CN115023811A - 成像元件、制造方法和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及能够形成具有陡峭杂质分布的光电转换部的成像元件、制造方法和电子装置。层叠的第一和第二光电转换部设置在半导体基板的第一表面和与第一表面相对的第二表面之间，第一光电转换部的杂质分布是在第一表面侧具有峰值的分布，第二光电转换部的杂质分布是在第二表面侧具有峰值的分布。第一光电转换部的杂质浓度低的一侧和第二光电转换部的杂质浓度低的一侧彼此面对。本技术能够应用于例如成像元件，该成像元件中，多个光电转换部层叠在半导体基板中。

Description

成像元件、制造方法和电子装置
技术领域
本技术涉及成像元件、制造方法和电子装置，例如，具有陡峭分布的成像元件、制造方法和电子装置。
背景技术
在常规的普通CCD图像传感器或CMOS图像传感器中，采用下述构造：其中，绿色、红色和蓝色像素排列在一个平面上，且从每个像素获得绿色、红色或蓝色光电转换信号。绿色、红色和蓝色像素的排列方法包括例如拜耳(Bayer)排列，在拜耳排列中排列有分别具有两个绿色像素、一个红色像素和一个蓝色像素的集合。
拜耳排列对于灵敏度有损失，这是因为在红色像素中，绿色光和蓝色光不通过滤色器，且不用于光电转换。此外，因为通过在像素之间进行插值处理而产生颜色信号，所以可能产生伪色。此外，CCD图像传感器和CMOS图像传感器被小型化。由于图像传感器的小型化，像素尺寸可能会减小，入射在单位像素上的光子数量可能会减少，灵敏度可能会降低，且S/N可能会降低。
作为解决这些问题的方法，已知一种图像传感器，其中在垂直方向上层叠三个光电转换层，以在一个像素中获得三种颜色的光电转换信号。作为在一个像素上层叠三种颜色的光电转换层的结构，例如已经提出了下述传感器：该传感器包括设置在硅基板上方且检测绿色光并产生与绿色光对应的信号电荷的光电转换单元，并且该传感器通过层叠在硅基板内部的两个PD(光电二极管)检测蓝色光和红色光(例如，参见专利文献1和2)。
由于吸收系数的不同，层叠在硅基板内部的PD在受光面附近对蓝色光进行光电转换，且在受光面下方的层中对红色光进行光电转换。当制造具有这种结构的图像传感器时，例如已经提出了如下方法：当背面为受光面时，首先形成被构造为具有PN结的用于蓝色光的PD，再通过外延生长沉积预定厚度的硅，然后形成用于红色光的PD(参见专利文献3)。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2003-332551 A
专利文献2：JP 2005-340571 A
专利文献3：JP 2011-138927 A
发明内容
技术问题
在用于制造具有其中三种颜色的光电转换层层叠在一个像素中这样的结构的图像传感器的常规制造方法中，例如，在形成用于蓝色光的PD之后，进行高温外延生长。因此，形成用于蓝色光的PD的P型和N型杂质有可能扩散并因此可能无法形成陡峭的蓝色光的杂质分布(impurity profile)。因此，特别是在细微像素中，不能充分保证蓝色光的饱和信号量。
此外，在不进行外延生长的制造的情况下，需要用高能量将杂质注入到较深的位置，因此难以形成陡峭的杂质分布。
鉴于这样的情况做出了本技术，并且使得能够形成陡峭的分布。
技术问题的技术方案
本技术的一个方面的成像元件包括设置在半导体基板的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间的层叠的第一光电转换部和第二光电转换部，其中，所述第一光电转换部的杂质分布是在所述第一表面侧具有峰值的分布，且所述第二光电转换部的杂质分布是在所述第二表面侧具有峰值的分布。
本技术的一个方面的制造方法是由用于制造成像元件的制造装置实施的制造方法，所述制造方法包括：制造成像元件，所述成像元件包括设置在半导体基板的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间的层叠的第一光电转换部和第二光电转换部，其中，所述第一光电转换部的杂质分布是在所述第一表面侧具有峰值的分布，且所述第二光电转换部的杂质分布是在所述第二表面侧具有峰值的分布。
本技术的一个方面的电子装置包括：成像元件，所述成像元件包括设置在半导体基板的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间的层叠的第一光电转换部和第二光电转换部，其中，所述第一光电转换部的杂质分布是在所述第一表面侧具有峰值的分布，且所述第二光电转换部的杂质分布是在所述第二表面侧具有峰值的分布；和处理单元，所述处理单元处理来自所述成像元件的信号。
在本技术的一个方面的成像元件中，层叠的第一和第二光电转换部设置在半导体基板的第一表面和与第一表面相对的第二表面之间，所述第一光电转换部的杂质分布是在所述第一表面侧具有峰值的分布，所述第二光电转换部的杂质分布是在第二表面侧具有峰值的分布。
在本技术的一个方面的制造方法中，制造所述成像元件。
在本技术的一个方面的电子装置中，包括所述成像元件，且处理来自所述成像元件的信号。
所述电子装置可以是独立的装置，或者是构成单个装置的内部模块。
附图说明
图1示出了应用本技术的成像元件的示意性构造。
图2是示出了成像元件的构造的平面图。
图3示出了根据成像元件的实施例的横截面构造例。
图4用于说明成像元件的制造方法。
图5用于说明成像元件的制造方法。
图6用于说明成像元件的制造方法。
图7用于说明光电二极管的杂质分布。
图8用于说明光电二极管的杂质分布。
图9用于说明成像元件的常规制造方法。
图10用于说明成像元件的另一种制造方法。
图11示出了成像元件的另一横截面构造例。
图12用于说明成像元件的另一种制造方法。
图13用于说明成像元件的另一种制造方法。
图14用于说明成像元件的另一种制造方法。
图15用于说明光电二极管的杂质分布。
图16示出了成像元件的另一横截面构造例。
图17示出了电子装置的示例的构造。
图18示出了内窥镜手术系统的示意性构造例。
图19是示出了相机头部和CCU的功能构造例的框图。
图20是示出了车辆控制系统的示意性构造例的框图。
图21是示出了车外信息检测单元和成像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
下文，将说明用于实施本技术的方式(下文称为实施例)。
<成像器件的整体构造>
图1是示出了根据第一实施例的成像元件1的整体示意性构造图。图1中的成像元件1是背面照射型CMOS成像器件。
图1的成像元件1包括：像素区域3，包括排列在由硅制成的基板11上的多个像素2；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；控制电路8等。
像素2均由作为光电转换元件的光电二极管和多个像素晶体管构成，多个像素2在基板11上以二维阵列规则地排列。构成各像素2的像素晶体管可以是包括有传输晶体管、复位晶体管、选择晶体管和放大晶体管的四像素晶体管，或可以是除了选择晶体管之外的三个晶体管。
像素区域3包括规则地排列成二维阵列形式的多个像素2。像素区域3包括：有效像素区域(未示意)，在有效像素区域中实际接收光，放大由光电转换产生的信号电荷并将该信号电荷读出到列信号处理电路5；黑色参考像素区域(未示意)，用于输出光学黑(opticalblack)，该光学黑色用作黑色电平的参考。黑色参考像素区域通常形成在有效像素区域的外围。
控制电路8根据垂直同步信号、水平同步信号和主时钟信号产生作为垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等的操作基准的时钟信号、控制信号等。然后，由控制电路8产生的时钟信号、控制信号等被输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等。
垂直驱动电路4例如由移位寄存器构成，且在垂直方向上逐行地依次选择并扫描像素区域3的各像素2。因此，通过垂直信号线9将像素信号提供给列信号处理电路5，该像素信号基于每个像素2的光电二极管中根据接收的光的强度产生的信号电荷。
一个列信号处理电路5例如针对像素2的每一列布置，并且针对每一像素列使用来自黑色参考像素区域(未示意，但是，形成在有效像素区域的周围)的信号对从每一行的像素2输出的信号进行信号处理，诸如噪声去除和信号放大等。在列信号处理电路5的输出端和水平信号线10之间设置有水平选择开关(未示意)。
水平驱动电路6例如由移位寄存器构成，依次输出水平扫描脉冲，且因此依次选择各列信号处理电路5，将各列信号处理电路5的像素信号输出到水平信号线10。
输出电路7对通过水平信号线10从各列信号处理电路5依次提供的信号进行信号处理，并输出该信号。
<像素的平面构造>
图2示出了成像元件1的像素2的示意性平面构造。如图2所示，像素2包括：光电转换区域15，其中用于对具有红色、绿色和蓝色波长的光进行光电转换的第一至第三光电转换部层叠为三层；和电荷读出部，对应于每个光电转换部。在本实施例中，电荷读出部由对应于第一至第三光电转换部的第一至第三像素晶体管TrA、TrB和TrC构成。在本实施例的成像元件1中，在像素2中进行垂直分光。
第一至第三像素晶体管TrA、TrB和TrC形成在光电转换区域15的周围，并且均由四个MOS型晶体管构成。第一像素晶体管TrA将由稍后说明的第一光电转换部产生并累积的信号电荷作为像素信号输出，且第一像素晶体管TrA包括第一传输晶体管Tr1、复位晶体管Tr4、放大晶体管Tr5和选择晶体管Tr6。
第二像素晶体管TrB将由稍后说明的第二光电转换部产生并累积的信号电荷作为像素信号输出，且第二像素晶体管TrB包括第二传输晶体管Tr2、复位晶体管Tr7、放大晶体管Tr8和选择晶体管Tr9。
第三像素晶体管TrC将由稍后说明的第三光电转换部产生并累积的信号电荷作为像素信号输出，且第三像素晶体管TrC包括第三传输晶体管Tr3、复位晶体管Tr10、放大晶体管Tr11和选择晶体管Tr12。
复位晶体管Tr4、Tr7和Tr10均包括源极/漏极区域43和44以及栅极电极40。放大晶体管Tr5、Tr8和Tr11均包括源极/漏极区域44和45以及栅极电极41。选择晶体管Tr6、Tr9和Tr12均包括源极/漏极区域45和46以及栅极电极42。
在这些像素晶体管TrA、TrB和TrC中，浮动扩散部FD1、FD2和FD3连接到对应的复位晶体管Tr4、Tr7和Tr10的源极/漏极区域43。此外，浮动扩散部FD1、FD2和FD3连接到对应的放大晶体管Tr5、Tr8和Tr11的栅极电极41。此外，电源电压配线Vdd连接到复位晶体管Tr4、Tr7、Tr10和放大晶体管Tr5、Tr8、Tr11共用的源极/漏极区域44。此外，选择信号配线VSL连接到选择晶体管Tr6、Tr9和Tr12的源极/漏极区域46。
<像素的横截面构造>
图3示出了成像元件1的像素2a的示意性横截面构造。在图3中，未示意第一至第三像素晶体管TrA、TrB、TrC等。
本实施例的成像元件1是光从与形成有像素晶体管的侧(即，半导体基板17的正面侧)相反的背面侧入射的背面照射型成像器件。在图3中，上侧是背面侧的受光面侧(光入射面侧)，下侧是作为其上形成有像素晶体管、诸如逻辑电路等外围电路等的电路形成面的正面侧。受光面和电路形成面具有彼此面对的位置关系。
光电转换区域15具有下述构造，其中，由形成在半导体基板17上的第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2构成的第一光电转换部和第二光电转换部，以及由形成在半导体基板17的背面侧的有机光电转换膜36a构成的第三光电转换部沿光入射方向层叠。
第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2形成在阱区域16中，阱区域16是由硅制成的半导体基板17的第一导电类型(在本实施例中为p型)半导体区域。
具有高p型杂质浓度的p型半导体区域18在图中形成在半导体基板17的上方。第一光电二极管PD1由p型半导体区域18和n型半导体区域19构成，n型半导体区域19形成在半导体基板17的受光面侧且具有第二导电类型(在本实施例中为n型)杂质。
尽管这里将以第一导电类型作为p型且将第二导电类型作为n型继续进行说明，但是第一导电类型可以是n型且第二导电类型可以是p型。当第一导电类型为n型且第二导电类型为p型时，能够在下文的说明中通过使用n型适当地替换为p型且使用p型适当地替换为n型实现本技术。
连接至传输晶体管Tr1的电极23被形成为与n型半导体区域19接触，传输晶体管Tr1将第一光电二极管PD1中累积的电荷读出到FD1(图3中未示意)。
第二光电二极管PD2由形成在半导体基板17的正面侧的n型半导体区域21和形成在半导体基板17在正面侧的界面处的作为空穴累积层的高浓度p型半导体区域22构成。由于p型半导体区域22被形成在半导体基板17的界面处，因此能够抑制在半导体基板17的界面处产生的暗电流。
在第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2之间形成有p型半导体区域20。
形成在离受光面最远的区域中的第二光电二极管PD2是对具有红色波长的光进行光电转换的光电转换部。此外，形成在受光面侧的第一光电二极管PD1是对具有蓝色波长的光进行光电转换的光电转换部。
在图3的像素2a中，对具有绿色波长的光进行光电转换的光电转换部由半导体基板17背面侧的有机光电转换膜36a构成。对于有机光电转换膜36a，例如，使用包含罗丹明染料、份菁染料或喹吖啶酮等的有机光电转换材料。
有机光电转换膜36a的上表面覆盖有钝化膜(氮化膜)36b，且有机光电转换膜36a和钝化膜36b夹在上电极34a和下电极34b之间。
在上电极34a的上侧形成有平坦化膜51，且在平坦化膜51上设置有片上透镜52。另一方面，在与下电极34b相同的平面上未形成有下电极34b的区域中设置有用于对下电极34b的边缘的台阶部进行缓和的绝缘膜35。上电极34a和下电极34b由透光材料制成，并且由诸如铟锡(ITO)膜或铟锌氧化物膜等透明导电膜形成。
在本实施例中，有机光电转换膜36a的材料是用于对绿色光进行光电转换的材料，但是有机光电转换膜36a可以由用于对具有蓝色或红色波长的光进行光电转换的材料形成，且第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2可以被构造为对应于其他波长。
例如，当有机光电转换膜36a吸收蓝色光时，能够将形成在半导体基板17的受光面侧的第一光电二极管PD1设置为对绿色光进行光电转换的光电转换部，且能够将第二光电二极管PD2设置为对红色光进行光电转换的光电转换部。
当有机光电转换膜36a吸收红色光时，能够将形成在半导体基板17的受光面侧的第一光电二极管PD1设置为对蓝色光进行光电转换的光电转换部，且能够将第二光电二极管PD2设置为对绿色光进行光电转换的光电转换部。
作为对蓝色光进行光电转换的有机光电转换膜，能够使用包含香豆酸染料、三-8-羟基喹啉Al(Alq3)或份菁染料等的有机光电转换材料。此外，作为用于对红色光进行光电转换的有机光电转换膜，能够使用包含酞菁染料的有机光电转换材料。
如本实施例一样，期望将半导体基板17中进行光电转换的光设置为蓝色和红色，且将有机光电转换膜36a中进行光电转换的光设置为绿色。这是因为在此情况下能够改善第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2间的光谱特性。
在半导体基板17侧形成于上述有机光电转换膜36a的下电极34b连接至贯通电极32。对于贯通电极32，例如能够使用Al(铝)、Ti(钛)或W(钨)等。贯通电极32从半导体基板17的背面侧形成到正面侧。
在半导体基板17的正面侧，隔着层间绝缘膜29形成有多层配线层27，该多层配线层27具有层叠为多层(在本实施例中为三层)的配线28。此外，在多层配线层27的表面上形成有在制造阶段中形成的支撑基板61。
<成像元件的制造>
将参照图4至图6说明用于制造具有图3所示的像素2a的结构的成像元件1的制造装置的制造方法。
在步骤S11中，准备半导体基板17。作为半导体基板17，能够使用Si(硅)基板。
在步骤S12中，在受光面a1侧(图3的像素2a中层叠有片上透镜52的一侧)，形成对应于n型半导体区域19的n型扩散层(在下文中，适当地说明为第一n型扩散层19)。例如，从半导体基板17的受光面a1侧的表面以在100nm内具有峰值的方式通过离子注入形成第一n型扩散层。
在步骤S13中，形成与p型半导体区域18对应的p型扩散层(在下文中，适当地称为第一p型扩散层18)。第一p型扩散层18以与第一n型扩散层19接触的方式在与受光面接触的较浅的位置处被形成为p型高浓度杂质层。
在步骤S14中，通过使用诸如RTA(Rapid Thermal Anneal，迅速热退火)等方法进行活化退火来活化杂质，以形成n型半导体区域19和p型半导体区域18。
在步骤S15中，在半导体基板17的受光面a1侧附接例如由硅制成的支撑基板101。
在步骤S16中，将半导体基板17倒置，且将半导体基板17(硅基板)研磨至所期望的膜厚度。在随后的步骤中，形成n型半导体区域21，且如果该n型半导体区域21需要用作接收具有红色波长的光的光电二极管，则将半导体基板17研磨到能够保证对具有红色波长的光有足够灵敏度的厚度。能够保证对具有红色波长的光有足够灵敏度的厚度例如为至少约3μm。
在步骤S17中，通过从与受光面侧相反且其上层叠有多层配线层27的这一侧(说明为电路形成面a2侧)朝向n型半导体区域19(第一n型扩散层19)以低浓度离子注入p型杂质，形成用作势垒层的p型半导体区域20(在下文中，适当地称为第二p型扩散层20)。
第二p型扩散层20可以设置为势垒层，并且可以在第一n型扩散层19形成在受光面a1侧之前形成。即，可以改变处理顺序，使得在步骤12之前进行步骤S17中的处理，且因此，形成第二p型扩散层20，然后形成第一n型扩散层19。
在步骤S18(图5)中，通过从电路形成面a2侧沿垂直方向进行离子注入，在第二p型扩散层20上形成第二n型扩散层21。第二n型扩散层21是用作构成第二光电二极管PD2的n型半导体区域21的区域。可以通过以n型杂质的浓度从第二n型扩散层21到半导体基板17的电路形成面a2侧逐渐增加的方式进行阶段性的离子注入，形成第二光电二极管PD2。
在步骤S19中，在第二p型扩散层20的上侧(最外表面)，换言之，在半导体基板17的电路形成面a2侧，形成与p型半导体区域22对应的区域(在下文中，适当地称为第三p型扩散层22)。通过高浓度地离子注入p型杂质而形成第三p型扩散层22。通过设置第三p型扩散层22，能够抑制暗电流。即，第三p型扩散层22起到暗电流抑制区域的作用。
在步骤S20中，通过使用RTA等方法进行活化退火来活化杂质，以形成n型半导体区域21和p型半导体区域22。
通过执行到步骤S20的处理，从背面侧的受光面到正面侧沿垂直方向形成了层叠的光电二极管。即，在半导体基板17上形成第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。
在步骤S21中，在电路形成面a2的表面侧形成垂直传输晶体管的栅极电极23、FD等。
在步骤S22中，例如，进行由氧化硅制成的层间绝缘膜29的沉积，且形成由金属材料制成的多层配线层27。作为形成多层配线层27的金属材料，例如，能够使用铜、钨或铝等。
在步骤S23(图6)中，将例如由硅制成的支撑基板61附接至多层配线层27的上部。
在步骤S24中，将包括半导体基板17的元件再次反转，且移除附接至受光面a1侧的支撑基板101。
在步骤S25中，在对用于贯通电极32的孔图案进行图案化之后，通过干蚀刻将半导体基板17开口。此后，在半导体基板17的受光面a1侧且在用于对贯通电极32进行开口的沟槽的侧壁上，形成兼作防反射膜的绝缘膜33。使用如下所述的膜作为防反射膜，该膜具有高折射率，与半导体层的界面为低缺陷水平，并且具有负固定电荷。
作为具有负固定电荷的材料，例如，能够使用氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽(Ta2O5)和氧化钛(TiO2)等。
在形成沟槽之后，通过诸如ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)等方法嵌入诸如氧化硅等绝缘膜。此外，通过诸如干蚀刻等方法移除形成在用于形成贯通电极32的沟槽的底部处的绝缘膜。在沟槽的侧壁上形成有绝缘膜33的状态下，通过将金属材料嵌入沟槽中形成贯通电极32。
在步骤S26中，在贯通电极32上的期望区域中形成下电极34b。下电极34b由透明导电膜材料制成，例如能够使用铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)。在形成下电极34b之后，形成有机光电转换膜36a。这里，使用选择性地吸收绿色光的有机光电转换膜材料作为有机光电转换膜36a，然后在其上形成由透明导电膜材料制成的上电极34a。
尽管未示意，但是在步骤S26之后形成平坦化膜51和片上透镜52等，以形成图3所示的像素2a(包括像素2a的成像元件1)。
<成像元件的杂质浓度>
如上所述，像素2a(包括像素2a的成像元件1)包括第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2均通过离子注入而形成。此外，从半导体基板17的受光面a1侧和电路形成面a2侧进行离子注入。
如上所述，在步骤S12至S14(图4)中，通过从受光面a1侧进行离子注入形成构成第一光电二极管PD1的第一p型扩散层18和第一n型扩散层19。此外，在步骤S18至S20(图5)中，从电路形成面a2侧进行离子注入形成构成第二光电二极管PD2的第二n型扩散层21和第三p型扩散层22。
这样，通过将形成第一光电二极管PD1时的离子注入面和形成第二光电二极管PD2时的离子注入面设定为不同的面，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2能够被形成为具有陡峭的杂质分布。这将参照图7进行说明。
图7图示了图3所示的像素2a中的p型半导体区域18(第一p型扩散层18)、n型半导体区域19(第一n型扩散层19)、n型半导体区域21(第二n型扩散层21)和p型半导体区域22(第三p型扩散层22)。
同时，为了容易观察，图7使用与图3所示的像素2a不同的斜线等来图示区域。尽管在图7中没有明确示出，但是在n型半导体区域19与n型半导体区域21之间存在p型半导体区域20(第二p型扩散层20)。
在图7中，假定上侧为受光面a1侧，下侧为电路形成面a2侧。如上所述，通过从受光面a1侧进行离子注入形成第一p型扩散层18和第一n型扩散层19。因此，如图左侧的箭头所示，在各扩散层中受光面a1侧的杂质浓度较高。图中所示的箭头表示杂质浓度沿箭头所示的方向增大。
从半导体基板17的受光面a1侧观察。在第一p型扩散层18中，p型杂质浓度在受光面a1侧较高，并随着距受光面a1侧的距离增大(随着它变深)而降低。同样地，在第一n型扩散层19中，n型杂质浓度在受光面a1侧较高，并随着距受光面a1侧的距离增大(随着它变深)而降低。
第一光电二极管PD1是具有如下杂质分布的区域：当从受光面a1侧观察时，其杂质浓度在距受光面a1的距离增大的方向上降低。换言之，第一光电二极管PD1是杂质分布在受光面a1侧具有杂质浓度峰值的区域。
尽管存在第一p型扩散层18和第一n型扩散层19重叠的部分，但是该重叠部分能够形成为比将参照图8B说明的常规成像元件1'中对应的部分更薄。即，能够形成具有陡峭杂质分布的第一光电二极管PD1。
接着，从半导体基板17的电路形成面a2侧观察。在第三p型扩散层22中，p型杂质浓度在电路形成面a2侧较高，并随着距电路形成面a2侧的距离增大(随着它变深)而降低。同样地，在第二n型扩散层21中，n型杂质浓度在电路形成面a2侧较高，并随着距电路形成面a2侧的距离增大(随着它变深)而降低。
第二光电二极管PD2是具有下述杂质分布的区域：当从电路形成面a2侧观察时，其杂质浓度在距电路形成面a2的距离增大的方向上降低。换言之，第二光电二极管PD2是杂质分布在电路形成面a2侧具有杂质浓度峰值的区域。
尽管当从电路形成面a2侧观察时，如上进行说明，但是当从受光面a1侧观察时，如下进行说明。在第三p型扩散层22中，p型杂质浓度在受光面a1侧较低，并随着距受光面a1侧的距离增大(随着它变深)而增大。同样地，在第二n型扩散层21中，n型杂质浓度在受光面a1侧较低，并随着距受光面a1侧的距离增大(随着它变深)而增大。
第二光电二极管PD2是具有下述杂质分布的区域：当从受光面a1侧观察时，其杂质浓度在距受光面a1的距离增大的方向上增大。
第一光电二极管PD1的杂质分布和第二光电二极管PD2的杂质分布不同。也即是，如上所述，第一光电二极管PD1在受光面a1侧的杂质浓度较高，而第二光电二极管PD2在受光面a1侧的杂质浓度较低。以此方式，当观察杂质浓度的程度时，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2沿不同方向取向。此外，当观察杂质浓度时，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2处于杂质浓度较低的一侧彼此面对的关系。
将通过上述处理制造的像素2a与参照图8的通过与上述处理不同的处理(常规处理)中制造的像素2a进行比较。图8的A是与图7相同的图，且示出了通过上述处理制造的像素2a。图8的B示出了通过常规处理制造的像素2a'(用右上撇说明以将它与通过上述处理制造的像素2a区分)。
图8的A所示的像素2a与参照图7说明的情况相同，且因此，省略对其说明。图8的B所示的像素2a'也具有与图8的A所示的像素2a相同的构造，其中，第一p型扩散层18'，第一n型扩散层19'，第二p型扩散层20'(未示意)，第二n型扩散层21'和第三p型扩散层22'依次层叠在受光面a1侧。
在像素2a'的常规制造方法中，通过从图中下侧，即电路形成面a2侧进行离子注入形成第一p型扩散层18'、第一n型扩散层19'、第二p型扩散层20'(未示意)、第二n型扩散层21'和第三p型扩散层22'。将参照图9简要说明该制造方法。
在步骤S51中，形成第一p型扩散层18'和第一n型扩散层19'。在图9中，半导体基板17的下侧为受光面a1，上侧为临时电路形成面a2'。在步骤S51中，从电路形成面a2'侧注入离子，进行活化退火，以形成第一p型扩散层18'和第一n型扩散层19'。在步骤S51中，在半导体基板17'的表面附近形成第一p型扩散层18'和第一n型扩散层19'。
在步骤S52中，通过用于生长具有对齐的晶轴的晶体层的外延生长将硅添加到半导体基板17'中，以形成硅层131。硅层131是图中从临时电路形成面a2'起的对应于电路形成面a2的部分。
在步骤S53中，形成第二p型扩散层20'、第二n型扩散层21'和第三p型扩散层22'。通过从电路形成面a2侧进行离子注入和活化退火来形成第二p型扩散层20'、第二n型扩散层21'和第三p型扩散层22'。
步骤S52中的像素2a'的状态与步骤S16(图4)的处理后的像素2a的状态大致相同。因为能够以与步骤S17之后的处理相同的方式进行步骤S53之后的处理，因此这里省略对其说明。
在常规的制造方法中，在形成第一p型扩散层18'和第一n型扩散层19'之后，通过外延生长形成用于形成第二p型扩散层20'、第二n型扩散层21'和第三p型扩散层22'的硅层131。因为外延生长是通过高温热处理进行的，所以它也会影响形成的第一p型扩散层18'和第一n型扩散层19'。
图9的步骤S51所示的第一p型扩散层18'与步骤S52所示的第一p型扩散层18'进行比较。通过外延生长期间的热处理，杂质在步骤S51所示的第一p型扩散层18'中扩散。
因此，步骤S52所示的第一p型扩散层18'的垂直宽度变得比步骤S51所示的第一p型扩散层18'的垂直宽度更宽。此外，步骤S52所示的第一n型扩散层19'的垂直宽度变得比步骤S51所示的第一n型扩散层19'的垂直宽度更宽。
再次参照图8的B。第一p型扩散层18'与第一n型扩散层19'重叠的区域比图8的A所示的第一p型扩散层18与第一n型扩散层19重叠的区域大。这是因为，如上所述，第一p型扩散层18'和第一n型扩散层19'变大，且因此，第一p型扩散层18'与第一n型扩散层19'重叠的区域增大。
在通过常规方法制造的像素2a'中，第一p型扩散层18'与第一n型扩散层19'重叠的区域大，且因此，难以形成陡峭的杂质分布。然而，在应用本实施例的像素2a中，能够减小第一p型扩散层18与第一n型扩散层19重叠的区域，且因此，能够形成陡峭的杂质分布。
在通过常规方法制造的像素2a'和应用本实施例的像素2a中，除了p型扩散层和n型之间的重叠程度(是否陡峭)的差异之外，杂质浓度分布也不同。
参照图8的B。从半导体基板17'的受光面a1侧观察。在第一p型扩散层18'中，p型杂质浓度在受光面a1侧较低，并随着距受光面a1侧的距离增大(随着它变深)而增大。同样地，在第一n型扩散层19'中，n型杂质浓度在受光面a1侧较低，并随着距受光面a1侧的距离增大(随着它变深)而增大。
第一光电二极管PD1'是具有下述杂质分布的区域：从受光面a1侧观察时，其杂质浓度在距受光面a1的距离增大的方向上增大。鉴于此，它不同于应用图8的A所示的本技术的像素2a的杂质分布。
此外，第二n型扩散层21'和第三p型扩散层22'也是具有下述杂质分布的区域：从受光面a1侧观察时，它们的杂质浓度在距受光面a1的距离增大的方向上增大。即，在第三p型扩散层22'中，p型杂质浓度在受光面a1侧较低，并随着距受光面a1侧的距离增大(随着它变深)而增大。同样地，在第二n型扩散层21'中，n型杂质浓度在受光面a1侧较低，并随着距受光面a1侧的距离增大(随着它变深)而增大。
第二光电二极管PD2'是具有下述杂质分布的区域：从受光面a1侧观察时，其杂质浓度在距受光面a1的距离增大的方向上增大。
在通过常规方法制造的像素2a'中，第一光电二极管PD1'和第二光电二极管PD2'具有相同的杂质分布。即，如上所述，第一光电二极管PD1'在受光面a1侧的杂质浓度较低，且第二光电二极管PD2'在受光面a1侧的杂质浓度也较低。以此方式，当观察杂质浓度时，第一光电二极管PD1'和第二光电二极管PD2'取向在相同的方向上。
如上所述，杂质分布在通过常规方法制造的像素2a'和应用本技术的像素2a之间也不同。
根据本技术，能够形成具有陡峭分布的层叠在半导体基板17中的光电二极管。此外，即使像素2a被小型化也能够形成陡峭分布，因此能够实现其中光电二极管在垂直方向上层叠的具有高SN比的成像器件(图像传感器)。
例如，当在背面侧(受光面a1侧)形成蓝色光光电二极管时，能够陡峭地形成蓝色光光电二极管的杂质分布。此外，即使在细微像素中，也能够实现其中光电二极管在垂直方向上层叠且具有大的蓝色光饱和信号量和高SN比的成像器件(图像传感器)。
<成像元件的其他制造方法>
将参照图10说明用于制造图3所示的像素2a(成像元件)的制造装置的其他制造方法。
作为其他制造方法，将说明使用SOI(绝缘体上硅)基板201作为半导体基板17的情况。在步骤S101中，准备SOI基板201。SOI基板201是具有下述结构的基板：其中，被称为BOX层202的氧化硅膜的层插入到硅基板中。BOX层202上的硅层和BOX层202下的硅层的特征在于，它们被氧化硅膜的BOX层202绝缘。
在图中，假设上表面为受光面a1，下表面为电路形成面a2。从BOX层202到受光面a1的膜厚是期望的膜厚。期望的膜厚能够是期望成为半导体基板17最终膜厚的膜厚。
在步骤S102中，在受光面a1侧形成与n型半导体区域19对应的第一n型扩散层19。
在步骤S103中，形成与p型半导体区域18对应的第一p型扩散层18。第一p型扩散层18以与第一n型扩散层19接触的方式在与受光面接触的较浅的位置处被形成为p型高浓度杂质层。
在步骤S104中，通过使用诸如RTA等方法进行活化退火来活化杂质，以形成n型半导体区域19和p型半导体区域18。
在步骤S105中，在SOI基板201(半导体基板17)的受光面侧粘附例如由硅制成的支撑基板101。
在步骤S106中，将SOI基板201倒置并研磨，直到SOI基板201具有所期望的膜厚。当使用SOI基板201时，它被研磨直到BOX层202被消除。
当步骤S106的处理结束时的像素2a的状态与当步骤S16(图4)的处理结束时的像素2a的状态相同。因为能够以与步骤S17之后的处理相同的方式进行步骤S106之后的处理，因此这里省略对其说明。
以此方式，即使当使用SOI基板201时，也能够制造具有如图3所示的结构和参照图7所述的杂质分布的像素2a。
<成像元件的其他构造>
图3所示的像素2a具有这样的构造：其中，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2(第一和第二光电转换部)设置在硅基板17中，且由有机光电转换膜36a制成的第三光电转换部设置在硅基板17上。
能够构造这样的像素2b：其中，由有机光电转换膜36a制成的第三光电转换部也形成在硅基板17中，且第一至第三光电转换部形成在硅基板17中。
图11示出了像素2b的构造，且示出了像素2b的构造示例：其中，第一至第三光电转换部形成在硅基板17中。图11所示的像素2b具有这样的结构：其中，从图中上侧依次层叠有片上透镜52、平坦化膜51、半导体基板17、多层配线层27。
此外，在半导体基板17中，从受光面侧依次层叠有p型半导体区域301、n型半导体区域302、p型半导体区域303、n型半导体区域304、p型半导体区域305、n型半导体区域306和p型半导体区域307。电极308设置为对n型半导体区域302中累积的电荷进行传输的晶体管的电极，且电极309设置为对n型半导体区域304中累积的电荷进行传输的晶体管的电极。
在半导体基板17中，当从片上透镜52侧观察多层配线层27侧时，层叠有第一光电二极管PD1、第二光电二极管PD2和第三光电二极管PD3。
第一光电二极管PD1是包括n型半导体区域302的区域。n型半导体区域302也适当地被说明为第一n型扩散层302。此外，形成在n型半导体区域302上的p型半导体区域301也被说明为第一p型扩散层301。
第二光电二极管PD2是包括n型半导体区域304的区域。n型半导体区域304也适当地被说明为第二n型扩散层304。此外，形成在n型半导体区域304上的p型半导体区域303也被说明为第二p型扩散层303。
第三光电二极管PD3是包括n型半导体区域306的区域。n型半导体区域306也适当地被说明为第三n型扩散层306。此外，形成在n型半导体区域306上的p型半导体区域305也被说明为第三p型扩散层305。此外，形成在n型半导体区域306下的p型半导体区域307也被说明为第四p型扩散层307。
与图3所示的像素2b的由有机光电转换膜36a制成的第三光电转换部对应的部件是形成在图11所示的像素2b的硅基板中的第一光电二极管PD1。
以此方式，本技术能够应用于其中第一光电二极管PD1、第二光电二极管PD2和第三光电二极管PD3层叠在硅基板中的像素2b。
将参照图12至图14说明用于制造图11所示的像素2b(包括像素2b的成像元件1)的制造装置的制造方法。
在步骤S201中，准备半导体基板17。作为半导体基板17，能够使用Si(硅)基板。此外，可以使用SOI基板作为半导体基板17。
在步骤S202中，在受光面a1侧通过离子注入形成与n型半导体区域304对应的第二n型扩散层304。
在步骤S203中，在受光面a1侧形成与p型半导体区域303对应的第二p型扩散层303。第二p型扩散层303作为势垒层发挥作用，且是通过低浓度离子注入p型杂质而形成的。
在步骤S204中，在受光面a1侧形成与n型半导体区域302对应的第一n型扩散层302。例如从半导体基板17的受光面a1侧的表面以在100nm以内具有峰值的方式通过离子注入形成第一n型扩散层302。
在步骤S205中，形成与p型半导体区域301对应的第一p型扩散层301。第一p型扩散层301以与第一n型扩散层302接触的方式在与受光面接触的较浅的位置处被形成为p型高浓度杂质层。
在步骤S206中，通过使用诸如RTA等方法进行活化退火来活化杂质，以形成p型半导体区域301、n型半导体区域302、p型半导体区域303和n型半导体区304。
在步骤S207(图13)中，在半导体基板17的受光面侧粘附由例如硅制成的支撑基板351。
在步骤S208中，将半导体基板17(硅基板)倒置并将其研磨至所期望的膜厚。
在步骤S209中，从与受光面侧相反且其上层叠多层配线层27的电路形成面a2侧向着第二n型扩散层304的上侧以低浓度离子注入p型杂质，以形成用作势垒层的p型半导体区域305(第三p型扩散层305)。
在步骤S210中，在第三p型扩散层305的上部的垂直方向上，通过从电路形成面a2侧进行离子注入来形成第三n型扩散层306。第三n型扩散层306是用于形成第三光电二极管PD3的区域。可以通过n型杂质浓度从第三n型扩散层306到半导体基板17的电路形成面a2侧逐渐增大的方式的阶段性的离子注入，形成第三光电二极管PD3。
在步骤S211中，在第三n型扩散层306的上侧(最外表面)，换言之，在半导体基板17的电路形成面a2侧，形成与p型半导体区域307对应的第四p型扩散层307。通过高浓度地离子注入p型杂质，形成第四p型扩散层307。通过设置第四p型扩散层307，能够抑制暗电流。即，第四p型扩散层307作为暗电流抑制区域发挥作用。
在步骤S212(图14)中，通过使用诸如RTA等方法进行活化退火来活化杂质，以形成n型半导体区域306和p型半导体区域307。
通过执行到步骤S212的处理，从背面侧的受光面到正面侧沿垂直方向形成层叠光电二极管。即，在半导体基板17上形成了第一光电二极管PD1、第二光电二极管PD2和第三光电二极管PD3。
在步骤S213中，在电路形成面a2的表面侧形成垂直传输晶体管的栅极电极308、309，和FD等。
在步骤S214中，例如，进行由氧化硅制成的层间绝缘膜29的沉积，且形成由金属材料制成的多层配线层27。在形成多层配线层27之后，在形成的多层配线层27的上部贴附由例如硅制成的支撑基板61。
将元件再次反转，且移除贴附于受光面a1侧的支撑基板351。然后，在受光面a1形成平坦化膜51和片上透镜52等，且因此，形成图11所示的像素2b(包括像素2b的成像元件1)。
以此方式，即使当硅基板17中形成有层叠了三层光电二极管PD的像素2b时，各光电二极管PD仍能够如参照图7和图8所述的情况一样，形成为具有陡峭的杂质分布的光电二极管。
在参照图12至图14所示的制造过程中，在形成p型扩散层和n型扩散层之后，不进行用于进行外延生长的步骤。因此，能够防止p型扩散层和n型扩散层中的杂质被外延生长步骤中的热处理活化。
将参照图15说明第一光电二极管PD1、第二光电二极管PD2和第三光电二极管PD3的杂质浓度。图15示出了第一n型扩散层302、第二n型扩散层304和第三n型扩散层306。图中左侧所示的箭头表示杂质浓度的程度的方向。
因为在步骤S204(图12)中通过从受光面a1侧进行离子注入形成第一n型扩散层302，所以它被形成为受光面a1侧的杂质浓度高的区域。
因为在步骤S202(图12)中通过从受光面a1侧进行离子注入形成第二n型扩散层304，所以它被形成为受光面a1侧的杂质浓度高的区域。
尽管未示出，但与第一n型扩散层302和第二n型扩散层304一样，第一p型扩散层301和第二p型扩散层303也是从受光面a1侧进行离子注入形成的，且因此，它们被形成为受光面a1侧的杂质浓度高的区域。
因为在步骤S210(图13)中通过从电路形成面a2侧进行离子注入形成第三n型扩散层306，所以它被形成为电路形成面a2侧的杂质浓度高的区域。换言之，第三n型扩散层306形成为受光面a1侧的杂质浓度低的区域。
尽管未示出，但与第三n型扩散层306一样，第三p型扩散层305和第四p型扩散层307也是通过从电路形成面a2侧进行离子注入形成的，且因此，它们被形成为电路形成面a2侧的杂质浓度高的区域。
第一n型扩散层302(包括有第一n型扩散层302的第一光电二极管PD1)和第二n型扩散层304(包括有第二n型扩散层304的第二光电二极管PD2)在受光面a1侧具有杂质浓度高的峰值，且具有杂质朝向电路形成面a2侧扩散的杂质分布。
第三n型扩散层306(包括有第三n型扩散层306的第三光电二极管PD3)在电路形成面a2侧具有杂质浓度高的峰值，且具有杂质朝向受光面a1侧扩散的杂质分布。
以此方式，与第一实施例中的像素2a一样，也能够通过在硅基板中层叠具有不同方向浓度分布的光电二极管来形成第二实施例中的像素2b。
此外，具有这种杂质分布的像素2b即使被构造为细微像素，也能够用作具有高SN比的图像传感器。
<像素的其他构造>
将说明具有在图3所示的像素2a或图11所示的像素2b中设置高折射率层的结构的像素2c。
图16示出了在图3所示的像素2a中设置高折射率层的像素2c。高折射率层是通过与图3所示的像素2a中的p型半导体区域18对应的p型半导体区域401和与n型半导体区域19对应的n型半导体区域402而形成的。
p型半导体区域401形成为在受光面a1侧和电路形成面a2侧具有凹凸表面的形状。因为p型半导体区域401被构造为具有凹凸表面的形状，所以n型半导体区域402也形成为在受光面a1侧和电路形成面a2侧具有凹凸表面的形状。此外，因为n型半导体区域402被构造为具有凹凸表面的形状，所以p型半导体区域403在受光面a1侧的表面也形成为凹凸表面。
通过将p型半导体区域401和n型半导体区域402形成为具有凹凸形状，入射光以一定角度入射到硅基板17上。例如，以直角入射到硅基板17上的光被p型半导体区域401和n型半导体区域402的凹凸结构折射，转换成具有预定角度的光，并入射到硅基板17上。
换言之，入射到像素2c上的光被具有凹凸结构的p型半导体区域401和n型半导体区域402散射，并入射到像素2c上。通过散射入射光，更多的光在像素2c的侧壁方向上传播。尽管图16中未示出，但当在像素2c之间设置具有反射功能的像素隔离部时，入射到像素2c上的光被高折射率层散射并被像素隔离部反射，且因此，返回像素2c。
此外，随着反射次数的增加，用于硅吸收的光学距离延长，从而能够提高灵敏度。因为能够延长用于硅吸收的光学距离，所以能够形成增加光路长度的结构，并且即使是长波长的入射光也能够有效地聚焦在光电二极管PD上，且因此，即使对于具有长波长的入射光，也能够提高灵敏度。
因此，如上所述，当在硅基板17中形成有多个光电二极管，且电路形成面a2侧的附近的光电二极管(远离受光面a1的光电二极管)聚焦长波长的入射光(诸如红色光等)时，能够有效地聚焦长波长的入射光，且因此，能够提高灵敏度。
尽管在图16所示的像素2c的情况下，在受光面a1侧设置高折射率层，但也可以在受光面a1侧和电路形成面a2侧都设置高折射率层。此外，也能够形成仅在电路形成面a2侧设置高折射率层的像素2c。
高折射率层能够通过使用例如干蚀刻法或湿蚀刻法形成为具有所期望的凹凸形状。例如，当根据参照图4至图6所述的制造过程制造图16所示的像素2c时，作为在执行步骤S12(图4)的处理之前的步骤，使用干蚀刻法或湿蚀刻法将硅基板17的表面(受光面a1)处理成具有凹凸表面的形状。
通过在硅基板17的表面上形成凹凸形状，在步骤S12中通过离子注入形成的n型半导体区域402(对应于图4中的n型半导体区域19)也被形成为具有凹凸形状的层。此外，在步骤S13中通过离子注入形成的p型半导体区域401(对应于图4中的p型半导体区域18)也被形成为具有凹凸形状的层。
以此方式，能够形成具有凹凸形状的p型半导体区域401和n型半导体区域402。能够以与参照图4至图6所述的情况相同的方式进行在形成具有凹凸形状的p型半导体区域401和n型半导体区域402之后的步骤，且因此，能够通过进行相同的步骤制造图16所示的像素2c。
如果通过常规的制造方法，例如，参照图9所述的制造方法来制造图16所示的像素2c，那么通过从电路形成面a2侧进行离子注入来形成像素2c中的第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。当通过常规的制造方法形成高折射率层时，通过从受光面a1进行的处理来形成高折射率层。
在这样的制造过程的情况下，当通过处理形成高折射率层或移除p型半导体区域401时，处理过程可能造成损坏。因此，诸如暗电流之类的特性可能劣化。
然而，根据应用本技术的制造方法，如上所述，能够形成高折射率层而不会劣化特性，且能够形成其中层叠有多个具有高折射率层的光电二极管的像素2c。
根据本技术，能够形成层叠在半导体基板17中的具有陡峭分布的光电二极管。此外，即使像素2a被小型化也能够形成陡峭分布，因此能够实现其中光电二极管在垂直方向上层叠的具有高SN比的成像器件(图像传感器)。
<应用于电子装置的示例>
本技术不限于应用于成像元件。即，本技术能够应用于使用成像元件用于摄像单元的所有电子装置，诸如：数码照相机或摄像机等成像装置；具有成像功能的便携式终端装置；和使用成像元件用于图像读取器的复印机。成像元件可以形成为单个芯片，或可以形成为具有成像功能的模块，其中成像单元和信号处理单元或光学系统被封装在一起。
图17是示出了作为应用本技术的电子装置的成像装置的构造例的框图。
图17的成像元件1000包括光学单元1001、成像元件(成像器件)1002和DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)电路1003，光学单元1001包括透镜组等，成像元件(成像器件)1002采用图1的成像元件1的构造，DSP电路1003作为相机信号处理电路。此外，成像元件1000还包括帧存储器1004、显示单元1005、记录单元1006、操作单元1007和电源单元1008。DSP电路1003、帧存储器1004、显示单元1005、记录单元1006、操作单元1007和电源单元1008通过总线1009相互连接。
光学单元1001拍摄来自对象的入射光(图像光)，并在成像元件1002的成像面上形成图像。成像元件1002将由光学单元1001形成在成像面上的入射光量以像素为单位转换成电信号并作为像素信号输出该电信号。作为成像元件1002，能够使用图1的成像元件1。
显示单元1005例如构造为诸如LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)或有机EL(Electro Luminescence，电致发光)显示器等薄型显示器，并显示由成像元件1002拍摄的动态图像或静态图像。记录单元100将成像元件1002拍摄的动态图像或静态图像记录在诸如硬盘或半导体存储器等记录介质中。
操作单元1007响应于用户的操作发出用于成像元件1000的各种功能的操作命令。电源单元1008适当地提供用作DSP电路1003、帧存储器1004、显示单元1005、记录单元1006和操作单元1007的操作电源的各种电源。
<应用于内窥镜手术系统的示例>
根据本申请的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本申请的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图18图示了能够应用根据本申请的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造例。
图18示出了这样的状态：外科医生(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000对患者床11133上的患者11132进行手术。如图所示，内窥镜手术系统11000包括：内窥镜11100；诸如气腹管11111和能量治疗工具11112等其他手术器械11110；支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120；和装配有内窥镜手术所用的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括镜筒11101和相机头部11102，镜筒11101从远端算起的预定长度的区域插入患者11132的体腔中，相机头部11102连接至镜筒11101的近端。尽管在所示的示例中，图示了内窥镜11100被构造为具有刚性镜筒11101的所谓刚性镜，但是内窥镜11100可以被构造为具有柔性镜筒的所谓柔性镜。
镜筒11101在远端处设有开口，物镜安装在该开口中。光源装置11203连接至内窥镜11100，光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的光导被引导至镜筒的远端，且光经由物镜朝着患者11132体腔中的观察目标照射。内窥镜11100可以是直视内窥镜，或可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。
相机头部11102的内部设置有光学系统和成像元件，且来自观察目标的反射光(观察光)通过光学系统会聚在成像元件上。成像元件对观察光进行光电转换，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。图像信号作为原始(RAW)数据被传输至相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201由中央处理单元(CPU)和图形处理单元(GPU)等构成，且综合控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201接收来自相机头部11102的图像信号，且对图像信号进行各种类型的图像处理，以用于基于图像信号显示图像，该图像处理诸如显影处理(去马赛克处理)等。
显示装置11202在CCU 11201的控制下基于经过CCU 11201进行的图像处理的图像信号显示图像。
光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源，且将对手术部位等进行成像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。用户能够经由输入装置11204将各种类型的信息或指令输入到内窥镜手术系统11000。例如，用户输入用于改变内窥镜11100的成像条件(照射光的种类，放大率或焦距等)的指令。
治疗工具控制装置11205控制能量治疗工具11112的驱动，该能量治疗工具11112用于烧灼或切割组织，或封合血管等。为了确保内窥镜11100的视野且确保外科医生的工作空间，气腹装置11206通过气腹管11111将气体输送到患者11132的体腔，以使患者11132的体腔膨胀。记录器11207是能够记录各种类型手术信息的装置。打印机11208是能够以各种格式(诸如文本，图像或图形)打印各种类型手术信息的装置。
对手术部位进行成像时向内窥镜11100提供照射光的光源装置11203能够例如由LED、激光光源或由它们组合而成的白光源构成。当白光源由RGB(红绿蓝)激光光源的组合形成时，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刻，且因此，光源装置11203调整被摄图像的白平衡。此外，在这种情况下，以时分方式将各RGB激光光源的激光照射观察目标，且与照射时刻同步地控制相机头部11102的成像元件的驱动，使得能够以时分方式拍摄分别对应于RGB的图像。根据该方法，即使不在成像元件中设置滤色器，也可以获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置11203的驱动，以预定的时间间隔改变输出光的强度。可以通过与改变光强度的时刻同步地控制相机头部11102的成像元件的驱动，以时分方式获取图像，且可以通过合成图像，产生不具有所谓曝光不足黑点和过曝白点的高动态范围图像。
此外，光源装置11203可以被构造为能够提供与特定的光观察对应的预定波段的光。在特定的光观察中，例如，进行所谓的窄波段成像，其中通过利用人体组织对光吸收的波长依赖性来照射比常规观察时的照射光(即，白光)的波段窄的波段的光，对诸如黏膜表层的血管等预定组织进行高对比度成像。或者，在特定的光观察中，可以进行使用通过照射激发光产生的荧光来获得图像的荧光观察。在荧光观察中，通过将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部注入到人体组织且将与试剂的荧光波长对应的激发光照射人体组织等，能够用激发光照射人体组织且观察来自人体组织的荧光(自发荧光观察)来获得荧光图像。光源装置11203可以被构造为能够提供与上述的特定的光观察对应的窄波段光和/或激发光。
图19是图示了图18所示的相机头部11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。
相机头部11102包括透镜单元11401，成像单元11402，驱动单元11403，通信单元11404和相机头部控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411，图像处理单元11412和控制单元11413。相机头部11102和CCU 11201经由传输电缆11400彼此连接，以使它们能够彼此通信。
透镜单元11401是设置在相对于镜筒11101的连接部处的光学系统。从镜筒11101的远端进入的观察光被引导至相机头部11102，并入射到透镜单元11401上。透镜单元11401被构造为包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合。
构成成像单元11402的成像元件的数量可以是一个(所谓的单板型)或多个(所谓的多板型)。在成像单元11402被构造为多板型的情况下，成像元件可以产生例如与RGB对应的图像信号，且该图像信号可以进行组合，以获得彩色图像。或者，成像单元11402可以被构造为包括一对成像元件，用于分别获取与三维(3D)显示对应的右眼图像信号和左眼图像信号。通过进行3D显示，外科医生11131能够更准确地理解手术部位的生物组织的深度。此外，在成像单元11402被构造为多板型的情况下，多个透镜单元11401可以设置为对应各自的成像元件。
此外，成像单元11402可以不一定设置在相机头部11102中。例如，成像单元11402可以紧接物镜之后而被设置在镜筒11101内部。
驱动单元11403包括致动器，且在相机头部控制单元11405的控制下，使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿光轴移动预定距离。因此，能够适当地调整由成像单元11402拍摄的图像的放大率和焦点。
通信单元11404由用于向/从CCU 11201传输/接收各种信息的通信装置构造而成。通信单元11404通过传输电缆11400将从成像单元11402获得的图像信号作为原始(RAW)数据传输至CCU 11201。
此外，通信单元11404从CCU 11201接收用于对相机头部11102的驱动进行控制的控制信号，且将控制信号提供给相机头部控制单元11405。控制信号例如包括关于成像条件的信息，该信息例如为指定拍摄图像的帧速率的信息、指定成像时曝光值的信息和/或指定拍摄图像的放大率和焦点的信息。
诸如帧速率、曝光值、放大率和焦点等成像条件可以由用户适当指定，或可以由CCU 11201的控制单元11413根据获取的图像信号自动设定。在后一种情况下，在内窥镜11100中就搭载了所谓的AE(自动曝光)功能、AF(自动聚焦)功能和AWB(自动白平衡)功能。
相机头部控制单元11405根据经由通信单元11404从CCU 11201接收的控制信号来控制相机头部11102的驱动。
通信单元11411包括用于向/从相机头部11102传输/接收各种类型信息的通信装置。通信单元11411经由传输电缆11400接收从相机头部11102传输的图像信号。
此外，通信单元11411将用于对相机头部11102的驱动进行控制的控制信号传输至相机头部11102。能够通过电通信或光通信等传输图像信号或控制信号。
图像处理单元11412对作为从相机头部11102传输的原始(RAW)数据的图像信号进行各种类型的图像处理。
控制单元11413进行与使用内窥镜11100拍摄手术部位等相关的各种控制，且进行与通过拍摄手术部位等获得的拍摄图像的显示相关的各种控制。例如，控制单元11413产生用于对相机头部11102的驱动进行控制的控制信号。
此外，控制单元11413根据经过图像处理单元11412图像处理的图像信号使显示装置11202显示通过对手术部位等成像而获得的拍摄图像。在这种情况下，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄图像中的各种物体。例如，控制单元11413能够通过检测拍摄图像中包括的物体的边缘形状和颜色来识别手术器械(诸如镊子)、特定生物部位、出血和使用能量治疗工具11112时产生的雾等。当控制单元11413使显示装置11202显示拍摄的图像时，控制单元11413可以使用识别结果以使各种类型的手术辅助信息与手术部位的图像叠加显示。当手术辅助被叠加显示时，该手术辅助信息呈现给外科医生11131，可以减轻外科医生11131的负担，且外科医生11131能够可靠地进行手术。
将相机头部11102和CCU 11201连接的传输电缆11400是兼容电信号通信的电信号电缆，兼容光通信的光纤，或两者的复合电缆。
这里，在图示的示例中，虽然使用传输电缆11400进行有线通信，但是可以以无线方式进行相机头部11102和CCU 11201之间的通信。
<应用于移动体的示例>
根据本申请的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本申请的技术(本技术)可以实现为安装在任何类型的移动体上的装置，该移动体诸如为汽车、电动车、摩托车、混合动力车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶和机器人。
图20是图示了作为能够应用根据本申请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构造例的框图。
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20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和综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能构造，图示了微计算机12051、音频/图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来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用作诸如下述装置的控制装置：驱动力产生装置(诸如内燃机或驱动电机等)，用于产生车辆的驱动力；驱动力传输机构，用于将驱动力传输至车轮；转向机构，用于调整车辆的转向角度；和用于产生车辆的制动力的制动装置等。
车体系统控制单元12020根据各种程序来控制安装在车体的各种装置的操作。例如，车体系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向灯和雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，从取代钥匙的便携式装置传输的电波或来自各种开关的信号能够输入到车体系统控制单元12020。车体系统控制单元12020接收输入的电波或信号，且控制车辆的锁门装置、电动车窗装置和灯等。
车外信息检测单元12030检测安装有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，成像单元12031连接至车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使成像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收拍摄的图像。车外信息检测单元12030可以根据接收的图像进行针对人、汽车、障碍物、指示牌和路面标识的物体检测处理或距离检测处理。
成像单元12031是光传感器，其接收光且输出与接收的光强度对应的电信号。成像单元12031能够将电信号输出为图像或将电信号输出为测距信息。此外，成像单元12031接收的光可以是可见光或诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041被连接至车内信息检测单元12040。驾驶员状态检测单元12041例如包括拍摄驾驶员图像的相机，且车内信息检测单元12040可以根据驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，计算驾驶员的疲劳程度或精力集中程度，或可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。
微计算机12051能够根据通过车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车外或车内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，且能够将控制指令输出至驱动系统控制单元12010。例如，微计算机12051能够进行旨在实现先进驾驶员辅助系统(ADAS)功能的协作控制，该功能包括车辆碰撞避让、撞击减缓、基于车辆间距离的跟车行驶、定速巡航、车辆碰撞警告或车道偏离警告。
此外，微计算机12051能够通过根据车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆周围信息来控制驱动力产生装置、转向机构和制动装置等，进行旨在实现自动驾驶等的协作控制，其不需要依赖驾驶员的操作而进行自主驾驶。
此外，微计算机12051能够根据通过车外信息检测单元12030获得的车外信息将控制指令输出至车体系统控制单元12030。例如，根据通过车外信息检测单元12030检测到的前行车辆或对向车辆的位置来控制车头灯，微计算机12051能够进行诸如将远光灯切换为近光灯等用于防炫的协作控制。
音频/图像输出单元12052将声音和图像中至少一者的输出信号传输至输出装置，该输出装置能够在视觉或听觉上将信息通知到车辆的乘客或车辆外部的人。在图20所示的示例中，将音频扬声器12061、显示单元12062和仪表盘12063图示为输出装置。显示单元12062例如可以包括车载显示器和抬头显示器中的至少一者。
图21图示了成像单元12031的安装位置的示例。
在图21中，成像单元12031包括成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
成像单元12101、12102、12103、12104和12105例如可以设置在车辆12100的诸如前鼻、侧视镜、后保险杠和后门以及车厢挡风玻璃上部等位置。设置在前鼻的成像单元12101和设置在车厢挡风玻璃上部的成像单元12105主要获取车辆12100前面的图像。设置在侧视镜的成像单元12102和12103主要获取车辆12100侧面的图像。设置在后保险杠或后门的成像单元12104主要获取车辆12100后面的图像。设置在车厢挡风玻璃上部的成像单元12105主要用于检测前行车辆或行人、障碍物、交通信号、交通标识和车道等。
图21图示了成像单元12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在前鼻的成像单元12101的成像范围，成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜的成像单元12102和12103的成像范围，且成像范围12114表示设置在后保险杠或后门的成像单元12104的成像范围。例如，通过将成像单元12101至12104拍摄的图像数据叠加，能够获得从上方观察的车辆12100的鸟瞰图像。
成像单元12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，成像单元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，或可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。
例如，通过基于成像单元12101至12104获得的距离信息获得与成像范围12111至12114内各三维物体之间的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的速度)，微计算机12051能够将存在于车辆12100的行驶路径上的在与车辆12100的行驶方向大致相同的方向上以预定的速度(例如，0km/h或以上)行驶的特别是最接近的三维物体提取为前行车辆。此外，微计算机12051能够提前设定距前行车辆要确保的车辆间距离，并且能够进行自动制动控制(也包括跟车停止控制)或自动加速控制(也包括跟车起步控制)。以此方式，可以进行以实现不需要驾驶员进行操作而进行自主行驶的自动驾驶为目的的协作控制。
例如，微计算机12051能够根据成像单元12101至12104获得的距离信息，将三维物体相关的三维物体数据分类成两轮车、常规车辆、大型车辆、行人和诸如电线杆等其他三维物体的三维物体数据，提取该三维物体数据，并使用三维物体数据用于自动避开障碍物。例如，微计算机12051将车辆12100附近的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够视觉识别的障碍物和难以视觉识别的障碍物。然后，微计算机12051能够确定碰撞风险，该风险表示与各障碍物碰撞的风险程度，且当碰撞风险具有等于或高于设定值的值并存在碰撞的可能时，微计算机12051能够通过音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告进行避开碰撞的辅助驾驶，且通过驱动系统控制单元12010进行强制减速或规避转向。
成像单元12101至12104中的至少一者可以是检测红外光的红外相机。例如，微计算机12051能够通过判断成像单元12101至12104拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。识别行人的方法例如由以下步骤进行：提取作为红外相机的成像单元12101至12104拍摄的图像中的特征点；且对表示物体轮廓的一系列特征点进行模式匹配处理，以判断该物体是否是行人。当微计算机12051确定成像单元12101至12104拍摄的图像中存在行人，且识别出行人时，音频/图像输出单元12052控制显示单元12062，以便显示叠加在识别出的行人上的用于强调的方形轮廓线。此外，音频/图像输出单元12052可以控制显示单元12062，以便将表示行人的图标等显示在期望的位置。
此外，这里使用的系统指的是由多个装置构成的整体装置。
本说明书所述的有益效果仅是示例性的，而不是限制性的，可以获得其他有益效果。
本技术的实施例不限于上述的实施例，而是能够在不脱离本技术主旨的情况下，在本技术的范围内做出各种形式的修改。
同时，本技术也能够采用下面的构造。
(1)
一种成像元件，其包括设置在半导体基板的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间的层叠的第一光电转换部和第二光电转换部，
其中，所述第一光电转换部的杂质分布是在所述第一表面侧具有峰值的分布，且
所述第二光电转换部的杂质分布是在所述第二表面侧具有峰值的分布。
(2)
根据(1)所述的成像元件，其中，所述第一光电转换部的杂质浓度低的一侧和所述第二光电转换部的杂质浓度低的一侧彼此面对。
(3)
根据(1)或(2)所述的成像元件，还包括第三光电转换部，所述第三光电转换部包括层叠在所述第一表面侧上且夹在下电极与上电极之间的有机光电转换膜。
(4)
根据(1)或(2)所述的成像元件，还包括设于所述半导体基板中的第三光电转换部。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的成像元件，其中，所述第一光电转换部的所述第一表面侧被形成为凹凸形状。
(6)
一种由用于制造成像元件的制造装置实施的制造方法，所述制造方法包括：
制造成像元件，所述成像元件包括设置在半导体基板的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间的层叠的第一光电转换部和第二光电转换部，
其中，所述第一光电转换部的杂质分布是在所述第一表面侧具有峰值的分布，且
所述第二光电转换部的杂质分布是在所述第二表面侧具有峰值的分布。
(7)
根据(6)所述的制造方法，还包括：通过从所述第一表面侧进行离子注入来形成所述第一光电转换部；和
通过从所述第二表面侧进行离子注入来形成所述第二光电转换部。
(8)
根据(7)所述的制造方法，还包括：形成第三光电转换部，所述第三光电转换部包括设于所述第一表面侧上且夹在下电极与上电极之间的有机光电转换膜。
(9)
根据(7)所述的制造方法，还包括：通过从所述第一表面侧进行离子注入来形成第三光电转换部。
(10)
根据(6)至(9)中任一项所述的制造方法，其中，在形成所述第一光电转换部之前，在所述第一表面上形成凹凸表面。
(11)
根据(6)至(10)中任一项所述的制造方法，其中，所述半导体基板是绝缘体上硅(SOI)基板。
(12)
一种电子装置，其包括成像元件和处理来自所述成像元件的信号的处理单元，
所述成像元件包括设置在半导体基板的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间的层叠的第一光电转换部和第二光电转换部，
其中，所述第一光电转换部的杂质分布是在所述第一表面侧具有峰值的分布，且
所述第二光电转换部的杂质分布是在所述第二表面侧具有峰值的分布。
附图标记列表
1 成像元件
2 像素
3 像素区域
4 垂直驱动电路
5 列信号处理电路
6 水平驱动电路
7 输出电路
8 控制电路
9 垂直信号线
10 水平信号线
11 基板
12 步骤
15 光电转换区域
16 阱区域
17 半导体基板
18 p型半导体区域
19 n型半导体区域
20 p型半导体区域
21 n型半导体区域
22 p型半导体区域
23 栅极电极
27 多层配线层
28 配线
29 层间绝缘膜
32 贯通电极
33 绝缘膜
34a 上电极
34b 下电极
35 绝缘膜
36a 有机光电转换膜
36b 钝化膜
40 栅极电极
41 栅极电极
42 栅极电极
43 漏极区域
44 漏极区域
45 漏极区域
46 漏极区域
51 平坦化膜
52 片上透镜
61 支撑基板
101 支撑基板
131 硅层
201 SOI基板
202 BOX层
301 p型半导体区域
302 n型半导体区域
303 p型半导体区域
304 n型半导体区域
305 p型半导体区域
306 n型半导体区域
307 p型半导体区域
308，309 栅极电极
351 支撑基板
401 p型半导体区域
402 n型半导体区域
403 p型半导体区域

Claims (12)

1.一种成像元件，其包括设置在半导体基板的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间的层叠的第一光电转换部和第二光电转换部，
其中，所述第一光电转换部的杂质分布是在所述第一表面侧具有峰值的分布，且
所述第二光电转换部的杂质分布是在所述第二表面侧具有峰值的分布。
2.根据权利要求1所述的成像元件，其中，所述第一光电转换部的杂质浓度低的一侧和所述第二光电转换部的杂质浓度低的一侧彼此面对。
3.根据权利要求1所述的成像元件，还包括第三光电转换部，所述第三光电转换部包括层叠在所述第一表面侧上且夹在下电极与上电极之间的有机光电转换膜。
4.根据权利要求1所述的成像元件，还包括设于所述半导体基板中的第三光电转换部。
5.根据权利要求1所述的成像元件，其中，所述第一光电转换部的所述第一表面侧被形成为凹凸形状。
6.一种由用于制造成像元件的制造装置实施的制造方法，所述制造方法包括：
制造成像元件，所述成像元件包括设置在半导体基板的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间的层叠的第一光电转换部和第二光电转换部，
其中，所述第一光电转换部的杂质分布是在所述第一表面侧具有峰值的分布，且
所述第二光电转换部的杂质分布是在所述第二表面侧具有峰值的分布。
7.根据权利要求6所述的制造方法，还包括：通过从所述第一表面侧进行离子注入来形成所述第一光电转换部；和
通过从所述第二表面侧进行离子注入来形成所述第二光电转换部。
8.根据权利要求7所述的制造方法，还包括：形成第三光电转换部，所述第三光电转换部包括设于所述第一表面侧上且夹在下电极与上电极之间的有机光电转换膜。
9.根据权利要求7所述的制造方法，还包括：通过从所述第一表面侧进行离子注入来形成第三光电转换部。
10.根据权利要求6所述的制造方法，其中，在形成所述第一光电转换部之前，在所述第一表面上形成凹凸表面。
11.根据权利要求6所述的制造方法，其中，所述半导体基板是绝缘体上硅(SOI)基板。
12.一种电子装置，其包括成像元件和处理来自所述成像元件的信号的处理单元，
所述成像元件包括设置在半导体基板的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面之间的层叠的第一光电转换部和第二光电转换部，
其中，所述第一光电转换部的杂质分布是在所述第一表面侧具有峰值的分布，且
所述第二光电转换部的杂质分布是在所述第二表面侧具有峰值的分布。
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