JP2019040965A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】偏光素子を備える固体撮像装置において、偏光素子の特性に影響を与えることなく反射光を抑制する。【解決手段】固体撮像装置は、複数の画素を備える。これら複数の画素は、光電変換を行う光電変換素子と、その光電変換素子の光入射側に設けられた偏光素子とを備える。また、固体撮像装置は、光吸収層を備える。この光吸収層は、複数の画素の画素間領域において、画素の偏光素子の高さよりも高い位置まで形成される。これにより、偏光素子において発生した反射光を光吸収層が吸収する。【選択図】図3

Description

本技術は、固体撮像装置に関する。詳しくは、各画素に偏光素子を備える固体撮像装置およびその製造方法に関する。
従来、固体撮像装置において偏光情報を取得するために、偏光フィルタ(偏光素子)を用いたイメージセンサが知られている。例えば、帯状の積層構造体を複数、離間して並置して成るワイヤグリッド偏光子を備える撮像装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2017−076683号公報
上述の従来技術では、偏光フィルタを利用して偏光情報を取得している。しかしながら、偏光フィルタに入射した光の半分程度は反射または吸収されるため、通常のイメージセンサよりも反射光が多く発生してしまう。この反射光はフレアゴーストの発生リスクを高めるため、その反射光を抑制することが重要である。一方、偏光フィルタの低反射化構造として、偏光フィルタの光入射面側を吸収層とした場合、その吸収層の材料や厚さは、光透過率や消光比といった偏光フィルタの特性にも影響を与える。したがって、反射光の抑制および偏光フィルタの特性の両者を両立させることは、材料および構造に多大な工夫を要し、微細加工プロセスを伴う偏光フィルタの形成においては不利になる。
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、偏光素子を備える固体撮像装置において、偏光素子の特性に影響を与えることなく反射光を抑制することを目的とする。
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第1の側面は、光電変換素子および上記光電変換素子の光入射側に設けられた偏光素子を備える複数の画素と、上記複数の画素の画素間領域において上記偏光素子の高さよりも高い位置まで形成される光吸収層とを具備する固体撮像装置である。これにより、偏光素子において発生した反射光を光吸収層が吸収するという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記光吸収層は、上記画素間領域において上記偏光素子の高さよりも高い位置に形成されるようにしてもよい。すなわち、偏光素子が形成される層とは別の、より高い層に光吸収層が形成されていてもよい。
また、この第1の側面において、上記光吸収層は、上記画素間領域に加えて上記複数の画素の各々に対応する四角形状の四隅の領域にも形成されてもよい。これにより、オンチップレンズによって集光されない部分の光を吸収して、全体としての反射光の強さを軽減させるという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記画素間領域において上記複数の画素を隔てる画素間フレームをさらに具備してもよい。これにより、偏光素子の崩れや偏光素子への電荷の蓄積を防ぐという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記光吸収層は、上記画素間フレームと異なる幅を有してもよい。すなわち、光吸収層の幅を画素間フレームの幅よりも広げてもよく、逆に、光吸収層の幅を画素間フレームの幅よりも狭めてもよい。
また、この第1の側面において、上記画素間フレームは、上記光吸収層を形成してもよい。これにより、光吸収層を画素間フレームと一体として形成するという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記偏光素子は、上記画素間領域においても連続的に形成されてもよい。これにより、フォトリソグラフィを全面に繋げて行うことによって、偏光素子の仕上がりを均質化するという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記偏光素子は、互いに異なる複数の層から形成されてもよい。これにより、偏光素子としての特性を向上させるという作用をもたらす。
また、この第1の側面において、上記複数の画素の各々に対応して上記光吸収層よりも高い位置に設けられた光学フィルタをさらに具備してもよい。また、上記複数の画素の各々に対応して上記光吸収層よりも高い位置に設けられた光学フィルタをさらに具備してもよい。
また、この第1の側面において、上記偏光素子は、ワイヤグリッド偏光子からなる偏光フィルタであってもよい。また、上記偏光素子は、ナノホールアレイからなるバンドパスフィルタであってもよい。
また、本技術の第2の側面は、光電変換素子および上記光電変換素子の光入射側に設けられた偏光素子を備える複数の画素の形成後に光吸収層を積層し、上記複数の画素の画素間領域以外の領域において上記光吸収層をドライエッチングによって除去し、上記ドライエッチングされた面全体に酸化膜を形成し、上記酸化膜を研磨して平坦化する固体撮像装置の製造方法である。これにより、複数の画素の画素間領域において偏光素子の高さよりも高い位置に光吸収層を形成し、その光吸収層によって、偏光素子において発生した反射光を吸収するという作用をもたらす。
また、本技術の第3の側面は、光電変換素子および上記光電変換素子の光入射側に設けられた偏光素子を備える複数の画素の形成後に酸化膜を積層し、上記複数の画素の画素間領域において上記酸化膜をドライエッチングによって除去し、上記ドライエッチングされた上面に光吸収層を積層し、上記画素間領域以外の領域において上記光吸収層を研磨により除去し、上記研磨された面全体に酸化膜を形成し、上記酸化膜を研磨して平坦化する固体撮像装置の製造方法である。これにより、複数の画素の画素間領域において偏光素子の高さよりも高い位置に光吸収層を形成し、その光吸収層によって、偏光素子において発生した反射光を吸収するという作用をもたらす。
本技術によれば、偏光素子を備える固体撮像装置において、偏光素子の特性に影響を与えることなく反射光を抑制することができるという優れた効果を奏し得る。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術の実施の形態における固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術の実施の形態における固体撮像装置の画素領域10の平面図の例である。 本技術の実施の形態における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。 本技術の実施の形態における固体撮像装置による反射光の抑制効果の例を示す図である。 本技術の実施の形態における固体撮像装置の第1の製造方法の手順の一例を示す図である。 本技術の実施の形態における固体撮像装置の第2の製造方法の手順の一例を示す図である。 本技術の実施の形態の第1の変形例における固体撮像装置の画素領域10の平面図の例である。 本技術の実施の形態の第2の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。 本技術の実施の形態の第3の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。 本技術の実施の形態の第4の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。 本技術の実施の形態の第5の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。 本技術の実施の形態の第6の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。 本技術の実施の形態の第7の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。 本技術の実施の形態の第8の変形例における固体撮像装置の画素領域10の平面図の例である。 本技術の実施の形態の第9の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。 本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 撮像部12031の設置位置の例を示す図である。 本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 図18に示すカメラヘッド11102及びCCU11201の機能構成の一例を示すブロック図である。
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態と称する)について説明する。説明は以下の順序により行う。
1.実施の形態
2.変形例
3.適用例
<1.実施の形態>
[固体撮像装置の構成]
図1は、本技術の実施の形態における固体撮像装置の構成例を示す図である。この固体撮像装置は、画素領域10および周辺回路部からなる。周辺回路部は、垂直駆動回路20と、水平駆動回路30と、制御回路40と、カラム信号処理回路50と、出力回路60とを備える。
画素領域10は、光電変換部(光電変換素子)を含む複数の画素100を、2次元アレイ状に配列した画素アレイである。この画素100の光電変換部は、例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタを含む。ここで、複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタおよび増幅トランジスタの3つのトランジスタにより構成することができる。また、選択トランジスタを追加して4つのトランジスタにより構成することもできる。また、後述するように、この画素100の光電変換部の光入射側には偏光素子が設けられる。
垂直駆動回路20は、行単位で画素100を駆動するものである。この垂直駆動回路20は、例えばシフトレジスタによって構成される。この垂直駆動回路20は、画素駆動配線を選択して、その選択された画素駆動配線に画素100を駆動するためのパルスを供給する。これにより、垂直駆動回路20は、画素領域10の各画素100を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素100の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線19を介して、カラム信号処理回路50に供給する。
水平駆動回路30は、列単位にカラム信号処理回路50を駆動するものである。この水平駆動回路30は、例えばシフトレジスタによって構成される。この水平駆動回路30は、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路50の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路50の各々から画素信号を、水平信号線59を介して、出力回路60に出力させる。
制御回路40は、固体撮像装置の全体を制御するものである。この制御回路40は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータとを受け取り、固体撮像装置の内部情報などのデータを出力する。すなわち、この制御回路40は、垂直同期信号、水平同期信号およびマスタクロックに基いて、垂直駆動回路20、カラム信号処理回路50および水平駆動回路30などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路20、カラム信号処理回路50および水平駆動回路30等に入力する。
カラム信号処理回路50は、画素100の例えば列ごとに配置され、1行分の画素100から出力される信号に対し、画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行うものである。すなわち、このカラム信号処理回路50は、画素100固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling)や、信号増幅、AD(Analog to Digital)変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路50の出力段には、図示しない水平選択スイッチが水平信号線59との間に接続される。
出力回路60は、カラム信号処理回路50の各々から水平信号線59を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力するものである。その際、この出力回路60は、カラム信号処理回路50からの信号をバッファリングする。また、この出力回路60は、カラム信号処理回路50からの信号に対して、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などを行うようにしてもよい。
この固体撮像装置を、裏面照射型の固体撮像装置に適用する場合は、光入射面(いわゆる受光面)側の裏面上には配線層が形成されず、配線層は受光面と反対側の表面側に形成される。
図2は、本技術の実施の形態における固体撮像装置の画素領域10の平面図の例である。画素領域10には複数の画素100がアレイ状に配列される。各々の画素100は、入射光を電気信号に変換する光電変換素子を備える。
また、画素100は、光電変換素子の光入射側に、偏光フィルタ150を備える。偏光フィルタ150は、入射光の偏光情報を取得するための光学系であり、これにより、例えば立体映像の用途において右眼用と左眼用の光線を分けて取り扱うことができる。なお、この実施の形態では、偏光フィルタ150としてワイヤグリッド偏光子を想定するが、後述のように例えばナノホールアレイ等を利用することもできる。
複数の画素100の間には画素間領域103が存在する。この実施の形態では、この画素間領域103において、光を吸収する光吸収層が形成される。これにより、偏光フィルタ150において発生する反射光を抑制することができる。なお、この実施の形態では、画素間領域103に画素間フレームが存在することを想定するが、後述のように画素間フレームを設けない構造であってもよい。
図3は、本技術の実施の形態における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。画素100に対応して、オンチップレンズ110が設けられ、このオンチップレンズ110から入射した入射光は、偏光フィルタ150を介してフォトダイオード170の層まで入射する。フォトダイオード170は、入射光を電気信号に変換する光電変換素子である。
偏光フィルタ150として、この実施の形態ではワイヤグリッド偏光子151を想定する。この偏光フィルタ150の材料としては、例えば、Al、Ag、Au、Cu、Pt、Mo、Cr、Ti、Ni、W、Fe、Si、Ge、Te等の金属材料や、これらを含む半導体材料を用いることができる。この偏光フィルタ150は、絶縁膜160上に形成される。
また、画素間領域103においては、ワイヤグリッド偏光子151ではなく、画素間フレーム152が形成される。この画素間フレーム152は、ワイヤグリッド偏光子151の積層時の、ワイヤグリッドの崩れやワイヤグリッドへの電荷の蓄積を防ぐために形成される。ただし、後述するように、この画素間フレーム152を有しない構造であってもよい。
ワイヤグリッド偏光子151および画素間フレーム152は、保護膜140に覆われている。この保護膜140の材料としては、例えば、SiO、SiON、SiN、SiC、SiOC、SiCN、AlO、HfO、ZrO、TaO等の材料を用いることができる。
保護膜140の表面には、平坦化膜120が形成される。この平坦化膜120は、上述の偏光フィルタ150の材料に加えて、例えばFeSi、MgSi等のシリサイド材料を用いることができる。
この実施の形態においては、画素間領域103において、光を吸収する光吸収層130が形成される。この光吸収層130は、偏光フィルタ150において発生する反射光を抑制するものである。この図から明らかなように、この光吸収層130は、偏光フィルタ150の高さよりも高い位置に形成される。ただし、後述するように、この光吸収層130は、偏光フィルタ150の高さと重なる高さから形成してもよく、その場合であっても偏光フィルタ150の高さよりも高い位置まで形成される必要がある。
図4は、本技術の実施の形態における固体撮像装置による反射光の抑制効果の例を示す図である。同図におけるbは、光吸収層を有しない従来の構造であり、偏光フィルタにおいて発生した反射光がオンチップレンズに強く入射している。
これに対して、同図におけるaのように、この実施の形態では画素間領域103に光吸収層130を形成したことにより、入射光501に対する反射光502が従来構造よりも抑制されることが分かる。そして、これにより、素子全体としての反射光を減らすことができる。
[製造方法]
図5は、本技術の実施の形態における固体撮像装置の第1の製造方法の手順の一例を示す図である。本技術の実施の形態における固体撮像装置では、光吸収層130となる材料の種類や面積によって、バリアメタルの種類が異なり、もしくは、バリアメタル自体が不要となる場合がある。例えば、可視光向けセンサの場合には、光吸収層130として想定されるタングステン(W)に対して、バリアメタルとしてチタン(Ti)を使用することがある。この第1の製造方法は、光吸収層130となる材料としてTi/Wを想定した場合の例である。
同図におけるaに示すように、偏光フィルタ150およびその偏光フィルタ150を覆う保護膜140を形成した後、バリアメタルとなる材料および光吸収層となる材料133を積層する。
そして、同図におけるbに示すように、材料133のうち画素間領域103に相当する部分以外をドライエッチングにより除去する。これにより、光吸収層130が形成される。
その後、同図におけるcに示すように、ドライエッチングされた面全体に酸化膜を形成し、その酸化膜を研磨して平坦化する。これにより、平坦化膜120が形成される。この平坦化膜120の材料としては、例えば、Al、Ag、Au、Cu、Pt、Mo、Cr、Ti、Ni、W、Fe、Si、Ge、Te等の金属材料や、これらを含む半導体材料、FeSi、MgSi等のシリサイド材料を用いることができる。
図6は、本技術の実施の形態における固体撮像装置の第2の製造方法の手順の一例を示す図である。
同図におけるaに示すように、偏光フィルタ150およびその偏光フィルタ150を覆う保護膜140を形成した後、酸化膜121を積層する。
そして、同図におけるbに示すように、酸化膜121のうち画素間領域103に相当する部分のみをドライエッチングにより除去する。
その後、同図におけるcに示すように、バリアメタルおよび研磨のストップ層となる材料と、光吸収層となる材料133を積層する。
そして、同図におけるdに示すように、研磨を行い、材料133のうち画素間領域103に相当する部分以外を取り去る。これにより、光吸収層130が形成される。
その後、同図におけるeに示すように、再び酸化膜を形成した後に、その酸化膜を研磨して平坦化する。これにより、平坦化膜120が形成される。
このように、本技術の実施の形態によれば、複数の画素100の画素間領域103において偏光フィルタ150の高さよりも高い位置まで形成される光吸収層130を設けたことにより、偏光フィルタ150において発生する反射光を抑制することができる。
<2.変形例>
[第1の変形例]
図7は、本技術の実施の形態の第1の変形例における固体撮像装置の画素領域10の平面図の例である。
上述の実施の形態においては、画素間領域103において光吸収層130を設けていたが、この第1の変形例では画素100の各々に対応する四角形状の四隅の領域にも光吸収層131が形成される。上述のように、画素100の各々にはオンチップレンズ110が設けられており、このオンチップレンズ110から入射した入射光が、光電変換の本来の対象となる。したがって、オンチップレンズ110によって集光されない部分の光を、四隅の領域の光吸収層131において吸収することにより、全体としての反射光の強さを軽減することができる。
なお、ここでは、四角形状の四隅のそれぞれに三角形状の光吸収層131を設ける例を示したが、オンチップレンズ110の形状に合わせて円形状の開口を確保して、それ以外の部分に光吸収層を設けるようにしてもよい。
[第2の変形例]
図8は、本技術の実施の形態の第2の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。
上述の実施の形態においては、画素間領域103に画素間フレーム152が形成されていたが、この第2の変形例では画素間フレーム152を有しない構造となっている。この場合においても、画素間領域103には光吸収層130が設けられる。すなわち、このようなフレームレス構造においても、本技術を適用することができる。
[第3の変形例]
図9は、本技術の実施の形態の第3の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。
上述の実施の形態においては、光吸収層130の幅と画素間フレーム152の幅がほぼ等しい構造を示したが、これらの幅は適宜決定することができる。例えば、入射光にケラレが発生してしまう場合等において、図のように光吸収層130の幅を画素間フレーム152の幅よりも広げることが考えられる。また、逆に、光吸収層130の幅を画素間フレーム152の幅よりも狭めてもよい。
[第4の変形例]
図10は、本技術の実施の形態の第4の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。
上述の実施の形態においては、偏光フィルタ150を覆う保護膜140の上面に光吸収層130を設けていたが、この第4の変形例では画素間フレーム152の一部の層として光吸収層132を設ける。この例では、積層された画素間フレーム152の最上位層が光吸収層132となっている。これにより、光吸収層132を画素間フレーム152と一体として形成することができる。
この第4の変形例においては、光吸収層132は偏光フィルタ150の高さよりも低い位置から形成される場合があるが、光吸収層132の上面は偏光フィルタ150の高さよりも高い位置まで形成される。
[第5の変形例]
図11は、本技術の実施の形態の第5の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。
上述の実施の形態においては、画素間領域103に画素間フレーム152が形成されていたが、この第5の変形例では画素間領域103にもワイヤグリッド偏光子151が連続的に形成される。これにより、ワイヤグリッド偏光子151を繋げてフォトリソグラフィを行うことができ、パターン端と中心部とにおいて異なる仕上がりになる事態を回避することができる。
[第6の変形例]
図12は、本技術の実施の形態の第6の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。
ワイヤグリッド偏光子151および画素間フレーム152については、複数の層により構成されてもよい。これにより、それぞれの層による効果を発揮することができ、偏光フィルタ150としての特性を向上させることができる。この例では、3層からなる構造を示しているが、それ以外の数の層から構成されていてもよい。
[第7の変形例]
図13は、本技術の実施の形態の第7の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。
固体撮像装置においては、カラーフィルタ等の光学フィルタを形成することができる。この第7の変形例においては、同図のaに示すように、光吸収層130の上部にカラーフィルタ181および182を積層してもよい。また、同図のbに示すように、光吸収層130と偏光フィルタ150との間にカラーフィルタ181および182を積層してもよい。
[第8の変形例]
図14は、本技術の実施の形態の第8の変形例における固体撮像装置の画素領域10の平面図の例である。
上述の実施の形態においては、偏光フィルタ150としてワイヤグリッド偏光子151を想定していたが、この第8の変形例においては、ナノホールアレイ153を利用した例を示す。
ナノホールアレイ153は、複数のナノホールをアレイ状に形成したものである。ナノホールとは、ナノメートルオーダの大きさを有する開口部である。このナノホールアレイ153は、特定波長を通すバンドパスフィルタとして機能する。
この第8の変形例においても、画素間領域103に光吸収層130を設けることにより、ナノホールアレイ153において発生した反射光を抑制することができる。
[第9の変形例]
図15は、本技術の実施の形態の第9の変形例における固体撮像装置の画素領域10の断面図の例である。
上述の実施の形態においては、画素100の最上面にオンチップレンズ110が設けられ、光吸収層130はオンチップレンズ110の下に設けられていた。これに対し、この第9の変形例では、画素100に対応するレンズは偏光フィルタ150の下に設けられて、インナーレンズ111として機能する。このとき、光吸収層130は偏光フィルタ150およびインナーレンズ111の上面に設けられる。これにより、偏光フィルタ150とインナーレンズ111との間の反射によるフレアゴーストを抑制することができる。
<3.適用例>
[移動体]
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図16は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。同図に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。同図の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図17は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
同図では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、同図には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部12031に適用され得る。具体的には、撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、撮像部12031における反射光を抑制することができる。
[内視鏡手術システム]
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図18は、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
同図では、術者(医師)11131が、内視鏡手術システム11000を用いて、患者ベッド11133上の患者11132に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム11000は、内視鏡11100と、気腹チューブ11111やエネルギー処置具11112等の、その他の術具11110と、内視鏡11100を支持する支持アーム装置11120と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート11200と、から構成される。
内視鏡11100は、先端から所定の長さの領域が患者11132の体腔内に挿入される鏡筒11101と、鏡筒11101の基端に接続されるカメラヘッド11102と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒11101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡11100を図示しているが、内視鏡11100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒11101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡11100には光源装置11203が接続されており、当該光源装置11203によって生成された光が、鏡筒11101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者11132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡11100は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド11102の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU: Camera Control Unit)11201に送信される。
CCU11201は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡11100及び表示装置11202の動作を統括的に制御する。さらに、CCU11201は、カメラヘッド11102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置11202は、CCU11201からの制御により、当該CCU11201によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置11203は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡11100に供給する。
入力装置11204は、内視鏡手術システム11000に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置11204を介して、内視鏡手術システム11000に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡11100による撮像条件(照射光の種類、倍率及び焦点距離等)を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置11205は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具11112の駆動を制御する。気腹装置11206は、内視鏡11100による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者11132の体腔を膨らめるために、気腹チューブ11111を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ11207は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ11208は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡11100に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置11203は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置11203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置11203は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置11203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察(Narrow Band Imaging)が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること(自家蛍光観察)、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置11203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。
図19は、図18に示すカメラヘッド11102及びCCU11201の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド11102は、レンズユニット11401と、撮像部11402と、駆動部11403と、通信部11404と、カメラヘッド制御部11405と、を有する。CCU11201は、通信部11411と、画像処理部11412と、制御部11413と、を有する。カメラヘッド11102とCCU11201とは、伝送ケーブル11400によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット11401は、鏡筒11101との接続部に設けられる光学系である。鏡筒11101の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド11102まで導光され、当該レンズユニット11401に入射する。レンズユニット11401は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部11402は、撮像素子で構成される。撮像部11402を構成する撮像素子は、1つ(いわゆる単板式)であってもよいし、複数(いわゆる多板式)であってもよい。撮像部11402が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってRGBそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部11402は、3D(Dimensional)表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための1対の撮像素子を有するように構成されてもよい。3D表示が行われることにより、術者11131は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部11402が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット11401も複数系統設けられ得る。
また、撮像部11402は、必ずしもカメラヘッド11102に設けられなくてもよい。例えば、撮像部11402は、鏡筒11101の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部11403は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部11405からの制御により、レンズユニット11401のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部11402による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部11404は、CCU11201との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11404は、撮像部11402から得た画像信号をRAWデータとして伝送ケーブル11400を介してCCU11201に送信する。
また、通信部11404は、CCU11201から、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部11405に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに/又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてCCU11201の制御部11413によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるAE(Auto Exposure)機能、AF(Auto Focus)機能及びAWB(Auto White Balance)機能が内視鏡11100に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部11405は、通信部11404を介して受信したCCU11201からの制御信号に基づいて、カメラヘッド11102の駆動を制御する。
通信部11411は、カメラヘッド11102との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11411は、カメラヘッド11102から、伝送ケーブル11400を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部11411は、カメラヘッド11102に対して、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部11412は、カメラヘッド11102から送信されたRAWデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部11413は、内視鏡11100による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部11413は、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部11413は、画像処理部11412によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置11202に表示させる。この際、制御部11413は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部11413は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具11112の使用時のミスト等を認識することができる。制御部11413は、表示装置11202に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者11131に提示されることにより、術者11131の負担を軽減することや、術者11131が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド11102及びCCU11201を接続する伝送ケーブル11400は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル11400を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド11102とCCU11201との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、内視鏡11100や、カメラヘッド11102の撮像部11402に適用され得る。具体的には、内視鏡11100や、カメラヘッド11102の撮像部11402に本開示に係る技術を適用することにより、内視鏡11100や、カメラヘッド11102の撮像部11402における反射光を抑制することができる。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)光電変換素子および前記光電変換素子の光入射側に設けられた偏光素子を備える複数の画素と、
前記複数の画素の画素間領域において前記偏光素子の高さよりも高い位置まで形成される光吸収層と
を具備する固体撮像装置。
(2)前記光吸収層は、前記画素間領域において前記偏光素子の高さよりも高い位置に形成される前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)前記光吸収層は、前記画素間領域に加えて前記複数の画素の各々に対応する四角形状の四隅の領域にも形成される前記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
(4)前記画素間領域において前記複数の画素を隔てる画素間フレームをさらに具備する前記(1)から(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(5)前記光吸収層は、前記画素間フレームと異なる幅を有する前記(4)に記載の固体撮像装置。
(6)前記画素間フレームは、前記光吸収層を形成する前記(4)に記載の固体撮像装置。
(7)前記偏光素子は、前記画素間領域においても連続的に形成される前記(1)から(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(8)前記偏光素子は、互いに異なる複数の層から形成される前記(1)から(7)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(9)前記複数の画素の各々に対応して前記光吸収層よりも高い位置に設けられた光学フィルタをさらに具備する前記(1)から(8)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(10)前記複数の画素の各々に対応して前記光吸収層と前記偏光素子との間の位置に設けられた光学フィルタをさらに具備する前記(1)から(8)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(11)前記偏光素子は、ワイヤグリッド偏光子からなる偏光フィルタである前記(1)から(10)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(12)前記偏光素子は、ナノホールアレイからなるバンドパスフィルタである前記(1)から(10)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(13)光電変換素子および前記光電変換素子の光入射側に設けられた偏光素子を備える複数の画素の形成後に光吸収層を積層し、
前記複数の画素の画素間領域以外の領域において前記光吸収層をドライエッチングによって除去し、
前記ドライエッチングされた面全体に酸化膜を形成し、
前記酸化膜を研磨して平坦化する
固体撮像装置の製造方法。
(14)光電変換素子および前記光電変換素子の光入射側に設けられた偏光素子を備える複数の画素の形成後に酸化膜を積層し、
前記複数の画素の画素間領域において前記酸化膜をドライエッチングによって除去し、
前記ドライエッチングされた上面に光吸収層を積層し、
前記画素間領域以外の領域において前記光吸収層を研磨により除去し、
前記研磨された面全体に酸化膜を形成し、
前記酸化膜を研磨して平坦化する
固体撮像装置の製造方法。
10 画素領域
20 垂直駆動回路
30 水平駆動回路
40 制御回路
50 カラム信号処理回路
60 出力回路
100 画素
103 画素間領域
110 オンチップレンズ
111 インナーレンズ
120 平坦化膜
121 酸化膜
130〜132 光吸収層
140 保護膜
150 偏光フィルタ
151 ワイヤグリッド偏光子
152 画素間フレーム
153 ナノホールアレイ
160 絶縁膜
170 フォトダイオード
181、182 カラーフィルタ
11100 内視鏡
11102 カメラヘッド
11402、12031 撮像部

Claims (14)

  1. 光電変換素子および前記光電変換素子の光入射側に設けられた偏光素子を備える複数の画素と、
    前記複数の画素の画素間領域において前記偏光素子の高さよりも高い位置まで形成される光吸収層と
    を具備する固体撮像装置。
  2. 前記光吸収層は、前記画素間領域において前記偏光素子の高さよりも高い位置に形成される請求項1記載の固体撮像装置。
  3. 前記光吸収層は、前記画素間領域に加えて前記複数の画素の各々に対応する四角形状の四隅の領域にも形成される請求項1記載の固体撮像装置。
  4. 前記画素間領域において前記複数の画素を隔てる画素間フレームをさらに具備する請求項1記載の固体撮像装置。
  5. 前記光吸収層は、前記画素間フレームと異なる幅を有する請求項4記載の固体撮像装置。
  6. 前記画素間フレームは、前記光吸収層を形成する請求項4記載の固体撮像装置。
  7. 前記偏光素子は、前記画素間領域においても連続的に形成される請求項1記載の固体撮像装置。
  8. 前記偏光素子は、互いに異なる複数の層から形成される請求項1記載の固体撮像装置。
  9. 前記複数の画素の各々に対応して前記光吸収層よりも高い位置に設けられた光学フィルタをさらに具備する請求項1記載の固体撮像装置。
  10. 前記複数の画素の各々に対応して前記光吸収層と前記偏光素子との間の位置に設けられた光学フィルタをさらに具備する請求項1記載の固体撮像装置。
  11. 前記偏光素子は、ワイヤグリッド偏光子からなる偏光フィルタである請求項1記載の固体撮像装置。
  12. 前記偏光素子は、ナノホールアレイからなるバンドパスフィルタである請求項1記載の固体撮像装置。
  13. 光電変換素子および前記光電変換素子の光入射側に設けられた偏光素子を備える複数の画素の形成後に光吸収層を積層し、
    前記複数の画素の画素間領域以外の領域において前記光吸収層をドライエッチングによって除去し、
    前記ドライエッチングされた面全体に酸化膜を形成し、
    前記酸化膜を研磨して平坦化する
    固体撮像装置の製造方法。
  14. 光電変換素子および前記光電変換素子の光入射側に設けられた偏光素子を備える複数の画素の形成後に酸化膜を積層し、
    前記複数の画素の画素間領域において前記酸化膜をドライエッチングによって除去し、
    前記ドライエッチングされた上面に光吸収層を積層し、
    前記画素間領域以外の領域において前記光吸収層を研磨により除去し、
    前記研磨された面全体に酸化膜を形成し、
    前記酸化膜を研磨して平坦化する
    固体撮像装置の製造方法。
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