CN113519068B - 固态摄像装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是在抑制分辨率降低的同时使雪崩放大稳定地产生。根据实施例的固态摄像装置包括：设置在所述第一半导体基板(101)中的由沟槽限定的元件区域中的光电转换区域(102)；围绕所述光电转换区域的第一半导体区域(104)；在所述沟槽底部与所述第一半导体区域接触的第一接触部(108)；设置在与所述第一半导体区域接触的区域中并且具有与所述第一半导体区域相同的第一导电型的第二半导体区域(105)；第三半导体区域(106)，其是与所述第二半导体区域接触的区域，并设置在所述第二半导体区域与第一表面之间，并具有与所述第一导电型相反的第二导电型；以及设置在所述第一表面上以与所述第三半导体区域接触的第二接触部(107)。所述第一接触部距所述第一表面的高度不同于所述第三半导体区域距所述第一表面的高度。

Description

固态摄像装置和电子设备
技术领域
本发明涉及固态摄像装置和电子设备。
背景技术
近年来，已经开发了单光子雪崩二极管(SPAD)，其通过雪崩倍增(也称为雪崩放大)放大光电转换产生的电荷并将放大的电荷作为电信号输出。雪崩放大是这样的现象：在PN结的杂质扩散区中，被电场加速的电子与晶格原子碰撞以切断晶格原子的化学键，并且新产生的电子进一步与其他晶格原子碰撞以切断它们的化学键，通过重复上述操作使电流倍增。
这种SPAD适用于基于从发光单元发出并被物体反射的光返回所需的时间来测量到所述物体的距离的距离测量设备或者将入射光的光量转换为电信号的固态摄像装置等。
为了从SPAD像素释放由雪崩放大产生的大电流，期望形成作为低电阻的欧姆接触的接触部(contact)。关于在形成于半导体基板中的杂质扩散区中形成作为低电阻的欧姆接触的接触部的方法，众所周知的是在接触区中形成高浓度杂质区。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2015-41746A
发明内容
技术问题
这里，为了获得足够大的场强以产生雪崩放大，需要在反向偏压方向上向PN结施加高电压，但是PN结区域到触点部的距离很小，这会导致PN结区域与触点之间的强电场，产生隧道效应。这种隧道效应产生时，由光电转换产生的电子和空穴对会由于隧道电流而立即发生再结合，因此，导致无法产生雪崩放大的问题。
此外，为了避免隧道效应的发生，可以考虑增大两个触点之间的距离的方法，但是该方法会导致像素尺寸增加和分辨率降低的问题。
因此，本公开提出了一种能够在稳定地产生雪崩放大的同时抑制分辨率降低的固态图像传感器和电子设备。
技术问题的解决方案
为解决上述问题，根据本发明的一个方面的固态摄像装置包括：第一半导体基板，包括设置在第一表面中的网格状的第一沟槽，以及沿所述第一沟槽的底部设置的第二沟槽；以及设置在第一半导体基板中的多个光电转换元件，其中每个所述光电转换元件包括：光电转换区域，设置在所述第一半导体基板中的由所述第一沟槽和所述第二沟槽限定的元件区域中，用于对入射光进行光电转换以产生电荷；第一半导体区域，其在所述元件区域内围绕所述光电转换区域；第一接触部，在所述第一沟槽的底部与所述第一半导体区域接触；第一电极，其在所述第一沟槽中与所述第一接触部接触；第二半导体区域，设置在所述元件区域的与所述第一半导体区域接触的区域中，并具有与所述第一半导体区域相同的第一导电类型；第三半导体区域，其是所述元件区域中的与所述第二半导体区域接触的区域，设置在所述第二半导体区域与所述第一表面之间，且具有与所述第一导电型相反的第二导电型；第二接触部，设置在所述第一表面上以与所述第三半导体区域接触；以及第二电极，与所述第二接触部接触，并且第一接触部距所述第一表面的高度与所述第三半导体区域距所述第一表面的高度不同。
附图说明
图1是示出装载有根据第一实施例的固态摄像装置的电子设备的示意性构造的示例的框图。
图2是示出根据第一实施例的图像传感器的示意性构造的示例的框图。
图3是示出根据第一实施例的SPAD像素的示意性构造的示例的电路图。
图4是示出根据第一实施例的滤色器的布局示例的图。
图5是示出根据第一实施例的图像传感器的层叠结构的示例的图。
图6是示出从垂直于根据第一实施例的SPAD像素的光入射面的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
图7是示出沿图6的A-A平面截取的截面结构的示例的水平截面图。
图8为本发明第一实施例的固态摄像装置的第一制造方法的工艺剖视图。
图9为本发明第一实施例的固态摄像装置的第二制造方法的工艺剖视图。
图10为本发明第一实施例的固态摄像装置的第三制造方法的工艺剖视图。
图11为本发明第一实施例的固态摄像装置的第四制造方法的工艺剖视图。
图12为本发明第一实施例的固态摄像装置的第五制造方法的工艺剖视图。
图13为本发明第一实施例的固态摄像装置的第六制造方法的工艺剖视图。
图14为本发明第一实施例的固态摄像装置的第七制造方法的工艺剖视图。
图15为本发明第一实施例的固态摄像装置的第八制造方法的工艺剖视图。
图16为本发明第一实施例的固态摄像装置的第九制造方法的工艺剖视图。
图17为本发明第一实施例的固态摄像装置的第十制造方法的工艺剖视图。
图18为本发明第一实施例的固态摄像装置的第十一制造方法的工艺剖视图。
图19是本发明第一实施例的固态摄像装置的第十二制造方法的工序剖视图。
图20是本发明第一实施例的固态摄像装置的第十三制造方法的工序剖视图。
图21是示出根据第一实施例的第一变形例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
图22是示出根据第一实施例的第二变形例的从与SPAD像素的光入射面平行的平面观察的截面结构的示例的水平截面图。
图23是示出根据第一实施例的第三变形例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
图24是示出根据第一实施例的第四变形例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
图25是示出根据第一实施例的阳极的连接配线的示例的图。
图26是示出根据第一实施例的第四变形例的阳极的连接配线的示例的图。
图27是示出根据第一实施例的第五变形例的阳极的连接配线的其他示例的图。
图28是示出根据第一实施例的第五变形例的阳极的连接配线的又一示例的图。
图29是示出根据第二实施例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
图30是示出根据第三实施例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
图31是示出根据第四实施例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
图32是示出根据第五实施例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
图33是示出根据第六实施例的SPAF像素的平面布局的示例的平面图。
图34是示出根据第六实施例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
图35是示出根据第七实施例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
图36是示出根据第八实施例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
图37是示出使用应用了本技术的固态摄像元件的摄像装置和电子设备的构造的图。
图38是示出车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
图39是示出车外信息检测部和摄像单元的安装位置的示例的说明图。
图40是示出内窥镜手术系统的概略构造的示例的图。
图41是示出摄像头和CCU的功能构造的示例的框图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本公开的实施例。注意，在以下实施例中，相同的部分由相同的附图标记表示，并且将省略其重复描述。
此外，将根据以下项目描述本公开。
1.第一实施例
1.1电子设备
1.2固态摄像装置
1.3 SPAD像素
1.4 SPAD像素的示意性操作示例
1.5滤色器的布局示例
1.6固态摄像装置的层叠结构的示例
1.7 SPAD像素的截面结构的示例
1.8阳极接触部和阴极接触部和/或N+型半导体区域的位置关系
1.9制造方法
1.10作用和效果
1.11变形例
1.11.1第一变形例
1.11.2第二变形例
1.11.3第三变形例
1.11.4第四变形例
1.11.5第五变形例
2.第二实施例
3.第三实施例
4.第四实施例
5.第五实施例
6.第六实施例
7.第七实施例
8.第八实施例
9.电子设备应用示例
10.移动体的应用示例
11.内窥镜手术系统应用示例
1.第一实施例
首先，结合附图详细描述第一实施例的固态摄像装置和电子设备。
1.1电子设备
图1是示出根据第一实施例的搭载固态摄像装置的电子设备的示意性构造的示例的框图。如图1所示，电子设备1包括例如摄像镜头30、固态摄像装置10、存储单元40和处理器50。
摄像镜头30是将入射光聚焦以在固态摄像装置10的光接收表面上形成图像的光学系统的示例。光接收表面可以是固态摄像装置10中布置有光电转换元件的表面。固态摄像装置10光电转换入射光以产生图像数据。此外，固态摄像装置10对生成的图像数据执行诸如噪声去除、白平衡调整等预定的信号处理。
存储单元40例如包括闪存、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)等，并记录从固态摄像装置10输入的图像数据等。
处理器50例如使用中央处理单元(CPU)等构造，并且可以包括被构造为执行操作系统、各种应用软件等的应用处理器、图形处理单元(GPU)、基带处理器等。处理器50根据需要对从固态摄像装置10输入的图像数据或从存储单元40读取的图像数据等执行各种处理，将图像数据显示给用户，或者通过预定的网络将图像数据传输至外部。
1.2固态摄像装置
图2是示出根据第一实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)类型的固态摄像装置(以下简称为图像传感器)的示意性构造的示例的框图。这里，CMOS类型的图像传感器是通过应用或部分使用CMOS工艺制成的图像传感器。注意，在本实施例中，以所谓的背照式图像传感器10作为示例，其具有作为与半导体基板的元件形成面相反侧的表面的光入射面，但本实施例不限于背照式，也可以采用以元件形成面作为光入射面的所谓前照式。
如图2所示，图像传感器10包括SPAD阵列单元11、时序控制电路15、驱动电路12和输出电路13。
SPAD阵列单元11包括布置成矩阵的多个SPAD像素20。对于多个SPAD像素20，像素驱动线LD(图中的垂直方向)连接在每列中，并且输出信号线LS(图中的水平方向)连接在每行中。像素驱动线LD的一端连接驱动电路12的与每一列对应的输出端，输出信号线LS的一端连接输出电路13的与每一行对应的输入端。
驱动电路12包括移位寄存器、地址译码器等，并且同时驱动SPAD阵列单元11的所有SPAD像素20或以列为单位驱动SPAD像素20等。因此，驱动电路12至少包括被构造为向SPAD阵列单元11中的所选列中的每个SPAD像素20施加稍后描述的猝灭电压V_QCH的电路和被构造为向所选列中的每个SPAD像素20施加稍后描述的选择控制电压V_SEL的电路。然后，驱动电路12将选择控制电压V_SEL施加到与待读取的列对应的像素驱动线LD，并以列为单位选择用于检测光子入射的SPAD像素20。
从被驱动电路12选择性扫描的列中的每个SPAD像素20输出的信号(被称为检测信号)V_OUT通过每条输出信号线LS被输入至输出电路13。输出电路13将从每个SPAD像素20输入的检测信号V_OUT作为像素信号输出到外部的存储单元40或处理器50。
时序控制电路15包括用于产生各种时序信号的时序发生器等，并基于时序发生器产生的各种时序信号控制驱动电路12和输出电路13。
1.3 SPAD像素
图3是示出根据第一实施例的SPAD像素的示意性构造的示例的电路图。如图3所示，SPAD像素20包括作为光接收元件的光电二极管21和用于检测光子入射在光电二极管21上的读出电路22。当在光电二极管21的阳极和阴极之间施加等于或大于击穿电压(breakdown voltage)的反向偏置电压V_SPAD的期间光子入射时，在光电二极管21中产生了雪崩电流。
读出电路22包括猝灭电阻器23、数字转换器25、反相器26、缓冲器27和选择晶体管24。猝灭电阻器23例如包括N型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，以下简称NMOS晶体管)，并且NMOS晶体管的漏极连接到光电二极管21的阳极，并且源极经由选择晶体管24接地。另外，为了使NMOS晶体管用作猝灭电阻而预设的猝灭电压V_QCH从驱动电路12经由像素驱动线LD施加至构成猝灭电阻器23的NMOS晶体管的栅极上。
在本实施例中，光电二极管21采用SPAD。SPAD是雪崩光电二极管，当在SPAD的阳极和阴极之间施加等于或大于击穿电压的反向偏置电压时，雪崩光电二极管以盖革模式工作，并因此能够检测单个光子的入射。
数字转换器25包括电阻器251和NMOS晶体管252。NMOS晶体管252具有经由电阻器251连接到电源电压VDD的漏极，以及接地的源极。此外，NMOS晶体管252的栅极上施加有在光电二极管21的阳极与猝灭电阻器23之间的连接点N1的电压。
反相器26包括P型MOSFET(以下称为PMOS晶体管)261和NMOS晶体管262。PMOS晶体管261具有连接电源电压VDD的漏极，以及连接NMOS晶体管262漏极的源极。NMOS晶体管262的漏极连接PMOS晶体管261的源极，并且NMOS晶体管262的源极接地。电阻器251和NMOS晶体管252的漏极之间的连接点N2的电压被施加到PMOS晶体管261的栅极和NMOS晶体管262的栅极。反相器26的输出被输入到缓冲器27。
缓冲器27是用于阻抗转换的电路，对从反相器26输入的输出信号进行阻抗转换，并输出转换后的信号作为检测信号V_OUT。
选择晶体管24例如为NMOS晶体管，其具有连接到构成猝灭电阻器23的NMOS晶体管源极的漏极以及接地的源极。选择晶体管24连接至驱动电路12，并且当来自驱动电路12的选择控制电压V_SEL经由像素驱动线LD施加到选择晶体管24的栅极时，选择晶体管24从截止状态变为导通状态。
1.4SPAD像素的示意性操作的示例
图3所示的读出电路22例如如下操作。换句话说，首先，在选择控制电压V_SEL从驱动电路12施加到选择晶体管24并且选择晶体管24处于导通状态期间，等于或大于击穿电压的反向偏置电压V_SPAD施加到光电二极管21。这使得光电二极管21能够操作。
同时，在选择控制电压V_SEL没有从驱动电路12施加到选择晶体管24并且选择晶体管24处于截止状态期间，反向偏置电压V_SPAD没有施加到光电二极管21，因此，光电二极管21的操作被禁止。
当光子入射到光电二极管21上而选择晶体管24处于导通状态时，雪崩电流在光电二极管21中产生。因此，雪崩电流流过猝灭电阻器23，并且连接点N1处的电压增大。当连接点N1处的电压变得大于NMOS晶体管252的导通电压时，NMOS晶体管252进入导通状态，连接点N2处的电压从电源电压VDD变为0V。当连接点N2处的电压从电源电压VDD变为0V时，PMOS晶体管261由截止状态变为导通状态，NMOS晶体管262由导通状态变为截止状态，并且连接点N3处的电压从0V变为电源电压VDD。因此，高电平检测信号V_OUT从缓冲器27输出。
此后，当连接点N1处的电压继续升高时，施加在光电二极管21的阳极和阴极之间的电压变得小于击穿电压，从而雪崩电流停止且连接点N1处的电压减小。然后，当连接点N1处的电压变得小于NMOS晶体管252的导通电压时，NMOS晶体管252进入截止状态，并且停止从缓冲器27输出检测信号V_OUT(低电平)。
如上所述，在从光子入射到光电二极管21以产生雪崩电流并且NMOS晶体管252进入导通状态的时刻到雪崩电流停止且NMOS晶体管252进入截止状态的时刻的时段期间，读出电路22输出高电平的检测信号V_OUT。输出检测信号V_OUT被输入到输出电路13。
1.5滤色器布局示例
如上所述，为每个SPAD像素20的光电二极管21布置有选择性地透射特定波长的光的滤色器。图4是示出根据第一实施例的滤色器的布局示例的图。
如图4所示，滤色器阵列60例如具有如下构造：其中，将作为滤色器布置中的重复单元的图案(以下，称为单元图案)61布置成二维格子状。
每个单元图案61例如包括所谓的拜耳阵列的构造，其包括一个选择性地透射具有红色(R)波长成分的光的滤色器115R、两个选择性地透射具有绿色(G)波长成分的光的滤色器115G，以及一个选择性地透射具有蓝色(B)波长成分的光的滤色器115B共四个滤色器。
注意，在本公开中，滤色器阵列60不限于拜耳阵列。例如，单元图案可以采用各种滤色器阵列，例如3×3像素的X-Trans(注册商标)滤色器阵列、4×4像素的Quad Bayer阵列、以及除了RGB三原色滤色器外还包括对可见光区域的宽范围具有透光特性的滤色器(以下也称透明或白色)的具有4×4像素的白色RGB滤色器阵列。
1.6固态摄像装置层叠结构示例
图5是图示根据第一实施例的图像传感器的层叠结构的示例的图。如图5所示，图像传感器10具有光接收芯片71和电路芯片72垂直层叠的结构。光接收芯片71例如是包括布置有光电二极管21的SPAD阵列单元11的半导体芯片，并且电路芯片72例如是布置有图3所示的读出电路22的半导体芯片。注意，在电路芯片72上，可以布置有时序控制电路15、驱动电路12、输出电路13等外围电路。
为了接合光接收芯片71和电路芯片72，例如，可以使用所谓的直接接合，其中，光接收芯片71和电路芯片72的平坦的接合面通过利用原子之间的吸引力而被彼此接合。然而，本发明不限于此，例如，也可以采用所谓的Cu-Cu接合(在Cu-Cu接合中，形成在接合面上的铜(Cu)电极焊盘被彼此接合)、凸块接合等。
此外，光接收芯片71和电路芯片72经由诸如贯穿半导体基板的硅通孔(TSV)等的连接部而被电连接。为了使用TSV连接，例如，可以采用使用两个TSV来连接芯片的外表面的所谓双TSV(即，一个TSV设置在光接收芯片71中并且一个TSV设置在光接收芯片71与电路芯片72之间)，或采用使用从光接收芯片71贯穿到电路芯片72的TSV来连接芯片的所谓共享TSV等。
注意，当Cu-Cu接合或凸块接合被用于接合光接收芯片71和电路芯片72时，芯片经由Cu-Cu接合部或凸块接合部电连接。
1.7 SPAD像素截面结构示例
图6是示出根据第一实施例的从垂直于SPAD像素的光入射面的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。图7是示出沿图6的A-A平面截取的截面结构的示例的水平截面图。注意，图6主要示出了光电二极管21的横截面结构。
如图6所示，SPAD像素20的光电二极管21例如设置在构成光接收芯片71的半导体基板101上。半导体基板101被例如从光入射面看形成为格子状的元件隔离部110划分为多个元件区(例如，如图7所示)。光电二极管21设置在由元件隔离部110限定的每个元件区中。注意，元件隔离部110均可以包括下文将要说明的第一沟槽中的阳极电极122以及绝缘膜109。
每个光电二极管21包括光电转换区域102、P型半导体区域104、N-型半导体区域103、P+型半导体区域105、N+型半导体区域106、阴极接触部(cathode contact)107和阳极接触部(anode contact)108。
光电转换区域102例如是N型阱区或包含低浓度施主的区域，并光电转换入射光以产生电子-空穴对(以下称为电荷)。
P型半导体区域104例如是包含P型受主的区域，并且如图6和图7所示，设置在光电转换区域102的周围区域。当向后述的阳极接触部108施加反向偏置电压V_SPAD时，P型半导体区域104形成电场，用于将光电转换区域102中产生的电荷引导至N-型半导体区域103.
N-型半导体区域103例如是包含浓度高于光电转换区域102的施主的区域。如图6和图7所示，N-型半导体区域103布置在光电转换区域102的中心部分，吸收光电转换区域102中产生的电荷，并将电荷引导至P+型半导体区域105。注意，N-型半导体区域103不是必需的构造，并且可以省略。
P+型半导体区域105例如是包含浓度高于P型半导体区域104的受主的区域，并且部分地与P型半导体区域104接触。另外，N+型半导体区域106例如是包含浓度高于N-型半导体区域103的施主的区域，并且与P+型半导体区域105接触。
P+型半导体区域105和N+型半导体区域106形成PN结，并且用作加速流入电荷以产生雪崩电流的放大区。
阴极接触部107例如是包含浓度高于N+型半导体区域106的施主的区域，并且设置在与N+型半导体区域106接触的区域中。
阳极接触部108例如是包含浓度高于P+型半导体区域105的受主的区域。阳极接触部108设置在与P型半导体区域104的外周接触的区域中。阳极接触部108可以具有例如大约40nm(纳米)的宽度。因此，阳极接触部108与P型半导体区域104的整个外周的接触使得能够在光电转换区域102中形成均匀的电场。
此外，如图6和图7所示，阳极接触部108在半导体基板101的表面侧(图中下侧)设置于沿着元件隔离部110以格子状设置的沟槽(以下称为第一沟槽)的底面上。由于这种结构，如后所述，形成阳极接触部108的位置相对于形成阴极接触部107和N+型半导体区域106的位置在高度方向上偏移。
半导体基板101的表面侧(图中下侧)被绝缘膜109覆盖。第一沟槽内的绝缘膜109的膜厚度(基板宽度方向的厚度)取决于施加在阳极和阴极之间的反向偏置电压V_SPAD的电压值，例如为大约150nm。
绝缘膜109在半导体基板101的表面设置有用于露出阴极接触部107和阳极接触部108的开口，并且与阴极接触部107接触的阴极电极121和与阳极接触部108接触的阳极电极122设置在相应的开口中。
限定每个光电二极管21的元件隔离部110设置在从表面到背面贯穿半导体基板101的沟槽(以下称为第二沟槽)中。第二沟槽在半导体基板101的表面侧连接至第一沟槽。每个第二沟槽的内径小于第一沟槽的内径，并且具有因它们内径的不同而形成的阶梯部，并且阳极接触部108形成在阶梯部。
每个元件隔离部110包括用于覆盖第二沟槽内侧表面的绝缘膜112和用于填充第二沟槽内部的遮光膜111。绝缘膜112的膜厚度(基板宽度方向上的厚度)取决于施加在阳极和阴极之间的反向偏置电压V_SPAD的电压值，例如为大约10nm至20nm。此外，遮光膜111的膜厚(基板宽度方向上的厚度)取决于用于遮光膜111的材料等，例如为大约150nm。
这里，将具有遮光性的导电材料用于遮光膜111和阳极电极122，这使得能够在同一工序中形成遮光膜111和阳极电极122。进一步为阴极电极121使用与遮光膜111和阳极电极122相同的导电材料，使得能够在同一工序中形成遮光膜111、阳极电极122和阴极电极121。
对于这种具有遮光性的导电材料，例如可以使用钨(W)等。然而，导电材料不限于钨(W)而是可以有多种变化，只要导电材料具有反射或吸收可见光或各元素所需光的特性即可，例如铝(Al)、铝合金或铜(Cu)。
然而，第二沟槽中的遮光膜111不限于导电材料，并且例如可以采用折射率比半导体基板101的折射率高的高折射率材料或者折射率比半导体基板101的折射率低的低折射率材料等。
此外，用于阴极电极121的材料不需要遮光性，因此，可以使用诸如铜(Cu)的导电材料代替具有遮光性的导电材料。
注意，在本实施例中，以第二沟槽从表面侧贯穿半导体基板101的所谓前全沟槽隔离(FFTI)型的元件隔离部110为例，但不限于此，并且可以采用第二沟槽从背面侧和/或表面侧贯穿半导体基板101的全沟槽隔离(FTI)型的元件隔离部110，或第二沟槽从半导体基板101的表面或背面形成至中部的深沟槽隔离(DTI)型或反向深沟槽隔离(RDTI)型的元件隔离部。
在使用第二沟槽从背面侧贯穿半导体基板101的FTI型的情况下，遮光膜111的材料可以从半导体基板的背面侧埋入第二沟槽101中。
阴极电极121和阳极电极122的上部从绝缘膜109的表面(图中下侧)突出。例如，配线层120设置在绝缘膜109的表面上(图中下侧)。
配线层120包括层间电介质123和设置在层间电介质123中的配线124。配线124例如与从绝缘膜109的表面(图中下侧)突出的阴极电极121接触。注意，虽然在图6中未示出，但在配线层120中也设置了与阳极电极122接触的配线。
例如，由铜(Cu)制成的连接焊盘125露出于配线层120的表面(图中下侧)上。连接焊盘125可以是配线124的一部分。在这种构造中，配线124也由铜(Cu)制成。
在配线层120的表面上接合有电路芯片72中的配线层130。配线层130包括层间电介质131和设置在层间电介质131中的配线132。配线132电连接到电路元件142，例如形成在半导体基板141中的读出电路22。因此，半导体基板101上的阴极电极121经由配线124、连接焊盘125和135以及配线132与图3所示的读出电路22连接。
此外，例如，由铜(Cu)制成的连接焊盘135露出于配线层130的表面(图中的上侧)上。连接焊盘135与露出于光接收芯片71的配线层120表面上的连接焊盘125的接合(Cu-Cu接合)将光接收芯片71和电路芯片72电连接且机械连接。
连接焊盘135可以是配线132的一部分。在该构造中，配线132也由铜(Cu)制成。
半导体基板101的背面(图中上侧)设置有钉扎层113和平坦化膜114。此外，在平坦化膜114上，为每个SPAD像素20设置有滤色器115和片上透镜116。
钉扎层113例如是由含有预定浓度的受体的氧化铪(HfO2)膜或氧化铝(Al2O3)膜形成的固定电荷膜。平坦化膜114例如是由诸如氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)等绝缘材料制成的绝缘膜，并且是用于使其上形成有上层的滤色器115和片上透镜116的表面平坦化的膜。
在上述结构中，当在阴极接触部107和阳极接触部108之间施加等于或大于击穿电压的反向偏置电压V_SPAD时，由于P型半导体区域104和N+型半导体区域106之间的电位差，形成用于将光电转换区域102中产生的电荷引导至N-型半导体区域103的电场。另外，在P+型半导体区域105和N+型半导体区域105之间的PN结区域中，产生加速进入电荷并产生雪崩电流的强电场。这种构造使得光电二极管21能够作为雪崩光电二极管工作。
1.8阳极接触部与阴极接触部和/或N+型半导体区域之间的位置关系
接下来，将描述本实施例中的阳极接触部108与阴极接触部107和/或N+型半导体区域106之间的位置关系。
如上所述，在本实施例中，阳极接触部108布置在形成于半导体基板101的表面侧上的第一沟槽的底部。因此，在本实施例中，相对于半导体基板101的表面(图中下侧)，阳极接触部108被布置在比阴极接触部107和N+型半导体区域106更深的位置处。换言之，在本实施例中，基于半导体基板101的表面(图中下侧)，形成阳极接触部108的位置相对于形成阴极接触部107和N+型半导体区域106的位置在高度方向上偏移。
换言之，阳极接触部108距半导体基板101的表面的高度不同于N+型半导体区域106距半导体基板101表面的高度。具体而言，阳极接触部108距半导体基板101的表面的高度高于N+型半导体区域106距半导体基板101的表面的高度。
如上所述，形成阳极接触部108的位置相对于形成阴极接触部107和N+型半导体区域106的位置在高度方向上偏移，这样的偏移能够在不增大SPAD像素20的横向(平行于入射表面的方向)尺寸的情况下增大从阳极接触部108到阴极接触部107和/或N+型半导体区域106的距离。
这使得能够在不增大像素尺寸的情况下抑制隧道效应的发生，因此，能够在抑制分辨率降低的同时稳定地产生雪崩放大。
1.9制造方法
接着，参照附图详细说明本实施例的图像传感器10的制造方法。需要注意的是，下面重点说明光接收芯片71的制造方法。
图8至图20分别是示出第一实施例的固态摄像装置的制造方法的工序剖视图。
在该制造方法中，首先，适当地将施主和受主离子注入到包括整体具有低浓度的施主的半导体基板101的预定区域中，形成了限定光电转换区域102的N-型半导体区域103、P+型半导体区域105、N+型半导体区域106和P型半导体区域104的一部分(P型半导体区域104a)。注意，可以从例如半导体基板101的表面(图中的上侧)进行离子注入。此外，在离子注入之后，可以进行一次或多次退火以修复离子注入过程中造成的损伤并改善注入的掺杂剂的分布。
接着，如图9所示，在半导体基板101的表面形成具有格子状开口Al的掩模M1，通过诸如反应离子蚀刻(RIE)等各向异性干法蚀刻从掩模M1上雕刻半导体基板101，从而沿着相邻的SPAD像素20的边界部形成格子状的第一沟槽T1。注意，每个第一沟槽T1的深度可以使得沟槽的底面至少位于比P+型半导体区域105的下表面更深的水平处并且到达P型半导体区域104a。
注意，随着第一沟槽Tl距半导体基板101的表面的深度增大，优选地保持阳极接触部108与N+型半导体区域106和阴极接触部107之间的距离。然而，第一沟槽T1的深度过深可能会降低加工精度并且降低良品率。因此，第一沟槽T1的深度优选设置为具有在确保加工精度等于或大于必要的加工精度的范围内的深度。
接着，如图10所示，在去除掩模Ml后，通过诸如溅射化学气相沉积(CVD)等成膜技术形成覆盖半导体基板101的表面和第一沟槽Tl的内表面的绝缘膜109A。注意，绝缘膜109A可以采用诸如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)或氧化铝(Al2O3)等绝缘材料。此外，绝缘膜109A可以具有单层结构或层叠结构。如上所述，具有高电压的反向偏置电压V_SPAD施加到阳极电极122，并且对于绝缘膜109A的材料，考虑到绝缘膜109A所需的高耐压性，优选使用具有高耐压性的绝缘材料，例如氧化硅(SiO2)。
接着，如图11所示，在第一沟槽Tl中由绝缘膜109A的表面形成的沟槽T11的底面在基板厚度方向上被雕刻以形成从半导体基板101的表面侧到达其背面附近的第二沟槽T2。注意，对于第二沟槽T2的形成，例如，可以使用能够提供相对于半导体基板101的足够高的选择性的各向异性干法蚀刻。这使得能够在使用在第一沟槽T1的内侧表面和半导体基板101的上表面上形成的绝缘膜109A作为掩模时，蚀刻半导体基板101的形成有元件隔离部110的格子状区域。
接着，如图12所示，通过诸如湿法蚀刻等各向同性蚀刻，减小第一沟槽Tl中的绝缘膜109A的膜厚度，从而使P型半导体区域104a的外周部分从第一沟槽T1的底部露出。此时，半导体基板101表面上的绝缘膜109A的膜厚度可能被减小。
接着，如图13所示，在N+型半导体区域106上方，在绝缘膜109A上形成具有开口A2的掩模M2，并且通过诸如RIE等各向异性干法蚀刻从掩模M2上方蚀刻绝缘膜109A以形成部分地露出半导体基板101的上表面的开口A3。
接着，如图14所示，在去除掩模M2之后，通过采用诸如CVD等成膜技术各向同性地形成覆盖绝缘膜109A、开口A3的内侧表面和底面以及第一沟槽Tl和第二沟槽T2中的各者的内表面的绝缘膜109B。在以下说明中，绝缘膜109A和绝缘膜109B统称为绝缘膜109。另外，在开口A3中的由绝缘膜109B的表面形成的沟槽称为沟槽T4，并且沟槽T3中的由绝缘膜109B的表面形成的沟槽称为沟槽T5。
注意，可以省略绝缘膜109B。通过省略绝缘膜109B，使得除了阳极接触部108之外，还能够使阳极电极122与第二沟槽T2中的P型半导体区域104a接触，并且能够实现低电阻接触。稍后将在第一变形例中详细说明绝缘膜109B的省略。
同时，绝缘膜109B的形成能够减少在形成接触时由离子注入引起的对半导体基板101的损坏，这将在后面说明。
接着，如图15所示，形成覆盖位于N+型半导体区域106上方的沟槽T4的掩模M3，从掩模M3和绝缘膜109的上方进行高浓度受体的离子注入。此时，掩膜M3和绝缘膜109用作掩膜，从而在绝缘膜109的膜厚度较薄的区域即沟槽T5的底部处，换言之，在P型半导体区域104的上部外周处(例如，参见图7)形成含有高浓度受主的阳极接触部108。
接着，如图16所示，在去除掩模M3后，例如形成覆盖形成为格子状的沟槽T5的掩模M4，从掩模M4和绝缘膜109上方进行高浓度施主的离子注入。此时，掩模M4和绝缘膜109用作掩模，从而在绝缘膜109的膜厚较薄的区域即沟槽T4的底部处，换言之，在半导体基板101的位于N+型半导体区域106上方的部分处形成具有高浓度施主的阴极接触部107。
注意，阳极接触部108和阴极接触部107的形成不限于离子注入，并且可以使用诸如固相扩散和等离子体掺杂等各种方法。
接着，如图17所示，在去除掩膜M4之后，例如，对绝缘膜109的表面进行整体地回蚀，从而去除沟槽T4底部的绝缘膜109以露出阴极接触部107，并且去除每个沟槽T5底部的绝缘膜109以露出阳极接触部108。
此时，可以通过使用光刻法等形成具有预定开口图案的掩模，从而限制去除绝缘膜109以露出阳极接触部108的区域。后面将在第二变形例中详细说明所述回蚀。
当绝缘膜109被整体回蚀时，确保了阳极接触部108和阳极电极122之间的接触面积，从而能够形成低电阻接触。此外，能够使阳极接触部108和阳极电极122彼此接触以包围P型半导体区域104a的外周，从而在光电转换区域102中形成均匀的电场。
同时，当去除绝缘膜109的区域受到限制时，能够控制阳极接触部108和阳极电极122彼此接触的部分，并因此使得形成在光电转换区域102中的电场分布的控制等成为可能。
注意，在本实施例中，在减小绝缘膜109的膜厚度之后保留在第二沟槽T2中的绝缘膜109被用作元件隔离部110的绝缘膜112。
接下来，例如，在阴极接触部107和阳极接触部108的露出表面上形成钛(Ti)/氮化钛(TiN)膜，然后在这种状态下进行大约500℃至800℃的退火。因此，硅(Si)和钛(Ti)在阴极接触部107和阳极接触部108的露出表面上彼此反应以形成硅化钛层。
如上所述，阴极接触部107和阳极接触部108的表面(接触表面)的硅化使得在阴极接触部107与阴极电极121之间的接触以及在阳极接触部108与阳极电极122之间的接触中能够具有欧姆接触，从而减小阴极接触部107与阴极电极121之间以及阳极接触部108与阳极电极122之间的接触电阻。这使得能够减小阳极接触部108与阳极电极122之间的接触面积，从而能够减小像素尺寸并且能够提高分辨率。
注意，可以使用Co/TiN膜代替Ti/TiN膜。即使在这种情况下，硅化钴层形成在阴极接触部107和阳极接触部108中的各者的表面(接触表面)上，从而使阴极接触部107与阴极电极121以及阳极接触部108与阳极电极122彼此欧姆接触。
此外，可以使用诸如硅化镍等各种硅化物代替硅化钛和硅化钴，以使阴极接触部107与阴极电极121以及阳极接触部108与阳极电极122形成欧姆接触。
接下来，如图18所示，例如，使用剥离工艺(lift-off process)等，在每个第一沟槽Tl中形成遮光膜111，在沟槽T4中形成与阴极接触部107接触的阴极电极121，以及在每个第二沟槽T2中形成与阳极接触部108接触的阳极电极122。
如上所述，对于遮光膜111、阴极电极121和阳极电极122的材料，除了钨(W)之外，还可以使用具有反射或吸收可见光或各元件所需的光的特性的各种导电材料，例如铝(Al)、铝合金或铜(Cu)。
当遮光膜111、阴极电极121和阳极电极122由相同的材料形成时，可以共同地形成遮光膜111、阴极电极121和阳极电极122。同时，当遮光膜111、阴极电极121和阳极电极122使用不同的材料时，先形成遮光膜111，然后通过使用剥离工艺等形成阴极电极121和阳极电极122。
接着，在形成有阴极电极121和阳极电极122的绝缘膜109上形成配线层120，配线层120包括与阴极电极121连接的配线124、与阳极电极122连接的配线126和层间绝缘膜123。此外，形成由铜(Cu)制成并露出在层间电介质123的表面上的连接焊盘125和127。
接着，如图19所示，从背面减薄半导体基板101，使各个第二沟槽T2贯穿，使得第二沟槽T2中的遮光膜111到达半导体基板101的背面。为了使半导体基板101变薄，例如，可以使用化学机械抛光(CMP)等。
接着，将受主离子注入到半导体基板101的整个背面中。因此，如图20所示，完成了包围光电转换区域102的P型半导体区域104。
接着，在半导体基板101的背面依次形成钉扎层113、平坦化膜114、滤色器115和片上透镜116，从而形成图像传感器10中的光接收芯片71。然后，单独制备的电路芯片72和光接收芯片71彼此接合，并且形成具有如图6所示的截面结构的图像传感器10。
1.10作用和效果
如上所述，在本实施例中，阳极接触部108的位置与阴极接触部107和/或N+型半导体区域106的位置在高度方向上偏移。因此，根据本实施例，能够增大从阳极接触部108到阴极接触部107和/或N+型半导体区域106的距离而不增大SPAD像素20在横向(平行于入射面的方向)上的尺寸。因此，能够在不增大像素尺寸的情况下抑制隧道效应的发生，从而在抑制分辨率降低的同时稳定地产生雪崩放大。
1.11变形例
接下来，将说明根据第一实施例的SPAD像素20的变形例的具体示例。
1.11.1第一变形例
图21是示出根据第一变形例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
如图21所示，根据第一变形例的SPAD像素20a具有与参考图6等在第一实施例中说明的截面结构类似的结构，并且在该结构中，第二沟槽(对应于第二沟槽T2)中的绝缘膜112(对应于绝缘膜109B)被省略。
如上所述，通过省略元件隔离部110中绝缘膜112，如第一实施例中所述，除了阳极接触部108之外，还可以使阳极电极122与第二沟槽中的P型半导体区域104a接触，并且能够实现低电阻接触。
1.11.2第二变形例
图22是示出根据第二变形例的从与SPAD像素的光入射面平行的平面观察的截面结构的示例的水平截面图。注意，图22示出了与图7的平面对应的平面。
如图22所示，根据第二变形例的SPAD像素20b具有与参考图7等在第一实施例中描述的截面结构类似的结构，并且在该结构中，形成阳极接触部108A的区域被限制为在P型半导体区域104的外周与P型半导体区域104部分接触。具体地，形成阳极接触部108A的区域被限制为由元件隔离部110划分的矩形区域的四个角。
如上所述，限制形成阳极接触部108A的区域能够如第一实施例中所述地控制阳极接触部108和阳极电极122彼此接触的部分，因此，使得形成在光电转换区域102中的电场分布的控制等成为可能。
1.11.3第三变形例
图23是示出根据第三变形例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
如图23所示，根据第三变形例的SPAD像素20c具有与参考图6等在第一实施例中描述的截面结构类似的结构，并且在该结构中，P+型半导体区域105A和N+型半导体区域106A扩展直到与形成在第一沟槽中的绝缘膜109接触。
如上所述，将P+型半导体区域105A和N+型半导体区域106A扩展至被第一沟槽包围的整个区域使得能够扩展产生雪崩放大的区域，从而提高量子效率。
此外，P+型半导体区域105A扩展至被第一沟槽包围的整个区域使得能够防止在阳极接触部108附近产生的电荷直接流入N+型半导体区域106A或阴极接触部107，从而通过减少对雪崩放大没有贡献的电荷来提高量子效率。
1.11.4第四变形例
图24是示出根据第四变形例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。
如图24所示，根据第四变形例的SPAD像素20d具有与参考图6等在第一实施例中描述的截面结构类似的结构，并且在该结构中，第一沟槽的直径增大，并且第一沟槽中的绝缘膜109D因此扩展至使得绝缘膜109D至少与P+型半导体区域105接触的程度。
如上所述，通过增大第一沟槽的直径使绝缘膜109D与P+型半导体区域105接触，能够防止在阳极接触部108附近产生的电荷直接流入N+型半导体区域106或阴极接触部107，从而通过减少对雪崩放大没有贡献的电荷来提高量子效率。
1.11.5第五变形例
在第五变形例中，将说明用于实施例及其变形例中的阳极的连接配线的一些示例。注意，在下文中，为了简单起见，将基于第一实施例对示例进行描述。
图25是示出第一实施例的阳极的连接配线的示例的图。如图25所示，根据第一实施例，用于施加反向偏置电压V_SPAD的配线152以一对一的方式连接到每个SPAD像素20的阳极电极122。
然而，例如，参考图7可以看出，阳极电极122在多个SPAD像素20之间连续。例如，阳极电极122电连接在布置在SPAD阵列单元11中的所有SPAD像素20之间。
因此，以一对一的方式为各个SPAD像素20的阳极电极122设置配线152的构造不是必需的。
可以减少要布置的配线152的数量，例如，每隔一个SPAD像素20设置配线152，如图26所示，或者每三个SPAD像素20设置配线152，如图27所示。
可选择的，如图28的示例中所示，可以为位于SPAD阵列单元11的最外周的至少一个SPAD像素20Z设置配线152，从而不为其他SPAD像素20和20Z设置配线152。
如上所述，配线152的数量的减少使得能够简化配线图案，因此能够实现制造工艺的简化、制造成本的降低等。
注意，在上述实施例及其变形例中，已经说明了N型阴极和P型阳极的示例，但是本发明不限于这样的组合，并且可以采用不同类型的阴极和阳极，例如P型阴极和N型阳极。
第二实施例
接下来，将参考附图详细说明根据第二实施例的固态摄像装置和电子设备。
根据上述第一实施例及其变形例的SPAD像素20、20a、20b、20c和20d不限于作为获取彩色图像等的图像数据的摄像装置的电子设备1，并且也可用于例如作为测量到物体的距离的距离测量设备的电子设备。
图29是示出根据第二实施例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。如图29所示，SPAD像素220具有与第一实施例中参照图6等说明的截面结构类似的结构，并且在该结构中省略了滤色器115。
这样，即使在SPAD像素220用于作为距离测量装置的电子设备的情况下，如在第一实施例中，阳极接触部108的位置相对于阴极接触部107和N+型半导体区域106的位置在高度方向上的偏移，这使得能够增大从阳极接触部108到阴极接触部107和/或N+型半导体区域106的距离而不增大SPAD像素220在横向(平行于入射面的方向)上的尺寸。因此，能够在不增大像素尺寸的情况下抑制隧道效应的发生，从而在抑制分辨率降低的同时稳定地产生雪崩放大。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例或其变形例中的那些类似，并且这里将省略对其的详细描述。
3.第三实施例
接下来，将参考附图详细说明根据第三实施例的固态摄像装置和电子设备。
在上述实施例及其变形例中，已经说明了第二沟槽从表面侧到背表面侧贯穿半导体基板101的FFTI型的元件隔离部110的示例，但是如上所述，元件隔离部110不限于FFTI型。
图30是示出根据第三实施例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。如图30所示，SPAD像素320的结构类似于第一实施例中参照图6等描述的截面结构，在该结构中，采用DTI型的元件隔离部310代替FFTI型元件隔离部110。
在半导体基板101的从表面侧(图中下侧)到未达到背面的程度形成的第二沟槽中，DTI型元件隔离部310包括用于覆盖第二沟槽的内侧表面和底面的绝缘膜312，以及用于填充内表面被绝缘膜312覆盖的第二沟槽内部的遮光膜311。
这样的元件隔离部310可以通过例如形成较浅的第二沟槽或厚度较大的半导体基板101来实现。
如上所述，根据本实施例，使用从半导体基板101的表面侧形成的DTI型的元件隔离部310。这能够简化从背面侧减薄半导体基板101的工艺。
此外，使用从半导体基板101的表面侧形成的DTI型的元件隔离部310，由此设置了在半导体基板101的背面侧没有针对每个SPAD像素320分离的P型半导体区域104。因此，由P型半导体区域104和阳极接触部108之间的接触电阻的差异而导致的SPAD像素320之间的电场变化被抑制，各个SPAD像素320中的电场被均衡，因此，能够提高图像传感器10的良品率。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例或其变形例中的那些类似，并且这里将省略其详细描述。
4.第四实施例
接下来，将参考附图详细说明根据第四实施例的固态摄像装置和电子设备。
图31是示出根据第四实施例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。如图31所示，SPAD像素420具有例如与参考图30在第三实施例中描述的SPAD像素320的构造类似的构造，并且在该构造中，在第二沟槽的底部设置有阳极接触部408。
根据这样的结构，与阳极电极122电连续的遮光膜311经由位于第二沟槽底部的阳极接触部408电连接到半导体基板101背面侧的P型半导体区域104。因此，能够进一步降低P型半导体区域104与阳极接触部108之间的接触电阻，且能够抑制接触电阻的变化，从而能够进一步抑制SPAD像素320之间的电场的差异。因此，SPAD像素320之间的电场被进一步均衡，从而能够进一步提高图像传感器10的良品率。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例或其变形例中的那些类似，并且这里将省略对其的详细描述。
5.第五实施例
接下来，将参考附图详细说明根据第五实施例的固态摄像装置和电子设备。
在上述第三和第四实施例中，已经说明了设置在从半导体基板101的表面侧形成的第二沟槽中的DTI型的元件隔离部310的示例。同时，在第五实施例中，说明了设置在从半导体基板101的背面侧形成的第二沟槽中的RDTI型的元件隔离部的示例。
图32是示出根据第五实施例的从与SPAD像素的光入射面垂直的平面观察的截面结构的示例的垂直截面图。如图32所示，SPAD像素520的结构类似于例如第三实施例中参照图30所述的截面结构，在该结构中，用RDTI型的元件隔离部510代替FFTI型的元件隔离部110，用阳极接触部508代替阳极接触部108。
在半导体基板101中从背面侧(图中的上侧)到未达到表面的程度形成的第二沟槽中，RDTI型元件隔离部510包括用于覆盖第二沟槽的内侧表面和底面的绝缘膜512，以及用于填充内表面覆盖有绝缘膜512的第二沟槽内部的遮光膜511。
这样的结构能够将阳极电极122和元件隔离部510彼此隔离，从而在阳极电极122的整个背面上形成阳极接触部508。因此，能够进一步降低P型半导体区域104与阳极接触部508之间的接触电阻，从而可实现具有更好特性的SPAD像素520。
此外，第二沟槽可以从半导体基板101的背面侧形成，因此，例如，与根据第三或第四实施例的DTI型元件隔离部310的形成相比，形成元件隔离部510的工艺更容易。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例或其变形例中的那些类似，并且这里将省略其详细描述。
6.第六实施例
接下来，将参考附图详细说明根据第六实施例的固态摄像装置和电子设备。
在上述实施例及其变形例中，例如，已经说明了为构成作为拜耳阵列的滤色器阵列60的一个滤色器115R、115G或115B设置一个光电二极管21的示例。然而，在使用雪崩光电二极管进行光子计数的情况下，即使在雪崩放大中多个光子入射在一个光电二极管21上，光子的入射也被计数为一次。因此，为了更准确地计算入射光子的数量，优选减小一个光电二极管的面积。此外，在照度高的情况下，可以通过减小一个光电二极管的面积来扩大每个SPAD像素20的动态范围。
因此，在第六实施例中，如图33的示例所示，SPAD像素20R、20G和20B(在下文中，当SPAD像素20R、20G和20B彼此不区分时，SPAD像素由20表示)中的各者被划分为多个(在该示例中，被划分为四个像素，即2×2像素)SPAD像素620R、620G或620B(在下文中，当SPAD像素620R、620G和620B彼此不区分时，SPAD像素由620表示)。可替代地，多个SPAD像素620、620G或620B共用一个滤色器115R、115G或115B。
如上所述，通过将1个SPAD像素20划分为多个SPAD像素620，能够减小1个SPAD像素620的面积，因此能够更准确地计数入射光子的数量。此外，一个光电二极管面积的减小也使得扩大每个SPAD像素20的动态范围成为可能。
注意，如图34所示，在通过划分一个SPAD像素20而得到的SPAD像素620之间可以不设置元件隔离部110。在该构造中，P型半导体区域104可以代替元件隔离部110布置在SPAD像素620之间。与设置元件隔离部110相比，这能够减小像素间距，进一步减小图像传感器10的尺寸。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例或其变形例中的那些类似，并且这里将省略对其的详细描述。
7.实施例七
接下来，将参考附图详细说明根据第七实施例的固态摄像装置和电子设备。
在上述第六实施例中，已经描述了在通过划分一个SPAD像素20获得的多个SPAD像素620之间布置P型半导体区域104的示例，但是本发明不限于这种结构。
例如，如图35所示，可以在相邻的SPAD像素620中设置沟槽以提供绝缘膜710嵌入在沟槽中的结构。
这种结构能够抑制相邻SPAD像素620之间的光学串扰，从而能够更准确地计数入射光子的数量。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例或其变形例中的那些类似，并且这里将省略对其的详细描述。
8、第八实施例
接下来，将参考附图详细说明根据第八实施例的固态摄像装置和电子设备。
上述实施例及其变形例中的元件隔离部110和510不限于如图36所示的示例中的半导体基板101，而是例如可以贯穿滤色器115。
如上所述，元件隔离器110贯穿滤色器115并突出于滤色器115之上的结构使得能够减少相邻SPAD像素20之间的串扰。
其他构造、操作和效果可以与上述实施例或其变形例中的那些类似，并且这里将省略对其的详细描述。
9.电子设备应用示例
上述固态摄像元件可应用于各种电子设备，例如，诸如数码相机或数码摄像机等摄像装置、具有摄像功能的移动电话或具有摄像功能的其他设备。
图37是图示了作为应用本技术的电子设备的摄像装置的构造示例的框图。
图37所示的摄像装置8201包括光学系统8202、快门装置8203、固态摄像元件8204、驱动电路8205、信号处理电路8206、监视器8207和存储器8208，并且摄像装置8201用于拍摄静止图像和运动图像。
光学系统8202具有一个或多个透镜，将来自对象的光(入射光)引导到固态摄像元件8204，并在固态摄像元件8204的光接收表面上形成图像。
快门装置8203布置在光学系统8202和固态摄像元件8204之间，并根据驱动电路1005的控制控制固态摄像元件8204的光照射时段和遮光时段。
固态摄像元件8204包括包含上述固态摄像元件的封装。固态摄像元件8204根据经由光学系统8202和快门装置8203而被聚焦在光接收表面上的光，在特定时段累积信号电荷。固态摄像元件8204中累积的信号电荷根据从驱动电路8205提供的驱动信号(时序信号)进行传输。
驱动电路8205输出控制固态摄像元件8204的传输操作和快门装置8203的快门操作的驱动信号以驱动固态摄像元件8204和快门装置8203。
信号处理电路8206对从固态摄像元件8204输出的信号进行各种信号处理。通过信号处理电路8206进行信号处理而获得的图像(图像数据)被提供给监视器8207并显示在其上，或者被提供给存储器8208并被存储(记录)在其中。
在如上所述构造的摄像装置8201中，应用固态摄像装置10代替上述固态摄像元件8204可以在所有像素中实现低噪声摄像。
10.移动体的应用示例
根据本公开的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任何类型的移动体上的设备，例如汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶、机器人、建筑机械或农业机械(拖拉机)。
图38是图示可应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统7000的示意性构造的示例的框图。车辆控制系统7000包括通过通信网络7010相互连接的多个电子控制单元。在图38所示的示例中，车辆控制系统7000包括驱动系统控制单元7100、车身系统控制单元7200、电池控制单元7300、车辆信息检测单元7400、车内信息检测单元7500和集成控制单元7600。连接多个这些控制单元的通信网络7010可以是例如根据任何标准的车载通信网络，例如控制器局域网(CAN)、本地互连网络(LIN)、局域网(LAN)或FlexRay(注册商标)。
每个控制单元包括被构造为根据各种程序进行算术处理的微型计算机、被构造为存储由微型计算机执行的程序、用于各种计算的参数等的存储单元、以及被构造为驱动各种被控制的设备以进行计算的驱动电路。每个控制单元包括用于经由通信网络7010与其他控制单元进行通信的网络I/F，以及用于以有线或无线方式与车内或车外的设备、传感器等进行通信的通信I/F。图38示出了作为集成控制单元7600的功能构造的微型计算机7610、通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位单元7640、信标(beacon)接收单元7650、车载设备I/F 7660、音频/视频输出单元7670、车载网络I/F 7680和存储单元7690。同样，其他控制单元中的每一个也包括微型计算机、通信I/F和存储单元等。
驱动系统控制单元7100根据各种程序控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元7100用作如下设备的控制设备，如内燃机或驱动电机等产生车辆的驱动力的驱动力产生设备、用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆转向角的转向机构、用于产生车辆制动力的制动设备等。驱动系统控制单元7100可以具有作为诸如防抱死制动系统(ABS)或电子稳定控制(ESC)等的控制设备的功能。
车辆状态检测单元7110连接到驱动系统控制单元7100。车辆状态检测单元7110例如包括检测车身的轴向旋转运动的角速度的陀螺仪传感器、检测车辆的加速度的加速度传感器或者用于检测油门踏板的操作量、制动踏板的操作量、方向盘的转向角、发动机速度、车轮旋转速度等的传感器中的至少一个。驱动系统控制单元7100使用从车辆状态检测单元7110输入的信号执行算法处理，并且控制内燃机、驱动马达、电动助力转向设备、制动设备等。
车身系统控制单元7200根据各种程序控制车身上装备的设备的操作。例如，车身系统控制单元7200用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备或各种灯(如前照灯、倒车灯、刹车灯、方向灯或雾灯等)的控制设备。在这种情况下，从代替钥匙的便携式设备发送的无线电波或各种开关的信号能够被输入到车身系统控制单元7200。车身系统控制单元7200接收输入的无线电波或信号，以控制车辆的门锁设备、电动电源窗设备、灯等。
电池控制单元7300根据各种程序控制作为用于驱动马达的电源的二次电池7310。例如，诸如电池温度、电池输出电压或电池剩余容量的信息从包括二次电池7310的电池设备输入到电池控制单元7300。电池控制单元7300使用这些信号执行算法处理，并且调整/控制二次电池7310的温度或者控制电池设备中包括的冷却设备等。
车外信息检测单元7400检测安装有车辆控制系统7000的车辆的外部的信息。例如，摄像单元7410和车外信息检测器7420中的至少一个连接到车外信息检测单元7400。摄像单元7410包括飞行时间(ToF)相机、立体相机、单目相机、红外相机和其他相机中的至少一个。车外信息检测器7420包括例如用于检测当前天气的环境传感器和用于检测在安装了车辆控制系统7000的车辆周围的另一车辆、障碍物、行人等的环境信息检测传感器中的至少一种。
环境传感器可以包括例如用于检测雨天的雨滴传感器、用于检测雾的雾传感器、用于检测日光程度的日光传感器和用于检测降雪的雪传感器中的至少一种。周围信息检测传感器可以包括超声波传感器、雷达装置、LIDAR(光检测和测距、激光摄像检测和测距)装置中的至少一种。摄像单元7410和车外信息检测器7420可以设置为独立的传感器或装置，或者可以设置为集成了多个传感器或设备的设备。
这里，图39示出了摄像单元7410和车外信息检测器7420的安装位置的示例。摄像单元7910、7912、7914、7916和7918例如分别设置在车辆7900的前鼻、后视镜、后保险杠、后门和车辆内侧的挡风玻璃上部中的至少一处。设置在前鼻的摄像单元7910和设置在车辆内部的挡风玻璃的上部的摄像单元7918主要获得车辆7900的前部的图像。设置在后视镜的摄像单元7912和7914主要获得车辆7900侧面的图像。设置在后保险杠或后门上的摄像单元7916主要获得车辆7900后部区域的图像。设置在车辆内部的挡风玻璃的上部的摄像单元7918主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通灯、交通标志、车道等。
注意，图39示出了摄像单元7910、7912、7914和7916的摄像范围的示例。摄像范围a表示设置在前鼻部的摄像单元7910的摄像范围，摄像范围b和c表示设置在相应后视镜处的摄像单元7912和7914的摄像范围，摄像范围d表示设置在后保险杠或后门上的摄像单元7916的摄像范围。例如，可以将摄像单元7910、7912、7914和7916捕获的图像数据相互叠加以获得从上方观察的车辆7900的俯视图像。
设置在车辆7900的前、后、侧方、角部和车辆内侧的挡风玻璃的上部的车外信息检测器7920、7922、7924、7926、7928和7930可以是例如超声波传感器或雷达装置。设置在车辆7900的前鼻、后保险杠、后门和车辆内侧的挡风玻璃的上部的车外信息检测器7920、7926和7930可以是例如LIDAR装置。这些车外信息检测器7920至7930主要用于检测前方车辆、行人、障碍物等。
返回图38，继续说明。车外信息检测单元7400使摄像单元7410捕获车辆外部的图像，并接收所捕获的图像数据。此外，车外信息检测单元7400从连接到车外信息检测单元7400的车外信息检测器7420接收检测信息。在车外信息检测器7420是超声波传感器、雷达装置或LIDAR装置的情况下，车辆外部信息检测单元7400使车外信息检测器7420发射超声波、电磁波等，并接收所接收的反射波的信息。车外信息检测单元7400可以基于所接收的信息对人、车辆、障碍物、标志、道路上的字符等物体执行检测处理或距离检测处理。车外信息检测单元7400可以基于所接收的信息执行环境识别处理以识别降雨、雾、路面状况等。车外信息检测单元7400可以基于所接收的信息计算到车辆外部的物体的距离。
此外，车外信息检测单元7400可以基于所接收的图像数据执行图像识别处理或距离检测处理以识别人、汽车、障碍物、标志、路面上的字符等。车外信息检测单元7400可以对所接收的图像数据进行诸如畸变校正或对齐等处理，并结合不同摄像单元7410拍摄的图像数据，生成俯视图像或全景图像。车外信息检测单元7400可以通过使用由不同摄像单元7410捕获的图像数据来执行视角变换处理。
车内信息检测单元7500检测车辆内部的信息。例如，用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元7510连接至车内信息检测单元7500。驾驶员状态检测单元7510可以包括用于拍摄驾驶员的相机、用于检测驾驶员的生物信息的生物传感器、用于收集车辆内部的语音的麦克风等。生物传感器设置在座椅表面或方向盘等中，以检测坐在座椅中的乘员或持握方向盘的驾驶员的生物信息。车内信息检测单元7500可基于从驾驶员状态检测单元7510输入的检测信息来计算驾驶员的疲劳程度或注意力集中程度，或者可确定驾驶员是否困倦。车内信息检测单元7500可以对收集的语音信号进行诸如噪声消除处理等处理。
集成控制单元7600根据各种程序控制车辆控制系统7000中的整体操作。输入单元7800连接到集成控制单元7600。输入单元7800由诸如触摸面板、按钮、麦克风、开关或控制杆等设备实现，其被构造为由乘员进行输入操作。通过对麦克风输入的语音执行语音识别而获得的数据可以被输入到集成控制单元7600。输入单元7800例如可以是使用红外线或其他无线电波的遥控设备，或者是与车辆控制系统7000兼容的诸如移动电话或个人数字助理(PDA)等外部连接设备。输入单元7800例如可以是相机，在这种情况下，乘员可以通过手势输入信息。或者，可以输入通过检测由乘员佩戴的可穿戴设备的运动而获得的数据。此外，输入单元7800可以包括例如输入控制电路等，其用于基于乘员等通过使用输入单元7800输入的信息来生成输入信号并且将输入信号输出至集成控制单元7600。乘员等操作输入单元7800，向车辆控制系统7000输入各种数据或指示车辆控制系统7000执行处理操作。
存储单元7690可以包括用于存储由微型计算机执行的各种程序的只读存储器(ROM)以及用于存储各种参数、操作结果、传感器值等的随机存取存储器(RAM)。此外，存储单元7690可以由诸如硬盘驱动器(HDD)等磁存储设备、半导体存储设备、光存储设备、磁光存储设备来实现。
通用通信I/F 7620是用于协调外部环境7750中的各种设备之间的通信的通用通信I/F。在通用通信I/F 7620中，可以应用诸如全球移动通信系统(GSM)(注册商标)、WiMAX(注册商标)、长期演进(LTE)(注册商标)或高级LTE(LTE-A)等蜂窝通信协议，或诸如无线局域网(也称为Wi-Fi(注册商标))和蓝牙(注册商标)等其他无线通信协议。例如，通用通信I/F 7620可以通过基站或接入点连接到外部网络(例如，互联网、云网络或特定业务网络)上的设备(例如，应用服务器或控制服务器)。此外，例如，通用通信I/F 7620可以通过使用点对点(P2P)技术连接到车辆附近的终端(例如，驾驶员、行人或商店的终端，或机器类型通信(MTC)终端)。
专用通信I/F 7630是支持被设计用于车辆的通信协议的通信I/F。例如，在专用通信I/F 7630中，可以采用标准协议，例如由IEEE 802.11p作为下层和IEEE 1609作为上层的组合而被定义的车载环境无线接入(WAVE)、专用短程通信(DSRC)或蜂窝通信协议。通常，专用通信I/F7630执行V2X通信，其是包括车辆对车辆通信、车辆对基础设施通信、车辆对家庭通信和车辆对行人通信中的至少一种的概念。
定位单元7640例如从全球导航卫星系统(GNSS)卫星接收GNSS信号(例如，来自全球定位系统(GPS)卫星的GPS信号)，执行定位，并产生包括车辆的纬度、经度和高度的定位信息。注意，定位单元7640可以通过与无线接入点交换信号来识别当前位置，或者可以从诸如移动电话、PHS或具有定位功能的智能电话等终端获取位置信息。
例如，信标接收单元7650接收从安装在道路上的无线电台等发射的无线电波或电磁波，并获取关于当前位置、交通拥堵、交通管制、所需时间等信息。注意，信标接收单元7650的功能可以包括在上述专用通信I/F7630中。
车载设备I/F 7660是用于调解微型计算机7610与车辆内的各种车载设备7760之间的连接的通信接口。车载设备I/F 7660可以使用诸如无线LAN、蓝牙(注册商标)、近场通信(NFC)或无线USB(WUSB)等无线通信协议来建立无线连接。另外，车载设备I/F 7660可以经由图中未示出的连接端子(如有必要，还包括电缆)建立诸如通用串行总线(USB)、高清多媒体接口(HDMI(注册商标))、移动高清链路(MHL)等有线连接。车载设备7760可包括例如移动设备或乘员的可穿戴设备、或者携带在车辆中或附接到车辆的信息设备中的至少一种。车载设备7760可包括用于搜索到任意目的地的路径的导航设备。车载设备I/F 7660与这些车载设备7760交换控制信号或数据信号。
车载网络I/F 7680是用于调解微型计算机7610与通信网络7010之间的通信的接口。车载网络I/F 7680根据通信网络7010所支持的预定协议来发送和接收信号等。
集成控制单元7600的微型计算机7610基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F7630、定位单元7640、信标接收单元7650、车载设备I/F 7660和车载网络I/F 7680中的至少一个获得的信息，根据各种程序来控制车辆控制系统7000。例如，微型计算机7610可以基于所获取的关于车辆的内部和外部的信息来计算驱动力产生设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并且将控制命令输出到驱动系统控制单元7100。例如，微型计算机7610可以进行协同控制以实现包括避免车辆的碰撞或冲击减轻、基于车辆之间的距离的跟随、保持车速行驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等高级驾驶辅助系统(ADAS)的功能。此外，微型计算机7610可以基于获取的车辆周围的信息通过控制驱动力产生设备、转向机构、制动装置等，进行以自动驾驶(即在不依赖于驾驶员的操作的情况下的自主驾驶)等为目的的协同控制。
微型计算机7610可以基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位单元7640、信标接收单元7650、车载设备I/F 7660和车载网络I/F 7680中的至少一个获取的信息产生车辆与诸如周围建筑、人等物体之间的三维距离信息，创建包括车辆当前位置周围的环境信息的本地地图信息。另外，微型计算机7610可以基于所获得的信息来预测诸如车辆的碰撞、行人等的接近或进入封闭道路等危险，并生成警告信号。警告信号可以例如是用于产生警告声音或点亮警告灯的信号。
音频/视频输出单元7670将声音和图像中的至少一者的输出信号传输到用于在视觉上或听觉上向车辆的乘员或车辆的外部通知信息的输出设备。在图38的示例中，音频扬声器7710、显示单元7720和仪表盘7730被示为输出设备。显示单元7720可以例如包括车载显示器和抬头显示器中的至少一种。显示单元7720可以具有增强现实(AR)显示功能。输出设备可以是除上述设备之外的其他设备，例如乘员佩戴的耳机或眼镜式显示器等可穿戴设备、投影仪或灯等。在输出设备是显示设备的情况下，该显示设备以文本、图像、表格和图表等各种形式可视地显示通过由微型计算机7610执行的各种处理而获得的结果或从另一控制单元接收到的信息等。另外，在输出设备是声音输出设备的情况下，声音输出设备将包括再现的声音数据或声学数据等音频信号转换为模拟信号，并在听觉上输出该模拟信号。
注意，在图38所示的示例中，可以将经由通信网络7010连接的至少两个控制单元整合为一个控制单元。可替代地，每个控制单元可以包括多个控制单元。此外，车辆控制系统7000可以包括图中未示出的其它控制单元。此外，在以上说明中，可以将任一控制单元的部分或全部功能提供给另一控制单元。换言之，只要经由通信网络7010发送/接收信息，任何一个控制单元都可以执行预定的算术处理。同样，连接至任一个控制单元的传感器或设备可以连接至另一控制单元，并且多个控制单元可以经由通信网络7010相互发送/接收检测信息。
注意，用于实现根据参考图1说明的本实施例的电子设备1的每个功能的计算机程序可以安装在任何一个控制单元等中。此外，还可以设置存储这种计算机程序的计算机可读记录介质。所述记录介质例如是磁盘、光盘、磁光盘、闪存等。此外，上述计算机程序可以例如经由网络分发而不使用记录介质。
在上述车辆控制系统7000中，参考图1说明的根据本实施例的电子设备1可应用于图38所示的应用示例中的集成控制单元7600。例如，电子设备1的存储单元40和处理器50对应于集成控制单元7600的微型计算机7610、存储单元7690和车载网络I/F 7680。然而，车辆控制系统7000不限于以上说明并且可以对应于图1中的主机80。
此外，根据参考图1说明的本实施例的电子设备1的至少一些组成元件可以在用于图38所示的集成控制单元7600的模块(例如，包括一个晶片的集成电路模块)中实现。或者，根据参考图1说明的本实施例的电子设备1可以由图38所示的车辆控制系统7000的多个控制单元来实现。
11.内窥镜手术系统的应用示例
此外，根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图40是示出能够应用根据本公开的实施例的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
图40示出了操作者(外科医生)11131正在通过使用内窥镜手术系统11000对躺在病床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、例如气腹管11111和能量治疗工具11112等其它手术工具11110、用于支撑内窥镜11100的支撑臂设备11120以及装载有用于内窥镜手术的各种设备的推车11200。
内窥镜11100包括：镜筒11101，该镜筒11101具有距远端预定长度的区域，该区域插入患者11132的体腔中；以及连接到镜筒11101的近端的摄像头11102。在该示例中，示出了被构造为具有刚性镜筒11101的所谓的刚性内窥镜的内窥镜11100，但是内窥镜11100可以被构造为具有柔性镜筒的所谓的柔性内窥镜。
镜筒11101的远端设有供物镜装入的开口部。光源设备11203连接到内窥镜11100，由光源设备11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的光导被引入到镜筒11101的远端，并且经由物镜朝着患者11132的体腔中的观察目标照射。注意，内窥镜11100可以是前视内窥镜、斜视内窥镜或侧视内窥镜。
光学系统和摄像元件设置在摄像头11102的内部，并且来自观察目标的反射光(观察光)通过光学系统而被会聚在摄像元件上。观察光由摄像元件进行光电转换，并且产生对应于观察光的电信号，即对应于观察图像的图像信号。图像信号作为RAW数据被传输到相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且整体地控制内窥镜11100和显示设备11202的操作。此外，CCU 11201从摄像头11102接收图像信号，并对图像信号进行各种图像处理，例如用于显示基于图像信号的图像的显影处理(去马赛克处理)。
响应于来自CCU 11201的控制，显示设备11202基于经过CCU 11201的图像处理的图像信号来显示图像。
例如，光源设备11203包括诸如发光二极管(LED)等光源并且将用于对手术部位等进行成像的照射光提供至内窥镜11100。
输入设备11204是用于内窥镜手术系统11000的输入接口。允许用户通过输入设备11204向内窥镜手术系统11000输入各种信息和指令。例如，用户输入指令等以改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)。
治疗工具控制设备11205控制用于组织的烧灼或切割、血管的密封等的能量治疗工具11112的驱动。气腹设备11206通过气腹管11111将气体送到患者11132的体腔中以使体腔膨胀，从而确保内窥镜11100的视野并确保外科医生的工作空间。记录器11207是用于记录与手术有关的各种信息的设备。打印机11208是用于打印诸如文本、图像或图表等各种形式的与手术有关的各种信息的设备。
注意，被构造为向内窥镜11100提供用于拍摄手术部位的照射光的光源设备11203可以包括例如LED、激光光源或包括它们的组合的白色光源。包括RGB激光光源组合的白光源可以高精度地控制每种颜色(每种波长)的输出强度和输出时序，从而可以在光源设备11203中调整拍摄图像的白平衡。此外，在该构造中，以时分方式用来自RGB激光源的激光束照射观察目标并且与照射时间同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动也使得能够以时分方式拍摄对应于RGB的图像。根据该方法，可以在不为摄像元件设置滤色器的情况下获得彩色图像。
此外，可以控制光源设备11203的驱动以改变每预定时间输出的光的强度。摄像头11102的摄像元件的驱动与光强变化的时序同步地控制，从而以时分方式获取图像并进行组合，从而能够生成具有高动态范围的图像而没有所谓的曝光不足和曝光过度的图像。
此外，光源设备11203可以被构造为提供用于使用特殊光的观察的预定波长带中的光。在使用特殊光的观察中，例如，进行所谓的窄带成像，其中，在比正常观察中使用的照射光(即，白光)更窄的频带内照射光时，使用生物体组织中光吸收的波长依赖性，从而以高对比度拍摄诸如粘膜表面中的血管等预定组织。可替代地，在使用特殊光的观察中，可以执行通过照射激发光而产生的荧光来获取图像的荧光观察。在荧光观察中，例如，可以用激发光照射身体组织以观察来自身体组织的荧光(自发荧光成像)，或将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部注入体内并以用于试剂的荧光波长的激发光照射人体组织，得到荧光图像。光源设备11203被构造为提供用于使用特殊光观察的窄带光和/或激发光。
图41是示出图40中所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。
摄像头11102包括镜头单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201具有通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输电缆11400可通信地彼此连接。
镜头单元11401是设置在与镜筒11101的连接部处的光学系统。从镜筒11101的远端摄取的观察光被引导到摄像头11102并入射到镜头单元11401上。通过组合包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜来构造镜头单元11401。
摄像单元11402包括摄像元件。可以采用一个摄像元件(所谓的单板式摄像元件)或多个摄像元件(所谓的多板式摄像元件)来构成摄像单元11402。例如，在摄像单元11402使用多个摄像元件的情况下，可以由各个摄像元件产生对应于RGB的图像信号，从而可以通过组合图像信号来获得彩色图像。可替代地，摄像单元11402可以具有一对摄像元件以获取对应于三维(3D)显示的用于右眼的图像信号和用于左眼的图像信号。进行3D显示使得操作者11131可以更准确地掌握手术部位的生物组织的深度。注意，在摄像单元11402使用多个摄像元件的情况下，也可以对应于摄像元件设置多个镜头单元11401。
此外，摄像单元11402可以不必设置在摄像头11102上。例如，摄像单元11402可以紧邻着物镜设置在镜筒11101中。
驱动单元11403包括致动器，并且通过来自摄像头控制单元11405的控制，使镜头单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿光轴移动预定距离。因此，可以适当的调整由摄像单元11402拍摄的被摄图像的放大倍数和焦点。
通信单元11404包括用于向CCU 11201传输以及从CCU 11201接收各种信息的通信设备。通信单元11404将从摄像单元11402获得的图像信号作为RAW数据通过传输电缆11400传输至CCU 11201。
另外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号提供给摄像头控制单元11405。例如，控制信号包括关于摄像条件的信息，例如指定所拍摄图像的帧速率的信息、指定拍摄中的曝光值的信息和/或指定被摄图像的放大率和焦点的信息。
注意，诸如帧率、曝光值，放大率或焦点等摄像条件可以由用户适当指定，或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于获取的图像信号自动设置。在后一种情况下，内窥镜11100具有所谓的自动曝光(AE)功能、自动对焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。
摄像头控制单元11405基于经由通信单元11404从CCU 11201接收的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信单元11411包括用于向摄像头11102发送和从摄像头11102接收各种信息的通信设备。通信单元11411通过传输电缆11400接收从摄像头11102发送的图像信号。
此外，通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号发送到摄像头11102。图像信号和控制信号被构造为通过电通信、光通信等传输。
图像处理单元11412对作为从摄像头11102发送的RAW数据的图像信号进行各种图像处理。
控制单元11413通过内窥镜11100进行与手术部位等的拍摄以及通过拍摄手术部位所获得的被摄图像的显示等相关的各种控制。例如，控制单元11413生成用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
此外，控制单元11413基于经过图像处理单元11412的图像处理的图像信号，使显示设备11202显示示出了手术部位等的被摄图像。此时，控制单元11413可以通过使用各种图像识别技术来识别被摄图像中的各种对象。例如，控制单元11413被构造为检测被摄图像中的各对象的边缘形状或颜色等以识别诸如镊子等手术器械、特定生物部分、出血、使用能量治疗工具11112产生的雾等。当使显示设备11202显示被摄图像时，控制单元11413可以利用识别的结果使显示设备11202在手术部位的图像上叠加并显示各种手术支持信息。将手术支持信息叠加显示以呈现给操作者11131，这能够减轻操作者11131的负担或确保操作者11131的手术。
连接摄像头11102和CCU 11201的传输线缆11400是与电信号通信兼容的电信号线缆、与光通信兼容的光纤或者它们的复合线缆。
这里，在该示例中，示出了通过使用传输电缆11400以有线方式进行的通信，但是摄像头11102和CCU 11201之间的通信可以以无线方式进行。
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例如上述构造中的内窥镜11100、摄像头11102的摄像单元11402等。根据本公开的技术应用于摄像单元11402等能够在抑制分辨率降低的同时获取具有高亮度的图像数据。
注意，这里已经说明了内窥镜手术系统的示例，但是根据本公开的技术可以进一步应用于例如显微手术系统等。
以上已经说明了本公开的实施例，但是本公开的技术范围不限于上述实施例，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种变形和变更。此外，不同实施例和变形例的组成元件可以彼此适当地组合。
此外，说明书中的实施例的效果仅是示例，并不旨在限制本公开，还可以提供其他效果。
注意，本技术还可以采用以下构造。
(1)
一种固态摄像装置，所述固态摄像装置包括：
第一半导体基板，所述第一半导体基板包括设置在第一表面中的格子状的第一沟槽和沿着所述第一沟槽的底部设置的第二沟槽；以及
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件设置在所述第一半导体基板中，
其中每个所述光电转换元件包括：
光电转换区域，所述光电转换区域设置在所述第一半导体基板中的由所述第一沟槽和所述第二沟槽限定的元件区域中，并被构造为光电转换入射光以产生电荷；
第一半导体区域，所述第一半导体区域在所述元件区域内围绕所述光电转换区域；
第一接触部，所述第一接触部在所述第一沟槽的底部与所述第一半导体区域接触；
第一电极，所述第一电极在所述第一沟槽中与所述第一接触部接触；
第二半导体区域，所述第二半导体区域设置在所述元件区域的与所述第一半导体区域接触的区域中，并具有与所述第一半导体区域相同的第一导电型；
第三半导体区域，所述第三半导体区域是所述元件区域中的与所述第二半导体区域接触的区域，并设置在所述第二半导体区域与所述第一表面之间，且具有与所述第一导电型相反的第二导电型；
第二接触部，所述第二接触部设置在所述第一表面上以与所述第三半导体区域接触；以及
第二电极，所述第二电极与所述第二接触部接触，并且
所述第一接触部距所述第一表面的高度不同于所述第三半导体区域距所述第一表面的高度。
(2)
根据(1)所述的固态摄像装置，其中，所述第一接触部距所述第一表面的高度大于所述第三半导体区域距所述第一表面的高度。
(3)
根据(1)或(2)所述的固态摄像装置，其中，所述第一接触部与所述第一电极形成欧姆接触。
(4)
根据(3)所述的固态摄像装置，还包括设置在所述第一接触部与所述第一电极接触的部分处的硅化物层。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的固态摄像装置，其中，所述第一接触部与所述第一半导体区域接触以包围所述第一半导体区域的外周。
(6)
根据(1)至(4)中任一项所述的固态摄像装置，其中，所述第一接触部在所述第一半导体区域的外周的一部分处与所述第一半导体区域接触。
(7)
根据(1)至(6)中任一项所述的固态摄像装置，还包括设置在所述第二沟槽中的遮光膜。
(8)
根据(7)所述的固态摄像装置，其中，所述遮光膜与所述第一电极的材料相同。
(9)
根据(7)所述的固态摄像装置，其中，所述遮光膜与所述第一半导体区域接触。
(10)
根据(7)或(8)所述的固态摄像装置，还包括设置在所述遮光膜与所述第一半导体区域之间的绝缘膜。
(11)
根据(7)至(10)中任一项所述的固态摄像装置，其中，
所述第二沟槽从所述第一沟槽的底面到达所述第一半导体基板的与所述第一表面相反的第二表面，并且
所述遮光膜从所述第一沟槽的所述底面到达所述第一半导体基板的所述第二表面。
(12)
根据(7)至(10)中任一项所述的固态摄像装置，其中，
所述第二沟槽从所述第一沟槽的底部朝向所述第一半导体基板的位于所述第一表面相反侧的第二表面设置，并且
所述第二沟槽的底部与所述第二表面彼此分离。
(13)
根据(12)所述的固态摄像装置，进一步包括
第三接触部，所述第三接触部设置在所述第二沟槽的底部并且被构造为在所述第一半导体基板的所述第二表面侧与所述第一半导体区域接触，
其中，所述遮光膜在所述第二沟槽的所述底部处与所述第三接触部接触。
(14)
根据(7)至(10)中任一项所述的固态摄像装置，其中，
所述第二沟槽从所述第一半导体基板的位于所述第一表面的相对侧的第二表面向所述第一沟槽的所述底部设置，并且
所述第二沟槽的底部与所述第一沟槽的所述底部彼此分离。
(15)
根据(1)至(14)中任一项所述的固态摄像装置，还包括以一对一方式连接到所述多个光电转换元件的所述第一电极的多条配线。
(16)
根据(1)至(14)中任一项所述的固态摄像装置，还包括与所述多个光电转换元件中的一些光电转换元件的所述第一电极连接的配线。
(17)
根据(1)至(14)中任一项所述的固态摄像装置，还包括连接至位于所述多个光电转换元件的最外围的光电转换元件的所述第一电极的配线。
(18)
根据(1)至(17)中任一项所述的固态摄像装置，还包括为每个所述元件区域设置的片上透镜，所述片上透镜设置在所述第一半导体基板的与所述第一表面相反的第二表面侧，并且被构造为将入射光聚焦在所述光电转换区域上。
(19)
根据(1)至(18)中任一项所述的固态摄像装置，还包括为每个所述元件区设置的滤色器，所述滤色器设置在所述第一半导体基板的与所述第一表面相反的第二表面侧，并被构造为透射特定的波长。
(20)
根据(1)至(18)中任一项所述的固态摄像装置，还包括
滤色器，所述滤色器设置在所述第一半导体基板的与所述第一表面相反的第二表面侧，并且被构造为透射特定的波长，
其中，所述滤色器被两个或更多个所述元件区域共用，并且
所述第二沟槽设置在不共用所述滤色器的元件区域之间。
(21)
根据(20)所述的固态摄像装置，还包括绝缘膜，所述绝缘膜填充第三沟槽的内部，所述第三构成设置在不共用所述滤色器的所述元件区域之间。
(22)
根据(7)所述的固态摄像装置，进一步包括
针对每个所述元件区域设置的滤色器，所述滤色器设置在所述第一半导体基板的与所述第一表面相反的第二表面侧，并且被构造为透射特定的波长，
其中，所述遮光膜贯穿所述滤色器。
(23)
根据(1)至(22)中任一项所述的固态摄像装置，还包括读出电路，所述读出电路连接到每个所述光电转换元件中的所述第二电极，并被构造为读取在每个所述光电转换元件中产生的电荷。
(24)
根据(23)所述的固态摄像装置，其中，
所述读出电路设置在与所述第一半导体基板不同的第二半导体基板中，并且
所述第一半导体基板与所述第二半导体基板彼此接合。
(25)
一种电子设备，所述电子设备包括：
固态摄像装置；
光学系统，所述光学系统被构造为将入射光聚焦到所述固态摄像装置的光接收表面上；以及
处理器，所述处理器被构造为控制所述固态摄像装置，
其中所述固态摄像装置包括：
第一半导体基板，所述第一半导体基板包括设置在第一表面中的格子状的第一沟槽和沿着所述第一沟槽的底部设置的第二沟槽；以及
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件设置在所述第一半导体基板中，
其中每个所述光电转换元件包括：
光电转换区域，所述光电转换区域设置在所述第一半导体基板中的由所述第一沟槽和所述第二沟槽限定的元件区域中，并被构造为光电转换入射光以产生电荷；
第一半导体区域，所述第一半导体区域在所述元件区域内围绕所述光电转换区域；
第一接触部，所述第一接触部在所述第一沟槽的底部与所述第一半导体区域接触；
第一电极，所述第一电极在所述第一沟槽中与所述第一接触部接触；
第二半导体区域，所述第二半导体区域设置在所述元件区域的与所述第一半导体区域接触的区域中，并具有与所述第一半导体区域相同的第一导电型；
第三半导体区域，所述第三半导体区域是所述元件区域中的与所述第二半导体区域接触的区域，并设置在所述第二半导体区域与所述第一表面之间，且具有与所述第一导电型相反的第二导电型；
第二接触部，所述第二接触部设置在所述第一表面上以与所述第三半导体区域接触；以及
第二电极，所述第二电极与所述第二接触部接触，并且
所述第一接触部距所述第一表面的高度不同于所述第三半导体区域距所述第一表面的高度。
附图标记列表
1电子设备
10固态摄像装置
11 SPAD阵列单元
12驱动电路
13输出电路
15时序控制电路
20,20a,20b,20c,20d,220,20B,20G,20R,620B,620G,620R SPAD像素
21光电二极管
22读出电路
23猝灭电阻器
24选择晶体管
25数字转换器
251电阻器
26反相器
27缓冲器
30摄像镜头
40存储单元
50处理器
60滤色器阵列
61单元图案
71光接收芯片
72电路芯片
101,141半导体基板
102光电转换区域
103N型半导体区域
104,104a P型半导体区域
105,105A P+型半导体区域
106,106A N+型半导体区域
107阴极接触部
108,108A,408,508阳极接触部
109,109A,109B,109D绝缘膜
110,310,510元件隔离部
111,311,511遮光膜
112,312,512,710绝缘膜
113钉扎层
114平坦化膜
115,115R,115G,115B滤色器
116片上透镜
120,130配线层
121阴极电极
122阳极电极
123,131层间绝缘膜
124,132配线
125,135连接焊盘
142电路元件
252,262 NMOS晶体管
261 PMOS晶体管
A1,A2,A3开口
LD像素驱动线
LS输出信号线
M1,M2,M3,M4掩模
T1第一沟槽
T2第二沟槽
T3,T4,T5,T11沟槽

Claims (21)

1.一种固态摄像装置，所述固态摄像装置包括：
第一半导体基板，所述第一半导体基板包括设置在第一表面中的格子状的第一沟槽和沿着所述第一沟槽的底部设置的第二沟槽；以及
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件设置在所述第一半导体基板中，
其中每个所述光电转换元件包括：
光电转换区域，所述光电转换区域设置在所述第一半导体基板中的由所述第一沟槽和所述第二沟槽限定的元件区域中，并被构造为光电转换入射光以产生电荷；
第一半导体区域，所述第一半导体区域在所述元件区域内围绕所述光电转换区域；
第一接触部，所述第一接触部在所述第一沟槽的底部与所述第一半导体区域接触；
第一电极，所述第一电极在所述第一沟槽中与所述第一接触部接触；
第二半导体区域，所述第二半导体区域设置在所述元件区域的与所述第一半导体区域接触的区域中，并具有与所述第一半导体区域相同的第一导电型；
第三半导体区域，所述第三半导体区域是所述元件区域中的与所述第二半导体区域接触的区域，并设置在所述第二半导体区域与所述第一表面之间，且具有与所述第一导电型相反的第二导电型；
第二接触部，所述第二接触部设置在所述第一表面上以与所述第三半导体区域接触；以及
第二电极，所述第二电极与所述第二接触部接触，并且
所述第一接触部距所述第一表面的高度不同于所述第三半导体区域距所述第一表面的高度。
2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述第一接触部距所述第一表面的所述高度大于所述第三半导体区域距所述第一表面的所述高度。
3.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述第一接触部与所述第一电极形成欧姆接触。
4.根据权利要求3所述的固态摄像装置，还包括硅化物层，所述硅化物层设置在所述第一接触部与所述第一电极接触的部分处。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的固态摄像装置，其中，所述第一接触部与所述第一半导体区域接触以包围所述第一半导体区域的外周。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的固态摄像装置，其中，所述第一接触部在所述第一半导体区域的外周的一部分处与所述第一半导体区域接触。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的固态摄像装置，还包括设置在所述第二沟槽中的遮光膜。
8.根据权利要求7所述的固态摄像装置，其中，所述遮光膜与所述第一电极的材料相同。
9.根据权利要求7所述的固态摄像装置，其中，所述遮光膜与所述第一半导体区域接触。
10.根据权利要求7所述的固态摄像装置，还包括设置在所述遮光膜与所述第一半导体区域之间的绝缘膜。
11.根据权利要求7所述的固态摄像装置，其中，
所述第二沟槽从所述第一沟槽的底面到达所述第一半导体基板的与所述第一表面相反的第二表面，并且
所述遮光膜从所述第一沟槽的所述底面到达所述第一半导体基板的所述第二表面。
12.根据权利要求7所述的固态摄像装置，其中，
所述第二沟槽从所述第一沟槽的底部朝向所述第一半导体基板的位于所述第一表面相反侧的第二表面设置，并且
所述第二沟槽的底部与所述第二表面彼此分离。
13.根据权利要求12所述的固态摄像装置，还包括
第三接触部，所述第三接触部设置在所述第二沟槽的底部并且被构造为在所述第一半导体基板的所述第二表面侧与所述第一半导体区域接触，
其中，所述遮光膜在所述第二沟槽的所述底部处与所述第三接触部接触。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的固态摄像装置，还包括多条配线，所述多条配线以一对一方式连接到所述多个光电转换元件的所述第一电极。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的固态摄像装置，还包括与所述多个光电转换元件中的一些光电转换元件的所述第一电极连接的配线。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的固态摄像装置，还包括连接至位于所述多个光电转换元件的最外围的光电转换元件的所述第一电极的配线。
17.根据权利要求1至4中任一项所述的固态摄像装置，还包括为每个所述元件区域设置的片上透镜，所述片上透镜设置在所述第一半导体基板的与所述第一表面相反的第二表面侧，并且被构造为将入射光聚焦至所述光电转换区域。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的固态摄像装置，还包括为每个所述元件区设置的滤色器，所述滤色器设置在所述第一半导体基板的与所述第一表面相反的第二表面侧，并且被构造为透射特定的波长。
19.根据权利要求1至4中任一项所述的固态摄像装置，还包括读出电路，所述读出电路连接到每个所述光电转换元件的所述第二电极，并被构造为读取在每个所述光电转换元件中产生的电荷。
20.根据权利要求19所述的固态摄像装置，其中，
所述读出电路设置在与所述第一半导体基板不同的第二半导体基板中，并且
所述第一半导体基板和所述第二半导体基板彼此接合。
21.一种电子设备，所述电子设备包括：
固态摄像装置；
光学系统，所述光学系统被构造为将入射光聚焦到所述固态摄像装置的光接收表面上；以及
处理器，所述处理器被构造为控制所述固态摄像装置，
其中所述固态摄像装置是如权利要求1至20中任一项所述的固态摄像装置。
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