JP2021064722A - 固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】固体撮像装置の更なる高画質化を実現することができる固体撮像装置を提供すること。【解決手段】光入射側から順に、第1基板と、第2基板と、を備え、該第1基板に、複数の第1画素が配列された第1画素領域が形成され、該第2基板に、複数の第2画素が配列された第2画素領域が形成され、該第1基板が、光入射側から順に入射光を光電変換する第1光電変換部が形成された第1半導体基板と、第1配線層と、を備え、該第2基板が、光入射側から順に第2配線層と、該入射光を光電変換する第2光電変換部が形成された第2半導体基板と、を備え、1つの該第1画素は1つの該第1光電変換部を有し、1つの該第2画素は1つの該第2光電変換部を有し、該第1基板と該第2基板とが、該第1配線層と該第2配線層とを向き合わせて貼り合わされて、少なくとも1つの該第1画素と、少なくとも1つの該第2画素とが電気的に接続されている、固体撮像装置を提供する。【選択図】図1

Description

本技術は、固体撮像装置及び電子機器に関する。
近年、デジタルカメラは、益々、普及が進んでおり、その中心部品である固体撮像装置(イメージセンサ)の需要はますます高まっている。そのため、固体撮像装置の性能面として、高画質化を実現するための技術開発が盛んに行われている。例えば、容易に、多様な光電変換出力を得ることができる撮像素子に関する技術が提案されている(特許文献1を参照。)。
特開2013−70030号
しかしながら、特許文献1で提案された技術では、固体撮像装置の更なる高画質化を図れないおそれがある。
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、固体撮像装置の更なる高画質化を実現することができる固体撮像装置、及びその固体撮像装置が搭載された電子機器を提供することを主目的とする。
本発明者は、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、固体撮像装置の更なる高画質化の実現に成功し、本技術を完成するに至った。
すなわち、本技術では、
光入射側から順に、第1基板と、第2基板と、を備え、
該第1基板に、複数の第1画素が配列された第1画素領域が形成され、
該第2基板に、複数の第2画素が配列された第2画素領域が形成され、
該第1基板が、光入射側から順に、入射光を光電変換する第1光電変換部が形成された第1半導体基板と、第1配線層と、を備え、
該第2基板が、光入射側から順に、第2配線層と、該入射光を光電変換する第2光電変換部が形成された第2半導体基板と、を備え、
1つの該第1画素は、1つの該第1光電変換部を有し、
1つの該第2画素は、1つの該第2光電変換部を有し、
該第1基板と該第2基板とが、該第1配線層と該第2配線層とを向き合わせて貼り合わされて、
少なくとも1つの該第1画素と、少なくとも1つの該第2画素とが、電気的に接続されている、固体撮像装置を提供する。
本技術に係る固体撮像装置において、
少なくとも1つの前記第1画素と、少なくとも1つの前記第2画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
前記複数の第1画素の全ての画素と、前記複数の第2画素の全ての画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
前記第1光電変換部と前記第2光電変換部とが、前記入射光の互いに異なる波長域成分を光電変換してもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
前記第1光電変換部が、前記入射光の可視光の波長域成分を光電変換しもよく、
前記第2光電変換部が、前記入射光の赤外光の波長域成分を光電変換してもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
前記第1配線層及び前記第2配線層に、前記入射光が透過する光路が形成されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
前記光路に、導波路が形成されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
前記導波路の外側に、光反射部材が配されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
前記第2基板に回路領域が形成されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
前記第1基板に回路領域が形成されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置が第3基板を更に備えてもよく、
該第3基板が、光入射側から順に、第3配線層と、第3半導体基板と、を備えてもよく、
前記第2基板と該第3基板とが、前記第2半導体基板と該第3配線層とを向き合わせて貼り合わされて、前記第2基板と該第3基板とが、電気的に接続されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
前記第2半導体基板を貫通する貫通電極が形成されていてもよく、該貫通電極を介して、前記第2基板と該第3基板とが、電気的に接続されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
前記第3基板に回路領域が形成されていてもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
少なくとも1つの前記第1光電変換部によって生成された第1信号電荷と、少なくとも1つの前記第2光電変換部によって生成された第2信号電荷とが、前記第1基板に形成されたフローティングディフュージョン(FD)を経由してもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
少なくとも1つの前記第1光電変換部によって生成された第1信号電荷と、少なくとも1つの前記第2光電変換部によって生成された第2信号電荷とが、前記第2基板に形成されたフローティングディフュージョン(FD)を経由してもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
少なくとも1つの前記第1画素と少なくとも1つの前記第2画素とが、前記第1基板に形成された少なくとも1種の画素トランジスタを共有してもよい。
本技術に係る固体撮像装置において、
少なくとも1つの前記第1画素と少なくとも1つの前記第2画素とが、前記第2基板に形成された少なくとも1種の画素トランジスタを共有してもよい。
また、本技術では、本技術に係る固体撮像装置が搭載された、電子機器を提供する。
本技術によれば、固体撮像装置の更なる高画質化を実現することができる。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。
本技術を適用した第1の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第1の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第2の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第3の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第4の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第5の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第5の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第6の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第6の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第7の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した第1〜第7の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。 本技術を適用した第8の実施形態に係る電子機器の一例の機能ブロック図である。 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。 カメラヘッド及びCCUの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、特に断りがない限り、図面において、「上」とは図中の上方向又は上側を意味し、「下」とは、図中の下方向又は下側を意味し、「左」とは図中の左方向又は左側を意味し、「右」とは図中の右方向又は右側を意味する。また、図面については、同一又は同等の要素又は部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
説明は以下の順序で行う。
1.本技術の概要
2.第1の実施形態(固体撮像装置の例1)
3.第2の実施形態(固体撮像装置の例2)
4.第3の実施形態(固体撮像装置の例3)
5.第4の実施形態(固体撮像装置の例4)
6.第5の実施形態(固体撮像装置の例5)
7.第6の実施形態(固体撮像装置の例6)
8.第7の実施形態(固体撮像装置の例7)
9.第8の実施形態(電子機器の例)
10.本技術を適用した固体撮像装置の使用例
11.内視鏡手術システムへの応用例
12.移動体への応用例
<1.本技術の概要>
まず、本技術の概要について説明をする。
固体撮像装置(イメージセンサ)おいては、シリコン(Si)のバンドギャップは1.12eVであるので、長波長の感度は低い。したがって、長波長の感度向上を図る場合には、シリコン(Si)の膜厚を厚くする必要がある。
しかし、シリコン(Si)厚を厚くしていくと、素子分離用のインプラント等を打つにはレジストのアスペクト比が足りずに、レジスト形成をすることが困難である場合がある。なお、ハードマスクを用いた手法も考えられるが、プロセス加工の安定性の細心の注意をする必要性が生じる場合がある。
固体撮像装置の上下にフォトダイオード(PD)を形成して、長波長側の感度を上げる技術があるが、この技術では、入射光は配線層を通るので下側のフォトダイオード(PD)に到達する前に入射光が減衰及び/又は反射してしまうおそれある。また、この技術では、貫通電極を用いているので、上下画素でタイミングの同期を図ることができない。さらに、貫通電極を用いると、貫通電極を導入する面積の確保も必要であり、固体撮像装置のコンパクト化を図れないおそれがある。
本技術は、以上のような状況を鑑みてなされたものである。本技術は、第1基板(例えば、上側チップ)として、裏面型センサの基板(例えば、光入射側から順に、光電変換部、配線層が配された基板)と、第2基板(例えば下側チップ)として、表面型センサの基板(例えば、光入射側から順に、配線層、光電変換部が配された基板)とを接合(例えば、Cu−Cu接合)して貼り合わせる。
本技術の第一の側面としては、第1基板の画素を、通常のR/G/B画素として使用し、第2基板の画素を、長波長の光電変換部(例えばフォトダイオード(PD))を形成した画素構造とする。本技術の第二の側面としては、配線は、表面型センサの配線レイアウトのように開口部分を開けるように、画素制御線/垂直信号線(VSL)を配置する。本技術の第三の側面としては、第1基板と第2基板との配線接続をCu−Cu接続(Cu−Cu接合)にする。このCu−Cu接続(Cu−Cu接合)により、第1基板(例えば、上側チップ)と第2基板(例えば、下側チップ)とのタイミングの同期を取って駆動することが可能である。本技術の第四の側面としては、第1基板と第2基板との接合部と、第1基板が備える第1配線層及び第2基板が備える第2配線層には、導波路を第1基板と第2基板とをまたぐように形成する。この導波路の形成により、長波長の光の減衰及び/又は反射を抑制して、第2基板が備える光電変換部(例えばフォトダイオード(PD))に光を到達させることができる。なお、本技術に係る固体撮像装置の製造方法(プロセス加工)においては、裏面型/表面型センサの公知の製造技術、公知の積層プロセス技術、公知の接合技術(Cu−Cu接合技術)等が用いられ得る。
以下に、本技術に係る実施の形態について詳細に説明をする。
<2.第1の実施形態(固体撮像装置の例1)>
本技術に係る第1の実施形態(固体撮像装置の例1)の固体撮像装置は、光入射側から順に、第1基板と、第2基板と、を備え、第1基板に、複数の第1画素が配列された第1画素領域が形成され、第2基板に、複数の第2画素が配列された第2画素領域が形成され、第1基板が、光入射側から順に、入射光を光電変換する第1光電変換部が形成された第1半導体基板と、第1配線層と、を備え、第2基板が、光入射側から順に、第2配線層と、入射光を光電変換する第2光電変換部が形成された第2半導体基板と、を備え、1つの第1画素は、1つの第1光電変換部を有し、1つの第2画素は、1つの第2光電変換部を有し、第1基板と第2基板とが、第1配線層と第2配線層とを向き合わせて貼り合わされて、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、電気的に接続されている、固体撮像装置である。
少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが電気的に接続されているとは、第1配線層に形成された配線(第1配線と称する場合がある。)と、第2配線層に形成された配線(第2配線と称する場合がある。)とが、直接又は間接に接続されていることをいう。具体的には、導電材料で形成された第1配線と、導電材料で形成された第2配線とが直接又は間接に接続される。導電材料の具体例としては、銅(Cu)等の金属が挙げられる。
本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、上述したように、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよいし、複数の第1画素の全ての画素と、複数の第2画素の全ての画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよい。なお、Cu−Cu接合は、第1画素領域外の領域及び/又は第2画素領域外の領域で、第1基板と第2基板とを接続するために用いられてもよい。
本技術に係る第1の実施形態(固体撮像装置の例1)の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1画素と少なくとも1つの第2画素とが増幅トランジスタ(AMPトランジスタ)及び/又は選択トランジスタ(SELトランジスタ)とを共有してもよい。本技術に係る第1の実施形態(固体撮像装置の例1)の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1画素と少なくとも1つの第2画素とが共有する増幅トランジスタ(AMPトランジスタ)及び/又は選択トランジスタ(SELトランジスタ)が、第1基板に形成されていてもよいし、第2基板に形成されていてもよい。
本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置においては、第1光電変換部と第2光電変換部とが、入射光の互いに異なる波長域成分を光電変換してもよい。例えば、第1光電変換部が、入射光の可視光(例えば、B光、G光、R光等)の波長域成分を光電変換して、第2光電変換部が、入射光の赤外光の波長域成分を光電変換することが挙げられる。
本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置においては、第1配線層及び第2配線層に、入射光が透過する(通過する)光路が形成されていてよく、光路には、例えば導波路が形成されていてもよい。
本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1光電変換部によって生成された第1信号電荷と、少なくとも1つの第2光電変換部によって生成された第2信号電荷とが、第1基板に形成されたフローティングディフュージョン(FD)を経由してもよい。また、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1光電変換部によって生成された第1信号電荷と、少なくとも1つの第2光電変換部によって生成された第2信号電荷とが、第2基板に形成されたフローティングディフュージョン(FD)を経由してもよい。
本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置について、図1及び図2を用いて説明をする。図1は、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置1000)を示す断面図である。図2中における、図2(a)は、固体撮像装置1000が備える第1基板1000−1の第1配線層8−1の平面レイアウト図であり、図2(b)は、固体撮像装置1000の回路構成例を示す図である。ところで、当然のことながら、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置は、固体撮像装置1000に限定されることはない。
まず、図1を用いて説明をする。
固体撮像装置1000は、光(光L1及び光L2)入射側から順に、オンチップレンズ1と、第1基板1000−1と第2基板1000−2とを備える。図1に示されるP1は、第1基板1000−1と第2基板1000−2との接合部を示す。
第1基板1000−1は、光入射側から順に、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)と、平坦化膜3と、遮光膜4−1及び4−2と、絶縁膜5(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、第1半導体基板6−1に形成された第1光電変換部7−1(フォトダイオード(PD)7−1)と、第1配線層8−1とを備えている。フォトダイオード7−1は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)を透過した入射光L1を光電変換して第1信号電荷を生成して蓄積する。遮光膜4−1及び4−2は、平坦化膜3によって被覆されて、光入射側からの平面視で、第1画素間に、第1光電変換部に光が入射するように開口されて、格子状に配されている。第1配線層8−1は、配線40−1及び41−1と、配線40−1と配線41−1と又は配線41−1同士とを接続するビア42−1と、層間絶縁膜11−1とから構成されている。第1半導体基板6−1の第1配線層8−1側の表面には、フォトダイオード7−1が蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−1が形成されている。
第2基板1000−2は、光入射側から順に、第2配線層8−2と、第2半導体基板6−2に形成された第2光電変換部7−2(フォトダイオード(PD)7−2)とを備えている。フォトダイオード7−2は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)及び導波路9を透過した入射光L2を光電変換して第2信号電荷を生成して蓄積する。第2配線層8−2は、配線40−2及び41−2と、配線40−2と配線41−2と又は配線41−2同士とを接続するビア42−2と、層間絶縁膜11−2とから構成されている。第2半導体基板6−2の第2配線層8−2側の裏面には、フォトダイオード7−2が蓄積した第2信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−2が形成されている。
導波路9は、第1配線層8−1の配線41−1及び第2配線層8−2の配線41−2を引き回さないで開口された領域に、第1基板1000−1と第2基板1000−2とをまたぐように形成される。導波路の形成により、長波長の光の減衰及び/又は反射を抑制して、第2光電変換部7−2(フォトダイオード7−2)入射光L2を到達させることができる。導波路を形成する材料は、例えば層間絶縁膜11−1及び11−2を構成する材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料であれば随意でよい。
第1基板1000−1と第2基板1000−2とは、配線40−1と配線40−2とが接続されることにより、Cu−Cu接合で電気的に接続されている。このCu−Cu接合により、第1基板1000−1(第1画素)と第2基板1000−2(第2画素)とはタイミングの同期を取って駆動することが可能である。
固体撮像装置1000によれば、第1基板(上側基板)1000−1の第1画素は通常の画素(図1においては、R(レッド)画素であるが、G(グリーン)画素又はB(ブルー)画素でもよい。)として使用し、第2基板1000−2(下側基板)の第2画素は、長波長(赤外又は近赤外)用の画素として使用することができる。
図2を用いて説明をする。図2(a)は、上述したように、固体撮像装置1000が備える第1基板1000−1の第1配線層8−1の平面レイアウト図であるが、便宜的に、第1半導体基板6−1に形成された第1光電変換部70−1(フォトダイオード(PD)70−1)及び第1光電変換部71−1(フォトダイオード(PD)71−1)が示されている(第1画素の2画素分に相当する。)。第1配線層8−1の配線レイアウトは、表面照射型のイメージセンサ(固体撮像装置)のように、第1光電変換部70−1(フォトダイオード(PD)70−1)及び第1光電変換部71−1(フォトダイオード(PD)71−1)が配される領域に対応する第1配線層8−1の領域には配線を引き回さずに、入射光が透過(通過)するように開口されている(光路が形成されている。)。転送信号線TG54は、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)80−1及び81−1に接続され、リセット信号線RST52は、リセットゲート(RST:Reset Gate)91に接続され、選択信号線SEL53は、選択トランジスタ(SEL:SELTr)93に接続されている。
図2(b)に示される固体撮像装置1000の回路構成例において、参照符号R1は、第1基板1000−1の回路構成であり、参照符号R2は、第2基板1000−2の回路構成例である。
第1基板1000−1の回路構成R1においては、フォトダイオード(PD)70−1及び71−1と、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)80−1及び81−1が構成されている。トランスファゲート(TG:Transfer Gate)80−1は、フォトダイオード(PD)70−1によって光電変換されて蓄積された第1信号電荷を読み出し、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)81−1は、フォトダイオード(PD)71−1によって光電変換されて蓄積された第1信号電荷を読み出す。また、第1基板1000−1の回路構成R1においては、フローティングディフュージョン(FD)90と、リセットゲート(RST:Reset Gate)91と、増幅トランジスタ(AMP:AMPTr)92と、選択トランジスタ(SEL:SELTr)93とが構成されている。選択トランジスタ(SEL:SELTr)93は、垂直信号線51を介して、例えばカラム信号処理回路(不図示)に接続されている。
第2基板1000−2の回路構成R2においては、フォトダイオード(PD)70−2及び71−2と、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)80−2及び81−2とが構成されている。トランスファゲート(TG:Transfer Gate)80−2は、フォトダイオード(PD)70−2によって光電変換されて蓄積された第2信号電荷を読み出し、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)81−2は、フォトダイオード(PD)71−2によって光電変換されて蓄積された第2信号電荷を読み出す。
第1基板1000−1に形成されているフローティングディフュージョン(FD)90は、フォトダイオード(PD)70−1及びフォトダイオード(PD)71−1(第1画素の2画素分)、並びにフォトダイオード(PD)70−2及びフォトダイオード(PD)71−2(第2画素の2画素分)(したがって、計4画素分)によって共有されている。
また、第1基板1000−1に形成されている増幅トランジスタ(AMP:AMPTr)92及び選択トランジスタ(SEL:SELTr)93も、フォトダイオード(PD)70−1及びフォトダイオード(PD)71−1(第1画素の2画素分)、並びにフォトダイオード(PD)70−2及びフォトダイオード(PD)71−2)(第2画素の2画素分)(したがって、計4画素分)によって共有されている。なお、図2(b)においては、図示はされていないが、第2基板1000−2の回路構成R2を構成するフォトダイオード(PD)70−2及び71−2のためのリセットゲート(RST:Reset Gate)は形成されている。
以上、本技術に係る第1の実施形態(固体撮像装置の例1)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、後述する本技術に係る第2〜第7の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。
<3.第2の実施形態(固体撮像装置の例2)>
本技術に係る第2の実施形態(固体撮像装置の例2)の固体撮像装置は、光入射側から順に、第1基板と、第2基板と、を備え、第1基板に、複数の第1画素が配列された第1画素領域が形成され、第2基板に、複数の第2画素が配列された第2画素領域が形成され、第1基板が、光入射側から順に、入射光を光電変換する第1光電変換部が形成された第1半導体基板と、第1配線層と、を備え、第2基板が、光入射側から順に、第2配線層と、入射光を光電変換する第2光電変換部が形成された第2半導体基板と、を備え、1つの第1画素は、1つの第1光電変換部を有し、1つの第2画素は、1つの第2光電変換部を有し、第1基板と第2基板とが、第1配線層と第2配線層とを向き合わせて貼り合わされて、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、電気的に接続されている、固体撮像装置である。
少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが電気的に接続されているとは、第1配線層に形成された配線(第1配線と称する場合がある。)と、第2配線層に形成された配線(第2配線と称する場合がある。)とが、直接又は間接に接続されていることをいう。具体的には、導電材料で形成された第1配線と、導電材料で形成された第2配線とが直接又は間接に接続される。導電材料の具体例としては、銅(Cu)等の金属が挙げられる。
本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、上述したように、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよい。なお、Cu−Cu接合は、第1画素領域外の領域及び/又は第2画素領域外の領域で、第1基板と第2基板とを接続するために用いられてもよい。
本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置について、図3を用いて説明をする。図3は、本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置2000)を示す断面図である。ところで、当然のことながら、本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置は、固体撮像装置2000に限定されることはない。
固体撮像装置2000は、光(光L1及び光L2)入射側から順に、オンチップレンズ1−1及び1−2と、第1基板2000−1と第2基板2000−2とを備える。図3に示されるP2は、第1基板2000−1と第2基板2000−2との接合部を示す。
第1基板2000−1は、光入射側から順に、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)及びカラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ)と、平坦化膜3と、遮光膜4−1及び4−2並びに4−3と、絶縁膜5(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、第1半導体基板6−1に形成された第1光電変換部7−1(フォトダイオード(PD)7−1)及び第1光電変換部7−3(フォトダイオード(PD)7−3)と、第1配線層8−1とを備えている。フォトダイオード7−1は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)を透過した入射光L1を光電変換して第1信号電荷を生成して蓄積し、フォトダイオード7−3は、カラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ)を透過した入射光L1を光電変換して第1信号電荷を生成して蓄積する。遮光膜4−1及び4−2並びに4−3は、平坦化膜3によって被覆されて、光入射側からの平面視で、第1画素間に、第1光電変換部に光が入射するように、開口されて格子状に配されている。第1配線層8−1は、配線40−1及び41−1と、配線40−1と配線41−1と又は配線41−1同士とを接続するビア42−1と、層間絶縁膜11−1とから構成されている。第1半導体基板6−1の第1配線層8−1側の表面には、フォトダイオード7−1が蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−1が形成されて、フォトダイオード7−3が蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−3が形成されている。
第2基板2000−2は、光入射側から順に、第2配線層8−2と、第2半導体基板6−2に形成された第2光電変換部7−2(フォトダイオード(PD)7−2)及び第2光電変換部7−4(フォトダイオード(PD)7−4)とを備えている。フォトダイオード7−2は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)及び導波路9−1を透過した入射光L2を光電変換して第2信号電荷を生成して蓄積し、フォトダイオード7−4は、カラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ)及び導波路9−2を透過した入射光L2を光電変換して第2信号電荷を生成して蓄積する。第2配線層8−2は、配線40−2及び41−2と、配線40−2と配線41−2と又は配線41−2同士とを接続するビア42−2と、層間絶縁膜11−2とから構成されている。第2半導体基板6−2の第1配線層8−1側の裏面には、フォトダイオード7−2が蓄積した第2信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−2が形成されて、フォトダイオード7−4が蓄積した第2信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−4が形成されている。
導波路9−1及び9−2は、第1配線層8−1の配線41−1及び第2配線層8−2の配線41−2を引き回さないで開口された領域に、第1基板2000−1と第2基板2000−2とをまたぐように形成される。導波路の形成により、長波長の光の減衰及び/又は反射を抑制して、第2光電変換部7−2(フォトダイオード7−2)入射光L2を到達させることができる。導波路を形成する材料は、例えば層間絶縁膜11−1及び11−2を構成する材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料であれば随意でよい。
第1基板2000−1と第2基板2000−2とにおいて、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)に対応する第1画素と第2画素とは、配線40−1と配線40−2とが接続されることにより(図3中のQ部分)、Cu−Cu接合で電気的に接続されている。このCu−Cu接合により、第1基板2000−1(第1画素)と第2基板2000−2(第2画素)とはタイミングの同期を取って駆動することが可能である。一方、カラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ、なお、ブルー(B)フィルタでもよい。)に対応する第1画素と第2画素とは、Cu−Cu接合で電気的に接続されていない。
すなわち、R画素は、第1基板2000−1と第2基板2000−2とをCu−Cu接合して、第1画素と第2画素とを同時にトランスファゲート(TG)をONするように駆動して、長波長の信号を合算して感度をアップさせることができる。一方、G画素(又はB画素)はCu−Cu接合しない配線レイアウトにし、別々の画素制御線に接続して、第1画素はG画素(又はB画素)用として、第2画素は、近赤外線用(赤外用)としてフォトダイオードによる画素信号を取り出して、RGB画素と近赤外線(赤外線)画素の出力を各々取り出すことが可能である。
以上、本技術に係る第2の実施形態(固体撮像装置の例2)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置及び後述する本技術に係る第3〜第7の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。
<4.第3の実施形態(固体撮像装置の例3)>
本技術に係る第3の実施形態(固体撮像装置の例3)の固体撮像装置は、光入射側から順に、第1基板と、第2基板と、を備え、第1基板に、複数の第1画素が配列された第1画素領域が形成され、第2基板に、複数の第2画素が配列された第2画素領域と回路領域とが形成され、第1基板が、光入射側から順に、入射光を光電変換する第1光電変換部が形成された第1半導体基板と、第1配線層と、を備え、第2基板が、光入射側から順に、第2配線層と、入射光を光電変換する第2光電変換部が形成された第2半導体基板と、を備え、1つの第1画素は、1つの第1光電変換部を有し、1つの第2画素は、1つの第2光電変換部を有し、第1基板と第2基板とが、第1配線層と第2配線層とを向き合わせて貼り合わされて、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、電気的に接続されている、固体撮像装置である。なお、本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置において、第1基板に回路領域が形成されていてもよい。
少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが電気的に接続されているとは、第1配線層に形成された配線(第1配線と称する場合がある。)と、第2配線層に形成された配線(第2配線と称する場合がある。)とが、直接又は間接に接続されていることをいう。具体的には、導電材料で形成された第1配線と、導電材料で形成された第2配線とが直接又は間接に接続される。導電材料の具体例としては、銅(Cu)等の金属が挙げられる。
本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、上述したように、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよいし、複数の第1画素の全ての画素と、複数の第2画素の全ての画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよい。なお、Cu−Cu接合は、第1画素領域外の領域及び/又は第2画素領域外の領域で、第1基板と第2基板とを接続するために用いられてもよい。
本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置について、図4を用いて説明をする。図4は、本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置3000)を示す断面図であり、詳しくは、図4(a)は、固体撮像装置3000の周辺領域である回路領域(固体撮像装置3000aと称する。)の構成例を示す断面図であり、図4(b)は、固体撮像装置3000の画素領域(固体撮像装置3000bと称する。)の構成例を示す断面図である。ところで、当然のことながら、本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置は、固体撮像装置3000に限定されることはない。
まず、図4(b)を用いて説明をする。固体撮像装置3000(固体撮像装置3000b)は、光(光L1及び光L2)入射側から順に、オンチップレンズ1−1及び1−2と、第1基板3000b−1と第2基板3000b−2とを備える。図4(b)に示されるX1は第1画素領域を示し、X2は、第2画素領域を示す。図4(b)に示されるP4は、第1基板3000b−1と第2基板3000b−2との接合部を示す。
第1基板3000b−1は、光入射側から順に、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)及びカラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ)と、平坦化膜3と、遮光膜4−1及び4−2並びに4−3と、絶縁膜5(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、第1半導体基板6−1に形成された第1光電変換部7−1(フォトダイオード(PD)7−1)及び第1光電変換部7−3(フォトダイオード(PD)7−3)と、第1配線層8−1とを備えている。フォトダイオード7−1は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)を透過した入射光L1を光電変換して第1信号電荷を生成して蓄積し、フォトダイオード7−3は、カラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ)を透過した入射光L1を光電変換して第1信号電荷を生成して蓄積する。遮光膜4−1及び4−2並びに4−3は、平坦化膜3によって被覆されて、光入射側からの平面視で、第1画素間に、第1光電変換部に光が入射するように、開口されて格子状に配されている。第1配線層8−1は、配線40−1及び41−1と、配線40−1と配線41−1と又は配線41−1同士とを接続するビア42−1と、層間絶縁膜11−1とから構成されている。第1半導体基板6−1の第1配線層8−1側の表面には、フォトダイオード7−1が蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−1が形成されて、フォトダイオード7−3が蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−3が形成されている。
第2基板3000b−2は、光入射側から順に、第2配線層8−2と、第2半導体基板6−2に形成された第2光電変換部7−2(フォトダイオード(PD)7−2)及び第2光電変換部7−4(フォトダイオード(PD)7−4)とを備えている。フォトダイオード7−2は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)及び導波路9−1を透過した入射光L2を光電変換して第2信号電荷を生成して蓄積し、フォトダイオード7−4は、カラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ)及び導波路9−2を透過した入射光L2を光電変換して第2信号電荷を生成して蓄積する。第2配線層8−2は、配線40−2及び41−2と、配線40−2と配線41−2と又は配線41−2同士とを接続するビア42−2と、層間絶縁膜11−2とから構成されている。第2半導体基板6−2の第1配線層8−1側の裏面には、フォトダイオード7−2が蓄積した第2信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−2が形成されて、フォトダイオード7−4が蓄積した第2信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−4が形成されている。
導波路9−1及び9−2は、第1配線層8−1の配線41−1及び第2配線層8−2の配線41−2を引き回さないで開口された領域に、第1基板3000b−1と第2基板3000b−2とをまたぐように形成される。導波路の形成により、長波長の光の減衰及び/又は反射を抑制して、第2光電変換部7−2(フォトダイオード7−2)及び第2光電変換部7−4(フォトダイオード7−2)に入射光L2を到達させることができる。導波路を形成する材料は、例えば層間絶縁膜11−1及び11−2を構成する材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料であれば随意でよい。
第1基板3000b−1と第2基板3000b−2とにおいて、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)に対応する第1画素と第2画素とは、配線40−1と配線40−2とが接続されることにより、Cu−Cu接合で電気的に接続されている。このCu−Cu接合により、第1基板3000b−1(第1画素)と第2基板3000b−2(第2画素)とはタイミングの同期を取って駆動することが可能である。一方、カラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ、なお、ブルー(B)フィルタでもよい。)に対応する第1画素と第2画素とは、Cu−Cu接合で電気的に接続されていない。
すなわち、R画素は、第1基板3000b−1と第2基板3000b−2とをCu−Cu接合して、第1画素と第2画素とを同時にトランスファゲート(TG)をONするように駆動して、長波長の信号を合算して感度をアップさせることができる。一方、G画素(又はB画素)はCu−Cu接合しない配線レイアウトにし、別々の画素制御線に接続して、第1画素はG画素(又はB画素)用として、第2画素は、近赤外線用(赤外用)としてフォトダイオードによる画素信号を取り出して、RGB画素と近赤外線(赤外線)画素の出力を各々取り出すことが可能である。
次に、図4(a)を用いて説明をする。固体撮像装置3000(固体撮像装置3000a)は、光(光L1及び光L2)入射側から順に、第1基板3000a−1と第2基板3000a−2とを備える。図4(a)に示されるY1は回路領域を示す。図4(a)に示されるP3は、第1基板3000a−1と第2基板3000a−2との接合部を示す。
第1基板3000a−1は、光入射側から順に、平坦化膜3と、遮光膜4と、絶縁膜5(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、第1半導体基板6−1と、第1配線層8−1とを備えている。遮光膜4は、平坦化膜3によって被覆されて、光入射側からの平面視で、第1半導体基板6−1の入射側の面(裏面)の全面を覆うように、ベタ状に配されている。第1配線層8−1は、配線40−3及び41−1と、配線40−3と配線41−1と又は配線41−1同士とを接続するビア42−1と、層間絶縁膜11−1とから構成されている。
第2基板3000a−2は、光入射側から順に、第2配線層8−2と、第1半導体基板6−1とを備えている。第2配線層8−2は、配線40−4及び41−2と、配線40−4と配線41−2と又は配線41−2同士とを接続するビア42−2と、層間絶縁膜11−1とから構成されている。第2半導体基板6−2の第2配線層8−2側の裏面には、回路用のトランジスタTr1が形成され、トランジスタTr1と、第3配線層に形成される配線41−3とによって周辺回路であるロジック回路等が構成されて、第2基板3000b−2には、回路領域Y1が形成される。
第1基板3000a−1と第2基板3000a−2とは、配線40−3と配線40−4とが接続されることにより、Cu−Cu接合で電気的に接続されている。このCu−Cu接合により、第1画素領域X1及び第2画素領域X2の外周辺にある回路領域Y1(例えばロジック回路領域)にCu−Cu接合を介して画素信号を送ることができ、また、第1画素及び第2画素を駆動するためのパルスを例えば画素駆動の配線に供給することができる。なお、Cu−Cu接合ではなく、貫通電極を用いて、第1基板3000a−1と第2基板3000a−2とを電気的に接続してもよい。
以上、本技術に係る第3の実施形態(固体撮像装置の例3)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1〜2の実施形態の固体撮像装置及び後述する本技術に係る第4〜7の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。
<5.第4の実施形態(固体撮像装置の例4)>
本技術に係る第4の実施形態(固体撮像装置の例4)の固体撮像装置は、光入射側から順に、第1基板と、第2基板と、を備え、第1基板に、複数の第1画素が配列された第1画素領域が形成され、第2基板に、複数の第2画素が配列された第2画素領域が形成され、第1基板が、光入射側から順に、入射光を光電変換する第1光電変換部が形成された第1半導体基板と、第1配線層と、を備え、第2基板が、光入射側から順に、第2配線層と、入射光を光電変換する第2光電変換部が形成された第2半導体基板と、を備え、1つの第1画素は、1つの第1光電変換部を有し、1つの第2画素は、1つの第2光電変換部を有し、第1基板と第2基板とが、第1配線層と第2配線層とを向き合わせて貼り合わされて、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、電気的に接続されている、固体撮像装置である。本技術に係る第4の実施形態(固体撮像装置の例4)の固体撮像装置においては、第1配線層及び第2配線層に、入射光が透過する(通過する)導波路が形成されて、導波路の外側(外周側)には光反射部材が配されている。
少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが電気的に接続されているとは、第1配線層に形成された配線(第1配線と称する場合がある。)と、第2配線層に形成された配線(第2配線と称する場合がある。)とが、直接又は間接に接続されていることをいう。具体的には、導電材料で形成された第1配線と、導電材料で形成された第2配線とが直接又は間接に接続される。導電材料の具体例としては、銅(Cu)等の金属が挙げられる。
本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、上述したように、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよいし、複数の第1画素の全ての画素と、複数の第2画素の全ての画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよい。なお、Cu−Cu接合は、第1画素領域外の領域及び/又は第2画素領域外の領域で、第1基板と第2基板とを接続するために用いられてもよい。
本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置について、図5を用いて説明をする。図5は、本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置4000)を示す断面図である。ところで、当然のことながら、本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置は、固体撮像装置4000に限定されることはない。
固体撮像装置4000は、光(光L1及び光L2)入射側から順に、オンチップレンズ1と、第1基板4000−1と第2基板4000−2とを備える。図5に示されるP5は、第1基板4000−1と第2基板4000−2との接合部を示す。
第1基板4000−1は、光入射側から順に、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)と、平坦化膜3と、遮光膜4−1及び4−2と、絶縁膜5(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、第1半導体基板6−1に形成された第1光電変換部7−1(フォトダイオード(PD)7−1)と、第1配線層8−1とを備えている。フォトダイオード7−1は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)を透過した入射光L1を光電変換して第1信号電荷を生成して蓄積する。遮光膜4−1及び4−2は、平坦化膜3によって被覆されて、光入射側からの平面視で、第1画素間に、第1光電変換部に光が入射するように開口されて、格子状に配されている。第1配線層8−1は、配線40−1及び41−1と、配線40−1と配線41−1と又は配線41−1同士とを接続するビア42−1と、層間絶縁膜11−1とから構成されている。第1半導体基板6−1の第1配線層8−1側の表面には、フォトダイオード7−1が蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−1が形成されている。
第2基板4000−2は、光入射側から順に、第2配線層8−2と、第2半導体基板6−2に形成された第2光電変換部7−2(フォトダイオード(PD)7−2)とを備えている。フォトダイオード7−2は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)及び導波路9(導波路9の外側には光反射部材90(90−1及び90−2)が配されている。)を透過した入射光L2を光電変換して第2信号電荷を生成して蓄積する。第2配線層8−2は、配線40−2及び41−2と、配線40−2と配線41−2と又は配線41−2同士とを接続するビア42−2と、層間絶縁膜11−2とから構成されている。第2半導体基板6−2の配線層8−2側の裏面には、フォトダイオード7−2が蓄積した第2信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−2が形成されている。
導波路9は、第1配線層8−1の配線41−1及び第2配線層8−2の配線41−2を引き回さないで開口された領域に、第1基板1000−1と第2基板1000−2とをまたぐように形成される。導波路の形成により、長波長の光の減衰及び/又は反射を抑制して、第2光電変換部7−2(フォトダイオード7−2)入射光L2を到達させることができる。導波路を形成する材料は、例えば層間絶縁膜11−1及び11−2を構成する材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料であれば随意でよい。
光反射部材90(90−1及び90−2)は、導波路9の外側に埋め込んで形成される。例えば、光反射部材90(90−1及び90−2)は、導波路9の外周囲を覆うように埋め込まれて形成されてもよい。光反射部材90(90−1及び90−2)を構成する材料は、例えば、反射メタルであり、具体的にはタングステン等である。光反射部材90(90−1及び90−2)を用いることにより、光を第2光電変換部7−2(フォトダイオード7−2)により集光でき、より感度を上げることができる。
第1基板4000−1と第2基板4000−2とは、配線40−1と配線40−2とが接続されることにより、Cu−Cu接合で電気的に接続されている。このCu−Cu接合により、第1基板4000−1(第1画素)と第2基板4000−2(第2画素)とはタイミングの同期を取って駆動することが可能である。
固体撮像装置4000によれば、第1基板(上側基板)4000−1の第1画素は通常の画素(図5においては、R(レッド)画素であるが、G(グリーン)画素又はB(ブルー)画素でもよい。)として使用し、第2基板4000−2(下側基板)の第2画素は、長波長(赤外又は近赤外)用の画素として使用することができる。
以上、本技術に係る第4の実施形態(固体撮像装置の例4)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1〜3の実施形態の固体撮像装置及び後述する本技術に係る第5〜7の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。
<6.第5の実施形態(固体撮像装置の例5)>
本技術に係る第5の実施形態(固体撮像装置の例5)の固体撮像装置は、光入射側から順に、第1基板と、第2基板と、を備え、第1基板に、複数の第1画素が配列された第1画素領域が形成され、第2基板に、複数の第2画素が配列された第2画素領域が形成され、第1基板が、光入射側から順に、入射光を光電変換する第1光電変換部が形成された第1半導体基板と、第1配線層と、を備え、第2基板が、光入射側から順に、第2配線層と、入射光を光電変換する第2光電変換部が形成された第2半導体基板と、を備え、1つの第1画素は、1つの第1光電変換部を有し、1つの第2画素は、1つの第2光電変換部を有し、第1基板と第2基板とが、第1配線層と第2配線層とを向き合わせて貼り合わされて、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、電気的に接続されている、固体撮像装置である。本技術に係る第5の実施形態(固体撮像装置の例5)の固体撮像装置においては、第2基板に増幅トランジスタ(AMPトランジスタ)及び/又は選択トランジスタ(SELトランジスタ)が形成されている。
少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが電気的に接続されているとは、第1配線層に形成された配線(第1配線と称する場合がある。)と、第2配線層に形成された配線(第2配線と称する場合がある。)とが、直接又は間接に接続されていることをいう。具体的には、導電材料で形成された第1配線と、導電材料で形成された第2配線とが直接又は間接に接続される。導電材料の具体例としては、銅(Cu)等の金属が挙げられる。
本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、上述したように、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよいし、複数の第1画素の全ての画素と、複数の第2画素の全ての画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよい。なお、Cu−Cu接合は、第1画素領域外の領域及び/又は第2画素領域外の領域で、第1基板と第2基板とを接続するために用いられてもよい。
本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1光電変換部によって生成された第1信号電荷と、少なくとも1つの第2光電変換部によって生成された第2信号電荷とが、第1基板に形成されたフローティングディフュージョン(FD)を経由してもよい。また、本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1光電変換部によって生成された第1信号電荷と、少なくとも1つの第2光電変換部によって生成された第2信号電荷とが、第2基板に形成されたフローティングディフュージョン(FD)を経由してもよい。
本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置について、図6及び図7を用いて説明をする。図6は、本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置5000)を示す断面図である。図7中における、図7(a)は、固体撮像装置5000が備える第1基板5000−1の第1配線層8−1の平面図であり、図7(b)は、固体撮像装置5000が備える第2基板5000−2の第2配線層8−2の平面図であり、図7(c)は、固体撮像装置5000の回路構成例を示す図である。ところで、当然のことながら、本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置は、固体撮像装置5000に限定されることはない。
まず、図6を用いて説明をする。
固体撮像装置5000は、光(光L1及び光L2)入射側から順に、オンチップレンズ1と、第1基板5000−1と第2基板5000−2とを備える。図6に示されるP6は、第1基板5000−1と第2基板5000−2との接合部を示す。
第1基板5000−1は、光入射側から順に、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)と、平坦化膜3と、遮光膜4−1及び4−2と、絶縁膜5(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、第1半導体基板6−1に形成された第1光電変換部7−1(フォトダイオード(PD)7−1)と、第1配線層8−1とを備えている。フォトダイオード7−1は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)を透過した入射光L1を光電変換して第1信号電荷を生成して蓄積する。遮光膜4−1及び4−2は、平坦化膜3によって被覆されて、光入射側からの平面視で、第1画素間に、第1光電変換部に光が入射するように開口されて、格子状に配されている。第1配線層8−1は、配線40−1及び41−1と、配線40−1と配線41−1と又は配線41−1同士とを接続するビア42−1と、層間絶縁膜11−1とから構成されている。第1半導体基板6−1の第1配線層8−1側の表面には、フォトダイオード7−1が蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−1が形成されている。
第2基板5000−2は、光入射側から順に、第2配線層8−2と、第2半導体基板6−2に形成された第2光電変換部7−2(フォトダイオード(PD)7−2)とを備えている。フォトダイオード7−2は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)及び導波路9を透過した入射光L2を光電変換して第2信号電荷を生成して蓄積する。第2配線層8−2は、配線40−2及び41−2と、配線40−2と配線41−2と又は配線41−2同士とを接続するビア42−2と、層間絶縁膜11−2とから構成されている。第2半導体基板6−2の第2配線層8−2側の裏面には、フォトダイオード7−2が蓄積した第2信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−2が形成されている。
導波路9は、第1配線層8−1の配線41−1及び第2配線層8−2の配線41−2を引き回さないで開口された領域に、第1基板5000−1と第2基板5000−2とをまたぐように形成される。導波路の形成により、長波長の光の減衰及び/又は反射を抑制して、第2光電変換部7−2(フォトダイオード7−2)入射光L2を到達させることができる。導波路を形成する材料は、例えば層間絶縁膜11−1及び11−2を構成する材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料であれば随意でよい。
第1基板5000−1と第2基板5000−2とは、配線40−1と配線40−2とが接続されることにより、Cu−Cu接合で電気的に接続されている。このCu−Cu接合により、第1基板5000−1(第1画素)と第2基板5000−2(第2画素)とはタイミングの同期を取って駆動することが可能である。
固体撮像装置5000によれば、第1基板(上側基板)5000−1の第1画素は通常の画素(図6においては、R(レッド)画素であるが、G(グリーン)画素又はB(ブルー)画素でもよい。)として使用し、第2基板5000−2(下側基板)の第2画素は、長波長(赤外又は近赤外)用の画素として使用することができる。
図7を用いて説明をする。図7(a)は、上述したように、固体撮像装置5000が備える第1基板5000−1の第1配線層8−1の平面レイアウト図であるが、便宜的に、第1半導体基板6−1に形成された第1光電変換部72−1(フォトダイオード(PD)72−1)及び第1光電変換部73−1(フォトダイオード(PD)73−1)が示されている(第1画素の2画素分に相当する。)。第1配線層8−1の配線レイアウトは、表面照射型のイメージセンサ(固体撮像装置)のように、第1光電変換部72−1(フォトダイオード(PD)72−1)及び第1光電変換部73−1(フォトダイオード(PD)73−1)が配される領域に対応する第1配線層8−1の領域には配線を引き回さずに、入射光が透過(通過)するように開口されている(光路が形成されている。)。転送信号線TG54は、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)82−1及び83−1に接続され、リセット信号線RST52は、リセットゲート(RST:Reset Gate)91に接続されている。
図7(b)は、上述したように、固体撮像装置5000が備える第2基板5000−2の第2配線層8−2の平面レイアウト図であるが、便宜的に、第2半導体基板6−2に形成された第2光電変換部72−2(フォトダイオード(PD)72−2)及び第2光電変換部73−2(フォトダイオード(PD)73−2)が示されている(第2画素の2画素分に相当する。)。第2配線層8−2の配線レイアウトは、表面照射型のイメージセンサ(固体撮像装置)のように、第2光電変換部72−2(フォトダイオード(PD)72−2)及び第2光電変換部73−2(フォトダイオード(PD)73−2)が配される領域に対応する第2配線層8−2の領域には配線を引き回さずに、入射光が透過(通過)するように開口されている(光路が形成されている。)。転送信号線TG54は、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)82−2及び83−2に接続され、リセット信号線RST52は、リセットゲート(RST:Reset Gate)91に接続され、選択信号線SEL53は、選択トランジスタ(SEL:SELTr)93に接続されている。
図7(c)に示される固体撮像装置5000の回路構成例において、参照符号R3は、第1基板5000−1の回路構成であり、参照符号R4及びR5は、第2基板1000−2の回路構成例である。
第1基板5000−1の回路構成R3においては、フォトダイオード(PD)72−1及び73−1と、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)82−1及び83−1とが構成されている。トランスファゲート(TG:Transfer Gate)82−1は、フォトダイオード(PD)72−1によって光電変換されて蓄積された第1信号電荷を読み出し、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)83−1は、フォトダイオード(PD)73−1によって光電変換されて蓄積された第1信号電荷を読み出す。また、第1基板5000−1の回路構成R3においては、フローティングディフュージョン(FD)90が構成されている。
第2基板5000−2の回路構成R4においては、フォトダイオード(PD)72−2及び73−2と、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)82−2及び83−2とが構成されている。トランスファゲート(TG:Transfer Gate)82−2は、フォトダイオード(PD)72−2によって光電変換されて蓄積された第2信号電荷を読み出し、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)83−2は、フォトダイオード(PD)73−2によって光電変換されて蓄積された第2信号電荷を読み出す。
第2基板5000−2の回路構成R5においては、リセットゲート(RST:Reset Gate)91と、増幅トランジスタ(AMP:AMPTr)92と、選択トランジスタ(SEL:SELTr)93とが構成されている。選択トランジスタ(SEL:SELTr)93は、垂直信号線51を介して、例えばカラム信号処理回路(不図示)に接続されている。
第1基板5000−1に形成されているフローティングディフージョン(FD)90は、フォトダイオード(PD)72−1及びフォトダイオード(PD)73−1(第1画素の2画素分)、並びにフォトダイオード(PD)72−2及びフォトダイオード(PD)73−2(第2画素の2画素分)(したがって、計4画素分)によって共有されている。
また、第2基板5000−2に形成されている増幅トランジスタ(AMP:AMPTr)92及び選択トランジスタ(SEL:SELTr)93も、フォトダイオード(PD)70−1及びフォトダイオード(PD)71−1(第1画素の2画素分)、並びにフォトダイオード(PD)70−2及びフォトダイオード(PD)71−2)(第2画素の2画素分)(したがって、計4画素分)によって共有されている。なお、図7(c)においては図示はされていないが、第1基板5000−1の回路構成R3を構成するフォトダイオード(PD)72−1及び73−1のため(信号電荷の掃き捨てのため)のリセットゲート(RST:Reset Gate)は形成されている。
増幅トランジスタ(AMP:AMPTr)92及び選択トランジスタ(SEL:SELTr)93を第2基板5000−2に形成させることで、第1基板5000−1が備える第1光電変換部の面積を拡大させることが可能となり、第1基板5000−1の第1画素の特性(例えば、画質等)を向上させることができる。
以上、本技術に係る第5の実施形態(固体撮像装置の例5)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1〜4の実施形態の固体撮像装置及び後述する本技術に係る第6〜7の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。
<7.第6の実施形態(固体撮像装置の例6)>
本技術に係る第6の実施形態(固体撮像装置の例6)の固体撮像装置は、光入射側から順に、第1基板と、第2基板と、を備え、第1基板に、複数の第1画素が配列された第1画素領域が形成され、第2基板に、複数の第2画素が配列された第2画素領域が形成され、第1基板が、光入射側から順に、入射光を光電変換する第1光電変換部が形成された第1半導体基板と、第1配線層と、を備え、第2基板が、光入射側から順に、第2配線層と、入射光を光電変換する第2光電変換部が形成された第2半導体基板と、を備え、1つの第1画素は、1つの第1光電変換部を有し、1つの第2画素は、1つの第2光電変換部を有し、第1基板と第2基板とが、第1配線層と第2配線層とを向き合わせて貼り合わされて、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、電気的に接続されている、固体撮像装置である。本技術に係る第6の実施形態(固体撮像装置の例6)の固体撮像装置においては、複数の第1光電変換部によって生成された第1信号電荷と、少なくとも1つの第2光電変換部によって生成された第2信号電荷とが、第1基板に形成されたフローティングディフュージョン(FD)を経由している。
少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが電気的に接続されているとは、第1配線層に形成された配線(第1配線と称する場合がある。)と、第2配線層に形成された配線(第2配線と称する場合がある。)とが、直接又は間接に接続されていることをいう。具体的には、導電材料で形成された第1配線と、導電材料で形成された第2配線とが直接又は間接に接続される。導電材料の具体例としては、銅(Cu)等の金属が挙げられる。
本技術に係る第6の実施形態の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、上述したように、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよいし、複数の第1画素の全ての画素と、複数の第2画素の全ての画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよい。なお、Cu−Cu接合は、第1画素領域外の領域及び/又は第2画素領域外の領域で、第1基板と第2基板とを接続するために用いられてもよい。
本技術に係る第6の実施形態の固体撮像装置について、図8及び図9を用いて説明をする。図8は、本技術に係る第6の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置6000)を示す断面図である。図9中における、図9(a)は、固体撮像装置6000が備える第1基板6000−1の第1半導体基板6−1(第1半導体基板6−1と第1配線層8−1との界面)の平面レイアウト図であり、図9(b)は、固体撮像装置6000が備える第2基板6000−2の第2半導体基板6−2(第2半導体基板6−2と第2配線層8−2との界面)の平面レイアウト図であり、図9(c)は、固体撮像装置6000の回路図である。ところで、当然のことながら、本技術に係る第6の実施形態の固体撮像装置は、固体撮像装置6000に限定されることはない。
まず、図8を用いて説明をする。
固体撮像装置6000は、光(光L1及び光L2)入射側から順に、オンチップレンズ1と、第1基板6000−1と第2基板6000−2とを備える。図8に示されるP7は、第1基板6000−1と第2基板6000−2との接合部を示す。
第1基板6000−1は、光入射側から順に、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)と、平坦化膜3と、遮光膜4−1及び4−2と、絶縁膜5(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、第1半導体基板6−1に形成された第1光電変換部7−1(フォトダイオード(PD)7−1)と、第1配線層8−1とを備えている。フォトダイオード7−1は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)を透過した入射光L1を光電変換して第1信号電荷を生成して蓄積する。遮光膜4−1及び4−2は、平坦化膜3によって被覆されて、光入射側からの平面視で、第1画素間に、第1光電変換部に光が入射するように開口されて、格子状に配されている。第1配線層8−1は、配線40−1及び41−1と、配線40−1と配線41−1と又は配線41−1同士とを接続するビア42−1と、層間絶縁膜11−1とから構成されている。第1半導体基板6−1の第1配線層8−1側の表面には、フォトダイオード7−1が蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−1が形成されている。
第2基板6000−2は、光入射側から順に、第2配線層8−2と、第2半導体基板6−2に形成された第2光電変換部7−2(フォトダイオード(PD)7−2)とを備えている。フォトダイオード7−2は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)及び導波路9を透過した入射光L2を光電変換して第2信号電荷を生成して蓄積する。第2配線層8−2は、配線40−2及び41−2と、配線40−2と配線41−2と又は配線41−2同士とを接続するビア42−2と、層間絶縁膜11−2とから構成されている。第2半導体基板6−2の第2配線層8−2側の裏面には、フォトダイオード7−2が蓄積した第2信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−2が形成されている。
導波路9は、第1配線層8−1の配線41−1及び第2配線層8−2の配線41−2を引き回さないで開口された領域に、第1基板6000−1と第2基板6000−2とをまたぐように形成される。導波路の形成により、長波長の光の減衰及び/又は反射を抑制して、第2光電変換部7−2(フォトダイオード7−2)入射光L2を到達させることができる。導波路を形成する材料は、例えば層間絶縁膜11−1及び11−2を構成する材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料であれば随意でよい。
第1基板6000−1と第2基板6000−2とは、配線40−1と配線40−2とが接続されることにより、Cu−Cu接合で電気的に接続されている。このCu−Cu接合により、第1基板6000−1(第1画素)と第2基板6000−2(第2画素)とはタイミングの同期を取って駆動することが可能である。
固体撮像装置6000によれば、第1基板(上側基板)6000−1の第1画素は通常の画素(図8においては、R(レッド)画素であるが、G(グリーン)画素又はB(ブルー)画素でもよい。)として使用し、第2基板6000−2(下側基板)の第2画素は、長波長(赤外又は近赤外)用の画素として使用することができる。
図9を用いて説明をする。図9(a)には、第1半導体基板6−1に形成された第1光電変換部74−1(フォトダイオード(PD)74−1)、第1光電変換部75−1(フォトダイオード(PD)75−1)、第1光電変換部76−1(フォトダイオード(PD)76−1)及び第1光電変換部77−1(フォトダイオード(PD)77−1)が示されている(第1画素の4画素分に相当する。)。第1光電変換部75−1(フォトダイオード(PD)75−1)、第1光電変換部76−1(フォトダイオード(PD)76−1)及び第1光電変換部77−1(フォトダイオード(PD)77−1)のそれぞれは、素子分離(P+)99−1によって画素分離されている。そして、図9(a)に示されるように、フォトダイオード74−1が光電変換して蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG84−1が形成され、フォトダイオード75−1が光電変換して蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG85−1が形成され、フォトダイオード76−1が光電変換して蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG86−1が形成され、フォトダイオード77−1が光電変換して蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG87−1が形成されている。転送ゲート(トランスファゲート)TG84−1〜転送ゲート(トランスファゲート)TG87−1のそれぞれの転送ゲート(トランスファゲート)から読み出された第1信号電荷は、第1光電変換部74−1(フォトダイオード(PD)74−1)、第1光電変換部75−1(フォトダイオード(PD)75−1)、第1光電変換部76−1(フォトダイオード(PD)76−1)及び第1光電変換部77−1(フォトダイオード(PD)77−1)に対応する第1画素の4画素が共有しているフローティングディフージョン(FD)50において電圧に変換される。
図9(b)には、第2半導体基板6−2に形成された第2光電変換部74−2(フォトダイオード(PD)74−2)が示されている(第2画素の1画素分に相当する。)。第2光電変換部74−2(フォトダイオード(PD)74−2)の外周囲には、素子分離(P+)99−2が配されて、この素子分離(P+)99−2によって隣接する第2画素(不図示)と画素分離されている。そして、図9(b)に示されるように、フォトダイオード74−2が光電変換して蓄積した第2信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG84−2が形成されている。転送ゲート(トランスファゲート)TG84−2から読み出された第2信号電荷は、フローティングディフージョン(FD)50において電圧に変換される。
すなわち、フローティングディフージョン(FD)50は、上述した、第1光電変換部74−1(フォトダイオード(PD)74−1)、第1光電変換部75−1(フォトダイオード(PD)75−1)、第1光電変換部76−1(フォトダイオード(PD)76−1)及び第1光電変換部77−1(フォトダイオード(PD)77−1)(第1画素の4画素分)及び第2光電変換部74−2(フォトダイオード(PD)74−2)(第2画素の1画素分)(したがって、計5画素分)によって共有されている。
なお、図9(a)及び(b)においては、第1基板6000−1が4画素分(フォトダイオードが4個分)を有しているのに対して、第2基板6000−2は、1画素分(フォトダイオード1個分)しか有していないが、第1基板6000−1が有する4画素分の領域の大きさに対応する範囲内で、第2基板6000−2の第2光電変換部(フォトダイオード)の設計が自由にできる。すなわち、第1基板6000−1が有する4画素分の領域の範囲内で、第2光電変換部(フォトダイオード)の面積を自由に変更したり、第2光電変換部(フォトダイオード)の個数(第2画素の画素数)を自由に変更したりすることができる。図9(b)においては、第2光電変換部(フォトダイオード)が1画素分しか形成されていないが、例えば、図9(a)に示される第1光電変換部の4画素分と同様に、第2光電変換部(フォトダイオード)を4画素分(4つのフォトダイオード)で形成してもよいし、第2光電変換部(フォトダイオード)を3画素分(3つのフォトダイオード)で形成してもよいし、第2光電変換部(フォトダイオード)を2画素分(2つのフォトダイオード)で形成してもよい。
図9(c)に示される固体撮像装置6000の回路構成例において、参照符号R6は、第1基板6000−1の回路構成であり、参照符号R7は、第2基板6000−2の回路構成例である。
第1基板6000−1の回路構成R6においては、フォトダイオード(PD)74−1、75−1、76−1及び77−1と、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)84−1、85−1、86−1及び87−1と、フローティングディフュージョン(FD)50と、リセットゲート(RST:Reset Gate)91と、増幅トランジスタ(AMP:AMPTr)92と、選択トランジスタ(SEL:SELTr)93とが構成されている。選択トランジスタ(SEL:SELTr)93は、垂直信号線51を介して、例えばカラム信号処理回路(不図示)に接続されている。
第2基板6000−2の回路構成R7においては、フォトダイオード(PD)74−2と、トランスファゲート(TG:Transfer Gate)84−2とが構成されている。
第1基板6000−1に形成されているフローティングディフージョン(FD)50は、フォトダイオード(PD)74−1、75−1、76−1及び77−1(第1画素の4画素分)、並びにフォトダイオード(PD)74−2(第2画素の1画素分)(したがって、計5画素分)によって共有されている。
また、第1基板6000−1に形成されている増幅トランジスタ(AMP:AMPTr)92及び選択トランジスタ(SEL:SELTr)93も、フォトダイオード(PD)74−1、75−1、76−1及び77−1(第1画素の4画素分)、並びにフォトダイオード(PD)74−2(第2画素の1画素分)(したがって、計5画素分)によって共有されている。なお、図9(c)においては、図示はされていないが、第2基板6000−2の回路構成R7を構成するフォトダイオード(PD)74−2のためのリセットゲート(RST:Reset Gate)が形成されている。
以上、本技術に係る第6の実施形態(固体撮像装置の例6)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1〜5の実施形態の固体撮像装置及び後述する本技術に係る第7の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。
<8.第7の実施形態(固体撮像装置の例7)>
本技術に係る第7の実施形態(固体撮像装置の例7)の固体撮像装置は、光入射側から順に、第1基板と、第2基板と、第3基板とを備え、第1基板に、複数の第1画素が配列された第1画素領域が形成され、第2基板に、複数の第2画素が配列された第2画素領域が形成され、第1基板が、光入射側から順に、入射光を光電変換する第1光電変換部が形成された第1半導体基板と、第1配線層と、を備え、第2基板が、光入射側から順に、第2配線層と、入射光を光電変換する第2光電変換部が形成された第2半導体基板と、第3基板が、光入射側から順に、第3配線層と、第3半導体基板と、を備え、1つの第1画素は、1つの第1光電変換部を有し、1つの第2画素は、1つの第2光電変換部を有し、第1基板と第2基板とが、第1配線層と第2配線層とを向き合わせて貼り合わされて、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、電気的に接続され、第2基板と第3基板とが、第2半導体基板と第3配線層とを向き合わせて貼り合わされて、第2基板と第3基板とが、電気的に接続されている、固体撮像装置である。
少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが電気的に接続されているとは、第1配線層に形成された配線(第1配線と称する場合がある。)と、第2配線層に形成された配線(第2配線と称する場合がある。)とが、直接又は間接に接続されていることをいう。具体的には、導電材料で形成された第1配線と、導電材料で形成された第2配線とが直接又は間接に接続される。導電材料の具体例としては、銅(Cu)等の金属が挙げられる。
本技術に係る第7の実施形態の固体撮像装置においては、少なくとも1つの第1画素と、少なくとも1つの第2画素とが、上述したように、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよいし、複数の第1画素の全ての画素と、複数の第2画素の全ての画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されていてもよい。なお、Cu−Cu接合は、第1画素領域外の領域及び/又は第2画素領域外の領域で、第1基板と第2基板とを接続するために用いられてもよい。
本技術に係る第7の実施形態(固体撮像装置の例7)の固体撮像装置において、第2半導体基板を貫通する貫通電極が形成されてもよく、貫通電極を介して、第2基板と第3基板とが、電気的に接続されていてもよい。また、本技術に係る第7の実施形態(固体撮像装置の例7)の固体撮像装置において、Cu−Cu接合により、第2基板と第3基板とが、電気的に接続されていてもよい。
本技術に係る第7の実施形態(固体撮像装置の例7)の固体撮像装置において、第3基板に回路領域が形成されていてもよい。
本技術に係る第7の実施形態の固体撮像装置について、図10を用いて説明をする。図10は、本技術に係る第7の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置7000)を示す断面図であり、詳しくは、図10(a)は、固体撮像装置7000の周辺領域である回路領域(固体撮像装置7000aと称する。)の構成例を示す断面図であり、図10(b)は、固体撮像装置7000の画素領域及び回路領域(固体撮像装置7000bと称する。)の構成例を示す断面図である。ところで、当然のことながら、本技術に係る第7の実施形態の固体撮像装置は、固体撮像装置7000に限定されることはない。
まず、図10(b)を用いて説明をする。固体撮像装置7000(固体撮像装置7000b)は、光(光L1及び光L2)入射側から順に、オンチップレンズ1−1及び1−2と、第1基板7000b−1と第2基板7000b−2と第3基板7000b−3とを備える。図10(b)に示されるX3は第1画素領域を示し、X4は、第2画素領域を示す。図10(b)に示されるY3は、回路領域を示す。図10(b)に示されるP9は、第1基板7000b−1と第2基板7000b−2との接合部を示し、P11は、第2基板7000b−2と第3基板7000b−3との接合部を示す。
第1基板7000b−1は、光入射側から順に、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)及びカラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ)と、平坦化膜3と、遮光膜4−1及び4−2並びに4−3と、絶縁膜5(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、第1半導体基板6−1に形成された第1光電変換部7−1(フォトダイオード(PD)7−1)及び第1光電変換部7−3(フォトダイオード(PD)7−3)と、第1配線層8−1とを備えている。フォトダイオード7−1は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)を透過した入射光L1を光電変換して第1信号電荷を生成して蓄積し、フォトダイオード7−3は、カラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ)を透過した入射光L1を光電変換して第1信号電荷を生成して蓄積する。遮光膜4−1及び4−2並びに4−3は、平坦化膜3によって被覆されて、光入射側からの平面視で、第1画素間に、第1光電変換部に光が入射するように、開口されて格子状に配されている。第1配線層8−1は、配線40−1及び41−1と、配線40−1と配線41−1と又は配線41−1同士とを接続するビア42−1と、層間絶縁膜11−1とから構成されている。第1半導体基板6−1の第1配線層8−1側の表面には、フォトダイオード7−1が蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−1が形成されて、フォトダイオード7−3が蓄積した第1信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−3が形成されている。
第2基板7000b−2は、光入射側から順に、第2配線層8−2と、第2半導体基板6−2に形成された第2光電変換部7−2(フォトダイオード(PD)7−2)及び第2光電変換部7−4(フォトダイオード(PD)7−4)とを備えている。フォトダイオード7−2は、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)を透過した入射光L2を光電変換して第2信号電荷を生成して蓄積し、フォトダイオード7−4は、カラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ)を透過した入射光L2を光電変換して第2信号電荷を生成して蓄積する。第2配線層8−2は、配線40−2及び41−2と、配線40−2と配線41−2と又は配線41−2同士とを接続するビア42−2と、層間絶縁膜11−2とから構成されている。第2半導体基板6−2の第1配線層8−1側の裏面には、フォトダイオード7−2が蓄積した第2信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−2が形成されて、フォトダイオード7−4が蓄積した第2信号電荷を読み出す転送ゲート(トランスファゲート)TG10−4が形成されている。
第3基板7000b−3は、光入射側から順に、第3配線層8−3と、半導体基板6−3とを備える。半導体基板6−3の第3配線層8−3側の裏面には、回路用のトタンジスタTr3が形成され、トタンジスタTr3と、第3配線層に形成される配線41−3とによってロジック回路等が構成されて、第3基板7000b−3には、回路領域Y3が形成される。固体撮像装置7000は、3層目に、例えばロジック回路を有する第3基板7000b−3を用いることで、2層構造(センサ基板とロジック基板とから構成される。)の固体撮像装置と比較して、略同等の性能を得ることができる。
導波路9−1及び9−2は、第1配線層8−1の配線41−1及び第2配線層8−2の配線41−2を引き回さないで開口された領域に、第1基板7000b−1と第2基板7000b−2とをまたぐように形成される。導波路の形成により、長波長の光の減衰及び/又は反射を抑制して、第2光電変換部7−2(フォトダイオード7−2)及び第2光電変換部7−4(フォトダイオード7−2)に入射光L2を到達させることができる。導波路を形成する材料は、例えば層間絶縁膜11−1及び11−2を構成する材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料であれば随意でよい。
第1基板7000b−1と第2基板7000b−2とにおいて、カラーフィルタ2R(レッド(R)フィルタ)に対応する第1画素と第2画素とは、配線40−1と配線40−2とが接続されることにより、Cu−Cu接合で電気的に接続されている。このCu−Cu接合により、第1基板7000b−1(第1画素)と第2基板7000b−2(第2画素)とはタイミングの同期を取って駆動することが可能である。一方、カラーフィルタ2G(グリーン(G)フィルタ、なお、ブルー(B)フィルタでもよい。)に対応する第1画素と第2画素とは、Cu−Cu接合で電気的に接続されていない。
すなわち、R画素は、第1基板7000b−1と第2基板7000b−2とをCu−Cu接合して、第1画素と第2画素とを同時にトランスファゲート(TG)をONするように駆動して、長波長の信号を合算して感度をアップさせることができる。一方、G画素(又はB画素)はCu−Cu接合しない配線レイアウトにし、別々の画素制御線に接続して、第1画素はG画素(又はB画素)用として、第2画素は、近赤外線用(赤外用)としてフォトダイオードによる画素信号を取り出して、RGB画素と近赤外線(赤外線)画素の出力を各々取り出すことが可能である。
次に、図10(a)を用いて説明をする。固体撮像装置7000(固体撮像装置7000a)は、光(光L1及び光L2)入射側から順に、第1基板7000a−1と第2基板7000a−2と第3基板7000a−3とを備える。図10(a)に示されるY2は、回路領域を示す。図10(a)に示されるP8は、第1基板7000a−1と第2基板7000a−2との接合部を示し、P10は、第2基板7000a−2と第3基板7000a−3との接合部を示す。
第1基板7000a−1は、光入射側から順に、平坦化膜3と、遮光膜4と、絶縁膜5(例えば、酸化シリコン(SiO)膜)と、第1半導体基板6−1と、第1配線層8−1とを備えている。遮光膜4は、平坦化膜3によって被覆されて、光入射側からの平面視で、第1半導体基板6−1の入射側の面(裏面)の全面を覆うように、ベタ状に配されている。第1配線層8−1は、配線40−3及び41−1と、配線40−3と配線41−1と又は配線41−1同士とを接続するビア42−1と、層間絶縁膜11−1とから構成されている。
第2基板7000a−2は、光入射側から順に、第2配線層8−2と、第2半導体基板6−2とを備えている。第2配線層8−2は、配線40−4及び41−2と、配線40−4と配線41−2と又は配線41−2同士とを接続するビア42−2と、パッド43と層間絶縁膜11−2とから構成されている。第2半導体基板6−2には、半導体基板を貫通する貫通電極45が形成されている。
第3基板7000a−3は、光入射側から順に、第3配線層8−3と、半導体基板6−3とを備える。半導体基板6−3の第3配線層8−3側の裏面には、回路用のトタンジスタTr4が形成され、トタンジスタTr2と、第3配線層に形成される配線41−3とによってロジック回路等が構成されて、第3基板7000a−3には、回路領域Y2が形成される。
第3基板7000a-3と第2基板7000a―2とは、配線41−3と配線41−2とが、第3配線層8−2に埋め込まれているパッド44と第2配線層8−2に埋め込まれているパッド43とを介して、貫通電極45によって電気的に接続している。
以上、本技術に係る第7の実施形態(固体撮像装置の例7)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1〜6の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。
<9.第8の実施形態(電子機器の例)>
本技術に係る第8の実施形態の電子機器は、本技術に係る第1の実施形態〜第7の実施形態の固体撮像装置のうち、いずれか一つ実施形態の固体撮像装置が搭載された電子機器である。
<10.本技術を適用した固体撮像装置の使用例>
図11は、イメージセンサ(固体撮像装置)としての本技術に係る第1〜第7の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。
上述した第1〜第7の実施形態の固体撮像装置は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングするさまざまなケースに使用することができる。すなわち、図11に示すように、例えば、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野、交通の分野、家電の分野、医療・ヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、農業の分野等において用いられる装置(例えば、上述した第8の実施形態の電子機器)に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
具体的には、鑑賞の分野においては、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
交通の分野においては、例えば、自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
家電の分野においては、例えば、ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
医療・ヘルスケアの分野においては、例えば、内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
セキュリティの分野においては、例えば、防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
美容の分野においては、例えば、肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
スポーツの分野において、例えば、スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラプルカメラ等の、スポーツの用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
農業の分野においては、例えば、畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。
次に、本技術に係る第1〜第7の実施形態の固体撮像装置の使用例を具体的に説明する。例えば、上述で説明をした第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置が用いられる。具体的には、固体撮像装置101として、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図12に、その一例として、電子機器102(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器102は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像装置101と、光学系(光学レンズ)310と、シャッタ装置311と、固体撮像装置101およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313と、信号処理部312とを有する。
光学系310は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置101の画素部101aへ導くものである。この光学系310は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置311は、固体撮像装置101への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部313は、固体撮像装置101の転送動作およびシャッタ装置311のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部312は、固体撮像装置101から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Doutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
<11.内視鏡手術システムへの応用例>
本技術は、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(本技術)は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図13は、本開示に係る技術(本技術)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13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14は、図13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)等に適用され得る。具体的には、本技術に係る固体撮像装置は、撮像部10402に適用することができる。内視鏡11100や、カメラヘッド11102(の撮像部11402)等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)等の性能を向上させることが可能となる。
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。
<12.移動体への応用例>
本開示に係る技術(本技術)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15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。図15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。図15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16は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
図16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、図16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(本技術)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、例えば、撮像部12031等に適用され得る。具体的には、本技術に係る固体撮像装置は、撮像部12031に適用することができる。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の性能を向上させることが可能となる。
なお、本技術は、上述した実施形態及び使用例、並びに応用例に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
また、本明細書に記載された効果はあくまでも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。
また、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
[1]
光入射側から順に、第1基板と、第2基板と、を備え、
該第1基板に、複数の第1画素が配列された第1画素領域が形成され、
該第2基板に、複数の第2画素が配列された第2画素領域が形成され、
該第1基板が、光入射側から順に、入射光を光電変換する第1光電変換部が形成された第1半導体基板と、第1配線層と、を備え、
該第2基板が、光入射側から順に、第2配線層と、該入射光を光電変換する第2光電変換部が形成された第2半導体基板と、を備え、
1つの該第1画素は、1つの該第1光電変換部を有し、
1つの該第2画素は、1つの該第2光電変換部を有し、
該第1基板と該第2基板とが、該第1配線層と該第2配線層とを向き合わせて貼り合わされて、
少なくとも1つの該第1画素と、少なくとも1つの該第2画素とが、電気的に接続されている、固体撮像装置。
[2]
少なくとも1つの前記第1画素と、少なくとも1つの前記第2画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されている、[1]に記載の固体撮像装置。
[3]
前記複数の第1画素の全ての画素と、前記複数の第2画素の全ての画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されている、[1]に記載の固体撮像装置。
[4]
前記第1光電変換部と前記第2光電変換部とが、前記入射光の互いに異なる波長域成分を光電変換する、[1]から[3]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[5]
前記第1光電変換部が、前記入射光の可視光の波長域成分を光電変換し、
前記第2光電変換部が、前記入射光の赤外光の波長域成分を光電変換する、[1]から[3]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[6]
前記第1配線層及び前記第2配線層に、前記入射光が透過する光路が形成されている、[1]から[5]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[7]
前記光路に、導波路が形成されている、[6]に記載の固体撮像装置。
[8]
前記導波路の外側に、光反射部材が配されている、[7]に記載の固体撮像装置。
[9]
前記第2基板に、回路領域が形成されている、[1]から[8]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[10]
前記第1基板に、回路領域が形成されている、[1]から[9]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[11]
第3基板を更に備え、
該第3基板が、光入射側から順に、第3配線層と、第3半導体基板と、を備え、
前記第2基板と該第3基板とが、前記第2半導体基板と該第3配線層とを向き合わせて貼り合わされて、前記第2基板と該第3基板とが、電気的に接続されている、[1]から[10]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[12]
前記第2半導体基板を貫通する貫通電極が形成され、該貫通電極を介して、前記第2基板と該第3基板とが、電気的に接続されている、[11]に記載の固体撮像装置。
[13]
前記第3基板に回路領域が形成されている、[11]又は[12]に記載の固体撮像装置。
[14]
少なくとも1つの前記第1光電変換部によって生成された第1信号電荷と、少なくとも1つの前記第2光電変換部によって生成された第2信号電荷とが、前記第1基板に形成されたフローティングディフュージョン(FD)を経由する、[1]から[13]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[15]
少なくとも1つの前記第1光電変換部によって生成された第1信号電荷と、少なくとも1つの前記第2光電変換部によって生成された第2信号電荷とが、前記第2基板に形成されたフローティングディフュージョン(FD)を経由する、[1]から[13]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[16]
少なくとも1つの前記第1画素と少なくとも1つの前記第2画素とが、前記第1基板に形成された少なくとも1種の画素トランジスタを共有する、[1]から[15]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[17]
少なくとも1つの前記第1画素と少なくとも1つの前記第2画素とが、前記第2基板に形成された少なくとも1種の画素トランジスタを共有する、[1]から[16]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[18]
[1]から[17]のいずれか1つに記載の固体撮像装置が搭載された、電子機器。
1・・・オンチップレンズ、
2(2R、2G)・・・カラーフィルタ、
3・・・平坦化膜、
4(4−1、4−2)・・・遮光膜、
5・・・絶縁膜、
6−1・・・第1半導体基板、
6−2・・・第2半導体基板、
6−3・・・第3半導体基板、
7−1、7−3、70−1、71−1、72−1、73−1、74−1、75−1、76−1、77−1・・・第1光電変換部(フォトダイオード(PD))、
7−2、7−4、70−2、71−2、72−2、73−2、74−2・・・第2光電変換部(フォトダイオード(PD))、
8−1・・・第1配線層、8−2・・・第2配線層、8−3・・・第3配線層、
9・・・導波路、
10(10−1、10−2、10−3、10−4)・・・転送ゲート(トランスファゲート)TG、
11(11−1、11−2、11−3)・・・層間絶縁膜、
40−1、40−3、41−1・・・配線(第1配線)、
40−2、40−4、41−2・・・配線(第2配線)、
41−3・・・配線(第3配線)、
45・・・貫通電極、
90(90−1、90−2)・・・光反射部材、
1000、2000、3000(3000a、3000b)、4000、5000、6000、7000(7000a、7000b)・・・固体撮像装置、
1000−1、2000−1、3000a−1、3000b−1、4000−1、5000−1、6000−1、7000a−1、7000b−1・・・第1基板、
1000−2、2000−2、3000a−2、3000b−2、4000−2、5000−2、6000−2、7000a−2、7000b−2・・・第2基板、
7000a−3、7000b−3・・・第3基板、
L1、L2・・・入射光(光)。

Claims (18)

  1. 光入射側から順に、第1基板と、第2基板と、を備え、
    該第1基板に、複数の第1画素が配列された第1画素領域が形成され、
    該第2基板に、複数の第2画素が配列された第2画素領域が形成され、
    該第1基板が、光入射側から順に、入射光を光電変換する第1光電変換部が形成された第1半導体基板と、第1配線層と、を備え、
    該第2基板が、光入射側から順に、第2配線層と、該入射光を光電変換する第2光電変換部が形成された第2半導体基板と、を備え、
    1つの該第1画素は、1つの該第1光電変換部を有し、
    1つの該第2画素は、1つの該第2光電変換部を有し、
    該第1基板と該第2基板とが、該第1配線層と該第2配線層とを向き合わせて貼り合わされて、
    少なくとも1つの該第1画素と、少なくとも1つの該第2画素とが、電気的に接続されている、固体撮像装置。
  2. 少なくとも1つの前記第1画素と、少なくとも1つの前記第2画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記複数の第1画素の全ての画素と、前記複数の第2画素の全ての画素とが、Cu−Cu接合により、電気的に接続されている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第1光電変換部と前記第2光電変換部とが、前記入射光の互いに異なる波長域成分を光電変換する、請求項1に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第1光電変換部が、前記入射光の可視光の波長域成分を光電変換し、
    前記第2光電変換部が、前記入射光の赤外光の波長域成分を光電変換する、請求項1に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第1配線層及び前記第2配線層に、前記入射光が透過する光路が形成されている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  7. 前記光路に、導波路が形成されている、請求項6に記載の固体撮像装置。
  8. 前記導波路の外側に、光反射部材が配されている、請求項7に記載の固体撮像装置。
  9. 前記第2基板に、回路領域が形成されている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  10. 前記第1基板に、回路領域が形成されている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  11. 第3基板を更に備え、
    該第3基板が、光入射側から順に、第3配線層と、第3半導体基板と、を備え、
    前記第2基板と該第3基板とが、前記第2半導体基板と該第3配線層とを向き合わせて貼り合わされて、前記第2基板と該第3基板とが、電気的に接続されている、請求項1に記載の固体撮像装置。
  12. 前記第2半導体基板を貫通する貫通電極が形成され、該貫通電極を介して、前記第2基板と前記第3基板とが、電気的に接続されている、請求項11に記載の固体撮像装置。
  13. 前記第3基板に回路領域が形成されている、請求項11に記載の固体撮像装置。
  14. 少なくとも1つの前記第1光電変換部によって生成された第1信号電荷と、少なくとも1つの前記第2光電変換部によって生成された第2信号電荷とが、前記第1基板に形成されたフローティングディフュージョン(FD)を経由する、請求項1に記載の固体撮像装置。
  15. 少なくとも1つの前記第1光電変換部によって生成された第1信号電荷と、少なくとも1つの前記第2光電変換部によって生成された第2信号電荷とが、前記第2基板に形成されたフローティングディフュージョン(FD)を経由する、請求項1に記載の固体撮像装置。
  16. 少なくとも1つの前記第1画素と少なくとも1つの前記第2画素とが、前記第1基板に形成された少なくとも1種の画素トランジスタを共有する、請求項1に記載の固体撮像装置。
  17. 少なくとも1つの前記第1画素と少なくとも1つの前記第2画素とが、前記第2基板に形成された少なくとも1種の画素トランジスタを共有する、請求項1に記載の固体撮像装置。
  18. 請求項1に記載の固体撮像装置が搭載された、電子機器。

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WO2022269837A1 (ja) * 2021-06-23 2022-12-29 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

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