JP2021072295A - Solid-state imaging device and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、固体撮像装置及び電子機器に関する。 The present disclosure relates to a solid-state image sensor and an electronic device.
従来、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像機能を備えた電子機器においては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの固体撮像装置が使用されている。 Conventionally, in electronic devices having an imaging function such as a digital still camera and a digital video camera, a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor has been used.
また、近年では、ToF(Time-of-Flight)法により距離計測を行う距離画像センサが注目されている。例えば、距離画像センサには、CMOS半導体集積回路技術を用いて、複数のSPAD(Single Photon Avalanche Diode)画素が平面的に配置されるように形成された固体撮像装置を利用することができる。SPAD画素では、降伏電圧よりもはるかに大きい電圧を印加した状態で、高電界のPN接合領域へ1個のフォトンが入ると、アバランシェ増幅が発生する。その際の瞬間的に電流が流れた時間を検出することで、高精度に距離を計測することができる。 Further, in recent years, a distance image sensor that measures a distance by a ToF (Time-of-Flight) method has attracted attention. For example, as a distance image sensor, a solid-state image sensor formed so that a plurality of SPAD (Single Photon Avalanche Diode) pixels are arranged in a plane can be used by using CMOS semiconductor integrated circuit technology. In the SPAD pixel, avalanche amplification occurs when one photon enters the PN junction region of a high electric field in a state where a voltage much larger than the yield voltage is applied. By detecting the time when the current flows momentarily at that time, the distance can be measured with high accuracy.
以上のような固体撮像装置については、画質や測距精度等を向上させるために、入射光を電荷に変換する光電変換素子における光電変換効率を向上させることが望まれている。 With respect to the solid-state image pickup device as described above, it is desired to improve the photoelectric conversion efficiency in the photoelectric conversion element that converts incident light into electric charges in order to improve the image quality, distance measurement accuracy, and the like.
そこで本開示では、光電変換効率を向上させることが可能な固体撮像装置及び電子機器を提案する。 Therefore, the present disclosure proposes a solid-state image sensor and an electronic device capable of improving the photoelectric conversion efficiency.
上記の課題を解決するために、本開示に係る一形態の固体撮像装置は、半導体基板に設けられた光電変換部と、前記半導体基板に対して前記光電変換部への光の入射面側に位置する第1絶縁膜と、前記光電変換部と前記第1絶縁膜との間に位置する凹凸構造とを備え、前記凹凸構造は、前記光電変換部側に位置し、前記光電変換部へ入射する光を回折させる第1層と、前記第1絶縁膜側に位置し、前記第1絶縁膜側への反射を抑制する第2層とを備える。 In order to solve the above problems, the solid-state imaging apparatus according to the present disclosure has a photoelectric conversion unit provided on the semiconductor substrate and a light incident surface side of the semiconductor substrate on the photoelectric conversion unit. It includes a first insulating film located and a concavo-convex structure located between the photoelectric conversion unit and the first insulating film, and the concavo-convex structure is located on the photoelectric conversion unit side and is incident on the photoelectric conversion unit. A first layer for diffusing the light to be generated and a second layer located on the first insulating film side and suppressing reflection to the first insulating film side are provided.
以下に、本開示の一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。 Hereinafter, one embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the same parts are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.
また、以下に示す項目順序に従って本開示を説明する。
1.はじめに
2.第1の実施形態
2.1 電子機器の構成例
2.2 固体撮像装置の構成例
2.3 単位画素の構成例
2.4 単位画素の基本機能例
2.5 固体撮像装置の積層構造例
2.6 単位画素の断面構造例
2.7 凹凸構造について
2.7.1 第1層の構造例
2.7.2 第2層の構造例
2.8 作用・効果
3.第2の実施形態
3.1 凹凸構造について
3.1.1 第1層の構造例
3.1.2 第2層の構造例
3.2 作用・効果
4.瞳補正について
5.比較結果
6.ターゲットとする波長帯域について
7.凹凸構造の製造方法
8.カラーフィルタとの組み合わせ
9.移動体への応用例1
10.内視鏡手術システムへの応用例
In addition, the present disclosure will be described according to the order of items shown below.
1. 1.
10. Application example to endoscopic surgery system
1.はじめに
上述したように、固体撮像装置については、画質や測距精度等を向上させるために、入射光を電荷に変換する光電変換素子における光電変換効率を向上させることが望まれている。
1. 1. Introduction As described above, in the solid-state image sensor, it is desired to improve the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element that converts incident light into electric charges in order to improve the image quality, distance measurement accuracy, and the like.
例えば、固体撮像装置を用いたカメラ等においては、フォトダイオードなどの光電変換素子の受光面で光が反射して他の画素の光電変換素子に入射することによる迷光(ゴーストフレア)が発生すると、画質が劣化してしまうという課題がある。 For example, in a camera or the like using a solid-state image sensor, when light is reflected on the light receiving surface of a photoelectric conversion element such as a photodiode and is incident on the photoelectric conversion element of another pixel, stray light (ghost flare) is generated. There is a problem that the image quality deteriorates.
光電変換素子としてフォトダイオードを使用した場合に反射光が発生する理由としては、フォトダイオードの上面(光の入射に対する上面。受光面に相当)において屈折率が大きく変化していることが挙げられる。例えば、フォトダイオードのP層及びN層にシリコン基板を用い、フォトダイオードの上面をシリコン酸化膜で覆った場合、シリコンの屈折率が可視光領域で3.8〜5.6と高屈折率であるのに対して、シリコン酸化膜は約1.46でシリコンのそれよりもかなり小さい。そのため、シリコン基板とシリコン酸化膜との界面での反射率が20%以上になり、フォトダイオードの上面で多くの光が反射してしまう。これは、迷光の発生による画質の劣化や光電変換効率の低下による画質や測距精度等の低下の要因となる。 The reason why the reflected light is generated when the photodiode is used as the photoelectric conversion element is that the refractive index changes significantly on the upper surface of the photodiode (the upper surface with respect to the incident light, which corresponds to the light receiving surface). For example, when a silicon substrate is used for the P layer and the N layer of the photodiode and the upper surface of the photodiode is covered with a silicon oxide film, the refractive index of silicon is as high as 3.8 to 5.6 in the visible light region. In contrast, the silicon oxide film is about 1.46, which is much smaller than that of silicon. Therefore, the reflectance at the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film becomes 20% or more, and a large amount of light is reflected on the upper surface of the photodiode. This causes deterioration of image quality due to the generation of stray light and deterioration of image quality, distance measurement accuracy, etc. due to deterioration of photoelectric conversion efficiency.
そこで本実施形態では、フォトダイオードなどの光電変換素子の上面からの反射光を低減することを可能にする。光電変換素子の上面からの反射光を低減できれば、迷光を抑制することができるとともに、フォトダイオード中に入射する光の割合が高められるため、光電変換効率を向上させることが可能になる。 Therefore, in the present embodiment, it is possible to reduce the reflected light from the upper surface of the photoelectric conversion element such as a photodiode. If the light reflected from the upper surface of the photoelectric conversion element can be reduced, the stray light can be suppressed and the ratio of the light incident on the photodiode can be increased, so that the photoelectric conversion efficiency can be improved.
しかし、フォトダイオード内に取り込まれる光を増加させたとしても、フォトダイオードを厚くするのが困難なために十分な光を吸収できず、感度が不十分になるという課題が存在する。 However, even if the amount of light taken into the photodiode is increased, there is a problem that sufficient light cannot be absorbed because it is difficult to make the photodiode thick, and the sensitivity becomes insufficient.
フォトダイオード中の光吸収率を向上させるには、フォトダイオード内での光路長を増加させることが有効である。ここで、光路長を増加させる方法としては、フォトダイオード上面にピラミッド型の凹凸を形成することにより、入射光を反射または屈折させる方法が考えられる。このような構造によれば、フォトダイオード内に光が斜めに入射して素子構造で反射することとなるため、垂直入射した場合よりも光路長を増加させることができる。 In order to improve the light absorption rate in the photodiode, it is effective to increase the optical path length in the photodiode. Here, as a method of increasing the optical path length, a method of reflecting or refracting incident light by forming pyramid-shaped irregularities on the upper surface of the photodiode can be considered. According to such a structure, the light is obliquely incident in the photodiode and reflected by the element structure, so that the optical path length can be increased as compared with the case where the light is vertically incident.
ただし、ピラミッド型の凹凸からの反射光が存在するため、迷光が発生するという課題が存在する。 However, since the reflected light from the pyramid-shaped unevenness exists, there is a problem that stray light is generated.
フォトダイオード上面からの反射光を低減する方法としては、フォトダイオードの上面に微細な突起、いわゆるモスアイ構造を形成する方法が存在する。ただし、フォトダイオード上面をモスアイ構造とした構造では、フォトダイオード上面からの反射を低減することはできるものの、フォトダイオード内へは光が回折せずに垂直に入射してしまうため、光吸収率を改善することができず、感度が不十分になるという課題が残る。 As a method of reducing the reflected light from the upper surface of the photodiode, there is a method of forming a fine protrusion, a so-called moth-eye structure, on the upper surface of the photodiode. However, in the structure in which the upper surface of the photodiode has a moth-eye structure, although the reflection from the upper surface of the photodiode can be reduced, the light is vertically incident into the photodiode without being diffracted, so that the light absorption rate is increased. The problem remains that it cannot be improved and the sensitivity becomes insufficient.
そこで以下の実施形態では、フォトダイオード上面で反射する光を抑制してフォトダイオード内に取り込まれる光の量を増加させるとともに、フォトダイオード内での光路長を長くして吸収される光の量を増加させることで、光電変換効率を向上させることが可能な固体撮像装置及び電子機器について、例を挙げて説明する。 Therefore, in the following embodiment, the light reflected on the upper surface of the photodiode is suppressed to increase the amount of light taken into the photodiode, and the optical path length in the photodiode is lengthened to increase the amount of light absorbed. An example of a solid-state image sensor and an electronic device capable of improving the photoelectric conversion efficiency by increasing the number will be described.
2.第1の実施形態
まず、第1の実施形態に係る固体撮像装置及び電子機器について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、CMOSイメージセンサに本実施形態に係る技術を適用した場合を例示するが、これに限定されず、例えば、SPAD画素を用いたToFセンサなど、光電変換素子を備える種々のセンサに本実施形態に係る技術を適用することが可能である。
2. First Embodiment First, the solid-state image sensor and the electronic device according to the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the case where the technique according to the present embodiment is applied to the CMOS image sensor is illustrated, but the present invention is not limited to this, and various types including a photoelectric conversion element such as a ToF sensor using a SPAD pixel are provided. It is possible to apply the technique according to this embodiment to the sensor.
2.1 電子機器の構成例
図1は、第1の実施形態に係る固体撮像装置を搭載した電子機器の概略構成例を示すブロック図である。図1に示すように、電子機器1は、例えば、撮像レンズ10と、固体撮像装置100と、記憶部30と、プロセッサ20とを備える。
2.1 Configuration Example of Electronic Device FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of an electronic device equipped with the solid-state image sensor according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
撮像レンズ10は、入射光を集光してその像を固体撮像装置100の受光面に結像する光学系の一例である。受光面とは、固体撮像装置100における光電変換素子が配列する面であってよい。固体撮像装置100は、入射光を光電変換して画像データを生成する。また、固体撮像装置100は、生成した画像データに対し、ノイズ除去やホワイトバランス調整等の所定の信号処理を実行する。
The
記憶部30は、例えば、フラッシュメモリやDRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAM(Static Random Access Memory)等で構成され、固体撮像装置100から入力された画像データ等を記録する。
The
プロセッサ20は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等を用いて構成され、オペレーティングシステムや各種アプリケーションソフトウエア等を実行するアプリケーションプロセッサや、GPU(Graphics Processing Unit)やベースバンドプロセッサなどが含まれ得る。プロセッサ20は、固体撮像装置100から入力された画像データや記憶部30から読み出した画像データ等に対し、必要に応じた種々処理を実行したり、ユーザへの表示を実行したり、所定のネットワークを介して外部へ送信したりする。
The
2.2 固体撮像装置の構成例
図2は、第1の実施形態に係るCMOS型の固体撮像装置(単にCMOSイメージセンサ又はイメージセンサという)の概略構成例を示すブロック図である。ここで、CMOSイメージセンサとは、CMOSプロセスを応用して、または、部分的に使用して作成されたイメージセンサである。例えば、本実施形態に係るイメージセンサ100は、裏面照射型のイメージセンサで構成されている。
2.2 Configuration Example of Solid-State Image Sensor FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration example of a CMOS-type solid-state image sensor (simply referred to as a CMOS image sensor or an image sensor) according to the first embodiment. Here, the CMOS image sensor is an image sensor created by applying or partially using the CMOS process. For example, the
本実施形態に係るイメージセンサ100は、例えば、画素アレイ部101が形成された半導体チップと、周辺回路が形成された半導体チップとが積層されたスタック構造を有する。周辺回路には、例えば、垂直駆動回路102、カラム処理回路103、水平駆動回路104及びシステム制御部105が含まれ得る。
The
イメージセンサ100は更に、信号処理部108及びデータ格納部109を備えている。信号処理部108及びデータ格納部109は、周辺回路と同じ半導体チップに設けられてもよいし、別の半導体チップに設けられてもよい。
The
画素アレイ部101は、受光した光量に応じた電荷を生成しかつ蓄積する光電変換素子を有する単位画素(以下、単に「画素」と記述する場合もある)110が行方向及び列方向に、すなわち、行列状に2次元格子状に配置された構成を有する。ここで、行方向とは画素行の画素の配列方向(図面中、横方向)をいい、列方向とは画素列の画素の配列方向(図面中、縦方向)をいう。単位画素の具体的な回路構成や画素構造の詳細については後述する。
In the
画素アレイ部101では、行列状の画素配列に対し、画素行ごとに画素駆動線LDが行方向に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線VSLが列方向に沿って配線されている。画素駆動線LDは、画素から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。図2では、画素駆動線LDが1本ずつの配線として示されているが、1本ずつに限られるものではない。画素駆動線LDの一端は、垂直駆動回路102の各行に対応した出力端に接続されている。
In the
垂直駆動回路102は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部101の各画素を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動回路102は、当該垂直駆動回路102を制御するシステム制御部105と共に、画素アレイ部101の各画素の動作を制御する駆動部を構成している。この垂直駆動回路102はその具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系との2つの走査系を備えている。
The
読出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部101の単位画素を行単位で順に選択走査する。単位画素から読み出される信号はアナログ信号である。掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりも露光時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
The read-out scanning system selectively scans the unit pixels of the
この掃出し走査系による掃出し走査により、読出し行の単位画素の光電変換素子から不要な電荷が掃き出されることによって当該光電変換素子がリセットされる。そして、この掃出し走査系で不要電荷を掃き出す(リセットする)ことにより、所謂電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の電荷を捨てて、新たに露光を開始する(電荷の蓄積を開始する)動作のことを言う。 By the sweep scanning by this sweep scanning system, the photoelectric conversion element is reset by sweeping out unnecessary charges from the photoelectric conversion element of the unit pixel of the read row. Then, by sweeping out (resetting) unnecessary charges with this sweep-out scanning system, a so-called electronic shutter operation is performed. Here, the electronic shutter operation refers to an operation of discarding the electric charge of the photoelectric conversion element and starting a new exposure (starting the accumulation of electric charge).
読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に受光した光量に対応している。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における電荷の蓄積期間(露光期間ともいう)となる。 The signal read by the read operation by the read scanning system corresponds to the amount of light received after the read operation or the electronic shutter operation immediately before that. Then, the period from the read timing by the immediately preceding read operation or the sweep timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the charge accumulation period (also referred to as the exposure period) in the unit pixel.
垂直駆動回路102によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、画素列ごとに垂直信号線VSLの各々を通してカラム処理回路103に入力される。カラム処理回路103は、画素アレイ部101の画素列ごとに、選択行の各画素から垂直信号線VSLを通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
The signal output from each unit pixel of the pixel row selectively scanned by the
具体的には、カラム処理回路103は、信号処理として少なくとも、ノイズ除去処理、例えばCDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング)処理や、DDS(Double Data Sampling)処理を行う。例えば、CDS処理により、リセットノイズや画素内の増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。カラム処理回路103は、その他にも、例えば、AD(アナログ−デジタル)変換機能を備え、光電変換素子から読み出され得たアナログの画素信号をデジタル信号に変換して出力する。
Specifically, the
水平駆動回路104は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理回路103の画素列に対応する読出し回路(以下、画素回路という)を順番に選択する。この水平駆動回路104による選択走査により、カラム処理回路103において画素回路ごとに信号処理された画素信号が順番に出力される。
The
システム制御部105は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミングを基に、垂直駆動回路102、カラム処理回路103、及び、水平駆動回路104などの駆動制御を行う。
The
信号処理部108は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理回路103から出力される画素信号に対して演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部109は、信号処理部108での信号処理にあたって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
The
なお、信号処理部108から出力された画像データは、例えば、イメージセンサ100を搭載する電子機器1におけるプロセッサ20等において所定の処理が実行されたり、所定のネットワークを介して外部へ送信されたりしてもよい。
The image data output from the
2.3 単位画素の構成例
図3は、本実施形態に係る単位画素の概略構成例を示す回路図である。図3に示すように、単位画素110は、フォトダイオードPDと、転送トランジスタ111と、リセットトランジスタ112と、増幅トランジスタ113と、選択トランジスタ114と、浮遊拡散層FDとを備える。
2.3 Configuration example of a unit pixel FIG. 3 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of a unit pixel according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the
選択トランジスタ114のゲートには、画素駆動線LDに含まれる選択トランジスタ駆動線LD114が接続され、リセットトランジスタ112のゲートには、画素駆動線LDに含まれるリセットトランジスタ駆動線LD112が接続され、転送トランジスタ111のゲートには、画素駆動線LDに含まれる転送トランジスタ駆動線LD111が接続されている。また、増幅トランジスタ113のドレインには、カラム処理回路103に一端が接続される垂直信号線VSLが選択トランジスタ114を介して接続されている。
The selection transistor
以下の説明において、リセットトランジスタ112、増幅トランジスタ113と及び選択トランジスタ114は、まとめて画素回路とも称される。この画素回路には、浮遊拡散層FD及び/又は転送トランジスタ111が含まれてもよい。
In the following description, the
フォトダイオードPDは、入射した光を光電変換する。転送トランジスタ111は、フォトダイオードPDに発生した電荷を転送する。浮遊拡散層FDは、転送トランジスタ111が転送した電荷を蓄積する。増幅トランジスタ113は、浮遊拡散層FDに蓄積された電荷に応じた電圧値の画素信号を垂直信号線VSLに出現させる。リセットトランジスタ112は、浮遊拡散層FDに蓄積された電荷を放出する。選択トランジスタ114は、読出し対象の単位画素110を選択する。
The photodiode PD photoelectrically converts the incident light. The
フォトダイオードPDのアノードは、接地されており、カソ−ドは、転送トランジスタ111のソースに接続されている。転送トランジスタ111のドレインは、リセットトランジスタ112のソースおよび増幅トランジスタ113のゲートに接続されており、これらの接続点であるノードが浮遊拡散層FDを構成する。なお、リセットトランジスタ112のドレインは、不図示の垂直リセット入力線に接続されている。
The anode of the photodiode PD is grounded and the cascade is connected to the source of the
増幅トランジスタ113のソースは、不図示の垂直電流供給線に接続されている。増幅トランジスタ113のドレインは、選択トランジスタ114のソースに接続されており、選択トランジスタ114のドレインは、垂直信号線VSLに接続されている。
The source of the
浮遊拡散層FDは、蓄積している電荷をその電荷量に応じた電圧値の電圧に変換する。なお、浮遊拡散層FDは、例えば、対接地容量であってもよい。ただし、これに限定されず、浮遊拡散層FDは、転送トランジスタ111のドレインとリセットトランジスタ112のソースと増幅トランジスタ113のゲートとが接続するノードにキャパシタなどを意図的に接続することで付加された容量であってもよい。
The floating diffusion layer FD converts the accumulated electric charge into a voltage having a voltage value corresponding to the amount of the electric charge. The floating diffusion layer FD may have, for example, a grounding capacitance. However, the present invention is not limited to this, and the floating diffusion layer FD is added by intentionally connecting a capacitor or the like to a node to which the drain of the
2.4 単位画素の基本機能例
次に、単位画素110の基本機能について、図3を参照して説明する。リセットトランジスタ112は、垂直駆動回路102からリセットトランジスタ駆動線LD112を介して供給されるリセット信号RSTに従って、浮遊拡散層FDに蓄積されている電荷の排出(リセット)を制御する。なお、リセットトランジスタ112がオン状態であるときに転送トランジスタ111をオン状態とすることで、浮遊拡散層FDに蓄積されている電荷に加え、フォトダイオードPDに蓄積されている電荷を排出(リセット)することも可能である。
2.4 Example of Basic Function of Unit Pixel Next, the basic function of the
リセットトランジスタ112のゲートにHighレベルのリセット信号RSTが入力されると、浮遊拡散層FDが垂直リセット入力線を通して印加される電圧にクランプされる。これにより、浮遊拡散層FDに蓄積されていた電荷が排出(リセット)される。
When a high level reset signal RST is input to the gate of the
また、リセットトランジスタ112のゲートにLowレベルのリセット信号RSTが入力されると、浮遊拡散層FDは、垂直リセット入力線と電気的に切断され、浮遊状態になる。
Further, when the Low level reset signal RST is input to the gate of the
フォトダイオードPDは、入射光を光電変換し、その光量に応じた電荷を生成する。生成された電荷は、フォトダイオードPDのカソード側に蓄積する。転送トランジスタ111は、垂直駆動回路102から転送トランジスタ駆動線LD111を介して供給される転送制御信号TRGに従って、フォトダイオードPDから浮遊拡散層FDへの電荷の転送を制御する。
The photodiode PD photoelectrically converts the incident light and generates an electric charge according to the amount of the light. The generated charge is accumulated on the cathode side of the photodiode PD. The
例えば、転送トランジスタ111のゲートにHighレベルの転送制御信号TRGが入力されると、フォトダイオードPDに蓄積されている電荷が浮遊拡散層FDに転送される。一方、転送トランジスタ111のゲートにLowレベルの転送制御信号TRGが供給されると、フォトダイオードPDからの電荷の転送が停止する。
For example, when a high-level transfer control signal TRG is input to the gate of the
浮遊拡散層FDは、上述したように、フォトダイオードPDから転送トランジスタ111を介して転送された電荷をその電荷量に応じた電圧値の電圧に変換する機能を持つ。したがって、リセットトランジスタ112がオフした浮遊状態では、浮遊拡散層FDの電位は、それぞれが蓄積する電荷量に応じて変調される。
As described above, the floating diffusion layer FD has a function of converting the electric charge transferred from the photodiode PD via the
増幅トランジスタ113は、そのゲートに接続された浮遊拡散層FDの電位変動を入力信号とする増幅器として機能し、その出力電圧信号は選択トランジスタ114を介して垂直信号線VSLに画素信号として出現する。
The
選択トランジスタ114は、垂直駆動回路102から選択トランジスタ駆動線LD114を介して供給される選択制御信号SELに従って、増幅トランジスタ113による画素信号の垂直信号線VSLへの出現を制御する。例えば、選択トランジスタ114のゲートにHighレベルの選択制御信号SELが入力されると、増幅トランジスタ113による画素信号が垂直信号線VSLに出現される。一方、選択トランジスタ114のゲートにLowレベルの選択制御信号SELが入力されると、垂直信号線VSLへの画素信号の出現が停止される。これにより、複数の単位画素110が接続された垂直信号線VSLにおいて、選択した単位画素110の出力のみを取り出すことが可能となる。
The
2.5 固体撮像装置の積層構造例
図4は、本実施形態に係るイメージセンサの積層構造例を示す図である。図4に示すように、イメージセンサ100は、受光チップ121と回路チップ122とが上下に積層された構造を備える。受光チップ121は、例えば、フォトダイオードPDが配列する画素アレイ部101を備える半導体チップであり、回路チップ122は、例えば、図3に示す画素回路が配列する半導体チップである。
2.5 Example of laminated structure of solid-state image sensor FIG. 4 is a diagram showing an example of a laminated structure of an image sensor according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the
受光チップ121と回路チップ122との接合には、例えば、それぞれの接合面を平坦化して両者を電子間力で貼り合わせる、いわゆる直接接合を用いることができる。ただし、これに限定されず、例えば、互いの接合面に形成された銅(Cu)製の電極パッド同士をボンディングする、いわゆるCu−Cu接合や、その他、バンプ接合などを用いることも可能である。
For joining the
また、受光チップ121と回路チップ122とは、例えば、半導体基板を貫通するTSV(Through-Silicon Via)などの接続部を介して電気的に接続される。TSVを用いた接続には、例えば、受光チップ121に設けられたTSVと受光チップ121から回路チップ122にかけて設けられたTSVとの2つのTSVをチップ外表で接続する、いわゆるツインTSV方式や、受光チップ121から回路チップ122まで貫通するTSVで両者を接続する、いわゆるシェアードTSV方式などを採用することができる。
Further, the
ただし、受光チップ121と回路チップ122との接合にCu−Cu接合やバンプ接合を用いた場合には、Cu−Cu接合部やバンプ接合部を介して両者が電気的に接続される。
However, when Cu-Cu bonding or bump bonding is used for bonding the
2.6 単位画素の断面構造例
次に、図5を参照して、第1の実施形態に係るイメージセンサ100の断面構造例を説明する。図5は、第1の実施形態に係るイメージセンサの断面構造例を示す断面図である。なお、図5には、画素110におけるフォトダイオードPDが形成された受光チップ121の断面構造例が示されている。
2.6 Example of cross-sectional structure of a unit pixel Next, an example of a cross-sectional structure of the
図5に示すように、イメージセンサ100では、フォトダイオードPDが、半導体基板138の裏面(図では上面)側から入射する入射光L1を受光する。フォトダイオードPDの上方には、平坦化膜133及びオンチップレンズ131が設けられており、各部を順次介して入射した入射光L1を、受光面137で受光して光電変換が行われる。
As shown in FIG. 5, in the
例えば、フォトダイオードPDは、N型半導体領域139が、電荷(電子)を蓄積する電荷蓄積領域として形成されている。フォトダイオードPDにおいては、N型半導体領域139は、半導体基板138のP型半導体領域136及び144で囲まれた領域内に設けられている。N型半導体領域139の、半導体基板138の表面(下面)側には、裏面(上面)側よりも不純物濃度が高いP型半導体領域144が設けられている。つまり、フォトダイオードPDは、HAD(Hole-Accumulation Diode)構造になっており、N型半導体領域139の上面側と下面側との各界面において、暗電流が発生することを抑制するように、P型半導体領域136及び144が形成されている。
For example, in the photodiode PD, the N-
半導体基板138の内部には、複数の画素110の間を電気的に分離する画素分離部140が設けられており、この画素分離部140で区画された領域に、フォトダイオードPDが設けられている。図中、上面側から、イメージセンサ100を見た場合、画素分離部140は、例えば、複数の画素110の間に介在するように格子状に形成されており、フォトダイオードPDは、この画素分離部140で区画された領域内に形成されている。
Inside the
各フォトダイオードPDでは、アノードが接地されており、イメージセンサ100において、フォトダイオードPDが蓄積した信号電荷(例えば、電子)は、図示せぬ転送トランジスタ111(図3参照)等を介して読み出され、電気信号として、図示せぬ垂直信号線124(図3参照)へ出力される。
In each photodiode PD, the anode is grounded, and in the
配線層145は、半導体基板138のうち、遮光膜134、オンチップレンズ131等の各部が設けられた裏面(上面)とは反対側の表面(下面)に設けられる。
The
配線層145は、配線146と絶縁層147とを含み、絶縁層147内において、配線146が各素子に電気的に接続するように形成されている。配線層145は、いわゆる多層配線の層になっており、絶縁層147を構成する層間絶縁膜と配線146とが交互に複数回積層されて形成されている。ここでは、配線146としては、転送トランジスタ111等のフォトダイオードPDから電荷を読み出すためのトランジスタへの配線や、垂直信号線124等の各配線が、絶縁層147を介して積層されている。
The
配線層145の、フォトダイオードPDが設けられている側に対して反対側の面には、例えば、図4で例示した回路チップ122が接合されている。
For example, the
遮光膜134は、半導体基板138の裏面(図では上面)の側に設けられている。
The light-shielding
遮光膜134は、半導体基板138の上方から半導体基板138の裏面へ向かう入射光L1の一部を、遮光するように構成されている。
The light-shielding
遮光膜134は、半導体基板138の内部に設けられた画素分離部140の上方に設けられている。ここでは、遮光膜134は、半導体基板138の裏面(上面)上において、シリコン酸化膜等の絶縁膜135を介して、凸形状に突き出るように設けられている。これに対して、半導体基板138の内部に設けられたフォトダイオードPDの上方においては、フォトダイオードPDに入射光L1が入射するように、遮光膜134は、設けられておらず、開口している。
The light-shielding
つまり、図中、上面側から、イメージセンサ100を見た場合、遮光膜134の平面形状は、格子状になっており、入射光L1が受光面137へ通過する開口が形成されている。
That is, when the
遮光膜134は、光を遮光する遮光材料で形成されている。例えば、チタン(Ti)膜とタングステン(W)膜とを、順次、積層することで、遮光膜134が形成されている。この他に、遮光膜134は、例えば、窒化チタン(TiN)膜とタングステン(W)膜とを、順次、積層することで形成することができる。
The light-shielding
遮光膜134は、平坦化膜133によって被覆されている。平坦化膜133は、光を透過する絶縁材料を用いて形成されている。この絶縁材料には、例えば、酸化シリコン(SiO2)などを用いることができる。
The light-shielding
画素分離部140は、例えば、溝部141、固定電荷膜142、及び、絶縁膜143を有する。
The
固定電荷膜142は、半導体基板138の裏面(上面)の側において、複数の画素110の間を区画している溝部141を覆うように形成されている。
The fixed
具体的には、固定電荷膜142は、半導体基板138において裏面(上面)側に形成された溝部141の内側の面を一定の厚みで被覆するように設けられている。そして、その固定電荷膜142で被覆された溝部141の内部を埋め込むように、絶縁膜143が設けられている(充填されている)。
Specifically, the fixed
ここでは、固定電荷膜142は、半導体基板138との界面部分において正電荷(ホール)蓄積領域が形成されて暗電流の発生が抑制されるように、負の固定電荷を有する高誘電体を用いて形成されている。固定電荷膜142が負の固定電荷を有するように形成されていることで、その負の固定電荷によって、半導体基板138との界面に電界が加わり、正電荷(ホール)蓄積領域が形成される。
Here, the fixed
固定電荷膜142は、例えば、ハフニウム酸化膜(HfO2膜)で形成することができる。また、固定電荷膜142は、その他、例えば、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、チタン、マグネシウム、イットリウム、ランタノイド元素等の酸化物の少なくとも1つを含むように形成することができる。
The fixed
なお、画素分離部140は、上記構成に限定されず、種々変形することができる。例えば、絶縁膜143の代わりにタングステン(W)膜などの光を反射する反射膜を用いることで、画素分離部140を光反射構造とすることが可能となる。それにより、フォトダイオードPD内に進入した入射光L1を画素分離部140で反射させることが可能となるため、フォトダイオードPD内での入射光L1の光路長を長くすることが可能となる。加えて、画素分離部140を光反射構造とすることで、隣接画素への光の漏れ込みを低減することが可能となるため、画質や測距精度等をより向上させることも可能となる。なお、反射膜の材料としてタングステン(W)などの金属材料を用いた場合には、固定電荷膜142の代わりにシリコン酸化膜などの絶縁膜を溝部141内に設けるとよい。
The
また、画素分離部140を光反射構造とする構成は、反射膜を用いる構成に限定されず、例えば、溝部141内に半導体基板138よりも高い屈折率若しくは低い屈折率の材料を埋め込むことでも実現することができる。
Further, the configuration in which the
さらに、図5には、半導体基板138の裏面(上面)側から形成された溝部141内に画素分離部140が設けられた、いわゆるRDTI(Reverse Deep Trench Isolation)構造の画素分離部140が例示されているが、これに限定されず、例えば、半導体基板138の表面(下面)側から形成された溝部内に画素分離部140が設けられた、いわゆるDTI(Deep Trench Isolation)構造や、半導体基板138の表裏面を貫通するように形成された溝部内に画素分離部140が設けられた、いわゆるFTI(Full Trench Isolation)構造など、種々の構造の画素分離部140を採用することが可能である。
Further, FIG. 5 illustrates a
また、本実施形態では、図5に示すように、半導体基板138と絶縁膜135との界面であってフォトダイオードPDの受光面137に、入射光L1の反射を抑制しつつ入射光L1を回折させるための凹凸構造150が設けられている。この凹凸構造150については、以下に詳細に説明する。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the incident light L1 is diffracted on the
2.7 凹凸構造について
図6は、本実施形態におけるフォトダイオードの受光面に形成された凹凸構造を示す断面図である。なお、図6及び以下の説明では、簡略化のため、フォトダイオードPDが形成される半導体基板138と半導体基板138上に形成される絶縁膜135とを抜粋する。また、本説明では、明確化のため、入射光L1の入射側を上側とする。
2.7 Concavo-convex structure FIG. 6 is a cross-sectional view showing a concavo-convex structure formed on the light receiving surface of the photodiode in the present embodiment. In FIG. 6 and the following description, for simplification, the
図6に示すように、本実施形態では、フォトダイオードPDの受光面137に凹凸構造150が形成される。なお、受光面137は、例えば、半導体基板138の最上面であって凹凸構造150における上凸部152aの上面を含む平面であってよい。たたし、これに限定されず、凹凸構造150における下凸部151aが形成する溝の底面を含む平面や、上凸部152aの上面を含む平面と下凸部151aが形成する溝の底面を含む平面との間の領域など、種々変更され得る。
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the concave-
凹凸構造150は、フォトダイオードPDに入射する入射光L1に対して、反射を低減し、かつフォトダイオードPD内に透過回折する割合を増加させる機能を備える。この2つの機能に実現するために、凹凸構造150は、以下の式(1)及び式(2)を満たすように構成される。
式(1)及び式(2)において、npはフォトダイオードPDを形成する材料、すなわち半導体基板138の屈折率であり、nUはフォトダイオードPD上に形成される膜、すなわち絶縁膜135の屈折率である。また、Pは凹凸構造150のピッチであり、λ0は入射光L1の真空中の波長である。なお、屈折率npおよびnUはこの波長に対する値である。
In the formulas (1) and (2), n p is the refractive index of the material forming the photodiode PD, that is, the
式(1)は、フォトダイオードPDを形成する半導体基板138の屈折率npより、絶縁膜135の屈折率nUを小さくすることを示している。また、式(2)は、凹凸構造150のピッチ条件を示している。なお、式(1)は、式(2)の条件を満たすために必要な条件である。
Equation (1) shows that the refractive index n U of the insulating film 135 is smaller than the refractive index n p of the
絶縁膜135内での入射光L1の波長はλ0/nUとなり、フォトダイオードPD中での入射光L1の波長はλ0/nPとなる。したがって、絶縁膜135内での入射光L1の波長よりもフォトダイオードPD内での入射光L1の波長の方が短い。
The wavelength of the incident light L1 in the insulating
また、式(2)の左辺は、凹凸構造150を通過した入射光L1がフォトダイオードPD中で回折するために必要な条件である。式(2)の左右辺は、凹凸構造150から上側に向けて反射型の回折光を発生させないために必要となる条件である。このような条件を満足することで、上側への反射については非回折光(平面の場合と同様な反射光)L2以外を無視することが可能となるため、凹凸構造150の設計を容易化することができる。
Further, the left side of the equation (2) is a condition necessary for the incident light L1 passing through the concave-
さらに、凹凸構造150の寸法は、入射光L1がフォトダイオードPD内に透過回折する割合を増加させるように設計されている。つまり、凹凸構造150は、フォトダイオードPD側から見て、非回折光L10の強度が小さくなる回折格子として機能する。
Further, the dimensions of the concave-
ただし、凹凸構造150をフォトダイオードPD側への非回折光L10が小さくなるように設計した場合、上側、すなわち絶縁膜135側への反射が発生する。そこで本実施形態では、絶縁膜135側への反射を抑制するために、凹凸構造150が、下凸部151aよりなる第1層151と、上凸部152aよりなる第2層152とに分かれている。
However, when the concave-
なお、フォトダイオードPD内に透過回折した回折光L11は、隣接するフォトダイオードPD間に設けられた高反射率の画素分離部140(図6では不図示)によってフォトダイオードPD内に閉じ込められるように反射する。 The diffracted light L11 transmitted and diffracted in the photodiode PD is confined in the photodiode PD by a high reflectance pixel separation unit 140 (not shown in FIG. 6) provided between the adjacent photodiode PDs. reflect.
つづいて、凹凸構造150における第1層151と第2層152とのそれぞれの構造について、以下に説明する。なお、フォトダイオードPDに入射する光(入射光L1)は受光面137に対して垂直な成分が支配的であるため、以下では、垂直入射光に最適化した場合を説明する。
Subsequently, the respective structures of the
2.7.1 第1層の構造例
まず、第1層151の構造例について説明する。第1層151は、例えば、回折格子の構造を備える。そこで、第1層151は、フォトダイオードPD側に非回折光L10が多く発生しないように、その寸法が以下の式(3)及び式(4)に近づくように設計される。
式(3)において、凸部とは下凸部151aであり、その上面とは下凸部151aの上面である。また、凹部とは隣り合う下凸部151aの間の溝であり、その底面とは溝の底面である。
In the formula (3), the convex portion is the downward
高さを表す式(4)は、凸部を透過する光と凹部を通過する光との位相差が半周期であることを意味する。式(4)の条件を満たすことで、凸部を通過する光と凹部を通過する光とが打消し合う。その結果、理想的には、非回折光L10の強度がゼロとなる。 The equation (4) expressing the height means that the phase difference between the light passing through the convex portion and the light passing through the concave portion is half a cycle. By satisfying the condition of the equation (4), the light passing through the convex portion and the light passing through the concave portion cancel each other out. As a result, ideally, the intensity of the non-diffraction light L10 becomes zero.
なお、半導体基板138の上部に形成される第1層151における下凸部151aの上面レイアウトは、特定の形状に限定されない。例えば、図7に示すように、ストライプ形状の繰り返しパターンであっても良いし、図8に示すように、ドット形状の繰り返しパターンであってもよい。
The upper surface layout of the downward
また、図6には、下凸部151aの側壁が受光面137に対して垂直である場合が例示されているが、これに限定されるものではない。例えば、下凸部151aの側壁は、受光面137に対して傾斜していてもよい。この場合も、第1層151における下凸部151aの上面下面のレイアウト及び高さは、非回折光L10の強度がより小さくなるように設計される。
Further, FIG. 6 illustrates a case where the side wall of the downward
なお、下凸部151aのレイアウト寸法は、例えば、電磁場計算法の一種であるFDTD法(Finite-Difference Time-Domain Method)を用いて最適化されてもよい。
The layout dimension of the downward
2.7.2 第2層の構造例
つぎに、第2層152の構造例について説明する。第2層152を構成する上凸部152aのサイズ及び高さは、例えば、上側への反射光L2の強度が小さくなるように設計される。
2.7.2 Structural example of the second layer Next, a structural example of the
ここで、第1層151の実効屈折率をneff11とすると、第2層152は、その実効屈折率neff12が式(5)に近い値となるように設計される。
第2層152の実効屈折率neff12を式(7)に近づけるために、上凸部152aの高さH12は、以下の式(6)に近い値となるように設計される。
式(5)及び式(6)は、第2層152の上面での反射光と第2層152の下面での反射光とが打ち消し合うための条件である。
Equations (5) and (6) are conditions for canceling the reflected light on the upper surface of the
ここで、ある媒質1とこれと異なる媒質2との混合物である層の実効屈折率は、例えば、以下の式(7)に示すLorentz-Lorenzの式から求めることができる。
したがって、式(5)により第2層152に望まれる実効屈折率neff12が求まれば、式(7)より第2層152における凸部と凹部との体積比、すなわち上凸部152aが形成された領域と上凸部152aが形成されていない領域との体積比が求まる。それにより、上凸部152aの上面の寸法を求めることができる。
Therefore, if the effective refractive index n eff12 desired for the
なお、上側への反射光L2を小さくするための上凸部152aの寸法は、例えば、FDTD法等を用いて決定してもよい。
The size of the upper
また、第2層152aにおける上凸部152aのレイアウトは、特定の形状に限定されない。さらに、上凸部152aの側壁も、受光面137に対して垂直である必要はない。
Further, the layout of the upper
例えば、図7に例示したストライプ形状の下凸部151aの上面上に、図9に例示するような、ストライプ形状の上凸部152aを形成してもよいし、図10に例示するような、矩形のドット形状の上凸部152aを形成してもよいし、図11に例示するような、下凸部151aの幅と同程度の長さのストライプ形状の上凸部152aを形成してもよい。
For example, a striped upper
なお、図9〜図11に示す例では、隣接する上凸部152aの間の間隔は、λ0/2nUより小さければ、均一でなくてもよい。
In the examples shown in FIGS. 9 to 11, the distance between the adjacent upper
また、図8に例示したドット形状の下凸部151aの上面上に、図12に例示するような、矩形のドット形状の上凸部152aを形成してもよいし、図13に例示するような、丸形のドット形状の上凸部152aを形成してもよい。
Further, a rectangular dot-shaped upper
さらに、図14に例示するように、上凸部152aは、上面が平坦で側面が傾斜した錐台や、上面が尖った錐体などであってもよい。
Further, as illustrated in FIG. 14, the upper
さらにまた、第2層152は、さらに複数の層に分かれていてもよい。例えば、図15に例示するように、第2層152が、第1上凸部1521aよりなる下層1521と、第2上凸部1522aよりなる上層1522から構成されていてもよい。このように、第2層152をさらに多層にした場合、多層の反射防止膜と同等の効果を奏することが可能となるため、広帯域の波長の光に対しても十分にその反射を低減することが可能となる。
Furthermore, the
2.8 作用・効果
以上で説明したように、本実施形態によれば、凹凸構造150が、フォトダイオードPDへの透過回折を目的とした第1層151と、上側への反射低減を目的とした第2層152との多層構造を備えている。それにより、フォトダイオードPD上面での入射光L1の反射を低減することが可能になるため、反射光L2が迷光(ゴーストフレア)として他の画素に映り込むことが低減され、その結果、画質の低下を抑制することが可能となる。加えて、フォトダイオードPD中で吸収される光の割合を増加させることが可能になるため、光電変換効率を向上して感度を高めることが可能となる。また、光電変換効率が向上したことにより、フォトダイオードPDの深さ方向に相当する半導体基板138の厚さを薄くすることが可能となるため、固体撮像装置100の小型化や製造の容易化や製造コストの低減等を達成することも可能となる。
2.8 Actions / Effects As described above, according to the present embodiment, the concave-
3.第2の実施形態
つぎに、第2の実施形態に係る固体撮像装置及び電子機器について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
3. 3. Second Embodiment Next, the solid-state image sensor and the electronic device according to the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the duplicated description thereof will be omitted.
本実施形態において、固体撮像装置及び電子機器の概略構成例は、第1の実施形態において説明したものと同様であってよい。ただし、本実施形態では、凹凸構造150が、以下で例示するものに置き換えられる。
In the present embodiment, the schematic configuration example of the solid-state image sensor and the electronic device may be the same as that described in the first embodiment. However, in the present embodiment, the concave-
3.1 凹凸構造について
図16は、本実施形態におけるフォトダイオードの受光面に形成された凹凸構造を示す断面図である。なお、図16及び以下の説明では、簡略化のため、フォトダイオードPDが形成される半導体基板138と半導体基板138上に形成される絶縁膜135とを抜粋する。また、本説明では、明確化のため、入射光L1の入射側を上側とする。
3.1 Concavo-convex structure FIG. 16 is a cross-sectional view showing a concavo-convex structure formed on the light receiving surface of the photodiode in the present embodiment. In FIG. 16 and the following description, for simplification, the
また、以下の説明では、第1の実施形態でも述べたように、フォトダイオードPDに入射する光(入射光L1)は受光面137に対して垂直な成分が支配的であるため、以下では、垂直入射光に最適化した構造を説明する。
Further, in the following description, as described in the first embodiment, the light incident on the photodiode PD (incident light L1) is dominated by the component perpendicular to the
図16に示すように、本実施形態に係る凹凸構造250は、複数の凸部251aよりなる第1層251と、凸部251aを覆い且つ上面が平坦な第2層252とを備える。第2層252は、例えば、凸部251aとは屈折率nMが異なる材料で構成された膜であってよい。
As shown in FIG. 16, the concavo-
3.1.1 第1層の構造例
第1層251における凸部251aは、例えば、第1の実施形態において例示した第1層151の下凸部151aと同様であってよい。ただし、凹凸構造250では、第1層251における凸部251aの間が第2層252で埋められている。そのため、凸部251aのピッチや高さ等の寸法は、以下のようにして設定される。
3.1.1 Structural Example of First Layer The convex portion 251a in the
第2層252の屈折率nMは、フォトダイオードPDの屈折率npと、絶縁膜135の屈折率nUとの間の値に設定される。そのため、フォトダイオードPDに入射する入射光L1に対して、反射を低減し、かつフォトダイオードPD内に透過回折する割合を増加させるためには、第1層251を構成する凸部251aのピッチPが以下の式(8)に示す条件を満たすように設計される必要がある。
一方で、フォトダイオードPD側への透過型の非回折光L10を抑制するためには、第1層251の凸部251aの寸法が、以下の式(9)及び式(10)に近づくように設計される。
式(10)において、凸部とは凸部251aであり、その上面とは凸部251aの上面である。また、凹部とは隣り合う凸部251aの間の溝であり、その底面とは溝の底面である。 In the formula (10), the convex portion is the convex portion 251a, and the upper surface thereof is the upper surface of the convex portion 251a. Further, the concave portion is a groove between adjacent convex portions 251a, and the bottom surface thereof is the bottom surface of the groove.
高さを表す式(10)は、第1の実施形態における第1層151と同様に、凸部を透過する光と凹部を通過する光との位相差が半周期であることを意味する。式(10)の条件を満たすことで、凸部を通過する光と凹部を通過する光とが打消し合う。その結果、理想的には、非回折光L10の強度がゼロとなる。
The equation (10) expressing the height means that the phase difference between the light passing through the convex portion and the light passing through the concave portion is half a cycle, as in the case of the
なお、第1の実施形態における下凸部151aと同様に、凸部251aの上面レイアウトは、特定の形状に限定されない。また、凸部251aの側壁も、下凸部151aと同様に、受光面137に対して垂直であっても傾斜していてもよい。この場合も、第1層251における凸部251aの上面下面のレイアウト及び高さは、非回折光L10の強度がより小さくなるように設計される。また、凸部251aのレイアウト寸法は、例えば、FDTD法を用いて最適化されてもよい。
Similar to the downward
3.1.2 第2層の構造例
つぎに、第2層252の構造例について説明する。第2層252は、例えば、第1層251の凸部251aとは屈折率が異なる絶縁材料を用いて形成される。絶縁材料には、例えば、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、チタン、マグネシウム、イットリウム、ランタノイド元素等の酸化物を使用することができる。ただし、これに限定されず、凸部251aと屈折率が異なる絶縁材料であれば、種々の材料が用いられてよい。
3.1.2 Structural example of the second layer Next, a structural example of the
第2層252の屈折率nMと高さHMとは、上側への反射強度が小さくなるように設計される。ここで、第1層251の実効屈折率をneff21とすると、第2層252の屈折率nMは、以下の式(11)に近い値となるように設計される。なお、第2層252の屈折率nMは、例えば、材料組成や成膜条件等を制御することで調整することが可能である。
また、第2層252の高さHM、すなわち凸部251aの上面から第2層252の上面までの厚さは、以下の式(12)に近い値となるように設計される。
式(11)及び式(12)は、第2層252の上面からの反射光と下面からの反射光とが互いに打ち消し合うための条件である。
Equations (11) and (12) are conditions for the reflected light from the upper surface and the reflected light from the lower surface of the
なお、図17に例示するように、第2層252は、下層252aと上層252bとを含む多層構造を有していてもよい。その際、図18に例示するように、下層252aを含む1層以上は、第1層251の凸部251aにコンフォーマルに形成されていてもよい。
As illustrated in FIG. 17, the
第2層252を多層構造とした場合、各層の高さを求める計算が複雑になり、シミュレーション等を用いて決定する必要があるものの、上側への反射を抑制する原理は単層とした場合と同様である。すなわち、第1層251の凸部251aの間の凹部に形成される第2層252については、第1層251の凸部251aを通過した光とその間の凹部を通過した光との位相差が半周期となるように各層の高さを設計することで、フォトダイオードPD内への非回折光L10を低減することができる。また、凸部251aの上面より上の第2層252については、上側への反射が最小になるように各層の高さが設計される。
When the
第2層252を多層構造とすることで、第2層252に使用する材料についての選択の自由度を高めることが可能になるとともに、広帯域の波長の光に対しても十分にその反射を低減することが可能となる。
By forming the
3.2 作用・効果
以上で説明したように、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、凹凸構造150が、フォトダイオードPDへの透過回折を目的とした第1層251と、上側への反射低減を目的とした第2層252との多層構造を備えている。それにより、フォトダイオードPD上面での入射光L1の反射を低減することが可能になるため、迷光(ゴーストフレア)による画質低下の抑制や、光電変換効率の向上による感度向上を達成することが可能となる。
3.2 Actions / Effects As described above, according to the first embodiment, the concave-
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。 Since other configurations, operations, and effects may be the same as those in the above-described embodiment, detailed description thereof will be omitted here.
4.瞳補正について
上述した実施形態では、フォトダイオードPDに入射する入射光L1のうち受光面137に対して垂直な成分が支配的である場合を例示したが、受光面137の法線に対して傾斜する成分が支配的である場合、すなわち、撮像レンズ10の光学中心からの距離である像高が高い場合でも、同様の手法により各層の寸法を設計することが可能である。
4. About pupil correction In the above-described embodiment, the case where the component perpendicular to the
例えば、図19に例示するように、入射光L1が光軸Cに対して角度θ傾いて入射したとすると、垂直方向の波長成分はλ0/cosθとして求めることができる。したがって、凹凸構造150/250における第1層151/251及び第2層152/252の寸法については、波長λ0の代わりにλ0/cosθを用いて求めることができる。その際、FDTD法等を用いて寸法を最適化してもよい。
For example, as illustrated in FIG. 19, assuming that the incident light L1 is incident at an angle θ with respect to the optical axis C, the wavelength component in the vertical direction can be obtained as λ 0 / cos θ. Therefore, the dimensions of the
このような像高に応じた補正(瞳補正)は、例えば、入射光L1の主成分の光軸に対する傾き、すなわち、各単位画素110の増高に応じた光軸に対する入射光L1の傾きに応じて、最適化されてもよい。
Such correction according to the image height (pupil correction) is, for example, the inclination of the incident light L1 with respect to the optical axis of the main component, that is, the inclination of the incident light L1 with respect to the optical axis according to the increase of each
5.比較結果
次に、上述した各実施形態に係る効果を比較例との対比に基づいて説明する。
5. Comparison Results Next, the effects of each of the above-described embodiments will be described based on comparison with comparative examples.
図20は、比較例に係る層構造と第1及び第2の実施形態に係る層構造との断面構造例を横並びに列挙した図である。なお、層構造とは、例えば、上述した実施形態におけるフォトダイオードPDが形成される半導体基板138と、その上の絶縁膜135との層構造に対応する層構造であってよい。なお、本説明では、絶縁膜135の代わりに、上面膜501を用いた場合を例示する。また、本説明では、明確化のため、入射光の入射側を上側とする。
FIG. 20 is a side-by-side list of cross-sectional structure examples of the layer structure according to the comparative example and the layer structure according to the first and second embodiments. The layer structure may be, for example, a layer structure corresponding to the layer structure of the
さらに、以下に説明するシミュレーションでは、半導体基板138にシリコン基板を用い、上面膜501にアルミナ(Al2O3)を用いたとする。また、入射光L1の波長を700nmとし、半導体基板138の屈折率nを3.722とし、半導体基板138の消衰係数kを0.011とし、上面膜501の屈折率nを1.511とし、上面膜501の消衰係数kを0とする。
Further, in the simulation described below, it is assumed that a silicon substrate is used for the
図20において、(a)は、半導体基板138と上面膜501との界面(受光面137に相当)に凹凸構造がなくフラットである場合の断面構造例(これを比較例1とする)を示し、(b)は、半導体基板138と上面膜501との界面に反射低減を目的とした微細な凹凸構造(以下、これもモスアイ構造と称する)520が設けられた場合の断面構造例(これを比較例2とする)を示し、(c)は、半導体基板138と上面膜501との界面にピッチP及び寸法が上述した第1の実施形態における式(2)〜式4)に示す上面を満たす凹凸構造530が設けられた場合の断面構造例(これを比較例2とする)を示し、(d)は、半導体基板138と上面膜501との界面に第1の実施形態に係る凹凸構造150が設けられた場合の断面構造例を示し、(e)は、半導体基板138と上面膜501との界面に第2の実施形態に係る凹凸構造250が設けられた場合の断面構造例を示している。
In FIG. 20, (a) shows an example of a cross-sectional structure (this is referred to as Comparative Example 1) in the case where the interface between the
(b)に示す比較例2においては、モスアイ構造520の凹凸のピッチを100nmとし、凸部の高さを73nmとし、モスアイ構造520における凸部の上面と凹部の底面との面積比率を60.3%とした。
In Comparative Example 2 shown in (b), the uneven pitch of the moth-
(c)に示す比較例3においては、凹凸構造530の凹凸のピッチを200nmとし、凸部の高さを155nmとし、凹凸構造530における凸部の上面と凹部の底面との面積比を1:1とした。
In Comparative Example 3 shown in (c), the uneven pitch of the concave-
(d)に示す第1の実施形態においては、凹凸構造150における第1層151の下凸部151aのピッチを200nmとし、下凸部151aの高さを155nmとし、下凸部151aの上面とそれが形成する凹部の底面との面積比を1:1とするとともに、第2層152の上凸部152aのピッチを200nmとし、上凸部152aの高さを96nmとし、上凸部152aの上面とそれが形成する凹部の底面との面積比率を26.1%とした。
In the first embodiment shown in (d), the pitch of the lower
(e)に示す第2の実施形態においては、凹凸構造250における第1層251の凸部251aのピッチを200nmとし、凸部251aの高さを179nmとし、凸部251aの上面とそれが形成する凹部の底面との面積比を1:1とするとともに、第2層252の屈折率nを1.817とし、第2層252の消衰係数kを0とし、凸部251a上面から第2層252の上面までの高さを96nmとした。また、第2層252には、屈折率が1.817となるように元素比が調整されたSiONを使用した。
In the second embodiment shown in (e), the pitch of the convex portion 251a of the
図21は、図20の(a)〜(e)それぞれに示した断面構造に対して入射光を受光面の垂直方向(図面中、上から下方向)に入射した際の各断面における光の強度をFDTD法で計算した結果を示す図である。図21の(a)は図20の(a)に対応し、図21の(b)は図20の(b)に対応し、図21の(c)は図20の(c)に対応し、図21の(d)は図20の(d)に対応し、図21の(e)は図20の(e)に対応している。なお、図面中に示されているバー500は、光の強度と各断面図におけるハッチングの濃さとの対応関係を示している。
FIG. 21 shows the light in each cross section when the incident light is incident on the light receiving surface in the direction perpendicular to the light receiving surface (from top to bottom in the drawing) with respect to the cross-sectional structures shown in FIGS. 20 (a) to 20 (e). It is a figure which shows the result of having calculated the intensity by the FDTD method. 21 (a) corresponds to FIG. 20 (a), FIG. 21 (b) corresponds to FIG. 20 (b), and FIG. 21 (c) corresponds to FIG. 20 (c). , FIG. 21 (d) corresponds to FIG. 20 (d), and FIG. 21 (e) corresponds to FIG. 20 (e). The
図21の(a)に示すように、比較例1では、上側への反射が大きいために、上面膜501内の定在波(入射光と反射光による干渉縞)が大きくなっている。一方、半導体基板138中の光強度は比較的低いことから、半導体基板138内にはあまり光が入射していないことが分かる。
As shown in FIG. 21 (a), in Comparative Example 1, since the reflection to the upper side is large, the standing wave (interference fringes due to the incident light and the reflected light) in the
(b)に示すように、比較例2では、モスアイ構造520によって界面での反射が低減し、それにより、上面膜501中の定在波も減少している。しかし、半導体基板138中には回折光同士による干渉縞が見られないことから、回折光が発生しておらず、半導体基板138中の光路長が延びていないことが分かる。
As shown in (b), in Comparative Example 2, the reflection at the interface is reduced by the moth-
(b)に示すように、比較例3では、半導体基板138中に周期的に明瞭な明暗(干渉縞)が見られる。これは、非回折光が小さく、±1次の回折光が干渉することにより形成された干渉縞であることから、半導体基板138中の光路長が延びていることが分かる。しかし、上側への反射が抑制されていないため、上面膜501中の定在波も大きくなっている。
As shown in (b), in Comparative Example 3, clear light and darkness (interference fringes) are periodically observed in the
(d)及び(e)に示すように、第1及び第2の実施形態では、半導体基板138中に±1次の回折光により干渉縞が見られることから、半導体基板138中の光路長が延びていることがわかる。加えて、上面膜501内の定在波が小さくなっていることから、上側への反射が抑制されていることもわかる。
As shown in (d) and (e), in the first and second embodiments, interference fringes are observed in the
図20の(a)〜(e)に示す層構造に対して上側への反射率を計算した結果を図22に示す。また、受光面137から半導体基板138における上面層501との境界面(ただし、モスアイ構造又は凹凸構造を備える場合にはその下面)から深さ方向に2μm(マイクロメートル)までの平均光強度(水平方向で平均)を計算した結果を図23に示す。なお、図23において、線S1は、比較例1の計算結果を示し、線S2は、比較例2の計算結果を示し、線S3は、比較例3の計算結果を示し、線S4は、第1の実施形態の計算結果を示し、線S5は、第2の実施形態の計算結果を示している。
FIG. 22 shows the results of calculating the reflectance upward with respect to the layer structures shown in FIGS. 20 (a) to 20 (e). Further, the average light intensity (horizontal) from the
図22及び図23からわかるように、比較例1及び3は、上側への反射率が他の構造と比べて高い。また、比較例1では、上側への反射が大きいために、半導体基板138中の平均光強度が他の構造よりも小さい。
As can be seen from FIGS. 22 and 23, Comparative Examples 1 and 3 have higher upward reflectance than other structures. Further, in Comparative Example 1, the average light intensity in the
比較例2は、比較例1よりも半導体基板138中の平均光強度は大きいが、比較例3や第1及び第2の実施形態の平均光強度と比べると小さい。また、比較例2では、深さ方向での平均光強度の減少の傾きが小さい。
In Comparative Example 2, the average light intensity in the
比較例3、第1及び第2の実施形態では、入射光が回折して半導体基板138中に入射し、半導体基板138中において斜め方向に光が伝搬するため、単位深さ当たりの光路長が増加している。そのため、比較例1及び2と比べて、深さ方向での平均光強度の減少の傾きが大きい。これは、比較例3、第1及び第2の実施形態では、深さ当たりの光の吸収量が大きいことを意味している。
In Comparative Examples 3, 1st and 2nd embodiments, the incident light is diffracted and incident on the
以上のことから、第1及び第2の実施形態によれば、上側への反射の低減と、半導体基板138中での光吸収率の増加との両方の効果を達成できていることがわかる。
From the above, it can be seen that according to the first and second embodiments, both the effects of reducing the upward reflection and increasing the light absorption rate in the
6.ターゲットとする波長帯域について
上述した実施形態では、可視領域の光を入射光L1としてセンシングする場合を例示したが、ターゲットとする光の波長帯域は、可視領域に限定されず、他の波長領域であってもよい。例えば、波長850nmの近赤外や、それより長波長の赤外であってもよい。近赤外や赤外の光はシリコンなどのフォトダイオードPD材料に対して吸収が小さいことから、上述した実施形態は特に有効であると考えられる。また、ターゲット波長を長波長とした場合、凹凸構造150/250のピッチを大きくすることが可能となるため、凹凸構造150/250の製造が容易になるという効果もえられる。
6. Target wavelength band In the above-described embodiment, the case where light in the visible region is sensed as incident light L1 is illustrated, but the wavelength band of the target light is not limited to the visible region and is in other wavelength regions. There may be. For example, it may be near infrared with a wavelength of 850 nm or infrared with a longer wavelength. Since near-infrared and infrared light absorbs less than a photodiode PD material such as silicon, the above-described embodiment is considered to be particularly effective. Further, when the target wavelength is a long wavelength, the pitch of the concave-
7.凹凸構造の製造方法
上述した実施形態に係る凹凸構造150/250は、例えば、半導体基板138上に半導体基板138とのエッチング選択比が確保されたマスクを形成し、このマスク越しに半導体基板138を例えば異方性ドライエッチングでエッチングすることで、形成することが可能である。その際、凹凸構造150のように、第1層151と第2層152とで異なる寸法の凸部(151a及び152a)を形成する場合には、まず、マスクを介して下層側の凸部を形成した後に、マスクの開口を広げて上層の凸部を形成する工程を経ることで、寸法の異なる凸部を形成することが可能である。
7. Method for Manufacturing Concavo-convex Structure In the concavo-
ただし、凹凸構造150/250の形成方法は、上記方法に限定されず、種々変形されてよい。
However, the method for forming the concave-
8.カラーフィルタとの組み合わせ
上述した実施形態に係る単位画素110は、例えば、カラーフィルタと組み合わせることが可能である。その際、ベイヤー配列などの各色成分を透過するカラーフィルタが所定の配列で繰り返されているカラーフィルタ配列と組み合わせることで、各カラーフィルタ配列に応じたカラー画像を取得可能な固体撮像装置を実現することができる。
8. Combination with a color filter The
図24に、ベイヤー配列であるカラーフィルタ配列の一例を示す。図24に示すように、ベイヤー配列であるカラーフィルタ配列801の繰返しの単位は、2×2の配列を有し、1つの対角に緑色の波長成分を選択的に透過させる2つのカラーフィルタ810Gが配置され、他の1つの対角に赤色の波長成分を選択的に透過させるカラーフィルタ810Rと青色の波長成分を選択的に透過させるカラーフィルタ810Bとが配置された配列構造を備える。なお、以下の説明において、個々のカラーフィルタ810R、810G及び810Bを区別しない場合、その符号を810とする。
FIG. 24 shows an example of a color filter array which is a Bayer array. As shown in FIG. 24, the repeating unit of the color filter array 801 which is the Bayer array has a 2 × 2 array and two
このようなカラーフィルタ配列801は、例えば、図5に示した断面構造における平坦化膜133とオンチップレンズ131との間に配置される。その際、1つのカラーフィルタ810が1つの単位画素110に対応付けられてもよいし、1つのカラーフィルタ810が複数の単位画素110に対応付けられてもよいし、複数のカラーフィルタ810が1つの単位画素110に対応付けられてもよい。以下の説明では、1つのカラーフィルタ810が1つの単位画素110に対応付けられている場合について説明する。
Such a color filter array 801 is arranged, for example, between the flattening
図25は、赤色(R)の波長成分を選択的に透過させるカラーフィルタと組み合わされた単位画素の断面構造例を示す断面図であり、図26は、緑色(G)の波長成分を選択的に透過させるカラーフィルタと組み合わされた単位画素の断面構造例を示す断面図であり、図27は、青色(B)の波長成分を選択的に透過させるカラーフィルタと組み合わされた単位画素の断面構造例を示す断面図である。 FIG. 25 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional structure of a unit pixel combined with a color filter that selectively transmits a wavelength component of red (R), and FIG. 26 is a cross-sectional view showing a wavelength component of green (G) selectively. FIG. 27 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional structure of a unit pixel combined with a color filter that transmits a blue (B) wavelength component. FIG. 27 is a cross-sectional structure of a unit pixel combined with a color filter that selectively transmits a wavelength component of blue (B). It is sectional drawing which shows an example.
なお、図25〜図27及び以下の説明では、簡略化のため、半導体基板138の上層部分と絶縁膜135とカラーフィルタ810とを抜粋して説明する。したがって、図25〜図27では、絶縁膜135の直上にカラーフィルタ810が配置されているが、カラーフィルタ810は絶縁膜135の上に位置する平坦化膜133上に配置されてもよい。
In addition, in FIGS. 25 to 27 and the following description, for simplification, the upper layer portion of the
また、本説明では、第1の実施形態において図6を用いて説明した凹凸構造150をベースとした場合を例示するが、これに限定されず、第1の実施形態で説明した他の凹凸構造150や第2の実施形態で説明した凹凸構造250をベースとすることも可能である。
Further, in this description, the case where the concave-
図25〜図27に示すように、赤色の波長成分を選択的に透過するカラーフィルタ810Rが配置された単位画素110Rの凹凸構造150は、下凸部151a及び上凸部152aのピッチ及びサイズが、カラーフィルタ810Rが選択的に透過する赤色の波長成分の波長(例えば、中心波長)に応じて補正される。同様に、緑色の波長成分を選択的に透過するカラーフィルタ810Gが配置された単位画素110Gの凹凸構造150は、下凸部151a及び上凸部152aのピッチ及びサイズがカラーフィルタ810Gが選択的に透過する緑色の波長成分の波長(例えば、中心波長)に応じて補正され、青色の波長成分を選択的に透過するカラーフィルタ810Bが配置された単位画素110Bの凹凸構造150は、下凸部151a及び上凸部152aのピッチ及びサイズがカラーフィルタ810Bが選択的に透過する緑色の波長成分の波長(例えば、中心波長)に応じて補正される。
As shown in FIGS. 25 to 27, the concave-
図28は、入射光の波長と凹凸構造のピッチとの関係を示すグラフである。図28に示すように、ターゲットとする波長帯域(以下、センシング波長域という)を400〜700nmとした場合、このセンシング波長域に対して上述の式(2)を満たすピッチPの範囲は、図28における線S11と線S12との間の範囲となる。 FIG. 28 is a graph showing the relationship between the wavelength of incident light and the pitch of the uneven structure. As shown in FIG. 28, when the target wavelength band (hereinafter referred to as the sensing wavelength range) is 400 to 700 nm, the range of the pitch P satisfying the above equation (2) with respect to this sensing wavelength range is shown in FIG. It is the range between the line S11 and the line S12 at 28.
また、図29は、入射光の波長と凹凸構造の第1層における下凸部の高さとの関係を示すグラフである。図29に示すように、センシング波長を400〜700nmとした場合、このセンシング波長域に対して上述の式(4)を満たす下凸部151aの高さは、図29における線S13と線S14との間の範囲となる。
Further, FIG. 29 is a graph showing the relationship between the wavelength of the incident light and the height of the downward convex portion in the first layer of the concave-convex structure. As shown in FIG. 29, when the sensing wavelength is 400 to 700 nm, the height of the downward
さらに、図30には、入射光の波長と凹凸構造の第1層における下凸部の体積占有率とを1:1とした場合の関係が示されている(式(3)参照)。 Further, FIG. 30 shows the relationship between the wavelength of the incident light and the volume occupancy of the downward convex portion in the first layer of the concave-convex structure when 1: 1 is set (see equation (3)).
図28〜図30に示す条件を満足するように、各単位画素810R、810G及び810Bがターゲットとする波長域の中心波長に対してピッチ(式(2))、高さ(式(3))及び面積比(式(4))を最適化した場合、それぞれのピッチ及び寸法は、以下のようになる。
Pitch (formula (2)) and height (formula (3)) with respect to the center wavelength of the target wavelength range of each
例えば、単位画素110Rでは、第1層151の下凸部151aのピッチが165nmとされ、下凸部151aの高さが142nmとされ、下凸部151aの上面とそれが形成する凹部の底面との面積比が1:1とされるとともに、第2層152の上凸部152aのピッチが165nmとされ、上凸部152aの高さが87nmとされ、上凸部152aの上面とそれが形成する凹部の底面との面積比率を26.2%とされる。
For example, in the
同様に、単位画素110Gでは、第1層151の下凸部151aのピッチが135nmとされ、下凸部151aの高さが119nmとされ、下凸部151aの上面とそれが形成する凹部の底面との面積比が1:1とされるとともに、第2層152の上凸部152aのピッチが135nmとされ、上凸部152aの高さが76nmとされ、上凸部152aの上面とそれが形成する凹部の底面との面積比率を26.3%とされる。
Similarly, in the
同様に、単位画素110Bでは、第1層151の下凸部151aのピッチが105nmとされ、下凸部151aの高さが75nmとされ、下凸部151aの上面とそれが形成する凹部の底面との面積比が1:1とされるとともに、第2層152の上凸部152aのピッチが105nmとされ、上凸部152aの高さが56nmとされ、上凸部152aの上面とそれが形成する凹部の底面との面積比率を26.6%とされる。
Similarly, in the unit pixel 110B, the pitch of the lower
9.移動体への応用例1
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。
9. Application example to
The technology according to the present disclosure (the present technology) can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on a moving body of any kind such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. You may.
図31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。 FIG. 31 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
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31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。
The
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。
The drive
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。
The body
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。
The vehicle exterior
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。
The
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。
The in-vehicle
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。
The
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。
Further, the
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12030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。
Further, the
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31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。
The audio-
図32は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
FIG. 32 is a diagram showing an example of the installation position of the
図32では、撮像部12031として、撮像部12101、12102、12103、12104、12105を有する。
In FIG. 32, the
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。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。
The
なお、図32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。
Note that FIG. 32 shows an example of the photographing range of the
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。
At least one of the
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。
For example, the
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。
For example, the
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。
At least one of the
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等に適用され得る。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
The example of the vehicle control system to which the technique according to the present disclosure can be applied has been described above. The technique according to the present disclosure can be applied to the
10.内視鏡手術システムへの応用例
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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
10. Examples of application to endoscopic surgery systems The technology according to the present disclosure (this technology) can be applied to various products. For example, the techniques according to the present disclosure may be applied to endoscopic surgery systems.
図33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。 FIG. 33 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technique according to the present disclosure (the present technique) can be applied.
図33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。
FIG. 33 shows a surgeon (doctor) 11131 performing surgery on
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。
The
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。
An opening in which an objective lens is fitted is provided at the tip of the
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。
An optical system and an image sensor are provided inside the
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。
The CCU11201 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and the like, and comprehensively controls the operations of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The treatment
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。
The
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。
Further, the drive of the
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。
Further, the
図34は、図33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。
FIG. 34 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the
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。
The
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。
The
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。
The image sensor constituting the
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。
Further, the
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。
The
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。
The
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。
Further, the
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。
The above-mentioned imaging conditions such as frame rate, exposure value, magnification, and focus may be appropriately specified by the user, or may be automatically set by the
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。
The camera
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。
The
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。
Further, the
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。
The
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。
The
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。
Further, the
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。
The
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。
Here, in the illustrated example, the communication is performed by wire using the
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、例えば、カメラヘッド11102の撮像部11402に適用され得る。カメラヘッド11102に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
The example of the endoscopic surgery system to which the technique according to the present disclosure can be applied has been described above. The technique according to the present disclosure can be applied to, for example, the
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。 Although the endoscopic surgery system has been described here as an example, the technique according to the present disclosure may be applied to other, for example, a microscopic surgery system.
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、本開示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、異なる実施形態及び変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the technical scope of the present disclosure is not limited to the above-described embodiments as they are, and various changes can be made without departing from the gist of the present disclosure. In addition, components covering different embodiments and modifications may be combined as appropriate.
また、本明細書に記載された各実施形態における効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。 Further, the effects in each of the embodiments described in the present specification are merely examples and are not limited, and other effects may be obtained.
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
半導体基板に設けられた光電変換部と、
前記半導体基板に対して前記光電変換部への光の入射面側に位置する第1絶縁膜と、
前記光電変換部と前記第1絶縁膜との間に位置する凹凸構造と、
を備え、
前記凹凸構造は、
前記光電変換部側に位置し、前記光電変換部へ入射する光を回折させる第1層と、
前記第1絶縁膜側に位置し、前記第1絶縁膜側への反射を抑制する第2層と、
を備える固体撮像装置。
(2)
前記第1層は、回折格子である前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
前記回折格子は、前記光電変換部へ入射する光のうち非回折光の強度がゼロに近づくように設計されている前記(2)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記回折格子は、前記半導体基板における前記光の入射面に形成された凸部と凹部とで構成され、
前記凸部と前記凹部とのピッチPは、前記半導体基板の屈折率をnp、前記第1絶縁膜の屈折率をnU、入射光の波長をλ0とした場合、以下の式(13)及び式(14)を満たすように設計されている
(5)
前記凸部と前記凹部とは、前記凸部の底面から上面までの高さをH11とした場合、以下の式(15)及び式(16)に近づくように設計されている
(6)
前記第2層は、前記光の入射面と平行な平面に配列する微細な凹凸を含む前記(1)〜(5)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(7)
前記第2層は、前記第1絶縁膜の屈折率をnUとし、前記第1層の実効屈折率をneff11とし、当該第2層の実効屈折率をneff12とした場合、以下の式(17)に近づくように設計されている
(8)
前記第2層は、前記微細な凹凸の底面から上面までの高さをH12とした場合、以下の式(18)に近づくように設計されている
(9)
前記第1層の前記凸部は、前記半導体基板の前記光の入射面に形成されたストライプ状の凸部である前記(4)又は(5)に記載の固体撮像装置。
(10)
前記凸部は、前記半導体基板の前記光の入射面に形成されたドット状の凸部である前記(4)又は(5)に記載の固体撮像装置。
(11)
前記第2層は、前記光の入射面と平行な平面に配列する微細な凹凸を含み、
前記第2層の前記微細な凹凸は、前記ストライプ状の前記凸部上に設けられ、当該凸部と同一方向に延在するストライプ状の凸部を含む
前記(9)に記載の固体撮像装置。
(12)
前記第2層は、前記光の入射面と平行な平面に配列する微細な凹凸を含み、
前記第2層の前記微細な凹凸は、前記第1層の前記凸部上に設けられたドット状の凸部を含む
前記(9)又は(10)に記載の固体撮像装置。
(13)
前記回折格子は、前記半導体基板における前記光の入射面に形成された凸部と凹部とで構成され、
前記第2層は、前記凹部の内部並びに前記凸部及び前記凹部上に設けられた第2絶縁膜よりなり、
前記凸部と前記凹部とのピッチPは、前記半導体基板の屈折率をnp、前記第2絶縁膜の屈折率をnM、入射光の波長をλ0とした場合、以下の式(19)を満たすように設計されている
(14)
前記凸部と前記凹部とは、前記凸部の底面から上面までの高さをH21とした場合、以下の式(20)及び式(21)に近づくように設計されている
(15)
前記第2層は、前記第1絶縁膜の屈折率をnUとし、前記第1層の実効屈折率をneff11とした場合、以下の式(22)に近づくように設計されている
(16)
前記第2層は、前記第1層の上面から当該第2層の上面までの高さをHMとした場合、以下の式(23)に近づくように設計されている
(17)
前記半導体基板は、
複数の前記光電変換部と、
前記複数の光電変換部の間に設けられ、前記複数の光電変換部間を光学的に分離する画素分離部と、
を備える前記(1)〜(16)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(18)
前記凹凸構造を挟んで前記光電変換素子と反対側に配置され、所定の波長帯域の光を透過させるカラーフィルタをさらに備える前記(1)〜(17)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(19)
前記半導体基板は、複数の前記光電変換部が行列状に配列する画素アレイ部を備え、
前記凹凸構造は、前記画素アレイ部における位置に応じて補正されている
前記(1)〜(18)の何れか1項に記載の固体撮像装置。
(20)
複数の単位画素が行列方向に配列した画素アレイ部と、
前記複数の単位画素における読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路により駆動された前記読出し対象の単位画素から画素信号を読み出す処理回路と、
前記駆動回路及び前記処理回路を制御する制御部と、
を備え、
前記単位画素は、
半導体基板に設けられた光電変換部と、
前記半導体基板に対して前記光電変換部への光の入射面側に位置する第1絶縁膜と、
前記光電変換部と前記第1絶縁膜との間に位置する凹凸構造と、
を備え、
前記凹凸構造は、
前記光電変換部側に位置し、前記光電変換部へ入射する光を回折させる第1層と、
前記第1絶縁膜側に位置し、前記第1絶縁膜側への反射を抑制する第2層と、
を備える電子機器。
The present technology can also have the following configurations.
(1)
The photoelectric conversion unit provided on the semiconductor substrate and
A first insulating film located on the incident surface side of the light incident on the photoelectric conversion unit with respect to the semiconductor substrate,
An uneven structure located between the photoelectric conversion unit and the first insulating film,
With
The uneven structure
A first layer located on the photoelectric conversion unit side and diffracting light incident on the photoelectric conversion unit, and
A second layer located on the first insulating film side and suppressing reflection to the first insulating film side,
A solid-state image sensor.
(2)
The solid-state image sensor according to (1) above, wherein the first layer is a diffraction grating.
(3)
The solid-state imaging device according to (2) above, wherein the diffraction grating is designed so that the intensity of non-diffraction light among the light incident on the photoelectric conversion unit approaches zero.
(4)
The diffraction grating is composed of convex portions and concave portions formed on the incident surface of the light on the semiconductor substrate.
The pitch P between the convex portion and the concave portion is calculated by the following equation (13) when the refractive index of the semiconductor substrate is n p , the refractive index of the first insulating film is n U , and the wavelength of the incident light is λ 0. ) And equation (14)
(5)
Wherein a convex portion and the concave portion, if the height from the bottom surface of the convex portion to the top face and the H 11, are designed to approach the following equation (15) and (16)
(6)
The solid-state image sensor according to any one of (1) to (5) above, wherein the second layer includes fine irregularities arranged on a plane parallel to the incident surface of the light.
(7)
And the second layer, the refractive index of the first insulating film as a n U, the effective refractive index of the first layer and Neff11, when the effective refractive index of the second layer and Neff12, the following equation (17 ) Is designed to approach
(8)
The second layer, if the height from the bottom surface of the fine irregularities to the top face and the H 12, are designed to approach the following equation (18)
(9)
The solid-state image sensor according to (4) or (5), wherein the convex portion of the first layer is a striped convex portion formed on the incident surface of the light of the semiconductor substrate.
(10)
The solid-state image sensor according to (4) or (5) above, wherein the convex portion is a dot-shaped convex portion formed on the incident surface of the light of the semiconductor substrate.
(11)
The second layer contains fine irregularities arranged in a plane parallel to the incident surface of the light.
The solid-state image sensor according to (9), wherein the fine unevenness of the second layer is provided on the striped convex portion and includes a striped convex portion extending in the same direction as the convex portion. ..
(12)
The second layer contains fine irregularities arranged in a plane parallel to the incident surface of the light.
The solid-state image sensor according to (9) or (10), wherein the fine unevenness of the second layer includes a dot-shaped convex portion provided on the convex portion of the first layer.
(13)
The diffraction grating is composed of convex portions and concave portions formed on the incident surface of the light on the semiconductor substrate.
The second layer is composed of the inside of the concave portion and the convex portion and the second insulating film provided on the concave portion.
Pitch P of the concave and the convex portion, the refractive index of the semiconductor substrate n p, if the refractive index of the second insulating film was n M, the wavelength of the incident light lambda 0, the following equation (19 ) Is designed to meet
(14)
Wherein a convex portion and the concave portion, if the height from the bottom surface of the convex portion to the top face and the H 21, are designed to approach the following equation (20) and (21)
(15)
The second layer, the refractive index of the first insulating film as a n U, when the effective refractive index of the first layer and Neff11, are designed to approach the following equation (22)
(16)
The second layer, if said the height from the upper surface of the first layer to the upper surface of the second layer and H M, are designed to approach the following equation (23)
(17)
The semiconductor substrate is
With the plurality of photoelectric conversion units
A pixel separation unit provided between the plurality of photoelectric conversion units and optically separating the plurality of photoelectric conversion units,
The solid-state image sensor according to any one of (1) to (16) above.
(18)
The solid-state image pickup device according to any one of (1) to (17), further comprising a color filter that is arranged on the opposite side of the photoelectric conversion element with the uneven structure interposed therebetween and transmits light in a predetermined wavelength band. ..
(19)
The semiconductor substrate includes a pixel array unit in which a plurality of the photoelectric conversion units are arranged in a matrix.
The solid-state image sensor according to any one of (1) to (18), wherein the uneven structure is corrected according to a position in the pixel array portion.
(20)
A pixel array section in which multiple unit pixels are arranged in the matrix direction,
A drive circuit that drives the unit pixel to be read in the plurality of unit pixels, and
A processing circuit that reads a pixel signal from the unit pixel to be read, which is driven by the drive circuit, and
A control unit that controls the drive circuit and the processing circuit,
With
The unit pixel is
The photoelectric conversion unit provided on the semiconductor substrate and
A first insulating film located on the incident surface side of the light incident on the photoelectric conversion unit with respect to the semiconductor substrate,
An uneven structure located between the photoelectric conversion unit and the first insulating film,
With
The uneven structure
A first layer located on the photoelectric conversion unit side and diffracting light incident on the photoelectric conversion unit, and
A second layer located on the first insulating film side and suppressing reflection to the first insulating film side,
Electronic equipment equipped with.
1 電子機器
10 撮像レンズ
20 プロセッサ
30 記憶部
100 固体撮像装置
101 画素アレイ部
102 垂直駆動回路
103 カラム処理回路
104 水平駆動回路
105 システム制御部
108 信号処理部
109 データ格納部
110、110B、110G、110R 単位画素
111 転送トランジスタ
112 リセットトランジスタ
113 増幅トランジスタ
114 選択トランジスタ
121 受光チップ
122 回路チップ
131 オンチップレンズ
133 平坦化膜
134 遮光膜
135 絶縁膜
136、144 P型半導体領域
137 受光面
138 半導体基板
139 N型半導体領域
140 画素分離部
141 溝部
142 固定電荷膜
143 絶縁膜
145 配線層
146 配線
147 絶縁層
150、250 凹凸構造
151、251 第1層
151a 下凸部
152、252 第2層
152a 上凸部
810 カラーフィルタ配列
810B、810G、810R カラーフィルタ
1521、252a 下層
1521a 第1上凸部
1522、252b 上層
1522a 第2上凸部
L1 入射光
L2 反射光
L10 非回折光
L11 回折光
LD 画素駆動線
PD フォトダイオード
VSL 垂直信号線
1
Claims (20)
前記半導体基板に対して前記光電変換部への光の入射面側に位置する第1絶縁膜と、
前記光電変換部と前記第1絶縁膜との間に位置する凹凸構造と、
を備え、
前記凹凸構造は、
前記光電変換部側に位置し、前記光電変換部へ入射する光を回折させる第1層と、
前記第1絶縁膜側に位置し、前記第1絶縁膜側への反射を抑制する第2層と、
を備える固体撮像装置。 The photoelectric conversion unit provided on the semiconductor substrate and
A first insulating film located on the incident surface side of the light incident on the photoelectric conversion unit with respect to the semiconductor substrate,
An uneven structure located between the photoelectric conversion unit and the first insulating film,
With
The uneven structure
A first layer located on the photoelectric conversion unit side and diffracting light incident on the photoelectric conversion unit, and
A second layer located on the first insulating film side and suppressing reflection to the first insulating film side,
A solid-state image sensor.
前記凸部と前記凹部とのピッチPは、前記半導体基板の屈折率をnp、前記第1絶縁膜の屈折率をnU、入射光の波長をλ0とした場合、以下の式(1)及び式(2)を満たすように設計されている
The pitch P between the convex portion and the concave portion is calculated by the following equation (1) when the refractive index of the semiconductor substrate is n p , the refractive index of the first insulating film is n U , and the wavelength of the incident light is λ 0. ) And equation (2)
前記第2層の前記微細な凹凸は、前記ストライプ状の前記凸部上に設けられ、当該凸部と同一方向に延在するストライプ状の凸部を含む
請求項9に記載の固体撮像装置。 The second layer contains fine irregularities arranged in a plane parallel to the incident surface of the light.
The solid-state image sensor according to claim 9, wherein the fine unevenness of the second layer is provided on the striped convex portion and includes a striped convex portion extending in the same direction as the convex portion.
前記第2層の前記微細な凹凸は、前記第1層の前記凸部上に設けられたドット状の凸部を含む
請求項9に記載の固体撮像装置。 The second layer contains fine irregularities arranged in a plane parallel to the incident surface of the light.
The solid-state image sensor according to claim 9, wherein the fine unevenness of the second layer includes a dot-shaped convex portion provided on the convex portion of the first layer.
前記第2層は、前記凹部の内部並びに前記凸部及び前記凹部上に設けられた第2絶縁膜よりなり、
前記凸部と前記凹部とのピッチPは、前記半導体基板の屈折率をnp、前記第2絶縁膜の屈折率をnM、入射光の波長をλ0とした場合、以下の式(7)を満たすように設計されている
The second layer is composed of the inside of the concave portion and the convex portion and the second insulating film provided on the concave portion.
Pitch P of the concave and the convex portion, the refractive index of the semiconductor substrate n p, if the refractive index of the second insulating film was n M, the wavelength of the incident light lambda 0, the following equation (7 ) Is designed to meet
複数の前記光電変換部と、
前記複数の光電変換部の間に設けられ、前記複数の光電変換部間を光学的に分離する画素分離部と、
を備える請求項1に記載の固体撮像装置。 The semiconductor substrate is
With the plurality of photoelectric conversion units
A pixel separation unit provided between the plurality of photoelectric conversion units and optically separating the plurality of photoelectric conversion units,
The solid-state image sensor according to claim 1.
前記凹凸構造は、前記画素アレイ部における位置に応じて補正されている
請求項1に記載の固体撮像装置。 The semiconductor substrate includes a pixel array unit in which a plurality of the photoelectric conversion units are arranged in a matrix.
The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the uneven structure is corrected according to a position in the pixel array portion.
前記複数の単位画素における読出し対象の単位画素を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路により駆動された前記読出し対象の単位画素から画素信号を読み出す処理回路と、
前記駆動回路及び前記処理回路を制御する制御部と、
を備え、
前記単位画素は、
半導体基板に設けられた光電変換部と、
前記半導体基板に対して前記光電変換部への光の入射面側に位置する第1絶縁膜と、
前記光電変換部と前記第1絶縁膜との間に位置する凹凸構造と、
を備え、
前記凹凸構造は、
前記光電変換部側に位置し、前記光電変換部へ入射する光を回折させる第1層と、
前記第1絶縁膜側に位置し、前記第1絶縁膜側への反射を抑制する第2層と、
を備える電子機器。 A pixel array section in which multiple unit pixels are arranged in the matrix direction,
A drive circuit that drives the unit pixel to be read in the plurality of unit pixels, and
A processing circuit that reads a pixel signal from the unit pixel to be read, which is driven by the drive circuit, and
A control unit that controls the drive circuit and the processing circuit,
With
The unit pixel is
The photoelectric conversion unit provided on the semiconductor substrate and
A first insulating film located on the incident surface side of the light incident on the photoelectric conversion unit with respect to the semiconductor substrate,
An uneven structure located between the photoelectric conversion unit and the first insulating film,
With
The uneven structure
A first layer located on the photoelectric conversion unit side and diffracting light incident on the photoelectric conversion unit, and
A second layer located on the first insulating film side and suppressing reflection to the first insulating film side,
Electronic equipment equipped with.
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JP7023109B2 (en) * | 2015-06-05 | 2022-02-21 | ソニーグループ株式会社 | Solid-state image sensor |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113724613A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-30 | 湖北长江新型显示产业创新中心有限公司 | Display module |
WO2023127498A1 (en) * | 2021-12-27 | 2023-07-06 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Light detection device and electronic instrument |
JP2023152268A (en) * | 2022-03-31 | 2023-10-16 | 采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司 | Image sensor and manufacturing method thereof |
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