CN112789725A - 固态成像单元和电子设备 - Google Patents

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Abstract

根据本公开实施方案的固态成像单元包括两个以上的像素。每个像素包括光电转换部；保持从所述光电转换部传输的电荷的电荷保持部；和将电荷从所述光电转换部传输到所述电荷保持部的传输晶体管。每个像素包括在位于受光面和所述电荷保持部之间并且彼此不同的层内配置的两个以上的遮光部。所述两个以上的遮光部设置在不遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述光电转换部中并且当从所述受光面观察时不产生间隙的位置。

Description

固态成像单元和电子设备
技术领域
本公开涉及一种固态成像单元和电子设备。
背景技术
已经提出了在固态成像单元中在光电转换部和电荷保持部之间设置遮光部，以防止来自受光面的光进入在光电转换部中累积的电荷被传输到其中的电荷保持部(例如，参见专利文献1)。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：国际公开WO 2016/136486
发明内容
顺便提及的是，在上述的固态成像单元的领域中，期望减少由光入射到电荷保持部中而引起的噪声。因此，期望提供一种可以减少由光入射到电荷保持部中而引起的噪声的固态成像单元和包括该固态成像单元的电子设备。
根据本公开一个实施方案的固态成像单元包括受光面和与所述受光面相对配置的两个以上的像素。每个像素包括光电转换部、电荷保持部和传输晶体管。所述光电转换部对经由所述受光面入射的光进行光电转换。所述电荷保持部保持从所述光电转换部传输的电荷。所述传输晶体管包括到达所述光电转换部的垂直栅电极。所述传输晶体管将电荷从所述光电转换部传输到所述电荷保持部。每个像素还包括两个以上的遮光部。所述两个以上的遮光部配置在位于所述受光面和所述电荷保持部之间并且彼此不同的层内。所述两个以上的遮光部设置在所述两个以上的遮光部不遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述光电转换部中并且当从所述受光面观察时所述两个以上的遮光部不产生间隙的位置。
根据本公开实施方案的电子设备包括：基于入射光输出像素信号的固态成像单元和处理所述像素信号的信号处理电路。设置在电子设备中的固态成像单元具有与上述固态成像单元相同的构成。
在根据本公开一个实施方案的固态成像单元和电子设备中，设置有遮挡经由受光面入射的光入射到电荷保持部中的两个以上的遮光部。因此，例如，即使在设置有诸如垂直栅电极等防止遮光的结构的情况下，通过适当地调整两个以上的遮光部的配置也可以遮挡经由受光面入射的光入射到电荷保持部中。
根据本公开一个实施方案的固态成像单元和电子设备，设置有遮挡经由受光面入射的光进入到电荷保持部中的两个以上的遮光部。因此，可以减少由光入射到电荷保持部中而引起的噪声。注意，本技术的效果不限于这里记载的效果，并且可以包括本文记载的任何效果。
附图说明
图1是示出根据本公开实施方案的固态成像单元的示意性构成的示例的图。
图2是示出图1中的传感器像素的电路构成的示例的图。
图3是示出图1中的传感器像素的断面构成的示例的图。
图4是图1中的传感器像素的示意性构成的示例的立体图。
图5是示出图4的Sec1中的平面构成的示例的图。
图6是示出图4的Sec2中的平面构成的示例的图。
图7是示出图4的Sec3中的平面构成的示例的图。
图8是示出图1的固态成像单元的制造方法的示例的图。
图9是用于说明图8之后的制造过程的图。
图10是用于说明图9之后的制造过程的图。
图11是用于说明图10之后的制造过程的图。
图12是用于说明图11之后的制造过程的图。
图13是用于说明图12之后的制造过程的图。
图14是用于说明图13之后的制造过程的图。
图15是用于说明图14之后的制造过程的图。
图16是用于说明图15之后的制造过程的图。
图17是用于说明图15之后的制造过程的图。
图18是用于说明图16之后的制造过程的图。
图19是用于说明图18之后的制造过程的图。
图20是用于说明图19之后的制造过程的图。
图21是用于说明图20之后的制造过程的图。
图22是用于说明图21之后的制造过程的图。
图23是用于说明图22之后的制造过程的图。
图24是示出根据比较例的固态成像单元的传感器像素的断面构成的示例的图。
图25是图4中的传感器像素的示意性构成的变形例的立体图。
图26是图4中的传感器像素的示意性构成的变形例的立体图。
图27是示出包括根据上述实施方案及其变形例中的任何一个的成像单元的成像系统的示意性构成的示例的图。
图28是示出车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
图29是辅助说明车外信息检测单元和成像部的设置位置的示例的图。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细说明本公开的实施方案。注意，按照以下顺序给出说明。
1.实施方案(固态成像单元)...图1～图24
2.变形例(固态成像单元)...图25和图26
3.适用例(成像系统)...图27
4.移动体的应用例...图28和图29
<1.实施方案>
[构成]
下面说明根据本公开实施方案的固态成像单元1。固态成像单元1例如是包括CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器等的全局快门方式的背面照射型图像传感器。固态成像单元1接收来自被摄体的光并且对光执行光电转换以生成图像信号，从而捕获图像。固态成像单元1基于入射的光输出像素信号。
全局快门方式是执行全局曝光的方式，其中基本上对于所有像素同时开始曝光，并且对于所有像素同时终止曝光。这里，所有像素是指图像中出现的部分中的所有像素，并且虚设像素等除外。此外，全局快门方式还包括如下方式：如果时间差或图像失真足够小到不会造成问题的程度，则不是对于所有像素同时、而是以多行(例如，数十行)为单位执行全局曝光，在这同时移动区域以执行全局曝光。此外，全局快门方式还包括不是对于在图像中出现的部分中的所有像素、而是对于预定区域中的像素执行全局曝光的方式。
背面照射型图像传感器是具有其中光电转换部设置在受光面和配线层之间的构成的图像传感器。受光面接收来自被摄体的光。配线层是其上设置有驱动各像素的晶体管等的配线的层。光电转换部是接收来自被摄体的光并将其转换成电气信号的光电二极管等。注意，本公开不限于适用于CMOS图像传感器。
图1示出根据本公开实施方案的固态成像单元1的示意性构成的示例。固态成像单元1包括其中进行光电转换的两个以上的传感器像素11以矩阵状配置的像素阵列部10。传感器像素11相当于本公开的“像素”的一个具体示例。图2示出传感器像素11和读出电路12(稍后将说明)的电路构成的示例。图3示出传感器像素11和读出电路12的断面构成的示例。例如，固态成像单元1包括彼此贴合的两个基板(第一基板30和第二基板40)。
第一基板30包括在半导体基板31上的两个以上的传感器像素11。两个以上的传感器像素11以矩阵状设置在与半导体基板31的背面(受光面31A)相对的位置处。第一基板30还包括在半导体基板31上的两个以上的读出电路12。各读出电路12基于从传感器像素11输出的电荷来输出像素信号。例如，两个以上的读出电路12是针对每四个传感器像素11设置一个。在这种情况下，四个传感器像素11共享一个读出电路12。这里，“共享”是指四个传感器像素11的输出被供给到共用的读出电路12。例如，读出电路12包括复位晶体管RST、选择晶体管SEL和放大晶体管AMP。
第一基板30包括在行方向上延伸的两条以上的像素驱动线以及在列方向上延伸的两条以上的数据输出线VSL。像素驱动线是接收控制传感器像素11中累积的电荷的输出的控制信号的线。例如，像素驱动线在行方向上延伸。数据输出线VSL是将从各读出电路12供给的像素信号供给到逻辑电路20的线。例如，数据输出线VSL在列方向上延伸。
第二基板40包括在半导体基板41上的逻辑电路20。逻辑电路20对像素信号进行处理。例如，逻辑电路20包括垂直驱动电路21、列信号处理电路22、水平驱动电路23和系统控制电路24。逻辑电路20(具体地，水平驱动电路23)将各传感器像素11的输出电压输出到外部。
例如，垂直驱动电路21针对各预定的单位像素行顺次地选择两个以上的传感器像素11。“预定的单位像素行”是指允许在相同地址进行像素选择的像素行。例如，在两个以上的传感器像素11共享一个读出电路12的情况下，如果共享读出电路12的两个以上的传感器像素11的布局是两个像素行×n个像素列(n是1以上的整数)，则“预定的单位像素行”是指两个像素行。类似地，如果共享读出电路12的两个以上的传感器像素11的布局是四个像素行×n个像素列(n是1以上的整数)，则“预定的单位像素行”是指四个像素行。
例如，列信号处理电路22对从垂直驱动电路21所选择的行的各传感器像素11供给的像素信号进行相关双采样(Correlated Double Sampling：CDS)处理。例如，列信号处理电路22进行CDS处理以提取像素信号的信号电平，并且基于各传感器像素11的受光量来保持像素数据。例如，列信号处理电路22包括用于各个数据输出线VSL的列信号处理部22A。例如，列信号处理部22A包括单斜率A/D转换器。例如，单斜率A/D转换器包括比较器和计数器电路。例如，水平驱动电路23将保持在列信号处理电路22中的像素数据顺次地输出到外部。例如，系统控制电路24控制逻辑电路20内的各个块(垂直驱动电路21、列信号处理电路22和水平驱动电路23)的驱动。
各传感器像素11具有彼此相同的构成要素。例如，各传感器像素11包括光电二极管PD、第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、电荷保持部MEM、第三传输晶体管TRG、浮动扩散部FD和排出晶体管OFG。例如，第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、第三传输晶体管TRG和排出晶体管OFG为NMOS(金属氧化物半导体)晶体管。光电二极管PD相当于本公开的“光电转换器”的一个具体示例。第一传输晶体管TRX相当于本公开的“传输晶体管”的一个具体示例。
光电二极管PD对经由受光面31A入射的光L进行光电转换。光电二极管PD进行光电转换以基于受光量产生电荷。例如，光电二极管PD是包括设置在半导体基板31内的N型半导体区域32A和P型半导体区域32B的PN结的光电转换器。光电二极管PD的阴极电气连接到第一传输晶体管TRX的源极。光电二极管PD的阳极电气连接到基准电位线(例如，接地GND)。
第一传输晶体管TRX连接在光电二极管PD和第二传输晶体管TRM之间。响应于施加到栅电极(垂直栅电极VG)的控制信号，第一传输晶体管TRX将光电二极管PD中累积的电荷传输到第二传输晶体管TRM。第一传输晶体管TRX将电荷从光电二极管PD传输到电荷保持部MEM。第一传输晶体管TRX包括垂直栅电极VG。第一传输晶体管TRX的漏极电气连接到第二传输晶体管TRM的源极。第一传输晶体管TRX的栅极连接到像素驱动线。
第二传输晶体管TRM连接在第一传输晶体管TRX和第三传输晶体管TRG之间。响应于施加到栅电极的控制信号，第二传输晶体管TRM控制电荷保持部MEM的电位。例如，当第二传输晶体管TRM导通时，电荷保持部MEM的电位加深，并且当第二传输晶体管TRM断开时，电荷保持部MEM的电位变浅。此外，例如，当第一传输晶体管TRX和第二传输晶体管TRM导通时，光电二极管PD中累积的电荷经由第一传输晶体管TRX和第二传输晶体管TRM传输到电荷保持部MEM。第二传输晶体管TRM的漏极电气连接到第三传输晶体管TRG的源极。第二传输晶体管TRM的栅极连接到像素驱动线。
电荷保持部MEM是临时保持光电二极管PD中累积的电荷以实现全局快门功能的区域。电荷保持部MEM保持从光电二极管PD传输的电荷。
第三传输晶体管TRG连接在第二传输晶体管TRM和浮动扩散部FD之间。响应于施加到栅电极的控制信号，第三传输晶体管TRG将保持在电荷保持部MEM中的电荷传输到浮动扩散部FD。例如，当第二传输晶体管TRM断开并且第三传输晶体管TRG导通时，保持在电荷保持部MEM中的电荷经由第二传输晶体管TRM和第三传输晶体管TRG传输到浮动扩散部FD。第三传输晶体管TRG的漏极电气连接到浮动扩散部FD。第三传输晶体管TRG的栅极连接到像素驱动线。
浮动扩散部FD是其中从光电二极管PD经由第三传输晶体管TRG输出的电荷被临时保持的浮动扩散区域。例如，复位晶体管RST连接到浮动扩散部FD。例如，垂直信号线VSL经由放大晶体管AMP和选择晶体管SEL也连接到浮动扩散部FD。
在排出晶体管OFG中，漏极连接到电源线VDD，并且源极连接在第一传输晶体管TRX和第二传输晶体管TRM之间。响应于施加到栅电极的控制信号，排出晶体管OFG使光电二极管PD初始化(复位)。例如，当第一传输晶体管TRX和排出晶体管OFG导通时，光电二极管PD的电位被复位为电源线VDD的电位电平。即，光电二极管PD被初始化。此外，例如，排出晶体管OFG在第一传输晶体管TRX和电源线VDD之间形成溢出路径，并且将从光电二极管PD溢出的电荷排出到电源线VDD。
在复位晶体管RST中，漏极连接到电源线VDD，并且源极连接到浮动扩散部FD。响应于施加到栅电极的控制信号，复位晶体管RST使从电荷保持部MEM到浮动扩散部FD的各区域初始化(复位)。例如，当第三传输晶体管TRG和复位晶体管RST导通时，电荷保持部MEM和浮动扩散部FD的电位被复位为电源线VDD的电位电平。即，电荷保持部MEM和浮动扩散部FD被初始化。
放大晶体管AMP具有连接到浮动扩散部FD的栅电极和连接到电源线VDD的漏极。放大晶体管AMP用作源极跟随器电路的输入部，该源极跟随器电路读出通过在光电二极管PD处的光电转换获得的电荷。即，放大晶体管AMP具有经由选择晶体管SEL连接到垂直信号线VSL的源极，由此提供源极跟随器电路以及连接到垂直信号线VSL的一端的恒定电流源。
选择晶体管SEL连接在放大晶体管AMP的源极和垂直信号线VSL之间。选择晶体管SEL的栅电极接收控制信号作为选择信号。当控制信号导通时，选择晶体管SEL进入导通状态，并且连接到选择晶体管SEL的传感器像素11进入选择状态。当传感器像素11进入选择状态时，从放大晶体管AMP输出的像素信号经由垂直信号线VSL被读出到列信号处理电路22。
接着，给出传感器像素11的构成的详细说明。图4是传感器像素11的示意性构成的示例的立体图。图5示出图4的Sec1中的平面构成的示例。图6示出图4的Sec2中的平面构成的示例。图7示出图4的Sec3中的平面构成的示例。注意，在图5中，在图4的Sec1中的平面构成上叠加有读出电路12中包括的各种晶体管(复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL)的布局以及后述的金属埋入部51A和52A的布局。此外，图5示出共享读出电路12的四个浮动扩散部FD与共用的引出电极13电气连接的情况。此外，在图6中，在图4的Sec2中的平面构成上叠加有后述的金属埋入部53A的布局。
第一基板30包括以此顺序层叠在半导体基板31上的半导体层33和绝缘层32。即，绝缘层32形成为与半导体层33的上表面接触。在半导体层33的上表面形成有第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、电荷保持部MEM、第三传输晶体管TRG、浮动扩散部FD和排出晶体管OFG。在半导体层33的上表面附近形成有电荷保持部MEM。因此，半导体层33的上表面用作第一传输晶体管TRX等的形成面31B。注意，包括半导体基板31和半导体层33的层叠体也可以视为半导体基板。在这种情况下，包括半导体基板31和半导体层33的层叠体(半导体基板)的上表面用作形成面31B，并且包括半导体基板31和半导体层33的层叠体(半导体基板)的背面用作受光面31A。在这种情况下，各传感器像素11形成在包括半导体基板31和半导体层33的层叠体(半导体基板)中。
在绝缘层32内设有第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、第三传输晶体管TRG和排出晶体管OFG的栅电极以及连接到这些栅电极的配线等。第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、第三传输晶体管TRG和排出晶体管OFG的栅电极以及连接到这些栅电极的配线包含例如金属材料。注意，第一传输晶体管TRX的栅电极(垂直栅电极VG)可以包含多晶硅。
例如，半导体基板31和41各自包括硅基板。例如，半导体层33包括通过外延晶体生长形成的硅层。半导体基板31在上表面的一部分及其附近包括P型半导体区域32B。半导体基板31在比P型半导体区域32B更深的区域中包括N型半导体区域32A。N型半导体区域32A在导电类型上与P型半导体区域32B不同。P型半导体区域32B设置在半导体基板31的与受光面31A相反的表面侧。P型半导体区域32B的导电类型是P型。N型半导体区域32A的导电类型是与P型半导体区域32B的导电类型不同的导电类型，即，N型。例如，半导体基板31在P型半导体区域32B内包括各自的导电类型不同于P型半导体区域32B的导电类型的浮动扩散部FD和电荷保持部MEM。第一传输晶体管TRX的栅电极(垂直栅电极VG)形成为从半导体层33的上表面(形成面31B)沿半导体基板31的厚度方向(法线方向)延伸。第一传输晶体管TRX的栅电极(垂直栅电极VG)从形成面31B延伸至到达N型半导体区域32A的深度。例如，第一传输晶体管TRX的栅电极(垂直栅电极VG)具有沿半导体基板31的厚度方向(法线方向)延伸的棒状。
例如，第一基板30还包括与半导体基板31的背面(受光面31A)接触的固定电荷膜36。为了抑制由半导体基板31的受光面31A侧的界面态引起的暗电流的产生，固定电荷膜36具有负的固定电荷。例如，固定电荷膜36包括具有负的固定电荷的绝缘膜。用于这种绝缘膜的材料的示例包括氧化铪、氧化锆、氧化铝、氧化钛和氧化钽。由固定电荷膜36引起的电场在半导体基板31的受光面31A侧的界面上形成空穴累积层。该空穴累积层抑制了从该界面产生电子。例如，第一基板30还包括滤色器37。滤色器37设置在半导体基板31的受光面31A侧。例如，滤色器37设置成与固定电荷膜36接触。例如，滤色器37在与传感器像素11相对的位置处隔着固定电荷膜36设置。
各传感器像素11包括在半导体基板31的背面(受光面31A)侧的受光透镜50。即，固态成像单元1包括针对传感器像素11一对一地设置的两个以上的受光透镜50。两个以上的受光透镜50是针对光电二极管PD一对一地设置的。两个以上的受光透镜50分别配置在与光电二极管PD相对的位置。即，固态成像单元1是背面照射型成像单元。例如，受光透镜50设置成与滤色器37接触。例如，受光透镜50在与传感器像素11相对的位置处隔着滤色器37和固定电荷膜36设置。
第一基板30包括分别将彼此相邻的两个传感器像素11电气地和光学地分离的元件分离部51、52、54和55。元件分离部51、52、54和55分别形成为沿半导体基板31的法线方向(厚度方向)延伸。在半导体基板31和半导体层33内，元件分离部51和52在半导体基板31的法线方向(厚度方向)上层叠。即，元件分离部51和52彼此连接。包括元件分离部51和52的结构形成为从受光面31A延伸到形成面31B。即，包括元件分离部51和52的结构贯通半导体基板31和半导体层33。类似地，在半导体基板31和半导体层33内，元件分离部54和55在半导体基板31的法线方向(厚度方向)上层叠。即，元件分离部54和55彼此连接。包括元件分离器54和55的结构形成为从受光面31A延伸到形成面31B。即，包括元件分离部54和55的结构贯通半导体基板31和半导体层33。
元件分离部51和54一体地形成。元件分离部51和54形成为在水平面内方向上围绕传感器像素11(特别地，光电二极管PD)。元件分离部52和55一体地形成。例如，元件分离部52和55形成为在水平面内方向上围绕传感器像素11(特别地，第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、电荷保持部MEM、第三传输晶体管TRG、浮动扩散部FD和排出晶体管OFG)。
例如，元件分离部51和54形成为在水平面内方向上围绕传感器像素11(特别地，光电二极管PD)。此外，元件分离部51和54形成为沿半导体基板31的法线方向(厚度方向)延伸。元件分离部51和54各自包括DTI(深沟槽隔离)结构。DTI具有从半导体基板31的背面(受光面31A)侧形成的BDTI(背面DTI)结构。BDTI结构形成为沿半导体基板31的法线方向(厚度方向)延伸。BDTI结构形成在彼此相邻的两个光电二极管PD之间。BDTI结构设置在设于半导体基板31中的沟槽H1内。
在元件分离部51中，DTI包括绝缘膜51B和金属埋入部51A。绝缘膜51B与设置在半导体基板31中的沟槽H1的内壁接触。金属埋入部51A设置在绝缘膜51B的内侧。金属埋入部51A的上部和金属埋入部52A的下部(将在后面说明)彼此连接。包括后述的金属埋入部51A和金属埋入部52A的复合体相当于本公开的“分离部”的一个具体示例。包括金属埋入部51A和金属埋入部52A的复合体将各传感器像素11电气地和光学地分离。包括金属埋入部51A和金属埋入部52A的复合体形成为从受光面31A延伸到形成面31B。即，包括金属埋入部51A和金属埋入部52A的复合体贯通包括半导体基板31和半导体层33的层叠体(半导体基板)。
例如，绝缘膜51B是通过热氧化半导体基板31而形成的氧化膜。例如，绝缘膜51B包含氧化硅。金属埋入部51A是在水平面内方向上围绕传感器像素11(特别地，光电二极管PD)的环状的金属层。金属埋入部51A将彼此相邻的两个传感器像素11(特别地，光电二极管PD)电气地和光学地分离。例如，金属埋入部51A通过CVD(化学气相沉积)形成。例如，金属埋入部51A包含铝或铝合金。例如，第一基板30还包括与元件分离部51(沟槽H1)的表面接触的固相扩散层34。固相扩散层34的导电类型是与N型半导体区域32A不同的导电类型，并且是P型。固相扩散层34与P型半导体区域32B接触，并且与P型半导体区域32B电气导通。通过使p型杂质从设置在半导体基板31中的沟槽H1的内表面扩散来形成固相扩散层34。固相扩散层34减少了暗电流混入到光电二极管PD中。
在元件分离部54中，DTI包括绝缘膜54B和金属埋入部54A。绝缘膜54B与设置在半导体基板31中的沟槽H1的内壁接触。金属埋入部54A设置在绝缘膜54B的内侧。金属埋入部54A的上部和后述的金属埋入部55A的下部彼此连接。包括金属埋入部54A和后述的金属埋入部55A的复合体相当于本公开的“分离部”的一个具体示例。包括金属埋入部54A和金属埋入部55A的复合体将各传感器像素11电气地和光学地分离。包括金属埋入部54A和金属埋入部55A的复合体形成为从受光面31A延伸到形成面31B。即，包括金属埋入部54A和金属埋入部55A的复合体贯通包括半导体基板31和半导体层33的层叠体(半导体基板)。
例如，绝缘膜54B是通过热氧化半导体基板31而形成的氧化膜。例如，绝缘膜54B包含氧化硅。金属埋入部54A是在水平面内方向上围绕传感器像素11(特别地，光电二极管PD)的环状的金属层。金属埋入部54A将彼此相邻的两个传感器像素11(特别地，光电二极管PD)电气地和光学地分离。例如，金属埋入部54A通过CVD形成。例如，金属埋入部54A包含铝或铝合金。例如，第一基板30还包括与元件分离部54(沟槽H1)的表面接触的固相扩散层35。固相扩散层35的导电类型是与N型半导体区域32A不同的导电类型，并且是P型。固相扩散层35与P型半导体区域32B接触，并且与P型半导体区域32B电气导通。通过使p型杂质从设置在半导体基板31中的沟槽H1的内表面扩散来形成固相扩散层35。固相扩散层35减少了暗电流混入到光电二极管PD中。
元件分离部52形成为在水平面内方向上围绕传感器像素11(特别地，第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、电荷保持部MEM、第三传输晶体管TRG、浮动扩散部FD和排出晶体管OFG)。此外，元件分离部52形成为沿半导体基板31的法线方向(厚度方向)延伸。元件分离部52设置在沿半导体基板31的法线方向(厚度方向)与元件分离部51相对的位置。例如，元件分离部52包括绝缘膜52B和金属埋入部52A。绝缘膜52B与设置在半导体层33中的沟槽H3的内壁接触。金属埋入部52A设置在绝缘膜52B的内侧。
例如，绝缘膜52B是通过热氧化半导体基板31而形成的氧化膜。例如，绝缘膜52B包含氧化硅。金属埋入部52A是在水平面内方向上围绕传感器像素11(特别地，第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、电荷保持部MEM、第三传输晶体管TRG、浮动扩散部FD和排出晶体管OFG)的环状的金属层。金属埋入部52A将彼此相邻的两个传感器像素11(特别地，第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、电荷保持部MEM、第三传输晶体管TRG、浮动扩散部FD和排出晶体管OFG)电气地和光学地分离。例如，金属埋入部52A通过CVD形成。例如，金属埋入部52A包含铝或铝合金。
元件分离部55形成为在水平面内方向上围绕传感器像素11(特别地，第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、电荷保持部MEM、第三传输晶体管TRG、浮动扩散部FD和排出晶体管OFG)。此外，元件分离部55形成为沿半导体基板31的法线方向(厚度方向)延伸。元件分离部55设置在沿半导体基板31的法线方向(厚度方向)与元件分离部54相对的位置。例如，元件分离部55包括绝缘膜55B和金属埋入部55A。绝缘膜55B与设置在半导体层33中的沟槽H2的内壁接触。金属埋入部55A设置在绝缘膜55B的内侧。
例如，绝缘膜55B是通过热氧化半导体基板31而形成的氧化膜。例如，绝缘膜55B包含氧化硅。金属埋入部55A是在水平面内方向上围绕传感器像素11(特别地，第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、电荷保持部MEM、第三传输晶体管TRG、浮动扩散部FD和排出晶体管OFG)的环状的金属层。金属埋入部55A将彼此相邻的两个传感器像素11(特别地，第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、电荷保持部MEM、第三传输晶体管TRG、浮动扩散部FD和排出晶体管OFG)电气地和光学地分离。例如，金属埋入部55A通过CVD形成。例如，金属埋入部55A包含铝或铝合金。
第一基板30还包括配置在位于受光面31A和电荷保持部MEM之间并且彼此不同的层内的遮光部53和56。遮光部53和56设置在遮光部53和56不遮挡经由受光面31A入射的光L入射到光电转换部PD中并且当从受光面31A观察时遮光部53和56不产生间隙的位置。遮光部53形成为在光电二极管PD和电荷保持部MEM之间的层内延伸。遮光部53具有开口部53H，垂直栅电极VG贯通该开口部。遮光部53在开口部53H以外的部位遮挡经由受光面31A入射的光L入射到电荷保持部MEM中。遮光部56配置在位于受光面31A和遮光部53之间的层内并且至少与开口部53H相对的位置。遮光部56连同遮光部53一起遮挡经由受光面31A入射的光L入射到电荷保持部MEM中。
例如，遮光部53包括绝缘膜53B和金属埋入部53A。绝缘膜53B与设置在第一基板30中的空腔58的内壁接触。金属埋入部53A设置在绝缘膜53B的内侧。金属埋入部53A相当于本公开的“遮光部”的一个具体示例。
例如，绝缘膜53B通过CVD形成。例如，绝缘膜53B包含诸如SiO2等介电材料。例如，绝缘膜53B是包括SiO2膜(氧化硅膜)、SCF膜和SiO2膜(氧化硅膜)的层叠结构。注意，绝缘膜53B可以是包括SiO2(氧化硅)的单层膜。例如，金属埋入部53A通过CVD形成。可以通过例如CVD在单个步骤中形成金属埋入部53A。例如，金属埋入部53A包含铝或铝合金。
金属埋入部53A形成为与元件分离部51的金属埋入部51A的上部和元件分离部52的金属埋入部52A的下部接触。金属埋入部53A遮挡经由半导体基板31的背面(受光面31A)入射的光入射到电荷保持部MEM中。金属埋入部53A配置在光电二极管PD和电荷保持部MEM之间的层内。金属埋入部53A是沿半导体基板31的法线方向(厚度方向)延伸的片状的金属层。金属埋入部53A具有开口部53H，垂直栅电极VG贯通该开口部。绝缘膜53B覆盖金属埋入部53A。绝缘膜53B使金属埋入部53A和垂直栅电极VG绝缘。例如，金属埋入部53A和垂直栅电极VG在其间形成有绝缘膜53B和半导体层33的一部分(以下称为“半导体部33A”)。
例如，遮光部56包括绝缘膜56B和金属埋入部56A。绝缘膜56B与设置在第一基板30中的空腔57的内壁接触。金属埋入部56A设置在绝缘膜56B的内侧。金属埋入部56A相当于本公开的“遮光部”的一个具体示例。
例如，绝缘膜56B通过CVD形成。例如，绝缘膜56B包含诸如SiO2等介电材料。例如，绝缘膜56B是包括SiO2膜(氧化硅膜)、SCF膜和SiO2膜(氧化硅膜)的层叠结构。注意，绝缘膜56B可以是包括SiO2(氧化硅)的单层膜。例如，金属埋入部56A通过CVD形成。可以通过例如CVD在单个步骤中形成金属埋入部56A。例如，金属埋入部56A包含铝或铝合金。
金属埋入部56A形成为与元件分离部54的金属埋入部54A的上部和元件分离部55的金属埋入部55A的下部接触。金属埋入部56A遮挡经由半导体基板31的背面(受光面31A)入射的光入射到电荷保持部MEM中。金属埋入部56A配置在位于受光面31A和遮光部53之间的层内并且至少与开口部53H相对的位置。金属埋入部56A是沿半导体基板31的法线方向(厚度方向)延伸的片状的金属层。绝缘膜56B覆盖金属埋入部56A，并使金属埋入部56A和垂直栅电极VG绝缘。例如，金属埋入部56A和垂直栅电极VG在其间形成有绝缘膜56B和半导体基板31的一部分。
[制造方法]
接着，对固态成像单元1的制造方法进行说明。图8～23示出固态成像单元1的制造过程的示例。
首先，在包括硅基板的半导体基板31上形成N型半导体区域32A。随后，将用于像素分离的沟槽H1以格子状设置在半导体基板31的预定部分处(图8)。
接着，在沟槽H1的整个内表面上形成包含硼的硅酸盐玻璃BSG膜。之后，通过高温下的热处理，使硅酸盐玻璃BSG膜中包含的硼扩散到半导体基板31中，从而形成固相扩散层34和35(图9)。接着，如此形成绝缘膜51B和54B以填充沟槽H1。之后，通过CMP(化学机械抛光)的表面研磨来使表面平坦化。
接着，使用预定的化学溶液通过湿法蚀刻来去除设置在半导体基板31内的预定部分处的牺牲层。结果，在已经去除牺牲层的位置处设置沿层叠面内方向延伸的空腔57(图10)。作为此时使用的化学溶液，例如，使用HF、H2O2和CH3COOH的混合化学溶液。例如，牺牲层包括硅晶格匹配的材料(例如，SiGe)。
接着，在半导体基板31的上部形成P型半导体区域32B(图11)。以这种方式，光电二极管PD形成在N型半导体区域32A和P型半导体区域32B的由沟槽H1包围的部分处。随后，通过外延生长，在半导体基板31的上表面形成半导体层33。在半导体层33内设置与沟槽H1连通的沟槽，并且在该沟槽内形成固相扩散层34和35以及绝缘膜51B和54B(图12)。
接着，使用预定的化学溶液通过湿法蚀刻来去除设置在半导体层33内的预定部分处的牺牲层。结果，在已经去除牺牲层的位置处设置沿层叠面内方向延伸的空腔58(图13)。作为此时使用的化学溶液，例如，使用HF、H2O2和CH3COOH的混合化学溶液。例如，牺牲层包括硅晶格匹配的材料(例如，SiGe)。
接着，选择性地去除设置在半导体层33内的绝缘膜51B和54B。由此，在与沟槽H1相对的部分处以格子状设置沟槽H2和H3。此时，沟槽H2形成为使得沟槽H2与空腔57连通，并且沟槽H3形成为使得沟槽H3与空腔58连通。
接着，在沟槽H2和H3以及空腔57和58的整个内表面上形成绝缘膜52B、53B、55B和56B。之后，多晶硅层52A'、53A'、55A'和56A'形成为填充沟槽H2和H3以及空腔57和58(图14)。随后，通过CMP的表面研磨使表面平坦化。接着，在半导体层33内形成浮动扩散部FD和电荷保持部MEM(图15)。此时的半导体层33的表面是上述形成面31B。
接着，形成贯通半导体部33A的沟槽H4(图16)。此时，沟槽H4形成至沟槽H4的底面到达N型半导体区域32A的深度。随后，垂直栅电极VG形成为填充沟槽H4(图17)。此外，形成第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、第三传输晶体管TRG和排出晶体管OFG。此时，垂直栅电极VG可以使用金属材料形成，或者可以使用多晶硅形成。此时，第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、第三传输晶体管TRG和排出晶体管OFG可以与垂直栅电极VG同时形成。
接着，例如，通过使用预定化学溶液的湿法蚀刻来去除多晶硅层52A'、53A'、55A'和56A'。结果，在去除多晶硅层53A'的位置处设置空腔61(图18)。空腔61在层叠面内方向上延伸并且与沟槽H6连续。此外，在去除多晶硅层56A'的位置上设置空腔62。空腔62在层叠方向上延伸并且与沟槽H5连续。作为此时使用的化学溶液，例如，使用氢氟酸。这里，绝缘膜52B、53B、55B和56B残留而未被蚀刻。因此，绝缘膜53B残留在垂直栅电极VG与空腔61之间，并且绝缘膜56B残留在垂直栅电极VG与空腔62之间。
接着，例如，通过CVD，使金属埋入部52A、53A、55A和56A形成为填充沟槽H5和H6以及空腔61和62(图19)。随后，通过CMP的表面研磨使表面平坦化。接着，形成第一传输晶体管TRX、第二传输晶体管TRM、第三传输晶体管TRG和排出晶体管OFG，并且形成它们被埋入其中的绝缘层32(图20)。接着，将支撑基板60贴合到绝缘层32上。之后，通过CMP对半导体基板31的背面进行研磨。因此，使半导体基板31更薄，并且露出绝缘膜51B和54B(图21)。此时的半导体基板31的背面是上述的受光面31A。
接着，通过例如干法蚀刻从半导体基板31的受光面31A侧在绝缘膜51B和54B中形成沟槽H7和H8(图22)。此时，沟槽H7形成至沟槽H7的底面到达金属埋入部53A的深度，并且沟槽H8形成至沟槽H8的底面到达金属埋入部56A的深度。
接着，例如，通过CVD，使金属埋入部54A和51A形成为填充沟槽H7和H8(图23)。之后，通过CMP的表面研磨使表面平坦化。随后，剥离支撑基板60。之后，将第二基板40贴合到绝缘层32，并且将受光透镜50贴合到受光面31A。以这种方式，制造了根据本实施方案的固态成像单元1。
[效果]
接着，与比较例相比，对根据本实施方案的固态成像单元1的效果进行说明。
图24是根据比较例的固态成像单元100的像素的示意性构成的示例的立体图。固态成像单元100具有在根据本实施方案的固态成像单元1中省略了遮光部56的构成。因此，在固态成像单元100中未设置遮光部56。因此，未设置防止经由受光面31A入射的光L入射到开口部53H的结构。因此，经由开口部53H入射到电荷保持部MEM中的光会产生噪声。
相比之下，在本实施方案中，设有遮挡经由受光面31A入射的光L入射到电荷保持部MEM中的多个遮光部53和56。因此，可以减少光经由开口部53H入射到电荷保持部MEM中。因此，可以减少由光入射到电荷保持部MEM中而引起的噪声。
另外，在本实施方案中，将各传感器像素11电气地和光学地分离的金属埋入部51A和52A与金属埋入部53A连接。此外，将各传感器像素11电气地和光学地分离的金属埋入部54A和55A与金属埋入部56A连接。结果，与其中金属埋入部51A和52A形成为远离金属埋入部53A的情况相比，或者与其中金属埋入部54A和55A形成为远离金属埋入部56A的情况相比，可以减少光入射到电荷保持部MEM中。因此，可以减少由光入射到电荷保持部MEM中而引起的噪声。
此外，在本实施方案中，包括金属埋入部51A和52A的复合体以及包括金属埋入部54A和55A的复合体形成为从受光面31A延伸到形成面31B。结果，与其中仅在受光面31A和形成面31B之间的层的一部分中形成有包括金属埋入部51A和52A的复合体或包括金属埋入部54A和55A的复合体的情况相比，可以减少光入射到电荷保持部MEM中。因此，可以减少由光入射到电荷保持部MEM中而引起的噪声。
[2.变形例]
在下文中，对根据上述实施方案的固态成像单元1的变形例进行说明。
在上述实施方案中，垂直栅电极VG呈棒状。然而，在上述实施方案中，例如，如图25和图26所示，垂直栅电极VG可以包括壁部VGa、VGb。壁部VGa、VGb遮挡经由受光面31A入射的光入射到电荷保持部MEM中。壁部VGa和壁部VGb沿着金属埋入部53A的开口部53H的靠近电荷保持部MEM的端部配置。在这种情况下，能够通过壁部VGa、VGb遮挡经由受光面31A入射的光入射到电荷保持部MEM中。因此，可以减少由光入射到电荷保持部MEM中而引起的噪声。
<3.适用例>
图27示出包括根据上述实施方案及其变形例的固态成像单元1的成像系统2的示意性构成的示例。成像系统2相当于本公开的“电子设备”的一个具体示例。例如，成像系统2包括光学系统210、固态成像单元1、信号处理电路220和显示部230。
光学系统210在固态成像单元1的成像面上形成来自被摄体的图像光(入射光)的图像。固态成像单元1接收从固态成像单元1入射的图像光(入射光)，并将基于接收到的图像光(入射光)的像素信号供给到信号处理电路220。信号处理电路220对从固态成像单元1供给的图像信号进行处理，以生成图像数据。此外，信号处理电路220生成与所生成的图像数据相对应的图像信号，并将其供给到显示部230。显示部230基于从信号处理电路220供给的图像信号来显示图像。
在该适用例中，根据上述实施方案及其变形例中的任一个的固态成像单元1适用于成像系统2。结果，能够使固态成像单元1小型化或提高固态成像单元1的清晰度。因此，能够提供小型或高清晰度的成像系统2。
<4.移动体的应用例>
根据本公开的技术(本技术)可以适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在诸如汽车、电动汽车、混合电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶或机器人等任何类型的移动体上的装置。
图28是示出作为根据本公开实施方案的技术可以适用的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构成例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图28所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、主体系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040以及综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元12050的功能构成，示出了微型计算机12051、音频图像输出单元12052以及车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种类型的程序来控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作用于诸如内燃机、驱动电机等的产生车辆的驱动力的驱动力产生装置、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置等的控制装置。
主体系统控制单元12020根据各种类型的程序来控制设置到车体上的各种类型的装置的操作。例如，主体系统控制单元12020用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如头灯、尾灯、刹车灯、转向灯、雾灯等各种类型的灯的控制装置。在这种情况下，可以将从作为钥匙的替代的移动装置传输的无线电波或各种类型的开关的信号输入到主体系统控制单元12020。主体系统控制单元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、灯等。
车外信息检测单元12030检测与包括车辆控制系统12000的车辆外部有关的信息。例如，车外信息检测单元12030连接到成像部12031。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，并且接收所成像的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以进行诸如人、车辆、障碍物、标志、道路上的文字等的物体检测处理或者距离检测处理。
成像部12031是接收光并且输出对应于光的受光量的电气信号的光学传感器。成像部12031可以输出电气信号作为图像，或者可以输出电气信号作为有关测量到的距离的信息。另外，由成像部12031接收的光可以是可见光或者诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测有关车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接。例如，驾驶员状态检测单元12041包括对驾驶员进行成像的相机。基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳度或驾驶员的集中度，或者可以判断驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：Advanced Driver Assistance System)功能的协调控制，该功能包括：车辆碰撞避免或碰撞缓和、基于追踪距离的追踪行驶、车辆速度保持行驶、车辆碰撞警告、车辆的车道偏离警告等。
另外，微型计算机12051可以通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等而进行协调控制，旨在用于使车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等。
另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息将控制指令输出到主体系统控制单元12020。例如，微型计算机12051可以根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置来进行协调控制，旨在通过控制头灯以将远光灯变为近光灯来防止眩光。
音频图像输出单元12052将声音和图像中的至少一种的输出信号传递到能够在视觉上或听觉上将信息通知给车辆的乘员或车辆的外部的输出装置。在图28的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063。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种。
图29是示出了成像部12031的安装位置的示例的图。
在图29中，成像部12031包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。
例如，成像部12101、12102、12103、12104和12105设置在车辆12100的车头、侧视镜、后保险杠和后门以及车内的挡风玻璃的上部。设置到车头的成像部12101和设置到车内的挡风玻璃上部的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置到侧视镜的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧方的图像。设置到后保险杠或后门的成像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。设置到车内的挡风玻璃上部的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
顺便提及的是，图29示出成像部12101～12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置到车头的成像部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的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101～12104成像的图像数据，获得了车辆12100的从上方观看时的鸟瞰图像。
成像部12101～12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，成像部12101～12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有相位差检测用的像素的成像元件。
例如，基于从成像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051可以确定距成像范围12111～12114内的各立体物的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，由此提取位于车辆12100的行驶路线上且在与车辆12100的大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的特别是最靠近的立体物作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以设定在前方车辆的前方预先确保的车间距离，并且可以进行自动制动控制(包括追踪停止控制)、自动加速控制(包括追踪开始控制)等。因此，能够进行旨在用于使车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等的协调控制。
例如，基于从成像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051可以将有关立体物的立体物数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他立体物的立体物数据，提取所分类的立体物数据，并使用所提取的立体物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的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051判断指示与各障碍物碰撞的危险度的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞的可能性的情况下，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且经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或回避转向。由此，微型计算机12051可以进行驱动辅助，以避免碰撞。
成像部12101～12104中的至少一个可以是检测红外光的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判断行人是否位于成像部12101～12104的成像图像中来识别行人。例如，这种行人识别通过下列过程实现：提取作为红外相机的成像部12101～12104的成像图像中的特征点，以及通过对指示物体的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理来判别该物体是否为行人。当微型计算机12051判定行人位于成像部12101～12104的成像图像中并因此识别出行人时，音频图像输出单元12052控制显示部12062，使得用于强调的矩形轮廓线显示为叠加在所识别的行人上。音频图像输出单元12052还可以控制显示部12062，使得在期望的位置显示代表行人的图标等。
上面已经说明了根据本公开的技术可以适用的移动体控制系统的示例。根据本公开的技术可以适用于上述构成的成像部12031。具体地，根据上述实施方案及其变形例的固态成像单元1可以适用于成像部12031。将根据本公开的技术应用于成像部12031使得能够获得更少的噪声和高清晰度的捕获图像。因此，能够在移动体控制系统中使用捕获图像进行高精度的控制。
上面已经参考实施方案、变形例、适用例及其应用例说明了本公开。然而，本公开不限于上述实施方案等，并且可以进行各种变形。应当注意，本文说明的效果仅仅是示例。本公开的效果不限于本文说明的效果。本公开可以具有本文说明的效果之外的任何效果。
此外，本公开允许具有以下构成中的任何一种。
(1)
一种固态成像单元，包括：
受光面；和
与所述受光面相对配置的两个以上的像素，其中
所述两个以上的像素中的每一个包括
对经由所述受光面入射的光进行光电转换的光电转换部，
保持从所述光电转换部传输的电荷的电荷保持部，
包括到达所述光电转换部的垂直栅电极的传输晶体管，所述传输晶体管将电荷从所述光电转换部传输到所述电荷保持部，和
配置在位于所述受光面和所述电荷保持部之间并且彼此不同的层内的两个以上的遮光部，和
所述两个以上的遮光部设置在不遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述光电转换部中并且当从所述受光面观察时不产生间隙的位置。
(2)
根据(1)所述的固态成像单元，其中
所述两个以上的遮光部包括
配置在所述光电转换部和所述电荷保持部之间的层内的第一遮光部，第一遮光部具有被所述垂直栅电极贯通的开口部，第一遮光部在所述开口部以外的部位遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述电荷保持部中，和
配置在位于所述受光面和第一遮光部之间的层内并且至少与所述开口部相对的位置的第二遮光部，第二遮光部遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述电荷保持部中。
(3)
根据(2)所述的固态成像单元，其中所述垂直栅电极包括遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述电荷保持部中的壁部。
(4)
根据(1)～(3)中任一项所述的固态成像单元，还包括将第一遮光部和第二遮光部联接的分离部，所述分离部将各像素电气地和光学地分离。
(5)
根据(4)所述的固态成像单元，还包括
半导体基板，其包括所述受光面和所述传输晶体管的形成面，并且各像素形成在其上，其中
所述分离部形成为从所述受光面延伸到所述形成面。
(6)
一种电子设备，包括：
基于入射光输出像素信号的固态成像单元；和
处理所述像素信号的信号处理电路，
所述固态成像单元包括
受光面；和
与所述受光面相对配置的两个以上的像素，其中
所述两个以上的像素中的每一个包括
对经由所述受光面入射的光进行光电转换的光电转换部，
保持从所述光电转换部传输的电荷的电荷保持部，
包括到达所述光电转换部的垂直栅电极的传输晶体管，所述传输晶体管将电荷从所述光电转换部传输到所述电荷保持部，和
配置在位于所述受光面和所述电荷保持部之间并且彼此不同的层内的两个以上的遮光部，和
所述两个以上的遮光部设置在所述两个以上的遮光部不遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述光电转换部中并且当从所述受光面观察时所述两个以上的遮光部不产生间隙的位置。
本申请要求基于2018年9月14日向日本专利局提交的日本专利申请No.2018-172282的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
应该理解，本领域技术人员将根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和变更，并且它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (6)

1.一种固态成像单元，包括：
受光面；和
与所述受光面相对配置的两个以上的像素，其中
所述两个以上的像素中的每一个包括
对经由所述受光面入射的光进行光电转换的光电转换部，
保持从所述光电转换部传输的电荷的电荷保持部，
包括到达所述光电转换部的垂直栅电极的传输晶体管，所述传输晶体管将电荷从所述光电转换部传输到所述电荷保持部，和
配置在位于所述受光面和所述电荷保持部之间并且彼此不同的层内的两个以上的遮光部，和
所述两个以上的遮光部设置在所述两个以上的遮光部不遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述光电转换部中并且当从所述受光面观察时所述两个以上的遮光部不产生间隙的位置。
2.根据权利要求1所述的固态成像单元，其中
所述两个以上的遮光部包括
配置在所述光电转换部和所述电荷保持部之间的层内的第一遮光部，第一遮光部具有被所述垂直栅电极贯通的开口部，第一遮光部在所述开口部以外的部位遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述电荷保持部中，和
配置在位于所述受光面和第一遮光部之间的层内并且至少与所述开口部相对的位置的第二遮光部，第二遮光部遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述电荷保持部中。
3.根据权利要求1所述的固态成像单元，其中所述垂直栅电极包括遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述电荷保持部中的壁部。
4.根据权利要求1所述的固态成像单元，还包括将第一遮光部和第二遮光部联接的分离部，所述分离部将各像素电气地和光学地分离。
5.根据权利要求4所述的固态成像单元，还包括
半导体基板，其包括所述受光面和所述传输晶体管的形成面，并且各像素形成在其上，其中
所述分离部形成为从所述受光面延伸到所述形成面。
6.一种电子设备，包括：
基于入射光输出像素信号的固态成像单元；和
处理所述像素信号的信号处理电路，
所述固态成像单元包括
受光面；和
与所述受光面相对配置的两个以上的像素，其中
所述两个以上的像素中的每一个包括
对经由所述受光面入射的光进行光电转换的光电转换部，
保持从所述光电转换部传输的电荷的电荷保持部，
包括到达所述光电转换部的垂直栅电极的传输晶体管，所述传输晶体管将电荷从所述光电转换部传输到所述电荷保持部，和
配置在位于所述受光面和所述电荷保持部之间并且彼此不同的层内的两个以上的遮光部，和
所述两个以上的遮光部设置在所述两个以上的遮光部不遮挡经由所述受光面入射的光入射到所述光电转换部中并且当从所述受光面观察时所述两个以上的遮光部不产生间隙的位置。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202133410A (zh) * 2019-12-02 2021-09-01 日商索尼半導體解決方案公司 攝像裝置及其製造方法以及電子機器
WO2021112128A1 (ja) * 2019-12-03 2021-06-10 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置およびその製造方法、電子機器
TWI782509B (zh) * 2020-05-27 2022-11-01 日商索尼半導體解決方案公司 固態攝像裝置、像素驅動方法及電子機器
CN116034480A (zh) * 2020-06-25 2023-04-28 索尼半导体解决方案公司 成像装置和电子装置
WO2022102509A1 (ja) * 2020-11-11 2022-05-19 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、撮像装置及び撮像素子の製造方法
US20220320154A1 (en) * 2021-03-30 2022-10-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Photodiode structure for image sensor
JP2022154387A (ja) * 2021-03-30 2022-10-13 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子、光検出装置、電子機器及び受光素子の製造方法
WO2023112465A1 (ja) * 2021-12-13 2023-06-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子及び電子機器
WO2024058010A1 (ja) * 2022-09-13 2024-03-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
WO2024185361A1 (ja) * 2023-03-09 2024-09-12 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09138397A (ja) * 1995-09-14 1997-05-27 Canon Inc 表示装置
JP2009194361A (ja) * 2008-01-17 2009-08-27 Sony Corp 固体撮像装置およびその製造方法
US20150035028A1 (en) * 2013-08-05 2015-02-05 Apple Inc. Image Sensor with Buried Light Shield and Vertical Gate
CN105009291A (zh) * 2013-01-31 2015-10-28 苹果公司 垂直堆叠的图像传感器
JP2015228510A (ja) * 2015-07-31 2015-12-17 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
CN107431075A (zh) * 2015-02-27 2017-12-01 索尼公司 固态成像装置及电子装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2133918B1 (en) * 2008-06-09 2015-01-28 Sony Corporation Solid-state imaging device, drive method thereof and electronic apparatus
JP2013098446A (ja) * 2011-11-04 2013-05-20 Sony Corp 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び、電子機器
JP6221341B2 (ja) * 2013-05-16 2017-11-01 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法および電子機器
US9385156B2 (en) * 2014-11-26 2016-07-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Method of manufacturing a back side illuminated (BSI) image sensor
US11204508B2 (en) 2017-01-19 2021-12-21 Lockheed Martin Corporation Multiple band multiple polarizer optical device
JP2018148039A (ja) * 2017-03-06 2018-09-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法
US11594564B2 (en) * 2017-11-07 2023-02-28 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging element, manufacturing method, and electronic apparatus
JP6396622B1 (ja) 2018-08-03 2018-09-26 Hoya株式会社 ガラス、プレス成形用ガラス素材、光学素子ブランク、および光学素子

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09138397A (ja) * 1995-09-14 1997-05-27 Canon Inc 表示装置
JP2009194361A (ja) * 2008-01-17 2009-08-27 Sony Corp 固体撮像装置およびその製造方法
CN105009291A (zh) * 2013-01-31 2015-10-28 苹果公司 垂直堆叠的图像传感器
US20150035028A1 (en) * 2013-08-05 2015-02-05 Apple Inc. Image Sensor with Buried Light Shield and Vertical Gate
CN107431075A (zh) * 2015-02-27 2017-12-01 索尼公司 固态成像装置及电子装置
JP2015228510A (ja) * 2015-07-31 2015-12-17 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器

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Publication number Publication date
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