導体層３１の、受光面３０Ａから離れた位置（深さ）であって、かつ光電変換素子ＰＤｒと比べて受光面３０Ａ寄りの位置に形成される。光電変換素子ＰＤｒは、緑色の光（４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）に感度を持った材料によって構成される。光電変換素子ＰＤｂは、半導体層３１における、受光面３０Ａと光電変換素子ＰＤｇとの間の位置に形成される。光電変換素子ＰＤｂは、青色の光（４２５ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）に感度を持った材料によって構成される。
　画素アレイ部１０は、例えば、図９、図１０に示したように、互いに積層された受光基板３０および配線層４０を有する。受光基板３０の、配線層４０とは反対側の面には、複数のオンチップレンズ５０が貼り合わされる。受光基板３０は、例えば、半導体層３１と、半導体層３１の、オンチップレンズ５０側に設けられた固定電荷膜３５および反射防止膜３６とを有する。半導体層３１には、オンチップレンズ５０側の面（受光面３０Ａ）からの深さが互いに異なり、受光面３０Ａを介して入射した光を光電変換する複数の光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂが形成される。
　固定電荷膜３５は、半導体層３１の受光面３０Ａの界面準位に起因する暗電流の発生を抑制するため、負の固定電荷を有する。固定電荷膜３５は、例えば、負の固定電荷を有する絶縁膜によって形成される。そのような絶縁膜の材料としては、例えば、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタンまたは酸化タンタルが挙げられる。固定電荷膜３５が誘起する電界により、受光面３０Ａにホール蓄積層が形成される。このホール蓄積層によって、受光面３０Ａからの電子の発生が抑制される。反射防止膜３６は、例えば、固定電荷膜３５に接して形成される。反射防止膜３６は、光電変換素子ＰＤへ入射する光の反射を抑え、効率的に光電変換素子ＰＤに光を到達させる。反射防止膜３６は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタルおよび酸化チタンの少なくとも一つを含んで構成される。
　半導体層３１の、配線層４０側の面には、センサ画素１１ごとに、画素１１ｉｒ，１１ｒ，１１ｇ，１１ｂのうち、光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂを除いたものと、画素回路１２（リセットトランジスタＲＳＴ、選択トランジスタＳＥＬおよび増幅トランジスタＡＭＰ）とが形成される。
　半導体層３１の、配線層４０側の面には、例えば、各種トランジスタ（転送トランジスタＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＲＴＸｇ，ＴＲＸｂ、切替トランジスタＳＷｉｒ，ＳＷｒ，ＳＷｇ，ＳＷｂ、リセットトランジスタＲＳＴ、選択トランジスタＳＥＬおよび増幅トランジスタＡＭＰ）のゲート酸化膜として用いられる絶縁膜３２を有する。絶縁膜３２は、例えば、シリコン層の表面に対して熱酸化などを施すことにより形成されたシリコン酸化膜である。
　配線層４０には、各種トランジスタ（転送トランジスタＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＲＴＸｇ，ＴＲＸｂ、切替トランジスタＳＷｉｒ，ＳＷｒ，ＳＷｇ，ＳＷｂ、リセットトランジスタＲＳＴ、選択トランジスタＳＥＬおよび増幅トランジスタＡＭＰ）のゲート電極や、配線Ｌｆｄ１，Ｌｆｄ２などが設けられる。各種トランジスタのゲート電極や、配線Ｌｆｄ１，Ｌｆｄ２などは、絶縁層４１内に設けられる。各種トランジスタのゲート電極は、ゲート酸化膜として用いられる絶縁膜３２に接して設けられる。配線Ｌｆｄ１は、絶縁膜３２に設けられた開口を介して、センサ画素１１に含まれる複数のフローティングディフュージョンＦＤｉｒ，ＦＤｒ，ＦＤｇ，ＦＤｂと、増幅トランジスタＡＭＰのゲートとに接する。配線Ｌｆｄ２は、絶縁膜３２に設けられた開口を介して、切替トランジスタＳＷのドレインと、リセットトランジスタＲＳＴのソースとに接する。
　転送トランジスタＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＲＴＸｇ，ＴＲＸｂは、ゲート電極として垂直ゲート電極ＶＧｉｒ，ＶＧｒ，ＶＧｇ，ＶＧｂを有する。垂直ゲート電極ＶＧｉｒ，ＶＧｒ，ＶＧｇ，ＶＧｂのうち、上端部（傘形状の部分）以外の箇所は、半導体層３１内に、半導体層３１の厚さ方向に延在して形成される。つまり、転送トランジスタＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＲＴＸｇ，ＴＲＸｂは、縦型トランジスタである。垂直ゲート電極ＶＧｉｒの下端部は、例えば、少なくとも、光電変換素子ＰＤｉｒに達する深さに形成される。垂直ゲート電極ＶＧｒの下端部は、例えば、少なくとも、光電変換素子ＰＤｒに達する深さに形成される。垂直ゲート電極ＶＧｇの下端部は、例えば、少なくとも、光電変換素子ＰＤｇに達する深さに形成される。垂直ゲート電極ＶＧｂの下端部は、例えば、少なくとも、光電変換素子ＰＤｂに達する深さに形成される。
　垂直ゲート電極ＶＧｉｒ，ＶＧｒ，ＶＧｇ，ＶＧｂは、例えば、半導体層３１に設けられた、内壁が絶縁膜３２で覆われたトレンチを、例えば、金属材料やポリシリコンなどの導電性材料で埋め込むことにより形成される。トレンチ内の絶縁膜３２は、例えば、シリコン層に設けられたトレンチの内壁に対して熱酸化などを施すことにより形成される。トレンチ内への導電性材料の埋め込みは、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）
等によりなされる。なお、図４～図８、図１０には、半導体層３１に貫通トレンチが設けられ、この貫通トレンチ内に、半導体層３１を貫通する深さにまで延在する垂直ゲート電極ＶＧｉｒ，ＶＧｒ，ＶＧｇ，ＶＧｂが設けられる例が示される。
　画素アレイ部１０は、さらに、例えば、図３～図９に示したように、各センサ画素１１を区画する素子分離部３３を有する。素子分離部３３は、半導体層３１の、少なくとも、受光面３０Ａとは反対側の表面寄りに形成される。素子分離部３３は、半導体層３１において、半導体層３１の厚さ方向に延在しており、例えば、図９に示したように、半導体層３１を貫通するように形成される。素子分離部３３は、半導体層３１の、少なくとも、受光面３０Ａとは反対側の表面寄りにおいて、互いに隣接する２つのセンサ画素１１同士を電気的に分離する。素子分離部３３は、例えば、図３～図９に示したように、平面視で互いに隣接する２つのセンサ画素１１の境界に設けられ、さらに、平面視で互いに隣接する４つのセンサ画素１１の境界を除く箇所に設けられる。素子分離部３３は、例えば、酸化シリコンによって構成される。素子分離部３３は、例えば、ポリシリコンおよび酸化シリコンの２層で構成されていてもよい。
　画素アレイ部１０は、さらに、例えば、図９に示したように、素子分離部３３の側面に接するウェル層３４を有する。ウェル層３４は、光電変換素子ＰＤとは異なる導電型（例えばｐ型）の半導体領域で構成される。画素アレイ部１０は、さらに、例えば、図３、図４、図９、図１０に示したように、各センサ画素１１において、半導体層３１の、受光面３０Ａとは反対側の表面およびその近傍に、各転送トランジスタＴＲＸ、各切替トランジスタＳＷ、および画素回路１２を互いに分離する分離部３８を有する。分離部３８は、素子分離部３３の上端部を含んで構成される。分離部３８は、例えば、酸化シリコンによって構成される。
　次に、転送トランジスタＴＲＸの配置について説明する。転送トランジスタＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＲＴＸｇ，ＴＲＸｂは、平面視で互いに隣接する２つもしくは４つのセンサ画素１１の境界に沿って配置される。この境界は、例えば、図３において符号「１１」で示された破線に対応する。転送トランジスタＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＲＴＸｇ，ＴＲＸｂは、例えば、図３～図８、図１０に示したように、平面視で互いに隣接する２つもしくは４つのセンサ画素１１の境界に並んで配置される。転送トランジスタＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＲＴＸｇ，ＴＲＸｂは、例えば、図３～図８、図１０に示したように、平面視で互いに隣接する４つのセンサ画素１１の境界に配置される。
　このとき、転送トランジスタＴＲＸｉｒの垂直ゲート電極ＶＧｉｒは、転送トランジスタＴＲＸｉｒが配置された箇所の境界を形成する４つのセンサ画素１１において共有される。また、転送トランジスタＴＲＸｒの垂直ゲート電極ＶＧｒは、転送トランジスタＴＲＸｒが配置された箇所の境界を形成する４つのセンサ画素１１において共有される。また、転送トランジスタＴＲＸｇの垂直ゲート電極ＶＧｇは、転送トランジスタＴＲＸｇが配置された箇所の境界を形成する４つのセンサ画素１１において共有される。また、転送トランジスタＴＲＸｂの垂直ゲート電極ＶＧｂは、転送トランジスタＴＲＸｂが配置された箇所の境界を形成する４つのセンサ画素１１において共有される。図１０には、垂直ゲート電極ＶＧｂが互いに隣接する２つのセンサ画素１１において共有されるとともに、垂直ゲート電極ＶＧｒが互いに隣接する２つのセンサ画素１１において共有される例が示される。
　各転送トランジスタＴＲＸｉｒには、共有されるセンサ画素１１の数に等しい数（４つ）のフローティングディフュージョンＦＤｉｒが設けられる。各転送トランジスタＴＲＸｉｒにおいて、４つのフローティングディフュージョンＦＤｉｒは、互いに隣接する４つのセンサ画素１１の各々に１つずつ割り当てられる。同様に、各転送トランジスタＴＲＸｒには、共有されるセンサ画素１１の数に等しい数（４つ）のフローティングディフュージョンＦＤｒが設けられる。各転送トランジスタＴＲＸｒにおいて、４つのフローティングディフュージョンＦＤｒは、互いに隣接する４つのセンサ画素１１の各々に１つずつ割り当てられる。
　また、各転送トランジスタＴＲＸｇには、共有されるセンサ画素１１の数に等しい数（４つ）のフローティングディフュージョンＦＤｒが設けられる。各転送トランジスタＴＲＸｇにおいて、４つのフローティングディフュージョンＦＤｇは、互いに隣接する４つのセンサ画素１１の各々に１つずつ割り当てられる。また、各転送トランジスタＴＲＸｂには、共有されるセンサ画素１１の数に等しい数（４つ）のフローティングディフュージョンＦＤｒが設けられる。各転送トランジスタＴＲＸｂにおいて、４つのフローティングディフュージョンＦＤｂは、互いに隣接する４つのセンサ画素１１の各々に１つずつ割り当てられる。
　各転送トランジスタＴＲＸにおいて、垂直ゲート電極ＶＧの水平断面形状は、例えば、図４～図８に示したように、境界に沿って十字型となっている。このとき、各転送トランジスタＴＲＸにおいて、４つのフローティングディフュージョンＦＤは、例えば、垂直ゲート電極ＶＧの十字型の４つの窪みに配置される。なお、垂直ゲート電極ＶＧの水平断面形状は十字型に限られるものではない。
　転送トランジスタＴＲＸｉｒの垂直ゲート電極ＶＧｉｒを共有する４つのセンサ画素１１において、各光電変換素子ＰＤｉｒは、例えば、図５に示したように、絶縁膜３７を介して垂直ゲート電極ＶＧｉｒに接しており、かつ、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）を介して他の光電変換素子ＰＤｉｒに接する。つまり、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が、互いに隣接する２つの光電変換素子ＰＤｉｒの間に形成されており、さらに、転送トランジスタＴＲＸｉｒの垂直ゲート電極ＶＧｉｒと、素子分離部３３との間に形成される。これにより、各光電変換素子ＰＤｉｒは、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）によって、隣接する他の光電変換素子ＰＤｉｒと電気的に分離される。
　また、転送トランジスタＴＲＸｒの垂直ゲート電極ＶＧｒを共有する４つのセンサ画素１１において、各光電変換素子ＰＤｒは、例えば、図６に示したように、絶縁膜３７を介して垂直ゲート電極ＶＧｒに接しており、かつ、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）を介して他の光電変換素子ＰＤｒに接する。つまり、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が、互いに隣接する２つの光電変換素子ＰＤｒの間に形成されており、さらに、転送トランジスタＴＲＸｒの垂直ゲート電極ＶＧｒと、素子分離部３３との間に形成される。これにより、各光電変換素子ＰＤｒは、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）によって、隣接する他の光電変換素子ＰＤｒと電気的に分離される。
　また、転送トランジスタＴＲＸｇの垂直ゲート電極ＶＧｇを共有する４つのセンサ画素１１において、４つの光電変換素子ＰＤｇは、例えば、図７に示したように、絶縁膜３７を介して垂直ゲート電極ＶＧｇに接しており、かつ、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）を介して他の光電変換素子ＰＤｇに接する。つまり、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が、互いに隣接する２つの光電変換素子ＰＤｇの間に形成されており、さらに、転送トランジスタＴＲＸｇの垂直ゲート電極ＶＧｇと、素子分離部３３との間に形成される。これにより、各光電変換素子ＰＤｇは、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）によって、隣接する他の光電変換素子ＰＤｇと電気的に分離される。
　また、転送トランジスタＴＲＸｂの垂直ゲート電極ＶＧｂを共有する４つのセンサ画素１１において、４つの光電変換素子ＰＤｂは、例えば、図８に示したように、絶縁膜３７を介して垂直ゲート電極ＶＧｂに接しており、かつ、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）を介して他の光電変換素子ＰＤｂに接する。つまり、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が、互いに隣接する２つの光電変換素子ＰＤｂの間に形成されており、さらに、転送トランジスタＴＲＸｂの垂直ゲート電極ＶＧｂと、素子分離部３３との間に形成される。これにより、各光電変換素子ＰＤｂは、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）によって、隣接する他の光電変換素子ＰＤｂと電気的に分離される。
[動作]
　次に、本実施の形態に係る固体撮像装置１の動作について説明する。
　転送トランジスタＴＲＸの垂直ゲート電極ＶＧを共有する４つのセンサ画素１１において、１つのセンサ画素１１（以下、「第１のセンサ画素１１」と称する。）の光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＲＸがオンすることにより、垂直ゲート電極ＶＧの、第１のセンサ画素１１側の側壁を通ってフローティングディフュージョンＦＤに転送される。同様に、転送トランジスタＴＲＸの垂直ゲート電極ＶＧを共有する４つのセンサ画素１１において、第１のセンサ画素１１とは異なる他のセンサ画素１１（以下、「第２のセンサ画素１１」と称する。）の光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＲＸがオンすることにより、垂直ゲート電極ＶＧの、第２のセンサ画素１１側の側壁を通ってフローティングディフュージョンＦＤに転送される。このようにして、転送トランジスタＴＲＸの垂直ゲート電極ＶＧを共有する各センサ画素１１において、光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
　フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷は、増幅トランジスタＡＭＰで増幅され、画素信号としてデータ出力線ＶＳＬに出力される。画素信号の信号レベルが、カラム信号処理回路２２によって検出され、それによって得られた検出値が画素データとして外部に出力される。
　ところで、各光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＲＸがオンしたときに、同時に、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。このとき、各光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤとは異なるフローティングディフュージョンＦＤに転送されることはない。これは、例えば、図５に示したように、転送トランジスタＴＲＸ（垂直ゲート電極ＶＧ）と素子分離部３３との間に、光電変換素子ＰＤの導電型（例えばｎ型）とは異なる導電型の半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が存在しており、転送トランジスタＴＲＸと素子分離部３３との間に存在する半導体層３１（ｐ型のシリコン層）と、垂直ゲート電極ＶＧとの間にポテンシャル障壁が形成されるためである。つまり、垂直ゲート電極ＶＧを共有する４つのフローティングディフュージョンＦＤは、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）によって互いに分離される。なお、転送トランジスタＴＲＸの水平断面形状が図５に示したような十字形状となっている場合には、十字形状の窪みに電界が集中して変調し易くなる。
[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。
　固体撮像装置において、偽色の発生を防止するために、１画素において、基板内の深さ方向に複数のフォトダイオードを形成することで、分光する方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
　ところで、上述の固体撮像装置では、各フォトダイオードで得られた電荷が縦型トランジスタを介してフローティングディフュージョンに転送される。しかし、各画素に入射した光のうち、縦型トランジスタ内で光電変換された電荷は、フォトダイオードに取り込まれ難いので、感度が低下する可能性がある。
　一方、本実施の形態では、各センサ画素１１に設けられた複数の縦型トランジスタ（複数の転送トランジスタＴＲＸ）は、互いに隣接する２つもしくは４つのセンサ画素１１の境界に沿って配置される。これにより、各転送トランジスタを各センサ画素１１の中央付近に配置した場合と比べて、各センサ画素１１に入射した光のうち、各転送トランジスタＴＲＸで光電変換される割合を減らすことができる。その結果、感度の低下を抑制することができる。また、本実施の形態では、複数の縦型トランジスタ（複数の転送トランジスタＴＲＸ）がセンサ画素１１の隅に配置されているので、光電変換素子ＰＤに入射する光が複数の縦型トランジスタ（複数の転送トランジスタＴＲＸ）によって遮られることを抑えることができる。その結果、斜入射特性のひずみを低減することができる。
　また、本実施の形態では、各センサ画素１１には４つの転送トランジスタＴＲＸが設けられており、４つの転送トランジスタＴＲＸは互いに隣接する４つのセンサ画素１１の境界に設けられる。これにより、各転送トランジスタを各センサ画素１１の中央付近に配置した場合と比べて、各センサ画素１１に入射した光のうち、各転送トランジスタＴＲＸで光電変換される割合を減らすことができる。その結果、感度の低下を抑制することができる。このとき、互いに隣接する２つのセンサ画素１１の境界には素子分離部３３が設けられており、転送トランジスタＴＲＸと素子分離部３３との間に、光電変換素子ＰＤの導電型（例えばｎ型）とは異なる導電型の半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が存在する。これにより、各光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷が、同時に、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送されるときに、対応するフローティングディフュージョンＦＤとは異なるフローティングディフュージョンＦＤに転送されることがない。その結果、電荷の転送漏れに起因する感度の低下を抑制することができる。
＜２．第１の実施の形態の変形例＞
　次に、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。
[変形例Ａ]
　上記実施の形態では、４つの画素１１ｉｒ，１１ｒ，１１ｂ，１１ｇに対して１つの画素回路１２およびデータ出力線ＶＳＬが設けられていた。しかし、例えば、図１１に示したように、画素１１ｉｒ、データ出力線ＶＳＬ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬが省略され、３つの画素１１ｒ，１１ｂ，１１ｇに対して２つの画素回路１２ａ，１２ｂが設けられるとともに、画素回路１２ａに対してデータ出力線ＶＳＬ１が、画素回路１２ｂに対してデータ出力線ＶＳＬ２がそれぞれ設けられてもよい。
　画素回路１２ａは、２つの画素１１ｒ，１１ｂに対して設けられており、例えば、増幅トランジスタＡＭＰ１および選択トランジスタＳＥＬ１を含んで構成されてもよい。さらに、画素回路１２ｂは、１つの画素１１ｇに対して設けられており、例えば、増幅トランジスタＡＭＰ２および選択トランジスタＳＥＬ２を含んで構成されてもよい。増幅トランジスタＡＭＰ１，ＡＭＰ２は、増幅トランジスタＡＭＰと同様の構成となっている。画素回路１２ａの出力端はデータ出力線ＶＳＬ１に接続され、画素回路１２ｂの出力端はデータ出力線ＶＳＬ１とは異なるデータ出力線ＶＳＬ２に接続される。
　次に、本変形例に係る画素アレイ部１０の平面構成および断面構成について説明する。図１２は、画素アレイ部１０の平面構成の一例を表す。図１３、図１４、図１５および図１６は、画素アレイ部１０の水平断面構成の一例を表す。図１７、図１８は、画素アレイ部１０の垂直断面構成の一例を表す。図１２には、画素アレイ部１０を配線層４０側から見たときの、配線Ｌｆｄ１，Ｌｆｄ２を除く各構成要素の平面レイアウトの一例が表される。図１３には、図１７のＡ－Ａ線での断面構成の一例が表される。図１４には、図１７のＢ－Ｂ線での断面構成の一例が表される。図１５には、図１７のＣ－Ｃ線での断面構成の一例が表される。図１６には、図１７のＤ－Ｄ線での断面構成の一例が表される。図１７には、図１２のＡ－Ａ線での断面構成の一例が表される。図１８には、図１２のＢ－Ｂ線での断面構成の一例が表される。なお、上記実施の形態と同様の構成についての説明は、適宜、省略するものとする。
　本変形例では、例えば、図１２～図１８に示したように、上記実施の形態に係る画素１１ｉｒに含まれる光電変換素子ＰＤｉｒ、転送トランジスタＴＲＸｉｒ、フローティングディフュージョンＦＤｉｒおよび切替トランジスタＳＷｉｒが省略される。さらに、本変形例では、例えば、図１２、図１３、図１７、図１８に示したように、画素１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ用の増幅トランジスタＡＭＰの代わりに、画素１１ｒ，１１ｂ用の増幅トランジスタＡＭＰ１と、画素１１ｇ用の増幅トランジスタＡＭＰ２とが設けられる。
　本変形例では、例えば、図１３～図１６に示したように、上記実施の形態に係る転送トランジスタＴＲＸｉｒの垂直ゲート電極ＶＧｉｒが設けられていた箇所に、ダミー電極ＶＧｄｍが設けられている。ダミー電極ＶＧｄｍは、センサ画素１１とは電気的に分離される。従って、ダミー電極ＶＧｄｍの有無は、電荷の転送には直接は関係しないので、ダミー電極ＶＧｄｍは、適宜、省略されてもよい。
　次に、本変形例に係る固体撮像装置１の動作について説明する。
　転送トランジスタＴＲＸの垂直ゲート電極ＶＧを共有する４つのセンサ画素１１において、１つのセンサ画素１１（以下、「第１のセンサ画素１１」と称する。）の光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＲＸがオンすることにより、垂直ゲート電極ＶＧの、第１のセンサ画素１１側の側壁を通ってフローティングディフュージョンＦＤに転送される。同様に、転送トランジスタＴＲＸの垂直ゲート電極ＶＧを共有する４つのセンサ画素１１において、第１のセンサ画素１１とは異なる他のセンサ画素１１（以下、「第２のセンサ画素１１」と称する。）の光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＲＸがオンすることにより、垂直ゲート電極ＶＧの、第２のセンサ画素１１側の側壁を通ってフローティングディフュージョンＦＤに転送される。このようにして、転送トランジスタＴＲＸの垂直ゲート電極ＶＧを共有する各センサ画素１１において、光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
　フローティングディフュージョンＦＤｒ，ＦＤｂに転送された電荷は、増幅トランジスタＡＭＰ１で増幅され、画素信号としてデータ出力線ＶＳＬ１に出力される。フローティングディフュージョンＦＤｇに転送された電荷は、増幅トランジスタＡＭＰ２で増幅され、画素信号としてデータ出力線ＶＳＬ２に出力される。画素信号の信号レベルが、カラム信号処理回路２２によって検出され、それによって得られた検出値が画素データとして外部に出力される。
　次に、本変形例に係る固体撮像装置１の効果について説明する。
　本変形例では、上記実施の形態と同様に、各センサ画素１１に設けられた複数の縦型トランジスタ（複数の転送トランジスタＴＲＸ）は、互いに隣接する２つもしくは４つのセンサ画素１１の境界に沿って配置される。これにより、各転送トランジスタを各センサ画素１１の中央付近に配置した場合と比べて、各センサ画素１１に入射した光のうち、各転送トランジスタＴＲＸで光電変換される割合を減らすことができる。その結果、感度の低下を抑制することができる。また、本変形例では、複数の縦型トランジスタ（複数の転送トランジスタＴＲＸ）がセンサ画素１１の隅に配置されているので、光電変換素子ＰＤに入射する光が複数の縦型トランジスタ（複数の転送トランジスタＴＲＸ）によって遮られることを抑えることができる。その結果、斜入射特性のひずみを低減することができる。
　また、本変形例では、上記実施の形態と同様に、各センサ画素１１には４つの転送トランジスタＴＲＸが設けられており、３つの転送トランジスタＴＲＸは互いに隣接する４つのセンサ画素１１の境界に設けられる。これにより、各転送トランジスタを各センサ画素１１の中央付近に配置した場合と比べて、各センサ画素１１に入射した光のうち、各転送トランジスタＴＲＸで光電変換される割合を減らすことができる。その結果、感度の低下を抑制することができる。このとき、互いに隣接する２つのセンサ画素１１の境界には素子分離部３３が設けられており、転送トランジスタＴＲＸと素子分離部３３との間に、光電変換素子ＰＤの導電型（例えばｎ型）とは異なる導電型の半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が存在する。これにより、各光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷が、同時に、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送されるときに、対応するフローティングディフュージョンＦＤとは異なるフローティングディフュージョンＦＤに転送されることがない。その結果、電荷の転送漏れに起因する感度の低下を抑制することができる。
[変形例Ｂ]
　上記実施の形態において、例えば、図１９に示したように、画素１１ｉｒが省略され、画素１１ｇにおいて、２つの転送トランジスタＴＲＸｇ（ＴＲＸｇ１，ＴＲＸｇ２）と、２つのフローティングディフュージョンＦＤｇ（ＦＤｇ１，ＦＤｇ２）と、２つの切替トランジスタＳＷｇ（ＳＷｇ１，ＳＷｇ２）とが設けられてもよい。
　このとき、２つの転送トランジスタＴＲＸｇ（ＴＲＸｇ１，ＴＲＸｇ２）は、光電変換素子ＰＤｇのカソードに対して並列に接続されており、転送トランジスタＴＲＸｇ１に対してフローティングディフュージョンＦＤｇ１および切替トランジスタＳＷｇ１が設けられ、転送トランジスタＴＲＸｇ２に対してフローティングディフュージョンＦＤｇ２および切替トランジスタＳＷｇ２が設けられる。さらに、フローティングディフュージョンＦＤｇ１とフローティングディフュージョンＦＤｇ２とは配線Ｌｆｄを介して電気的に接続される。本変形例では、光電変換素子ＰＤｇで生成された電荷が２か所（ＦＤｇ１，ＦＤｇ２）に蓄積される。
　次に、本変形例に係る画素アレイ部１０の平面構成および断面構成について説明する。図２０は、画素アレイ部１０の平面構成の一例を表す。図２１、図２２は、画素アレイ部１０の垂直断面構成の一例を表す。図２０には、画素アレイ部１０を配線層４０側から見たときの、配線Ｌｆｄを除く各構成要素の平面レイアウトの一例が表される。図２１には、図２０のＡ－Ａ線での断面構成の一例が表される。図２２には、図２１のＢ－Ｂ線での断面構成の一例が表される。なお、上記実施の形態と同様の構成についての説明は、適宜、省略するものとする。
　本変形例では、例えば、図２０に示したように、上記実施の形態に係るセンサ画素１１において、４つの転送トランジスタＴＲＸが設けられていた箇所のうち、対角方向に対向する２か所に、転送トランジスタＴＲＸｇ１，ＴＲＸｇ２が１つずつ設けられる。さらに、本変形例では、転送トランジスタＴＲＸｇ１に隣接して切替トランジスタＳＷｇ１が設けられ、転送トランジスタＴＲＸｇ２に隣接して切替トランジスタＳＷｇ２が設けられる。
　このように、本変形例では、上記実施の形態と同様に、各センサ画素１１に設けられた複数の縦型トランジスタ（複数の転送トランジスタＴＲＸ）は、互いに隣接する２つもしくは４つのセンサ画素１１の境界に沿って配置される。これにより、各転送トランジスタを各センサ画素１１の中央付近に配置した場合と比べて、各センサ画素１１に入射した光のうち、各転送トランジスタＴＲＸで光電変換される割合を減らすことができる。その結果、感度の低下を抑制することができる。
　また、本変形例では、光電変換素子ＰＤｇで生成された電荷が２か所（ＦＤ１，ＦＤｇ２）に蓄積される。これにより、光電変換素子ＰＤｇで生成された電荷を確実に読み出すことができる。
[変形例Ｃ]
　上記変形例Ｂにおいて、例えば、図２３に示したように、画素１１ｇにおいて、２つの光電変換素子ＰＤｇ（ＰＤｇ１，ＰＤｇ２）が設けられていてもよい。つまり、本変形例では、１つのセンサ画素１１内に、同一発光色の２つの光電変換素子ＰＤｇ（ＰＤｇ１，ＰＤｇ２）が設けられる。
　このとき、光電変換素子ＰＤｇ１と、光電変換素子ＰＤｇ２との間には、例えば、図２４、図２５に示したように、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が設けられる。そのため、光電変換素子ＰＤｇ１と、光電変換素子ＰＤｇ２とは、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）によって互いに電気的に分離される。図２４、図２５は、画素アレイ部１０の垂直断面構成の一例を表す。図２４には、図２１に対応する断面構成の一変形例が表される。図２５には、図２２に対応する断面構成の一変形例が表される。なお、上記実施の形態と同様の構成についての説明は、適宜、省略するものとする。
　光電変換素子ＰＤｇ１のカソードには、転送トランジスタＴＲＸｇ１が設けられ、光電変換素子ＰＤｇ２のカソードには、転送トランジスタＴＲＸｇ２が設けられる。これにより、１つの画素１１ｇ内に設けられた２つの光電変換素子ＰＤｇ（ＰＤｇ１，ＰＤｇ２）を用いて、像面位相差ＡＦを実現することが可能となる。
[変形例Ｄ]
　上記実施の形態において、例えば、図２６に示したように、４つのセンサ画素１１に共有されていた転送トランジスタＴＲＸが、センサ画素１１ごとに１つずつ設けられた４つの転送トランジスタＴＲＸで構成されてもよい。また、本変形例において、４つの切替トランジスタＳＷ（ＳＷｉｒ，ＳＷｒ，ＳＷｇ，ＳＷｂ）は、必要に応じて省略されてもよい。
　このとき、各センサ画素１１において、４つの転送トランジスタＴＲＸ（ＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＴＲＸｇ，ＴＲＸｂ）が、平面視で互いに隣接する２つもしくは４つのセンサ画素１１の境界に沿って配置される。この境界は、例えば、図２６において符号「１１」で示された破線に対応する。４つの転送トランジスタＴＲＸ（ＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＴＲＸｇ，ＴＲＸｂ）は、例えば、図２６～図３２に示したように、平面視で互いに隣接する２つもしくは４つのセンサ画素１１の境界から近接する位置に並んで配置される。４つの転送トランジスタＴＲＸ（ＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＴＲＸｇ，ＴＲＸｂ）は、例えば、図２６～図３２に示したように、平面視で互いに隣接する４つのセンサ画素１１の境界から近接する位置であって、かつセンサ画素１１の四隅に設けられる。
　図２６は、画素アレイ部１０の平面構成の一例を表す。図２７～図３１は、画素アレイ部１０の水平断面構成の一例を表す。図３２は、画素アレイ部１０の垂直断面構成の一例を表す。図２６には、画素アレイ部１０を配線層４０側から見たときの、配線Ｌｆｄを除く各構成要素の平面レイアウトの一例が表される。図２７には、図３２のＡ－Ａ線での断面構成の一例が表される。図２８には、図３２のＢ－Ｂ線での断面構成の一例が表される。図２９には、図３２のＣ－Ｃ線での断面構成の一例が表される。図３０には、図３２のＤ－Ｄ線での断面構成の一例が表される。図３１には、図３２のＥ－Ｅ線での断面構成の一例が表される。図３２には、図３のＢ－Ｂ線に相当する箇所での断面構成の一例が表される。本変形例では、図３のＡ－Ａ線に相当する箇所での断面構成が、例えば、図９に記載の断面構成と同様の断面構成となっている。
　本変形例では、素子分離部３３は、例えば、図２６～図３２に示したように、平面視で互いに隣接する２つもしくは４つのセンサ画素１１の境界に設けられ、格子状の形状となっている。各センサ画素１１において、４つの転送トランジスタＴＲＸ（ＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＴＲＸｇ，ＴＲＸｂ）は、平面視で素子分離部３３から近接する位置であって、かつセンサ画素１１の四隅に設けられる。これにより、各転送トランジスタを各センサ画素１１の中央付近に配置した場合と比べて、各センサ画素１１に入射した光のうち、各転送トランジスタＴＲＸで光電変換される割合を減らすことができる。その結果、感度の低下を抑制することができる。
[変形例Ｅ]
　上記変形例Ｄに係る各センサ画素１１において、４つの転送トランジスタＴＲＸ（ＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＴＲＸｇ，ＴＲＸｂ）が、例えば、図３３～図４０に示したように、互いに隣接する２つのセンサ画素１１の境界に沿って配置されてもよい。図３３は、画素アレイ部１０の平面構成の一例を表す。図３４～図３８は、画素アレイ部１０の水平断面構成の一例を表す。図３９は、画素アレイ部１０の垂直断面構成の一例を表す。図３３には、画素アレイ部１０を配線層４０側から見たときの、配線Ｌｆｄを除く各構成要素の平面レイアウトの一例が表される。図３４には、図３９のＡ－Ａ線での断面構成の一例が表される。図３５には、図３９のＢ－Ｂ線での断面構成の一例が表される。図３６には、図３９のＣ－Ｃ線での断面構成の一例が表される。図３７には、図３９のＤ－Ｄ線での断面構成の一例が表される。図３８には、図３９のＥ－Ｅ線での断面構成の一例が表される。図３９には、図３３のＡ－Ａ線に相当する箇所での断面構成の一例が表される。図４０には、図３３のＢ－Ｂ線に相当する箇所での断面構成の一例が表される。
　上述の境界は、例えば、図３３において符号「１１」で示された破線に対応する。４つの転送トランジスタＴＲＸ（ＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＴＲＸｇ，ＴＲＸｂ）は、例えば、図３３～図３９に示したように、平面視で互いに隣接する２つのセンサ画素１１の境界に並んで配置される。４つの転送トランジスタＴＲＸ（ＴＲＸｉｒ，ＴＲＸｒ，ＴＲＸｇ，ＴＲＸｂ）は、例えば、図３３～図３９に示したように、平面視で互いに隣接する２つのセンサ画素１１の境界に配置される。
　このとき、転送トランジスタＴＲＸｉｒの垂直ゲート電極ＶＧｉｒは、転送トランジスタＴＲＸｉｒが配置された箇所の境界を形成する２つのセンサ画素１１において共有される。また、転送トランジスタＴＲＸｒの垂直ゲート電極ＶＧｒは、転送トランジスタＴＲＸｒが配置された箇所の境界を形成する２つのセンサ画素１１において共有される。また、転送トランジスタＴＲＸｇの垂直ゲート電極ＶＧｇは、転送トランジスタＴＲＸｇが配置された箇所の境界を形成する２つのセンサ画素１１において共有される。また、転送トランジスタＴＲＸｂの垂直ゲート電極ＶＧｂは、転送トランジスタＴＲＸｂが配置された箇所の境界を形成する２つのセンサ画素１１において共有される。図３９には、垂直ゲート電極ＶＧｂが互いに隣接する２つのセンサ画素１１において共有されるとともに、垂直ゲート電極ＶＧｒが互いに隣接する２つのセンサ画素１１において共有される例が示される。
　各転送トランジスタＴＲＸｉｒには、共有されるセンサ画素１１の数に等しい数（２つ）のフローティングディフュージョンＦＤｉｒが設けられる。各転送トランジスタＴＲＸｉｒにおいて、２つのフローティングディフュージョンＦＤｉｒは、互いに隣接する２つのセンサ画素１１の各々に１つずつ割り当てられる。同様に、各転送トランジスタＴＲＸｒには、共有されるセンサ画素１１の数に等しい数（２つ）のフローティングディフュージョンＦＤｒが設けられる。各転送トランジスタＴＲＸｒにおいて、２つのフローティングディフュージョンＦＤｒは、互いに隣接する２つのセンサ画素１１の各々に１つずつ割り当てられる。また、各転送トランジスタＴＲＸｇには、共有されるセンサ画素１１の数に等しい数（２つ）のフローティングディフュージョンＦＤｒが設けられる。各転送トランジスタＴＲＸｇにおいて、２つのフローティングディフュージョンＦＤｇは、互いに隣接する２つのセンサ画素１１の各々に１つずつ割り当てられる。また、各転送トランジスタＴＲＸｂには、共有されるセンサ画素１１の数に等しい数（２つ）のフローティングディフュージョンＦＤｒが設けられる。各転送トランジスタＴＲＸｂにおいて、２つのフローティングディフュージョンＦＤｂは、互いに隣接する２つのセンサ画素１１の各々に１つずつ割り当てられる。
　各転送トランジスタＴＲＸにおいて、垂直ゲート電極ＶＧの水平断面形状は、例えば、図３４～図３８に示したように、境界に沿って延在する矩形型となっている。このとき、各転送トランジスタＴＲＸにおいて、２つのフローティングディフュージョンＦＤは、例えば、垂直ゲート電極ＶＧの矩形型の両脇に１つずつ配置される。なお、垂直ゲート電極ＶＧの水平断面形状は矩形型に限られるものではない。
　転送トランジスタＴＲＸｉｒの垂直ゲート電極ＶＧｉｒを共有する２つのセンサ画素１１において、各光電変換素子ＰＤ＿ｉｒは、例えば、図３５に示したように、絶縁膜３７を介して垂直ゲート電極ＶＧｉｒに接しており、かつ、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）を介して他の光電変換素子ＰＤ＿ｉｒに接する。つまり、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が、互いに隣接する２つの光電変換素子ＰＤｉｒの間に形成されており、さらに、転送トランジスタＴＲＸｉｒの垂直ゲート電極ＶＧｉｒと、素子分離部３３との間に形成される。これにより、各光電変換素子ＰＤ＿ｉｒは、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）によって、隣接する他の光電変換素子ＰＤ＿ｉｒと電気的に分離される。
　また、転送トランジスタＴＲＸｒの垂直ゲート電極ＶＧｒを共有する２つのセンサ画素１１において、各光電変換素子ＰＤ＿ｒは、例えば、図３６に示したように、絶縁膜３７を介して垂直ゲート電極ＶＧｒに接しており、かつ、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）を介して他の光電変換素子ＰＤ＿ｒに接する。つまり、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が、互いに隣接する２つの光電変換素子ＰＤｒの間に形成されており、さらに、転送トランジスタＴＲＸｒの垂直ゲート電極ＶＧｒと、素子分離部３３との間に形成される。これにより、各光電変換素子ＰＤ＿ｒは、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）によって、隣接する他の光電変換素子ＰＤ＿ｒと電気的に分離される。
　また、転送トランジスタＴＲＸｇの垂直ゲート電極ＶＧｇを共有する２つのセンサ画素１１において、４つの光電変換素子ＰＤ＿ｇは、例えば、図３７に示したように、絶縁膜３７を介して垂直ゲート電極ＶＧｇに接しており、かつ、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）を介して他の光電変換素子ＰＤ＿ｇに接する。つまり、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が、互いに隣接する２つの光電変換素子ＰＤｇの間に形成されており、さらに、転送トランジスタＴＲＸｇの垂直ゲート電極ＶＧｇと、素子分離部３３との間に形成される。これにより、各光電変換素子ＰＤ＿ｇは、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）によって、隣接する他の光電変換素子ＰＤ＿ｇと電気的に分離される。
　また、転送トランジスタＴＲＸｂの垂直ゲート電極ＶＧｂを共有する２つのセンサ画素１１において、４つの光電変換素子ＰＤ＿ｂは、例えば、図３８に示したように、絶縁膜３７を介して垂直ゲート電極ＶＧｂに接しており、かつ、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）を介して他の光電変換素子ＰＤ＿ｂに接する。つまり、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が、互いに隣接する２つの光電変換素子ＰＤｂの間に形成されており、さらに、転送トランジスタＴＲＸｂの垂直ゲート電極ＶＧｂと、素子分離部３３との間に形成される。これにより、各光電変換素子ＰＤ＿ｂは、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）によって、隣接する他の光電変換素子ＰＤ＿ｂと電気的に分離される。
　本変形例では、素子分離部３３は、例えば、図３３～図３８、図４０に示したように、平面視で互いに隣接する４つのセンサ画素１１の境界に設けられ、さらに、平面視で互いに隣接する２つのセンサ画素１１の境界を除く箇所に設けられる。素子分離部３３は、例えば、図３３～図３８、図４０に示したように、境界に沿って十字型となっている。このとき、各転送トランジスタＴＲＸの垂直ゲート電極ＶＧと、素子分離部３３との間には、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が設けられる。なお、素子分離部３３の水平断面形状は十字型に限られるものではない。
[動作]
　次に、本変形例に係る固体撮像装置１の動作について説明する。
　転送トランジスタＴＲＸの垂直ゲート電極ＶＧを共有する２つのセンサ画素１１において、１つのセンサ画素１１（以下、「第１のセンサ画素１１」と称する。）の光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＲＸがオンすることにより、垂直ゲート電極ＶＧの、第１のセンサ画素１１側の側壁を通ってフローティングディフュージョンＦＤに転送される。同様に、転送トランジスタＴＲＸの垂直ゲート電極ＶＧを共有する２つのセンサ画素１１において、第１のセンサ画素１１とは異なる他のセンサ画素１１（以下、「第２のセンサ画素１１」と称する。）の光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＲＸがオンすることにより、垂直ゲート電極ＶＧの、第２のセンサ画素１１側の側壁を通ってフローティングディフュージョンＦＤに転送される。このようにして、転送トランジスタＴＲＸの垂直ゲート電極ＶＧを共有する各センサ画素１１において、光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
　フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷は、増幅トランジスタＡＭＰで増幅され、画素信号としてデータ出力線ＶＳＬに出力される。画素信号の信号レベルが、カラム信号処理回路２２によって検出され、それによって得られた検出値が画素データとして外部に出力される。
　ところで、各光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷は、転送トランジスタＴＲＸがオンしたときに、同時に、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。このとき、各光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤとは異なるフローティングディフュージョンＦＤに転送されることはない。これは、例えば、図３５に示したように、転送トランジスタＴＲＸ（垂直ゲート電極ＶＧ）と素子分離部３３との間に、光電変換素子ＰＤの導電型（例えばｎ型）とは異なる導電型の半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が存在しており、転送トランジスタＴＲＸと素子分離部３３との間に存在する半導体層３１（ｐ型のシリコン層）と、垂直ゲート電極ＶＧとの間にポテンシャル障壁が形成されるためである。つまり、垂直ゲート電極ＶＧを共有する２つのフローティングディフュージョンＦＤは、半導体層３１（ｐ型のシリコン層）によって互いに分離される。
　次に、本変形例に係る固体撮像装置１の効果について説明する。
　本変形例では、各センサ画素１１に設けられた複数の縦型トランジスタ（複数の転送トランジスタＴＲＸ）は、互いに隣接する２つのセンサ画素１１の境界に沿って配置される。これにより、各転送トランジスタを各センサ画素１１の中央付近に配置した場合と比べて、各センサ画素１１に入射した光のうち、各転送トランジスタＴＲＸで光電変換される割合を減らすことができる。その結果、感度の低下を抑制することができる。
　また、本変形例では、各センサ画素１１には４つの転送トランジスタＴＲＸが設けられており、４つの転送トランジスタＴＲＸは互いに隣接する２つのセンサ画素１１の境界に設けられる。これにより、各転送トランジスタを各センサ画素１１の中央付近に配置した場合と比べて、各センサ画素１１に入射した光のうち、各転送トランジスタＴＲＸで光電変換される割合を減らすことができる。その結果、感度の低下を抑制することができる。このとき、互いに隣接する４つのセンサ画素１１の境界には素子分離部３３が設けられており、転送トランジスタＴＲＸと素子分離部３３との間に、光電変換素子ＰＤの導電型（例えばｎ型）とは異なる導電型の半導体層３１（ｐ型のシリコン層）が存在する。これにより、各光電変換素子ＰＤに蓄積された電荷が、同時に、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送されるときに、対応するフローティングディフュージョンＦＤとは異なるフローティングディフュージョンＦＤに転送されることがない。その結果、電荷の転送漏れに起因する感度の低下を抑制することができる。
[変形例Ｆ]
　上記実施の形態およびその変形例において、固体撮像装置１は、例えば、図４１に示したように、センサ画素１１ごとにカラーフィルタ６０を備えていてもよい。各カラーフィルタ６０は、例えば、反射防止膜３６とオンチップレンズ５０との間に設けられる。あるセンサ画素１１において、カラーフィルタ６０は、例えば、青色の光（４２５ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を選択的に吸収するフィルタ６０ｙで構成されてもよい。フィルタ６０ｙを透過した光には、青色の光が含まれない。他のセンサ画素１１において、カラーフィルタ６０は、例えば、緑色の光（４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）と、赤色の光（６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を選択的に吸収するフィルタ６０ｂで構成されてもよい。フィルタ６０ｂを透過した光には、緑色の光と、赤色の光が含まれない。
　本変形例では、フィルタ６０ｙの設けられたセンサ画素１１には、例えば、３つの光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｒ，ＰＤｇが設けられる。これにより、フィルタ６０ｙを透過した光が３つの光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｒ，ＰＤｇで光電変換される。また、本変形例では、フィルタ６０ｂの設けられたセンサ画素１１には、例えば、２つの光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｂが設けられる。これにより、フィルタ６０ｙを透過した光が２つの光電変換素子ＰＤｉｒ，ＰＤｂで光電変換される。なお、図４１には、フィルタ６０ｂの設けられたセンサ画素１１に、ダミーの光電変換素子ＰＤｄｍが設けられる場合が例示される。ダミーの光電変換素子ＰＤｄｍは、画素回路１２に接続されていない。
＜３．第２の実施の形態＞
　図４２は、本開示の第２の実施の形態に係る撮像システム２の概略構成の一例を表す。撮像システム２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を備える。撮像システム２は、例えば、光学系２１０と、シャッタ装置２２０と、固体撮像装置１と、信号処理回路２３０と、表示部２４０とを備える。
　光学系２１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面（画素アレイ部１０）上に結像させる。シャッタ装置２２０は、光学系２１０および固体撮像装置１の間に配置され、固体撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御する。固体撮像装置１は、光学系２１０から入射された像光（入射光）を受光し、受光した像光（入射光）に応じた画素信号（複数のセンサ画素１１から像光に応じて得られた画素信号）を信号処理回路２３０に出力する。信号処理回路２３０は、固体撮像装置１から入力された画素信号を処理して、映像データを生成する。信号処理回路２３０は、さらに、生成した映像データに対応する映像信号を生成し、表示部２４０に出力する。表示部２４０は、信号処理回路２３０から入力された映像信号に基づく映像を表示する。
　本適用例では、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が撮像システム２に設けられる。これにより、感度が高く、斜入射特性のひずみが小さい画像を利用したシステムを実現することができる。
　＜４．応用例＞
[応用例１]
　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。
　図４３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。
　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４３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。
　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。
　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。
　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。
　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、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　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。
　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。
　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。
　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で検出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。
　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４３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。
　図４４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　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。
　なお、図４４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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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、上記第１の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、感度が高く、斜入射特性のひずみが小さい画像を得ることができるので、高精度な制御を行うことができる。
[応用例２]
　図４５は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図４５では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：　Ｃａｍｅｒａ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ　Ｂａｎｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図４６は、図４５に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ　Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ　Ｗｈｉｔｅ　Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術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、内視鏡１１１００のカメラヘッド１１１０２に設けられた撮像部１１４０２に好適に適用され得る。具体的には、上記第１の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１１４０２に適用することができる。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、感度が高く、斜入射特性のひずみが小さい画像を得ることができるので、高画質な内視鏡１１１００を提供することができる。
　以上、実施の形態およびその変形例、適用例および応用例を挙げて本開示を説明したが、本開示は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。
　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、
　前記受光面と対向する位置に行列状に配置された複数の画素と
　を備え
　各前記画素は、前記受光面からの深さが互いに異なり、前記受光面を介して入射した光を光電変換する複数の光電変換部と、
　前記光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、対応する前記光電変換部から転送された電荷を保持する複数の電荷保持部と、
　前記光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、少なくとも、対応する前記光電変換部に達する垂直ゲート電極を有し、対応する前記光電変換部から、対応する前記電荷保持部に電荷を転送する複数の転送トランジスタと
　を備え、
　前記複数の転送トランジスタは、互いに隣接する２つもしくは４つの前記画素の境界に沿って配置されている
　固体撮像装置。
（２）
　各前記画素には、３つまたは４つの前記転送トランジスタが設けられ、
　３つまたは４つの前記転送トランジスタは、互いに隣接する４つの前記画素の境界に設けられており、
　当該固体撮像装置は
　互いに隣接する２つの前記画素の境界に設けられた素子分離部と、
　前記転送トランジスタと前記素子分離部との間に設けられ、前記光電変換部の導電型とは異なる導電型の半導体層と
　を更に備えた
　（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
　各前記転送トランジスタにおいて共有される前記センサ画素の数に等しい数の前記電荷保持部が、前記転送トランジスタごとに割り当てられるとともに、前記半導体層によって互いに分離される
　（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
　各前記画素には、４つの前記転送トランジスタが設けられ、
　４つの前記転送トランジスタは、互いに隣接する２つの前記画素の境界に設けられており、
　当該固体撮像装置は、
　互いに隣接する４つの前記画素の境界に設けられた素子分離部と、
　前記転送トランジスタと前記素子分離部との間に設けられ、前記光電変換部の導電型とは異なる導電型の半導体層と
　を更に備えた
　（１）に記載の固体撮像装置。
（５）
　各前記転送トランジスタにおいて共有される前記センサ画素の数に等しい数の前記電荷保持部が、前記転送トランジスタごとに割り当てられるとともに、前記半導体層によって互いに分離される
　（４）に記載の固体撮像装置。
（６）
　各前記画素には、４つの前記転送トランジスタが設けられ、
　４つの前記転送トランジスタは、互いに隣接する４つの前記画素の境界から近接する位置であって、かつ前記画素の四隅に設けられている
　（１）に記載の固体撮像装置。
（７）
　撮像により画像を取得する固体撮像装置と、
　前記固体撮像装置により得られた前記画像を処理する信号処理部と
　を備え、
　前記固体撮像装置は、
　受光面と、
　前記受光面と対向する位置に行列状に配置された複数の画素と
　を有し、
　各前記画素は、前記受光面からの深さが互いに異なり、前記受光面を介して入射した光を光電変換する複数の光電変換部と、
　前記光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、対応する前記光電変換部から転送された電荷を保持する複数の電荷保持部と、
　前記光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、少なくとも、対応する前記光電変換部に達する垂直ゲート電極を有し、対応する前記光電変換部から、対応する前記電荷保持部に電荷を転送する複数の転送トランジスタと
　を有し、
　前記複数の転送トランジスタは、互いに隣接する２つもしくは４つの前記画素の境界に沿って配置されている
　電子機器。
　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、各画素において、複数の転送トランジスタを、互いに隣接する２つもしくは４つの画素の境界に沿って配置するようにしたので、各転送トランジスタを各画素の中央付近に配置した場合と比べて、各画素に入射した光のうち、各転送トランジスタで光電変換される割合を低減することができる。これにより、感度の低下を抑制することができる。
　本出願は、日本国特許庁において２０２０年７月８日に出願された日本特許出願番号第２０２０－１１８０６７を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (7)

  1. 　受光面と、
    　前記受光面と対向する位置に行列状に配置された複数の画素と
    　を備え、
    　各前記画素は、前記受光面からの深さが互いに異なり、前記受光面を介して入射した光を光電変換する複数の光電変換部と、
    　前記光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、対応する前記光電変換部から転送された電荷を保持する複数の電荷保持部と、
    　前記光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、少なくとも、対応する前記光電変換部に達する垂直ゲート電極を有し、対応する前記光電変換部から、対応する前記電荷保持部に電荷を転送する複数の転送トランジスタと
    　を備え、
    　前記複数の転送トランジスタは、互いに隣接する２つもしくは４つの前記画素の境界に沿って配置されている
    　固体撮像装置。
  2. 　各前記画素には、３つまたは４つの前記転送トランジスタが設けられ、
    　３つまたは４つの前記転送トランジスタは、互いに隣接する４つの前記画素の境界に設けられており、
    　当該固体撮像装置は
    　互いに隣接する２つの前記画素の境界に設けられた素子分離部と、
    　前記転送トランジスタと前記素子分離部との間に設けられ、前記光電変換部の導電型とは異なる導電型の半導体層と
    　を更に備えた
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　各前記転送トランジスタにおいて共有される前記センサ画素の数に等しい数の前記電荷保持部が、前記転送トランジスタごとに割り当てられるとともに、前記半導体層によって互いに分離される
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 　各前記画素には、４つの前記転送トランジスタが設けられ、
    　４つの前記転送トランジスタは、互いに隣接する２つの前記画素の境界に設けられており、
    　当該固体撮像装置は、
    　互いに隣接する４つの前記画素の境界に設けられた素子分離部と、
    　前記転送トランジスタと前記素子分離部との間に設けられ、前記光電変換部の導電型とは異なる導電型の半導体層と
    　を更に備えた
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 　各前記転送トランジスタにおいて共有される前記センサ画素の数に等しい数の前記電荷保持部が、前記転送トランジスタごとに割り当てられるとともに、前記半導体層によって互いに分離される
    　請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 　各前記画素には、４つの前記転送トランジスタが設けられ、
    　４つの前記転送トランジスタは、互いに隣接する４つの前記画素の境界から近接する位置であって、かつ前記画素の四隅に設けられている
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 　撮像により画像を取得する固体撮像装置と、
    　前記固体撮像装置により得られた前記画像を処理する信号処理部と
    　を備え、
    　前記固体撮像装置は、
    　受光面と、
    　前記受光面と対向する位置に行列状に配置された複数の画素と
    　を有し
    　各前記画素は、前記受光面からの深さが互いに異なり、前記受光面を介して入射した光を光電変換する複数の光電変換部と、
    　前記光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、対応する前記光電変換部から転送された電荷を保持する複数の電荷保持部と、
    　前記光電変換部ごとに１個もしくは複数個設けられ、少なくとも、対応する前記光電変換部に達する垂直ゲート電極を有し、対応する前記光電変換部から、対応する前記電荷保持部に電荷を転送する複数の転送トランジスタと
    　を有し、
    　前記複数の転送トランジスタは、互いに隣接する２つもしくは４つの前記画素の境界に沿って配置されている
    　電子機器。
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