CN110431667B - 固态成像元件、电子设备和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及能够进一步减少元件布局面积的固态成像元件、电子设备和制造方法。根据本发明，设置在半导体基板的第一面上的光电转换元件通过贯通电极连接到设置在所述半导体基板的第二面上的浮动扩散部和放大晶体管的栅极，所述贯通电极设置在所述半导体基板的所述第一面和所述第二面之间并连接到所述光电转换元件。对于这种像素结构，电介质层设置在所述第二面上的所述贯通电极之间，并且当从所述第二面侧观看时，屏蔽电极设置在电介质层的内侧。所述电介质层形成为比布置在所述第二面侧的所述晶体管的栅极绝缘膜厚。例如，本公开适用于堆叠背面照射型固态成像元件。

Description

固态成像元件、电子设备和制造方法
技术领域
本公开涉及固态成像元件、电子设备和制造方法，更具体地，涉及能够进一步减小元件布局面积的固态成像元件、电子设备和制造方法。
背景技术
在诸如数码相机等成像装置中，其中具有彼此堆叠的光电转换膜的图像传感器采用如PTL1中公开的将光电转换膜和浮动扩散部彼此连接的贯通电极结构。当像素尺寸很小时，图像传感器可以采用其中布置有彼此靠近的贯通电极的结构，并且在这种情况下，布置屏蔽电极以防止由电容耦合引起的所有电混色。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本专利公开第2015-38931号
发明内容
技术问题
在PTL 1中，担心屏蔽电极和连接到浮动扩散部的布线由于重叠和线宽的工艺差量而彼此短路，因此采取对策将贯通电极和屏蔽电极设置为相互远离。结果，像素尺寸变大，光电二极管面积减小，饱和信号量和灵敏度特性降低等。
鉴于上述情况作出了本公开，并且本公开可以进一步减少元件布局面积。
技术问题的解决方案
本技术的一个方面中的固态成像元件包括：光电转换元件，其设置在半导体基板的第一面侧；贯通电极，所述贯通电极连接到所述光电转换元件并设置在所述半导体基板的所述第一面与其第二面之间，所述第二面是与所述第一面不同的面；晶体管和浮动扩散部，其设置在所述第二面中并通过所述贯通电极连接到光电转换元件；和电介质层，其在所述第二面中形成在所述贯通电极之间，所述电介质层比所述晶体管的栅极绝缘膜厚。
所述固态成像元件还可以包括屏蔽电极，从所述第二面侧观看时所述屏蔽电极位于所述电介质层的内侧。
所述屏蔽电极的材料包括多晶硅或非晶硅。
所述屏蔽电极从电连接到所述屏蔽电极的触点和电连接到所述触点的布线被控制为处于预定电压下。
电连接到所述屏蔽电极的触点设置在所述贯通电极之间。
电连接到所述屏蔽电极的触点在所述贯通电极之间设置成线形。
所述电介质层设置在所述贯通电极周围。
所述贯通电极贯通所述半导体基板并通过隔离沟槽与所述半导体基板隔离，并且所述电介质层和所述隔离沟槽彼此接触。
所述固态成像元件还可以包括一个或多个光电二极管，其设置在所述半导体基板中。
本技术的一个方面中的电子设备包括固态成像元件、信号处理电路和光学系统，所述固态成像元件包括：光电转换元件，其设置在半导体基板的第一面侧；贯通电极，所述贯通电极连接到所述光电转换元件并设置在所述半导体基板的所述第一面与其第二面之间，所述第二面是与所述第一面不同的面；晶体管和浮动扩散部，其设置在所述第二面中并通过所述贯通电极连接到光电转换元件；和电介质层，其在所述第二面中形成在所述贯通电极之间，所述电介质层比所述晶体管的栅极绝缘膜厚，所述信号处理电路处理从所述固态成像元件输出的输出信号，所述光学系统将入射光发射到所述固态成像元件中。
本技术的制造装置的制造方法包括：在半导体基板的第一面与其第二面之间形成通孔，所述第二面是与所述第一面不同的面；在所述第二面中的通孔之间形成电介质层，所述电介质层比在所述第二面中形成的晶体管的栅极绝缘膜厚；在所述第二面中形成包括所述晶体管的栅极布线；通过在所述通孔中嵌入金属材料膜来形成贯通电极；以及在所述第一面中形成通过所述贯通电极连接到所述晶体管和浮动扩散部的所述光电转换元件。
在本技术的一个方面中，光电转换元件设置在半导体基板的第一面侧，贯通电极连接到所述光电转换元件并且设置在所述半导体基板的所述第一面与其第二面之间，所述第二面是与所述第一面不同的面，并且晶体管和浮动扩散部设置在所述第二面中并通过所述贯通电极连接到所述光电转换元件。比所述晶体管的栅极绝缘膜厚的电介质层进一步形成在所述第二面中的贯通电极之间。
发明的有益效果
根据本技术，可以进一步减少元件布局面积。
这里说明的效果完全是示例性的，并且本技术的效果不限于这里说明的效果，并且可以实现任何附加效果。
附图说明
图1是示出应用本技术的固态成像元件的示例性示意配置的框图。
图2是示出应用本技术的固态成像元件的第一实施方案的像素的示例性结构的断面图。
图3是说明固态成像元件的制造过程的流程图。
图4是说明固态成像元件的制造过程的流程图。
图5是说明固态成像元件的制造过程的步骤图。
图6是说明固态成像元件的制造过程的步骤图。
图7是说明固态成像元件的制造过程的步骤图。
图8是说明固态成像元件的制造过程的步骤图。
图9是说明固态成像元件的制造过程的步骤图。
图10是说明固态成像元件的制造过程的步骤图。
图11是示出应用本技术的固态成像元件的第二实施方案的像素的示例性结构的俯视图。
图12是示出应用本技术的固态成像元件的第三实施方案的像素的示例性结构的俯视图。
图13是示出应用本技术的固态成像元件的第四实施方案的像素的示例性结构的俯视图。
图14是图13中的像素结构的断面图。
图15是示出应用本技术的固态成像元件的第五实施方案的像素的示例性结构的断面图。
图16是示出应用本技术的图像传感器的使用示例的图。
图17是示出应用本技术的电子设备的示例性配置的框图。
图18是示出体内信息获取系统的示意性配置的示例的框图。
图19是示出内窥镜手术系统的示意性配置的示例的图。
图20是示出摄像机头和相机控制单元(CCU)的功能配置的示例的框图。
图21是示出车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
图22是辅助说明车外信息检测部和成像部的安装位置的示例的图。
图23是示出可以应用根据本公开的技术的固态成像装置的示例性配置的断面图，该固态成像装置包括像素，各个像素中具有彼此堆叠的光电转换部。
图24是示出可以应用根据本公开的技术的固态成像装置的示例性配置的平面图，该固态成像装置包括像素，各个像素中具有彼此堆叠的光电转换部。
具体实施方式
下面将说明用于实施本公开的形式(下文中，均被称为实施方案)。将按以下顺序进行说明。
0.装置的说明
1.实施方案
2.图像传感器的使用示例
3.电子设备的示例
4.体内信息获取系统的应用示例
5.内窥镜手术系统的应用示例。
6.移动体的应用示例
7.层叠固态成像元件的示例性配置
<0.装置的说明>
<固态成像元件的示例性示意配置>
图1示出了应用本技术的实施方案的CMOS(互补金属氧化物半导体)固态成像元件的示例的示例性示意配置。
如图1所示，固态成像元件(元件芯片)1包括像素区域(所谓的成像区域)3和外围电路区域，该像素区域包括像素2，各个像素包括多个光电转换元件，且规则地二维布置在半导体基板11(例如，硅基板)上。
像素2包括光电转换元件(例如，PD(光电二极管))和多个像素晶体管(所谓的MOS晶体管)。多个像素晶体管可以包括三个晶体管，例如，三个晶体管是传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管，或者可以通过进一步添加选择晶体管来包括四个晶体管。
此外，像素2还可以采用像素共享结构。像素共享结构包括多个光电二极管、多个传输晶体管、一个共享的浮动扩散部以及共享的其他像素晶体管中的每一个。光电二极管是光电转换元件。
外围电路区域包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8。
控制电路8接收输入时钟、指示操作模式等的数据，并且还输出诸如固态成像元件1的内部信息等数据。更具体地，控制电路8基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟产生作为垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6的操作的标准的时钟信号和控制信号。控制电路8还将这些信号输入垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6。
垂直驱动电路4包括例如移位寄存器，选择像素驱动布线，将用于驱动像素2的脉冲提供给所选择的像素驱动布线，并以行为单位驱动像素2。更具体地，垂直驱动电路4以行为单位在垂直方向上顺序地选择性地扫描像素区域3中的像素2，并且将基于信号电荷的像素信号通过垂直信号线9提供给列信号处理电路5，该信号电荷与各个像素2的光电转换元件接收的光量相对应地生成。
例如，列信号处理电路5针对像素2的每列分别布置，并且对从每行的像素2输出的信号针对每个像素列分别执行例如去噪等信号处理。更具体地，列信号处理电路5执行信号处理，例如用于去除像素2特有的固定模式噪声的CDS(相关双采样)、信号放大、A/D(模拟/数字)转换等。列信号处理电路5的输出级具有设置在其中的水平选择开关(未示出)，其连接在列信号处理电路5和水平信号线10之间。关于此，信号处理的一部分可以作为针对每个像素的信号处理而被执行。
水平驱动电路6包括例如移位寄存器，顺序输出水平扫描脉冲，从而顺序地选择每个列信号处理电路5，并使像素信号从每个列信号处理电路5输出到水平信号线10。
输出电路7对从列信号处理电路5中的每一个通过水平信号线10顺序提供给其的信号执行信号处理，并输出处理后的信号。例如，输出电路7在某些情况下仅执行缓冲，并且在其他情况下执行黑电平调整、列差量校正、各种类型的数字信号处理等。
输入和输出端子12设置为相对于外部发送和接收信号。
<1.实施方案>
<固态成像元件的第一实施方案的示例性像素结构>
图2是示出应用本技术的固态成像元件的第一实施方案的像素的示例性结构的断面图。
图2中示出的像素结构包括设置在半导体基板11的第一面11-1上的光电转换元件109、连接到光电转换元件109并且设置在半导体基板11的第一面和第二面之间的各个贯通电极104、设置在半导体基板11的第二面11-2上的放大晶体管115和浮动扩散部116。光电转换元件109通过贯通电极104连接到放大晶体管115的栅极和浮动扩散部116。
此外，在这种像素结构中，电介质层103设置在第二面11-2中的贯通电极104之间，并且从第二面11-2侧观看时屏蔽电极114设置在电介质层103的内侧。电介质层103形成为比布置在第二面11-2侧的晶体管(例如，放大晶体管115)的栅极绝缘膜120厚。屏蔽电极114从电连接到屏蔽电极114的触点128和电连接到触点128的布线被控制为处于预定电压下。
根据图2中的像素结构，当从半导体基板11的第一面11-1形成贯通电极时，由于电介质层103的蚀刻速率低于半导体基板11的蚀刻速率的特性，电介质层103倾向于避免被处理并且贯通电极104的直径通过电介质层103以自对准方式限定。屏蔽电极114在电介质层103上的布置使得趋向于避免贯通电极104和屏蔽电极114之间短路。结果，能够进一步减少元件布局面积，并且预期到以下效果：可以使像素尺寸设定为进一步更小并且可以提高饱和信号量和灵敏度特性。
此外，在固态成像元件1中，如图2所示，优选地，将贯通电极104和半导体基板11彼此隔离的隔离沟槽105形成为采取隔离沟槽105填充有电介质101的结构。优选地，杂质区域(图2中的P+)设置在隔离沟槽105的外侧面上和电介质层103的外侧面上的半导体基板中。
此外，将电介质层103设置在屏蔽电极114下方实现了以下效果，即使在向屏蔽电极114施加正偏压的条件下，也可以在半导体基板11的电介质层103的外侧面上形成空穴累积层。为了形成空穴累积层，例如，电介质层103的厚度优选是20nm或更大。
此外，屏蔽电极114理想地设置在从第二面11-2侧观看时电介质层103的内侧，并且例如，屏蔽电极114理想地布置在距电介质层103的端部向内20nm或更远的位置处。
此外，优选地，电介质层103布置在贯通电极104之间，以使隔离沟槽105与电介质层103之间的距离小于贯通电极104和隔离沟槽105的直径的30％。例如，优选地，当贯通电极104和隔离沟槽105的直径为350nm时，隔离沟槽105与电介质层103之间的距离为100nm或更小。
电介质层103的材料没有特别的限制，可用材料包括例如二氧化硅膜、氮化硅膜和氮氧化硅膜。
屏蔽电极114包括硅掺杂材料，例如多晶硅、PDAS(磷掺杂的非晶硅)等。构成贯通电极104的材料没有特别的限制，优选材料为诸如铝、钨、钛、钴、铪或钽等金属或电介质材料。
关于上述内容，尽管未在图2中示出，但是在需要时可以在光入射面112上形成片上透镜和滤色器。
接下来将参考图3和图4中的流程图说明具有图2中的结构的固态成像元件1的制造过程。关于此，制造过程是由制造装置执行的过程，并且将适当地参考图5至图10的步骤图。
在步骤S111中，如图5所示，制造装置首先在半导体基板11中形成例如作为第一导电类型阱的P阱，并在P阱中形成第二导电类型(例如，N型)的光电二极管123和124。此时，在半导体基板11的第一面11-1附近形成P+区域。
在步骤S112中，如图5所示，制造装置在用于贯通电极104和隔离沟槽105的各个预定形成区域151中形成从半导体基板11的第一面11-1贯通到第二面11-2的杂质区域(P+区域)。此外，制造装置在预定形成区域151之间的第二面11-2侧形成电介质层103。此外，电介质层103可以与布置在第二面11-2侧的元件隔离(例如，STI)同时形成。
在步骤S113中，在半导体基板11的第二面11-2中，也如图5所示，制造装置形成N+区域，以用作浮动扩散部(下文中，均称为FD)116至118，并且之后形成栅极布线，其包括栅极绝缘膜120、垂直传输栅极122、传输栅极121以及放大晶体管115和复位晶体管129的栅极。
此外，在步骤S114中，制造装置在半导体基板11的第二面11-2上形成包括触点128、布线层125和绝缘膜126的多层布线127。
例如，通过将半导体基板11、嵌入的氧化物膜(未示出)和支撑基板(未示出)彼此堆叠而形成的SOI(绝缘体上硅)基板被用作半导体基板11的基体。嵌入的氧化物膜和支撑基板未在图5中示出，但连接到半导体基板11的第一面11-1。在离子注入之后，执行退火处理。
在步骤S115中，如图6所示，制造装置将支撑基板(未示出)、另一半导体基板等连接到半导体基板11的第二面11-2侧(多层布线)，并使固态成像元件1上下翻转。然后将半导体基板11与SOI基板的嵌入的氧化物膜及支撑基板分离，以露出半导体基板11的第一面11-1。
上述步骤可以使用普通CMOS工艺中使用的技术来执行，例如离子注入和CVD(化学气相沉积)。
在步骤S116中，如图7所示，制造装置然后例如通过干法蚀刻从第一面11-1侧处理半导体基板11，从而形成具有环形或圆环形并贯通半导体基板11的隔离沟槽105。
在步骤S117中，如图8所示，制造装置在隔离沟槽105的外侧面和底面以及半导体基板11的第一面11-1上形成具有固定电荷的膜102和电介质101的膜。通过TEOS或ALD方法形成的二氧化硅膜、氮化硅膜等可用作电介质101的材料。
在图4中的步骤S118中，如图9所示，制造装置接下来通过干法蚀刻等使具有固定电荷的膜102和电介质101缩回。
在步骤S119中，如图10所示，在将金属材料膜嵌入隔离沟槽105中之后，制造装置通过干法蚀刻或CMP(化学机械抛光)使金属材料膜缩回或平坦化，从而形成贯通电极104。
在步骤S120中，如图2所示，制造装置还形成层间绝缘膜111和上部触点，从而将上部触点连接到贯通电极104的上端。在步骤S121中，制造装置之后形成包括透明电极106、光电转换膜107和透明电极108的光电转换元件109以及保护膜110，并最后设置光学部件，例如平坦化膜和片上透镜(未示出)。
通过上述处理步骤完成了具有图2中的结构的固态成像元件1。
<固态成像元件的第二实施方案的像素的示例性结构>
图11是示出应用本技术的固态成像元件的第二实施方案的像素的示例性结构的俯视图。
在图11中的像素结构中，只有触点128设置在贯通电极104之间这点与图2中的像素结构不同，并且该结构的其他部分基本上与图2中的像素结构相同。换句话说，图11中所示的像素结构的特征在于电连接到屏蔽电极114的触点128设置在贯通电极104之间。
由此，与图2中的像素结构相比，利用图11中的像素结构可以进一步防止贯通电极104之间的任何电容耦合。
触点128的材料没有特别的限制，可用材料包括金属材料，例如铝、钨、钛、钴、铪或钽。
此外，电介质层103和屏蔽电极114的角部可以是圆形的。
<固态成像元件的第三实施方案的像素的示例性结构>
图12是示出应用本技术的固态成像元件的第三实施方案的像素的示例性结构的俯视图。
在图12中的像素结构中，只有触点128在贯通电极104之间设置成线形这点与图11中的像素结构不同，并且该结构的其他部分基本上与图2中的像素结构相同。
换句话说，图12中所示的像素结构的特征在于触点128在贯通电极104之间设置成线形。
由此，与图11中的像素结构相比，利用图12中的像素结构可以进一步防止贯通电极104之间的任何电容耦合。
<固态成像元件的第四实施方案的像素的示例性结构>
图13是示出应用本技术的固态成像元件的第四实施方案的像素的示例性结构的俯视图。图14是图13中像素结构的断面图。
在图13中的像素结构中，只有电介质层103设置在贯通电极104周围这点与图2中的像素结构不同，并且该结构的其他部分基本上与图2中的像素结构相同。
换句话说，图13中示出的像素结构的特征在于电介质层103设置在贯通电极104周围。
因此，与图2中的像素结构相比，在图13的像素结构中，像素倾向于避免与贯通电极104之外的任何元件发生任何短路，并且可以进一步减小像素尺寸。
<固态成像元件的第五实施方案的像素的示例性结构>
图15是示出应用本技术的固态成像元件的第五实施方案的像素的示例性结构的断面图。
在图15中的像素结构中，各个贯通电极104贯通半导体基板11并通过隔离沟槽105与半导体基板11隔离并且电介质层103和隔离沟槽105彼此接触这点与图2中的像素结构不同，并且该结构的其他部分基本上与图2中的像素结构相同。换句话说，图15中所示的像素结构的特征在于各个贯通电极104贯通半导体基板11并且通过隔离沟槽105与半导体基板11隔离以及电介质层103和隔离沟槽105彼此接触。
因此，与图2中的像素结构相比，图15中的像素结构可以进一步减小像素尺寸。
如上所述，根据本技术，当贯通电极从半导体基板的第一面形成时，因为电介质层的蚀刻速率低于半导体基板的蚀刻速率，所以电介质层倾向于避免被处理，并且每个贯通电极的直径通过电介质层以自对准方式限定。在本技术中，由于屏蔽电极设置在电介质层上，因此贯通电极和屏蔽电极趋向于避免彼此短路。
结果，可以进一步减少元件布局面积，并且因此可以预期以下效果：可以使像素尺寸设定为进一步更小并且可以提高饱和信号量和灵敏度特性。
在该实施方案中，为了减小暗电流和白点，将P型杂质区域设置在电介质层的外侧面上的半导体基板中。另外，电介质层设置在屏蔽电极下方，由此在正偏压施加到屏蔽电极的情况下，空穴累积层可以形成在电介质层外侧面上的半导体基板中。
<2.图像传感器的使用示例>
图16是示出使用上述固态成像元件的使用示例的图。
例如，上述固态成像元件(图像传感器)可用于如下所述的感测诸如可见光、红外光、紫外光和X射线等光的各种情况。
·用于拍摄观赏用的图像的装置，例如数码相机或具有相机功能的移动装置等。
·用于交通用途的装置，例如，为了诸如自动停止等安全驾驶、识别驾驶员状态等而对机动车辆的前、后、周围、内部等拍摄图像的车载传感器，用于对行驶车辆和道路进行监视的监视相机，用于测量车辆之间距离的距离测量传感器等。
·用于诸如电视机、冰箱和空调等家用电器，以对使用者的手势进行拍摄并且根据该手势进行装置操作的装置。
·用于医疗保健的装置，例如内窥镜、通过接收红外光进行血管造影的装置等。
·用于安保的装置，例如用于预防犯罪的监控相机和用于个人身份认证的相机等。
·用于美容的装置，例如用于拍摄皮肤的皮肤测量仪器和用于拍摄头皮的显微镜等。
·用于运动的装置，例如用于运动用途的动作相机和可穿戴相机等。
·用于农业的装置，例如用于监测田地和农作物的状况的相机等。
<3.电子设备的示例>
<电子设备的示例性配置>
此外，本技术不限于其在固态成像元件中的应用，并且可应用于成像装置。关于此，成像装置指的是诸如数码相机、数字摄像机等相机系统，以及具有成像功能的电子设备，例如移动电话等。另外，安装在电子设备上的类似模块的形式，即相机模块可以作为成像装置。
关于以上内容，将参考图17说明本技术的电子设备的示例性配置。
图17所示的电子设备300包括固态成像元件(电子芯片)301、光学透镜302、快门装置303、驱动电路304和信号处理电路305。本技术的上述固态成像元件1设置为固态成像元件301。
光学透镜302使来自被摄体的图像光(入射光)在固态成像元件301的成像表面上提供图像。由此，信号电荷在固态成像元件301中累积特定时段。快门装置303控制固态成像元件301的光照射时段和遮光时段。
驱动电路304提供驱动信号，各个驱动信号控制固态成像元件301的信号传输操作、快门装置303的快门操作以及未示出的发光部件的发光操作。驱动电路304使用由未示出的CPU设定的参数来控制操作。固态成像元件301根据从驱动电路304提供的驱动信号(时序信号)执行信号传输。信号处理电路305对从固态成像元件301输出的信号执行各种类型的信号处理。用于执行信号处理的视频图像信号存储在诸如存储器等存储介质中，或者输出到显示器。
<4.体内信息获取系统的应用示例>
根据本公开的技术(本技术)可应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图18是示出使用可以应用根据本公开的实施方案的技术(本技术)的胶囊型内窥镜的患者的体内信息获取系统的示意性配置示例的框图。
体内信息获取系统10001包括胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200。
检查时患者吞咽胶囊型内窥镜10100。胶囊型内窥镜10100具有摄像功能和无线通信功能，并且在其通过蠕动运动在诸如胃或肠等器官的内部移动一段时间的同时以预定间隔顺序地拍摄器官的内部的图像(在下文中称为体内图像)，直到其从患者体内自然排出。然后，胶囊型内窥镜10100通过无线传输将体内图像的信息顺序传输给体外的外部控制装置10200。
外部控制装置10200整体控制体内信息获取系统10001的操作。进一步地，外部控制装置10200接收从胶囊型内窥镜10100传输到其上的体内图像的信息，并基于接收的体内图像的信息生成用于在显示装置(未示出)上显示体内图像的图像数据。
在体内信息获取系统10001中，以这种方式在胶囊型内窥镜10100被吞下之后直到胶囊型内窥镜10100被排出的时间段内的任何时间可以获取对患者体内的状态进行成像的体内图像。
下面更详细地描述胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200的配置和功能。
胶囊型内窥镜10100包括胶囊型壳体10101，壳体10101中容纳有光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114、供电单元10115、电源单元10116和控制单元10117。
光源单元10111由光源，例如发光二极管(LED：light emitting diode)构成，并且光源单元10111将光照射在摄像单元10112的摄像视场上。
摄像单元10112由成像元件和光学系统构成，该光学系统包括设置在成像元件的前一级的多个透镜。照射在作为观察目标的身体组织上的光的反射光(在下文中称为观察光)通过光学系统会聚并被引入到成像元件中。在摄像单元10112中，通过成像元件对入射的观察光进行光电转换，由此生成对应于观察光的图像信号。由摄像单元10112生成的图像信号被提供给图像处理单元10113。
图像处理单元10113由诸如中央处理器(CPU：central processing unit)或图形处理器元(GPU：graphics processing unit)等处理器构成，并且对由摄像单元10112生成的图像信号执行各种信号处理。因此，图像处理单元10113将已经执行了信号处理的图像信号作为原始(RAW)数据提供给无线通信单元10114。
无线通信单元10114对已经由图像处理单元10113执行了信号处理的图像信号执行诸如调制处理等预定处理，并且通过天线10114A将得到的图像信号传输到外部控制装置10200。此外，无线通信单元10114通过天线10114A从外部控制装置10200接收与胶囊型内窥镜10100的驱动控制有关的控制信号。无线通信单元10114将从外部控制装置10200接收到的控制信号提供给控制单元10117。
供电单元10115由用于电力接收的天线线圈、用于从天线线圈中产生的电流再生电力的电力再生电路和升压电路(voltage booster circuit)等构成。供电单元10115使用非接触充电原理产生电力。
电源单元10116由二次电池构成，并存储由供电单元10115产生的电力。在图18中，为了避免复杂的图示，省略了表示来自电源单元10116等的电力的供应目的地的箭头标记。然而，存储在电源单元10116中的电力被供应给光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和控制单元10117，并且可以用于驱动光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和控制单元10117。
控制单元10117由诸如CPU等处理器构成，并且根据从外部控制装置10200传输到其的控制信号适当地控制光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和供电单元10115的驱动。
外部控制装置10200由处理器(诸如CPU或GPU)或混合地安装有处理器和存储元件(诸如存储器)的微型计算机或控制板等构成。外部控制装置10200通过天线10200A将控制信号传输到胶囊型内窥镜10100的控制单元10117，以控制胶囊型内窥镜10100的操作。在胶囊型内窥镜10100中，例如，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变光源单元10111的在观察目标时的光照射条件。此外，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变摄像条件(例如，摄像单元10112的帧速率或曝光值等)。此外，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变图像处理单元10113的处理的内容或者用于从无线通信单元10114传输图像信号的条件(例如，传输间隔或传输图像数量等)。
此外，外部控制装置10200对从胶囊型内窥镜10100发送到其的图像信号执行各种图像处理，以生成用于在显示装置上显示拍摄的体内图像的图像数据。作为图像处理，可以执行各种信号处理，例如，显影处理(去马赛克处理)、图像质量改善处理(带宽增强处理、超分辨率处理、降噪(NR：noise reduction)处理和/或图像稳定处理(image stabilizationprocess))和/或放大处理(电子变焦处理)。外部控制装置10200控制显示装置的驱动，以使显示装置显示基于所生成的图像数据的拍摄的体内图像。或者，外部控制装置10200还可以控制记录装置(未示出)以记录所生成的图像数据，或控制打印装置(未示出)以通过打印输出所生成的图像数据。
如上所述，已经说明了根据本公开的技术可应用于体内信息获取系统的示例。根据本公开的技术可应用于上述配置中的摄像单元10112。例如，图1中的固态成像元件1可应用于摄像单元10112。将根据本公开的技术应用于摄像单元10112能够进一步减少元件布局面积，并且预期到以下效果：可以使像素尺寸设定为进一步更小并且可以提高饱和信号量和灵敏度特性。
<5.内窥镜手术系统的应用示例>
根据本公开的技术(本技术)可应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图19是示出可以应用根据本公开实施方案的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性配置的示例的图。
在图19中，示出了其中手术者(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、如气腹管11111和能量装置11112等其他手术工具11110、支撑其上的内窥镜11100的支撑臂装置11120和其上安装了用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括透镜镜筒11101和摄像机头11102，该透镜镜筒的从其远端起的预定长度的区域插入患者11132的体腔内，该摄像机头连接到透镜镜筒11101近端。在所示出的示例中，示出了配置为具有硬性透镜镜筒11101的刚性内窥镜的内窥镜11100。然而，也可以将内窥镜11100配置为具有柔性透镜镜筒11101的柔性内窥镜。
透镜镜筒11101在其远端具有物镜装配在其中的开口。光源装置11203与内窥镜11100连接以便将由光源装置11203生成的光通过延伸到透镜镜筒11101内部的光导引入透镜镜筒11101的远端，并通过物镜将其照射到患者11132体腔内的观察目标上。需要指出的是，内窥镜11100可以是前视内窥镜或可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。
光学系统和成像元件设置在摄像机头11102的内部以便通过光学系统将来自观察目标的反射光(观察光)聚集在成像元件上。通过成像元件将观察光光电转换以生成与观察光相对应的电信号，即，与观察图像相对应的图像信号。将图像信号作为原始(RAW)数据传输到CCU 11201。
CCU 11201包括中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)等，并集中控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。进一步地，例如，CCU 11201接收来自摄像机头11102的图像信号，并对图像信号执行如显影处理(去马赛克处理)等各种图像处理以显示基于图像信号的图像。
显示装置11202在CCU 11201的控制下在其上显示基于已经由CCU11201进行过图像处理的图像信号的图像。
例如，光源装置11203包括如发光二极管(LED)等光源并将对手术区域成像时的照射光提供给内窥镜11100。
输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以通过输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种信息或指令。例如，使用者会输入改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)的指令等。
治疗工具控制装置11205控制能量装置11112的驱动以烧灼或切开组织、封闭血管等。气腹装置11206通过气腹管11111将气体供给到患者11132的体腔内以使体腔膨胀以便确保内窥镜11100的视野并确保手术者的工作空间。记录器11207是能够记录与手术相关的各种信息的装置。打印机11208是能够以如文本、图像或图形等各种形式打印与手术相关的各种信息的装置。
需要指出的是，将当对手术区域进行成像时的照射光提供到内窥镜11100的光源装置11203可以由白光光源构成，例如，白光光源由LED、激光光源或它们的组合构成。在白光光源由红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合构成的情况下，由于可以高精度地控制每种颜色(每个波长)的输出强度和输出时序，所以可以由光源装置11203调整所拍摄的图像的白平衡。进一步地，在这种情况下，如果来自各个RGB激光光源的激光束以时分的方式照射在观察目标上，那么与照射时序同步地控制摄像机头11102的成像元件的驱动。然后也可以以时分的方式拍摄分别与R、G和B颜色相对应的图像。根据这种方法，即使没有为成像元件配置滤色器，也可以获得彩色图像。
进一步地，可以控制光源装置11203的驱动以便每隔预定的时间改变将要输出的光的强度。通过与光强度的改变时序同步控制摄像机头11102的成像元件的驱动来以时分的方式获取图像并合成图像，可以创建高动态范围的图像，而该图像不会存在曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高光。
进一步地，光源装置11203可以配置成提供对应于特殊光观察的预定波长带的光。例如，在特殊光观察中，通过利用身体组织的光吸收的波长依赖性，照射与普通观察时的照射光(即，白色光)相比窄带的光，以高对比度对如黏膜表层部分的血管等预定组织执行窄带观察(窄带成像)。可选择地，在特殊光观察中，可以执行用于从通过照射激发光生成的荧光获得图像的荧光观察。在荧光观察中，可以通过将激发光照射在身体组织上来执行身体组织的荧光观察(自发荧光观察)，或可以通过将如吲哚菁绿(indocyanine green:ICG)等试剂局部注射到身体组织内并将与试剂的荧光波长相对应的激发光照射在身体组织上来获得荧光图像。光源装置11203可以配置成提供这种适用于如上所述的特殊光观察的窄带光和/或激发光。
图20是示出图19中所示出的摄像机头11102和CCU 11201的功能配置示例的框图。
摄像机头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像机头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像机头11102和CCU 11201通过传输电缆11400连接以便相互通信。
透镜单元11401是设置在与透镜镜筒11101的连接位置的光学系统。从透镜镜筒11101的远端进入的观察光被引导到摄像机头11102并引入透镜单元11401中。透镜单元11401由包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合构成。
摄像单元11402所包含的成像元件的数量可以是一个(单板型)或多个(多板型)。例如，在摄像单元11402配置为多板型的情况下，通过成像元件生成与各个R、G和B相对应的图像信号，并且可以合成图像信号以获得彩色图像。摄像单元11402也可以配置成具有用于获取与三维(3D)显示相对应的右眼图像信号和左眼图像信号的一对成像元件。如果执行3D显示，然后手术者11131可以更精确地掌握手术区域活体组织的深度。需要指出的是，在摄像单元11402配置为立体式的情况下，对应于各个成像元件设置多个透镜单元11401系统。
进一步地，摄像单元11402可能不一定设置在摄像机头11102上。例如，摄像单元11402可以设置在透镜镜筒11101内部物镜的正后方。
驱动单元11403由致动器构成，并且在摄像机头控制单元11405的控制下使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定的距离。因此，可以适当地调整由摄像单元11402拍摄的图像的放大率和焦点。
通信单元11404由用于向CCU 11201发送和从CCU 11201接收各种信息的通信装置构成。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获取的图像信号作为RAW数据传输到CCU 11201。
另外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号，并将控制信号提供给摄像机头控制单元11405。例如，控制信号包括与摄像条件相关的信息，如指定拍摄的图像的帧速率的信息、指定拍摄图像时的曝光值的信息和/或指定拍摄的图像的放大率和焦点的信息。
需要指出的是，如帧速率、曝光值、放大率或焦点等摄像条件可以由使用者指定或可以由CCU 11201的控制单元11413基于获取的图像信号自动设定。在后一种情况下，在内窥镜11100中设置自动曝光(AE)功能、自动聚焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。
摄像机头控制单元11405基于通过通信单元11404从CCU 11201接收的控制信号控制摄像机头11102的驱动。
通信单元11411由用于向摄像机头11102发送和从摄像机头11102接收各种信息的通信装置构成。通信单元11411接收通过传输电缆11400从摄像机头11102传输到其上的图像信号。
进一步地，通信单元11411将用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号传输到摄像机头11102。可以通过电通信、光学通信等传输图像信号和控制信号。
图像处理单元11412对从摄像机头11102传输到其上的RAW数据形式的图像信号执行各种图像处理。
控制单元11413执行与通过内窥镜11100对手术区域等进行图像拍摄和通过对手术区域等进行图像拍摄获得的拍摄图像的显示相关的各种控制。例如，控制单元11413创建用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号。
进一步地，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412进行过图像处理的图像信号控制显示装置11202显示其中对手术区域等进行了成像的拍摄的图像。此时，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄的图像中的各种物体。例如，控制单元11413可以通过检测拍摄的图像中所包含的物体的边缘的形状、颜色等来识别例如手术钳等手术工具、特定的活体区域、出血、使用能量装置11112时的雾等。控制单元11413当控制显示装置11202显示拍摄的图像时，可以使用识别的结果使各种手术支持信息与手术区域的图像以重叠方式显示。在手术支持信息以重叠方式显示并呈现给手术者11131的情况下，可以减轻手术者11131的负担并且手术者11131可以可靠地进行手术。
将摄像机头11102和CCU 11201相互连接的传输电缆11400是用于电信号通信的电信号电缆、用于光学通信的光纤或用于电通信和光学通信的复合电缆。
这里，虽然在所示出的示例中，使用传输电缆11400通过有线通信进行通信，但是摄像机头11102和CCU 11201之间的通信可以通过无线通信进行。
如上所述，已经说明了可应用根据本公开的技术的内窥镜手术系统的示例。根据本公开的技术可应用于上述配置中的内窥镜11100和摄像机头11102(的摄像单元11402)。例如，图1中的固态成像元件1可应用于内窥镜11100和摄像机头11102(的摄像单元11402)。通过将根据本公开的技术应用于内窥镜11100和摄像机头11102(的摄像单元11402)，可以进一步减少元件布局面积，并且预期到以下效果：可以使像素尺寸设定为进一步更小并且提高饱和信号量和灵敏度特性。
另外，在上面已经将内窥镜手术系统作为示例进行了说明，而除此之外，根据本公开的技术还可以应用于例如显微手术系统等。
<6.移动体的应用示例>
根据本公开的技术(本技术)可应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在如汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船、机器人等任何一种类型的移动体上的装置。
图21是示出了作为可以应用根据本公开的实施方案的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置示例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图21所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053被示出为综合控制单元12050的功能构成。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作以下装置的控制装置：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调整车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制设置到车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为钥匙的替代的便携式装置传输过来的无线电波或各种开关的信号能够输入至车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置和灯等。
车外信息检测单元12030检测关于具有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031连接。车外信息检测单元12030使成像部12031对车辆外部的图像进行成像，并且接收所拍摄的图像。在接收的图像的基础上，车外信息检测单元12030可以对诸如人、车辆、障碍物、标记或路面上的符号等物体执行检测处理或距这些物体的距离的检测处理。
成像部12031是光学传感器，其用于接收光并且输出与接收的光的光量对应的电信号。成像部12031可以输出电信号作为图像，或可以输出电信号作为关于测量距离的信息。此外，成像部12031接收的光可以是可见光，或可以是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行成像的相机。在从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息的基础上，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。
微型计算机12051可以在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现先进驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistancesystem)的功能的协同控制，该功能包括：车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的跟车行驶、车辆速度维持行驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。
此外，微型计算机12051可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等使车辆自主行驶，而不依赖于驾驶员的操作等。
此外，微型计算机12051可以在关于车辆外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030获得的)的基础上向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以根据车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置通过控制车头灯以从远光灯变为近光灯来执行旨在防止眩光的协同控制。
声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一种的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够在视觉上或听觉上将信息通知车辆的乘客或车辆的外部。在图21的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表面板12063被示出为输出装置。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图22是示出了成像部12031的安装位置的示例的图。
在图22中，成像部12031包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。
成像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部上的位置。设置到前鼻上的成像部12101和设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置到侧视镜上的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门上的成像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志或车道等。
顺便提及，图22示出了成像部12101至12104的拍摄范围的示例。成像范围12111表示设置到前鼻上的成像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜上的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置到后保险杠或后门上的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101至12104拍摄的图像数据，获得从上方观看到的车辆12100的俯瞰图像。
成像部12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，成像部12101至12104中的至少一者可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051可以在从成像部12101至12104获得的距离信息的基础上确定到成像范围12111到12114内的每个三维物体的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取最近的三维物体作为前方车辆，特别地，该三维物体存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0千米/小时)在与车辆12100基本相同的方向上行驶。此外，微型计算机12051可以预先设定在前方车辆前方要保持的车间距离，并且执行自动制动控制(包括跟车停止控制)或自动加速控制(包括跟车启动控制)等。因此，可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等。
例如，微型计算机12051可以在从成像部12101至12104获得的距离信息的基础上将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并使用所提取的三维物体数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以在视觉上识别的障碍物以及车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定表示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或者避让转向。微型计算机12051由此可以辅助驱动以避免碰撞。
成像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外摄像机。例如，微型计算机12051可以通过确定成像部12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过在作为红外摄像机的成像部12101至12104的拍摄图像中提取特征点的程序以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的程序来执行对行人的这种识别。当微型计算机12051确定成像部12101至12104的拍摄图像中存在行人并且因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线以叠加在识别出的行人上的方式显示。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得表示行人的图标等显示在期望的位置处。
如上所述，已经说明了可应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可应用于上述配置中的成像部12031(包括成像部12101至12104)。更具体地，图1中的固态成像元件1可应用于成像部12031(包括成像部12101至12104)。通过将根据本公开的技术应用于成像部12031(包括成像部12101至12104)，能够进一步减少元件布局面积，并且预期到以下效果：可以将像素尺寸设定为进一步更小并且提高饱和信号量和灵敏度特性。
<7.层叠固态成像元件的示例性配置>
<可以应用根据本公开的技术的包括分别包括堆叠的光电转换部的像素的固态成像装置的示例性断面配置>
图23是示出可以应用根据本公开的技术的固态成像装置的示例性配置的断面图，该固态成像装置包括分别具有彼此堆叠的光电转换部的像素。
换句话说，图23示出了包括像素的固态成像装置的一个像素的示例性配置，各个像素包括堆叠的光电转换部。
对于固态成像装置，其中形成有传输晶体管(MOS FET)等的多层布线层22030设置在作为半导体基板22010正面且在与其光接收面相对侧的面22011侧。
在图23中，固态成像装置具有层叠结构，该层叠结构具有在垂直方向上彼此堆叠的一个有机光电转换部22040和两个无机光电转换部22013和22014，各个光电转换部选择性地检测在彼此不同的波长区域中的光束并且执行光电转换，并且有机光电转换部22040包括例如三种类型的有机半导体材料。
每个元件(每个像素)通过如上所述将两个无机光电转换部22013和22014以及一个有机光电转换部22040彼此堆叠可以获取红色、绿色和蓝色信号。有机光电转换部22040形成在作为半导体基板22010的背面的面22012上，无机光电转换部22013和22014以嵌入在半导体基板22010中的形式形成。
有机光电转换部22040包括有机光电转换元件，其利用有机半导体吸收选择性波长区域中的光束，即，在这种情况下为绿光束，并且产生电子-空穴对。有机光电转换部22040具有将有机光电转换层(有机半导体层)22043夹在下部电极22041和上部电极22042之间的配置，下部电极22041和上部电极22042是用于提取信号电荷的一对电极。下部电极22041和上部电极22042通过布线层和接触金属层连接到嵌入半导体基板22010中的导电插塞22015和22016。
层间绝缘膜22045和22046在有机光电转换部22040中形成在半导体基板22010的面22012上。通孔设置在层间绝缘膜22045中面向导电插塞22015和22016的各者的区域中。导电插塞22047和22048分别嵌入其中一个通孔中。布线层22049和22050分别嵌入在层间绝缘膜22046中面向导电插塞22047和22048中的其中一个的区域中。在层间绝缘膜22046上，设置下部电极22041并设置布线层22052，布线层22052通过绝缘膜22051与下部电极22041电隔离。其中，在下部电极22041上形成有机光电转换层22043，并且形成上部电极22042以覆盖有机光电转换层22043。在上部电极22042上，形成保护膜22053以覆盖其表面。接触孔22054设置在保护膜22053的预定区域中，并且在保护膜22053上形成有嵌入接触孔22054并且延伸到布线层22052的上表面的接触金属层22055。
导电插塞22047与导电插塞22015一起用作连接器，并且与导电插塞22015和布线层22049一起形成电荷(电子)从下部电极22041到绿色电容器层22017的传输路径。导电插塞22048与导电插塞22016一起用作连接器，并且与导电插塞22016、布线层22050、布线层22052以及接触金属层22055一起形成用于来自上部电极22042的电荷(空穴)的放电路径。为了起到遮光膜的作用，导电插塞22047和22048各自可以由例如钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨等金属材料构成的层叠膜。此外，通过使用上述层叠膜，即使在导电插塞22015和22016各自形成为n型或p型半导体层的情况下，也可以确保与硅的接触。
层间绝缘膜22045可以包括界面态低的绝缘膜，以降低与半导体基板22010的硅层22018之间的界面态，并抑制来自与硅层22018的界面的任何暗电流的产生。例如，由氧化铪(HfO2)膜和二氧化硅(SiO2)膜构成的层叠膜可用作这种绝缘膜。层间绝缘膜22046可以由单层膜构成，该单层膜由例如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅(SiON)等中的一种构成，或者层间绝缘膜22046可以由上述的两种或更多种的层叠膜构成。
绝缘膜22051由单层膜构成，该单层膜由例如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅(SiON)等中的一种构成，或者绝缘膜22051由上述的两种或更多种的层叠膜构成。绝缘膜22051具有例如平坦化表面，并且具有形成与下部电极22041基本上没有间隙的形状和图案。绝缘膜22051具有将固态成像装置的像素的下部电极22041彼此电隔离的功能。
下部电极22041正好面对形成在半导体基板22010中的无机光电转换部22013和22014的光接收面，并且设置在覆盖这些光接收面的区域中。下部电极22041由具有透光性的导电膜构成，并且由例如氧化铟锡(ITO)构成。然而，除了ITO之外，可以使用添加有掺杂剂的二氧化锡(SnO2)基材料或通过向氧化锌(ZnO)添加掺杂剂而形成的氧化锌基材料作为下部电极22041的构成材料。例如，氧化锌基材料的示例包括其中添加有铝(Al)作为掺杂剂的氧化铝锌(AZO)、添加有镓(Ga)的氧化镓锌(GZO)和添加有铟(In)的氧化铟锌(IZO)。另外，除此之外，还可以使用CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIN2O4、CdO、ZnSnO3等。另外，在图23中，从下部电极22041提取由有机光电转换层22043获取的信号电荷(电子)，并且因此形成针对每个像素隔离开的下部电极22041。
有机光电转换层22043由例如三种类型的材料构成，即第一有机半导体材料、第二有机半导体材料和/或第三有机半导体材料，并且这三种类型的有机半导体材料中的任何一种是有机p型半导体和有机n型半导体中的一种或两种。有机光电转换层22043对在选择性波长区域中的光束进行光电转换，另一方面，使在其他波长区域中的任何光束透射。更具体地，有机光电转换层22043在例如作为绿光束的波长的450至650nm的范围内具有最大吸收波长。
未示出的其他层可以设置在有机光电转换层22043和下部电极22041之间，以及有机光电转换层22043和上部电极22042之间。例如，底涂膜、空穴传输层、电子阻挡膜、有机光电转换层22043、空穴阻挡膜、缓冲膜、电子传输层和功函数调整膜可以从下部电极22041侧依次堆叠。
上部电极22042由具有与下部电极22041的透光性类似的透光性的导电膜构成。上部电极22042可以针对每个像素隔离开，或者可以形成为像素的公共电极。上部电极22042的厚度例如为10至200nm。
保护膜22053由具有透光性的材料构成，并且由例如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等中的任何一种的单层膜构成，或者由以上两种或更多种的层叠膜构成。保护膜22053的厚度例如为100至30,000nm。
接触金属层22055由例如钛、钨、氮化钛、铝等中的任何一种构成，或由这些中的两种或更多种的层叠膜构成。
无机光电转换部22013和22014均是其中具有pn结的PD(光电二极管)，并且在半导体基板22010中沿光路从面22012侧按无机光电转换部22013和22014的顺序形成。无机光电转换部22013选择性地检测蓝光束并在其中累积对应于蓝色的信号电荷。无机光电转换部22013形成为例如从沿着半导体基板22010的面22012的选择性区域延伸到在与多层布线层22030的界面附近的区域。无机光电转换部22014选择性地检测红光束并在其中累积对应于红色的信号电荷。无机光电转换部22014形成在例如低于无机光电转换部22013的下层(面22011侧)的区域上。另外，蓝色是对应于例如450至495nm的波长区域的颜色，红色是对应于例如620至750nm的波长区域的颜色，并且无机光电转换部22013和22014均仅需要能够检测在上述波长区域的一部分或整个波长区域中的光束。
图23中的像素具有层叠结构，该层叠结构具有在垂直方向上彼此堆叠的有机光电转换部22040和两个无机光电转换部22013和22014，并且有机光电转换部22040、无机光电转换部22013和无机光电转换部22014分别吸收(检测)并光电转换绿光束、蓝光束和红光束。因此，每个像素可以在垂直(层)方向上执行垂直分光，并且可以获取红色、绿色和蓝色的信号。
根据本公开的技术可应用于如上所述的固态成像装置。
<可以应用根据本公开的技术的其中包括分别具有彼此堆叠的光电转换部的像素的固态成像装置的示例性平面配置>
图24是示出可以应用根据本公开的技术的固态成像装置的示例性配置的平面图，该固态成像装置中包括分别具有彼此堆叠的光电转换部的像素。
换句话说，图24示出了其中包括分别具有彼此堆叠的光电转换部的像素的固态成像装置的一个像素的示例性配置。
像素25010包括光电转换区域25021，其中具有分别光电转换具有R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)波长的光束的红色光电转换部、绿色光电转换部和蓝色光电转换部(均未示出)，例如，其按照绿色光电转换部、蓝色光电转换部和红色光电转换部的顺序彼此堆叠成三层。像素25010还包括作为电荷读取部的晶体管组25110、25120和25130，其分别从红色光电转换部、绿色光电转换部和蓝色光电转换部读取对应于R、G和B波长的光束的电荷。在固态成像装置中，在一个像素25010中，在垂直方向上的分光，即，作为在光电转换区域25021中彼此堆叠的红色光电转换部、绿色光电转换部和蓝色光电转换部的层中的R、G和B的每个光束的分光被执行。
晶体管组25110、25120和25130围绕光电转换区域25021形成。晶体管组25110输出与由红色光电转换部产生和累积的R光束相对应的信号电荷作为像素信号。晶体管组25110包括传输晶体管(MOS FET)25111、复位晶体管25112、放大晶体管25113和选择晶体管25114。晶体管组25120输出与由绿色光电转换部产生和累积的G光束相对应的信号电荷作为像素信号。晶体管组25120包括传输晶体管25121、复位晶体管25122、放大晶体管25123和选择晶体管25124。晶体管组25130输出与由蓝色光电转换部产生和累积的B光束相对应的信号电荷作为像素信号。晶体管组25130包括传输晶体管25131、复位晶体管25132、放大晶体管25133和选择晶体管25134。
传输晶体管25111包括栅极G、源极/漏极区域S/D和FD(浮动扩散部)25115(源极/漏极区域的)。传输晶体管25121包括栅极G、(与源极/漏极区域连接的)光电转换区域25021的绿色光电转换部和FD 25125。传输晶体管25131包括栅极G、源极/漏极区域S/D和FD25135。此外，传输晶体管25111的源极/漏极区域连接到光电转换区域25021的红色光电转换部，并且传输晶体管25131的源极/漏极区域连接到光电转换区域25021的蓝色光电转换部。
所有复位晶体管25112、25122和25132、放大晶体管25113、25123和25133以及选择晶体管25114、25124和25134均包括栅极G和布置成将栅极G夹在其间的形式的一对源极/漏极区域S/D。
FD 25115、25125和25135分别连接到用作复位晶体管25112、25122和25132的源极的源极/漏极区域S/D，并且还分别连接到放大晶体管25113、25123和25133的栅极G。电源Vdd连接到源极/漏极区域S/D，各个源极/漏极区域S/D由复位晶体管25112和放大晶体管25113、复位晶体管25122和放大Tr25123以及复位晶体管25132和放大晶体管25133中的任一者共享。VSL(垂直信号线)连接到用作选择晶体管25114、25124和25134的源极的源极/漏极区域S/D。
根据本公开的技术可应用于如上所述的固态成像装置。
另外，在本说明书中，描述一系列处理的步骤不限于包括按照所说明的顺序按时间顺序执行的处理，并且还包括不一定按时间顺序但需并行执行或各自单独执行的处理。
此外，本公开中的实施方案不限于上述实施方案，并且可以在不脱离本公开的主旨的范围内对其进行各种改变。
此外，在上文中，描述为一个装置(或一个处理部)的配置可以被划分为配置为多个装置(或处理部)。相反，在上文中，描述为多个装置(或多个处理部)的配置可以彼此集成以配置为一个装置(或一个处理部)。此外，毋庸置疑，上述配置之外的配置可以添加到每个装置(或处理部)的配置中。此外，当作为整个系统的配置和操作基本相同时，一个特定装置(或一个特定处理部)的配置的一部分可以包含在另一个装置(或另一个处理部)的配置中。简而言之，本技术不限于上述实施方案，并且可以在不脱离本技术的主旨的范围内对其进行各种改变。
如上所述已经参考附图对本公开的优选实施方案进行了详细的说明，而本公开不限于这些示例。显然，在本公开所属技术领域中具有共同知识的人可以在所附权利要求中说明的技术构思的范围内预见到各种变化示例或各种变形例，并且应当理解，这些示例也自然属于本公开的技术范围。
关于上述内容，本技术也可以采用以下配置。
(1)一种固态成像元件，其包括：
光电转换元件，其设置在半导体基板的第一面侧；
贯通电极，所述贯通电极连接到所述光电转换元件并设置在所述半导体基板的所述第一面与其第二面之间，所述第二面是与所述第一面不同的面；
晶体管和浮动扩散部，其设置在所述第二面中并通过所述贯通电极连接到光电转换元件；和
电介质层，其在所述第二面中形成在所述贯通电极之间，所述电介质层比所述晶体管的栅极绝缘膜厚。
(2)如上述(1)中所述的固态成像元件，还包括：
屏蔽电极，从所述第二面侧观看时所述屏蔽电极位于所述电介质层的内侧。
(3)如上述(2)中所述的固态成像元件，其中，
所述屏蔽电极的材料包括多晶硅或非晶硅。
(4)如上述(2)或(3)中所述的固态成像元件，其中，
所述屏蔽电极从电连接到所述屏蔽电极的触点和电连接到所述触点的布线被控制为处于预定电压下。
(5)如上述(4)中所述的固态成像元件，其中，
电连接到所述屏蔽电极的触点设置在所述贯通电极之间。
(6)如上述(4)或(5)中所述的固态成像元件，其中，
电连接到所述屏蔽电极的触点在所述贯通电极之间设置成线形。
(7)如上述(1)至(6)中任一项所述的固态成像元件，其中，
所述电介质层设置在所述贯通电极周围。
(8)如上述(1)至(7)中任一项所述的固态成像元件，其中，
所述贯通电极贯通所述半导体基板并通过隔离沟槽与所述半导体基板隔离，
所述电介质层和所述隔离沟槽彼此接触。
(9)如上述(1)至(7)中任一项所述的固态成像元件，还包括：
一个或多个光电二极管，其设置在所述半导体基板中。
(10)一种电子设备，其包括：
固态成像元件，其包括
光电转换元件，其设置在半导体基板的第一面侧，
贯通电极，所述贯通电极连接到所述光电转换元件并设置在所述半导体基板的所述第一面与其第二面之间，所述第二面是与所述第一面不同的面，
晶体管和浮动扩散部，其设置在所述第二面中并通过所述贯通电极连接到光电转换元件，和
电介质层，其在所述第二面中形成在所述贯通电极之间，所述电介质层比所述晶体管的栅极绝缘膜厚；
信号处理电路，其处理从所述固态成像元件输出的输出信号；和
光学系统，其将入射光发射到所述固态成像元件中。
(11)一种制造装置的制造方法，所述方法包括：
在半导体基板的第一面与其第二面之间形成通孔，所述第二面是与所述第一面不同的面；
在所述第二面中的通孔之间形成电介质层，所述电介质层比在所述第二面中形成的晶体管的栅极绝缘膜厚；
在所述第二面中形成包括所述晶体管的栅极布线；
通过在所述通孔中嵌入金属材料膜来形成贯通电极；以及
在所述第一面中形成通过所述贯通电极连接到所述晶体管和浮动扩散部的所述光电转换元件。
附图标记的列表
1固态成像元件,2像素,11半导体基板,11-1第一面,11-2第二面,101电介质,102膜,103电介质层,104贯通电极,105隔离沟槽,106透明电极,107光电转换膜,108透明电极,109光电转换元件,110保护膜,111层间绝缘膜,112光入射面,114屏蔽电极,115放大晶体管,116-118浮动扩散部,120栅极绝缘膜,121传输栅极,122垂直传输栅极,123,124光电二极管,125布线层,126绝缘膜,127多层布线,128触点,129复位晶体管,151预定形成区域

Claims (10)

1.一种固态成像元件，其包括：
光电转换元件，其设置在半导体基板的第一面侧；
贯通电极，所述贯通电极连接到所述光电转换元件并设置在所述半导体基板的所述第一面与其第二面之间，所述第二面是与所述第一面不同的面；
晶体管和浮动扩散部，其设置在所述第二面中并通过所述贯通电极连接到光电转换元件；
电介质层，其在所述第二面中形成在所述贯通电极之间，所述电介质层比所述晶体管的栅极绝缘膜厚；和
屏蔽电极，从所述第二面侧观看时所述屏蔽电极位于所述电介质层的内侧，并且所述屏蔽电极设置在所述电介质层上方。
2.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，
所述屏蔽电极的材料包括多晶硅或非晶硅。
3.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，
所述屏蔽电极从电连接到所述屏蔽电极的触点和电连接到所述触点的布线被控制为处于预定电压下。
4.根据权利要求3所述的固态成像元件，其中，
电连接到所述屏蔽电极的触点设置在所述贯通电极之间。
5.根据权利要求4所述的固态成像元件，其中，
电连接到所述屏蔽电极的触点在所述贯通电极之间设置成线形。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的固态成像元件，其中，
所述电介质层设置在所述贯通电极周围。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的固态成像元件，其中，
所述贯通电极贯通所述半导体基板并通过隔离沟槽与所述半导体基板隔离，
所述电介质层和所述隔离沟槽彼此接触。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的固态成像元件，还包括：
一个或多个光电二极管，其设置在所述半导体基板中。
9.一种电子设备，其包括：
根据权利要求1-8中任一项所述的固态成像元件；
信号处理电路，其处理从所述固态成像元件输出的输出信号；和
光学系统，其将入射光发射到所述固态成像元件中。
10.一种制造装置的制造方法，所述方法包括：
在半导体基板的第一面与其第二面之间形成通孔，所述第二面是与所述第一面不同的面；
在所述第二面中的通孔之间形成电介质层，所述电介质层比在所述第二面中形成的晶体管的栅极绝缘膜厚；
在所述第二面中形成包括所述晶体管的栅极布线；
通过在所述通孔中嵌入金属材料膜来形成贯通电极；并且
在所述第一面中形成通过所述贯通电极连接到所述晶体管和浮动扩散部的光电转换元件，
其中，所述方法还包括形成从所述第二面侧观看时位于所述电介质层的内侧的屏蔽电极，并且所述屏蔽电极设置在所述电介质层上方。
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