JP2021190433A - 受光素子、固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】画素を構成する単一の光電変換領域内で浮遊拡散領域の周囲を転送ゲート電極で囲む構造において、光学的対称性を改善することができ、光を効率的に取り出すことのできる受光素子を提供する。【解決手段】受光素子は、画素を構成する光電変換領域と、光電変換領域の一方の主面側に設けられた第１導電型の浮遊拡散領域と、光電変換領域の一方の主面上にゲート絶縁膜を介して互いに離間して設けられ、平面パターン上、浮遊拡散領域を中心として対称的に設けられた複数の転送ゲート電極とを備える。【選択図】図３

Description

本開示に係る技術（本技術）は、受光素子、固体撮像装置及び電子機器に関する。
従来の固体撮像装置として、画素を構成する単一の光電変換領域（フォトダイオード領域）内の中心に設けられた浮遊拡散領域と、浮遊拡散領域の周囲に設けられた転送トランジスタの環状に閉じられた転送ゲート電極とを有する構造が知られている（特許文献１参照）。この構造によれば、光電変換領域の周縁部と転送ゲート電極との距離が短縮されるため、信号電荷の転送効率を向上させることができる。更に、光電変換領域の面積を広げ易いため、感度及び飽和信号電荷量を向上させることができる。
特開２０１１−４９４４６号公報
特許文献１に記載の固体撮像装置では、環状に閉じられた転送ゲート電極が浮遊拡散領域の周囲を囲むため、浮遊拡散領域の周囲に設けられたウェル領域を取り出し難く、ウェル領域の電位を固定し難い。そこで、環状に閉じられた転送ゲート電極の一部を切り欠き、切り欠いた部分を介してウェル領域を取り出すことが考えられる。しかしながら、環状に閉じられた転送ゲート電極の一部を切り欠くと光学対称性が低下するため、光を効率的に取り出すことが困難な場合がある。
本技術は、画素を構成する単一の光電変換領域内で浮遊拡散領域の周囲を転送ゲート電極で囲む構造において、光学的対称性を改善することができ、光を効率的に取り出すことのできる受光素子、固体撮像装置及び電子機器を提供することを目的とする。
本技術の一態様に係る受光素子は、画素を構成する光電変換領域と、光電変換領域の一方の主面側に設けられた第１導電型の浮遊拡散領域と、光電変換領域の一方の主面上にゲート絶縁膜を介して互いに離間して設けられ、平面パターン上、浮遊拡散領域を中心として対称的に設けられた複数の転送ゲート電極とを備えることを要旨とする。
本技術の一態様に係る固体撮像装置は、行列状に配列された複数の画素で構成された画素領域を備え、画素のそれぞれが、光電変換領域と、光電変換領域の一方の主面側に設けられた第１導電型の浮遊拡散領域と、光電変換領域の一方の主面上にゲート絶縁膜を介して互いに離間して設けられ、平面パターン上、浮遊拡散領域を中心として対称的に設けられた複数の転送ゲート電極とを備えることを要旨とする。
本技術の一態様に係る電子機器は、行列状に配列された複数の画素で構成された画素領域を有する固体撮像装置と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備え、画素のそれぞれが、光電変換領域と、光電変換領域の一方の主面側に設けられた第１導電型の浮遊拡散領域と、光電変換領域の一方の主面上にゲート絶縁膜を介して互いに離間して設けられ、平面パターン上、浮遊拡散領域を中心として対称的に設けられた複数の転送ゲート電極とを備えることを要旨とする。
第１実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。 第１実施形態に係る画素の等価回路図である。 第１実施形態に係る画素の平面図である。 図３のＡ−Ａ方向から見た断面図である。 図３のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。 第１実施形態に係る画素の他の平面図である。 第２実施形態に係る画素の平面図である。 図７のＡ−Ａ方向から見た断面図である。 第３実施形態に係る画素の平面図である。 第３実施形態に係る画素の他の平面図である。 第３実施形態に係る画素の他の平面図である。 第４実施形態に係る画素の断面図である。 第５実施形態に係る画素の平面図である。 第６実施形態に係る画素の平面図である。 本開示を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。 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。
以下において、図面を参照して本技術の第１〜第６実施形態を説明する。以下の説明で参照する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は以下の説明を参酌して判断すべき。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
本明細書において、「第１導電型」はｐ型又はｎ型の一方であり、「第２導電型」はｐ型又はｎ型のうちの「第１導電型」とは異なる一方を意味する。また、「ｎ」や「ｐ」に付す「＋」や「−」は、「＋」及び「−」が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物濃度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。但し、同じ「ｎ」と「ｎ」とが付された半導体領域であっても、それぞれの半導体領域の不純物濃度が厳密に同じであることを意味するものではない。
本明細書において、「上」「下」等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本技術の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を９０°回転して観察すれば「上」「下」は「左」「右」に変換して読まれ、１８０°回転して観察すれば「上」「下」は反転して読まれることは勿論である。
（第１実施形態）
＜固体撮像装置の概略構成例＞
第１実施形態に係る固体撮像装置として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを一例として説明する。第１実施形態に係る固体撮像装置は、図１に示すように、画素２が行列状に配列された画素領域（撮像領域）３と、画素領域３から出力された画素信号を処理する周辺回路部（４，５，６，７，８）とを備える。
画素２は、一般的には、入射光を光電変換するフォトダイオードで構成された光電変換領域と、光電変換領域の光電変換により発生した信号電荷を読み出すための複数の画素トランジスタとを有する。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。複数の画素トランジスタは、更に選択トランジスタを加えて、４つのトランジスタで構成することもできる。
周辺回路部（４，５，６，７，８）は、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７及び制御回路８を有する。制御回路８は、入力クロックと、動作モード等を指令するデータを受け取り、固体撮像装置の内部情報等のデータを出力する。例えば、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。制御回路８は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に出力する。
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成されている。垂直駆動回路４は、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。例えば、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換領域となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基く画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列毎に配置されている。カラム信号処理回路５は、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成されている。水平駆動回路６は、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、出力回路７は、バファリングだけ行ってもよく、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等を行ってもよい。入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをする。
図１では、第１実施形態に係る固体撮像装置の画素領域３及び周辺回路部（４，５，６，７，８）が、１枚の基板１に形成されているが、複数の基板を貼り合わせた積層構造で形成してもよい。例えば、第１実施形態に係る固体撮像装置を第１及び第２基板で構成し、第１基板に、光電変換領域と画素トランジスタを設け、第２基板に周辺回路（３，４，５，６，７）等を設けてもよい。或いは、第１基板に光電変換領域と画素トランジスタの一部を設けると共に、第２基板に画素トランジスタの残余の一部と周辺回路（３，４，５，６，７）等を設ける構成でもよい。
図２は、第１実施形態に係る固体撮像装置の画素２の等価回路の一例を示す。図２に示すように、画素２の光電変換領域であるフォトダイオードＰＤのアノードが接地され、フォトダイオードＰＤのカソードに、能動素子である転送トランジスタＴ１のソースが接続されている。転送トランジスタＴ１のドレインには、浮遊拡散領域（フローティング・ディフュージョン領域）ＦＤが接続されている。浮遊拡散領域ＦＤは、能動素子であるリセットトランジスタＴ２のソースと、能動素子である増幅トランジスタＴ３のゲートに接続されている。増幅トランジスタＴ３のソースは、能動素子である選択トランジスタＴ４のドレインに接続され、増幅トランジスタＴ３のドレインは電源Ｖｄｄに接続されている。選択トランジスタＴ４のソースは垂直信号線ＶＳＬに接続されている。リセットトランジスタＴ２のドレインは電源Ｖｄｄに接続されている。
第１実施形態に係る固体撮像装置の動作時には、転送トランジスタＴ１に制御電位ＴＲＧが印加されて、フォトダイオードＰＤで生成された信号電荷が、浮遊拡散領域ＦＤへ転送される。浮遊拡散領域ＦＤに転送された信号電荷が読み出されて、増幅トランジスタＴ３のゲートに印加される。選択トランジスタＴ４のゲートには水平ラインの選択信号ＳＥＬが垂直シフトレジスタから与えられる。選択信号ＳＥＬをハイ（Ｈ）レベルにすることにより、選択トランジスタＴ４が導通し、増幅トランジスタＴ３で増幅された浮遊拡散領域ＦＤの電位に対応する電流が垂直信号線ＶＳＬに流れる。また、リセットトランジスタＴ２のゲートに印加するリセット信号ＲＳＴをハイ（Ｈ）レベルにすることにより、リセットトランジスタＴ２が導通し、浮遊拡散領域ＦＤに蓄積された信号電荷をリセットする。
＜画素の概略構成例＞
図１に示した画素２の模式的な平面レイアウトを図３に示す。図３に示す画素２が行列状に配列されて、図１に示した画素領域３全体が構成されている。図３のＡ−Ａ方向から見た断面を図４に示し、図３のＢ−Ｂ方向から見た断面を図５に示す。図４及び図５に示すように、第１実施形態に係る固体撮像装置として、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置を例示する。以下、第１実施形態に係る固体撮像装置の各部材の光Ｌの入射面側（図４及び図５の下側）の面（一方の主面）を「裏面」と呼び、第１実施形態に係る固体撮像装置の各部材の光Ｌの入射面側とは反対側（図４及び図５の上側）の面（他方の主面）を「表面」と呼ぶ。
図４及び図５に示すように、第１実施形態に係る固体撮像装置は、第１導電型（ｎ＋型）の半導体領域１１を備える。半導体領域１１を構成する半導体材料としては、例えばシリコン（Ｓｉ）や、化合物半導体が使用可能である。化合物半導体としては、例えば、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウムガリウム砒素燐（ＩｎＧａＡｓＰ）、インジウム砒素アンチモン（ＩｎＡｓＳｂ）、インジウムガリウム燐（ＩｎＧａＰ）、ガリウム砒素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）及びインジウムアルミニウム砒素（ＩｎＡｌＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等が挙げられる。
半導体領域１１の表面側の一部（上部）には、第２導電型（ｐ＋型）のウェル領域１４が設けられている。ウェル領域１４の表面側の一部（上部）には、半導体領域１１よりも高不純物濃度の第１導電型（ｎ＋＋型）の浮遊拡散領域１５がウェル領域１４に接して設けられている。浮遊拡散領域１５の側面及び底面が、ウェル領域１４により被覆されている。ウェル領域１４は、浮遊拡散領域１５の下方の半導体領域１１から浮遊拡散領域１５へ流れる信号電荷を堰き止める機能を有する。
半導体領域１１の表面側の一部（上部）には、第２導電型（ｐ＋型）の半導体領域１３が半導体領域１１に接して設けられている。半導体領域１３は、図４ではウェル領域１４と離間しているが、図５ではウェル領域１４に接している。半導体領域１３の深さは、ウェル領域１４の深さよりも浅い。ｐ＋型の半導体領域１３と、ｎ＋型の半導体領域１１とのｐｎ接合により、光電変換領域であるフォトダイオードが構成される。半導体領域１３は、暗電流を抑制する機能も有する。
半導体領域１１には、第２導電型（ｐ＋＋型）の素子分離領域１７が設けられている。図３に示すように、素子分離領域１７により、ｐ＋型の半導体領域１３の周辺部が区画されている。半導体領域１３の外形である矩形の平面パターンの内側の領域が、光電変換領域（フォトダイオード領域）として定義される。
浮遊拡散領域１５は、平面パターン上、光電変換領域の中央（重心）Ｏの位置に設けられている。なお、浮遊拡散領域１５の配置位置は必ずしも光電変換領域の中央Ｏに位置しなくてよく、光電変換領域の中央Ｏからずれた位置に設けられていてもよい。浮遊拡散領域１５は、光電変換領域の中央Ｏを中心として、対称性の有する平面パターンを有する。図３においては、浮遊拡散領域１５は八角形の平面パターンを有する。浮遊拡散領域１５の平面パターンの形状はこれに限定されず、例えば矩形や六角形等の多角形でもよく、円形でもよい。
ウェル領域１４は、浮遊拡散領域１５の周囲を囲むように設けられている。ウェル領域１４の外形は、浮遊拡散領域１５を中心として、対称性の有する平面パターンを有する。図３においては、ウェル領域１４の外形は、八角形の平面パターンを有する。なお、ウェル領域１４の外形はこれに限定されず、例えば矩形や六角形等の多角形でもよく、円形でもよい。
図３及び図４に示すように、半導体領域１１の表面には、ゲート絶縁膜２０を介して複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄが設けられている。ゲート絶縁膜２０の材料としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、ストロンチウム酸化膜（ＳｒＯ膜）、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜）、マグネシウム酸化膜（ＭｇＯ膜）、イットリウム酸化膜（Ｙ２Ｏ３膜）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ２膜）、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ２膜）、タンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５膜）、ビスマス酸化膜（Ｂｉ２Ｏ３膜）のいずれか１つの単層膜或いはこれらの複数を積層した複合膜等が使用可能である。転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄの材料としては、例えば高濃度のｎ型不純物が導入されたポリシリコン（ドープドポリシリコン）が使用可能である。
図３に示すように、複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄは、互いに離間して配置されている。複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄは、浮遊拡散領域１５を中心として対称的に、４回対称に配置されている。換言すれば、複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄは、浮遊拡散領域１５の周囲を囲む環状に閉じられた転送ゲート電極を複数個に分割した構造と見なすこともできる。図３においては、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄの平面パターンは八角形であるが、これに限定されず、例えば矩形でもよく、円弧状でもよい。
図３及び図４に示すように、複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄの直下には半導体領域１３が配置されず、半導体基板の表面側には半導体領域１１が露出している。半導体領域１３は、平面パターン上、複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄの間を介してウェル領域１４に接している。
図３に示すように、ｐ＋型の半導体領域１３の外形で定義される光電変換領域の近傍には、素子分離領域１７及び素子分離絶縁膜３４を介して、拡散領域１８ａ〜１８ｄが設けられている。拡散領域１８ａ，１８ｂの間の半導体基板の表面には、図示を省略したゲート絶縁膜を介してリセットトランジスタのゲート電極３１が設けられている。拡散領域１８ｂ，１８ｃの間の半導体基板の表面には、図示を省略したゲート絶縁膜を介して増幅トランジスタのゲート電極３２が設けられている。拡散領域１８ｃ，１８ｄの間の半導体基板の表面には、図示を省略したゲート絶縁膜を介して選択トランジスタのゲート電極３３が設けられている。
拡散領域１８ａ〜１８ｄの周囲は、素子分離絶縁膜３４により電気的に素子分離されている。素子分離絶縁膜３４は、例えば半導体領域１１に形成されたトレンチに埋め込まれた絶縁膜で構成されている。素子分離絶縁膜３４としては、例えば窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）膜、窒化シリコンアルミニウム（ＳｉＡｌＮ）膜、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜、酸化シリコンアルミニウム（ＡｌＳｉＯ）膜、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）膜、酸化ハフニウムアルミニウム（ＨｆＡｌＯ）膜、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ３）膜、酸化チタン（ＴｉＯ２）膜、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）膜、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）膜又は酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）膜等の単層膜又はこれらを複数積層した積層膜により構成してもよい。
図６に示すように、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄには、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄよりも上層に配置されたゲート配線６１ａ〜６１ｄが、図示を省略したコンタクトを介してそれぞれ接続されている。ゲート配線６１ａ〜６１ｄには、ゲート配線６１ａ〜６１ｄよりも上層に配置された共通の転送制御配線６３が、図示を省略したコンタクトを介してそれぞれ接続されている。転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄには共通の転送制御配線６３及びゲート配線６１ａ〜６１ｄを介して共通の制御電位ＴＲＧが印加され、同時に駆動制御される。
浮遊拡散領域１５には、浮遊拡散領域１５よりも上層に配置された読出し配線６２が、図示を省略したコンタクトを介して接続されている。読出し配線６２には、拡散層１６及び増幅トランジスタのゲート電極３２が、図示を省略したコンタクトを介してそれぞれ接続されている。なお、図６のゲート配線６１ａ〜６１ｄ、読出し配線６２及び転送制御配線６３と、図４に示した配線層４１〜４４とは互いに一致していないが、互いに個別に模式的な配置を示している。
図４及び図５に示すように、半導体領域１１の表面上には、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄを被覆するように層間絶縁膜４０が配置されている。層間絶縁膜４０には、光電変換領域で発生した信号電荷を読み出すための配線層４１〜４４が形成されている。配線層４１〜４４の配置位置や数は特に限定されない。層間絶縁膜４０の表面上には、Ｓｉ基板等からなる支持基板４５が配置されている。図４及び図５に示した層間絶縁膜４０、配線層４１〜４４及び支持基板４５は、図３において図示を省略している。
半導体領域１１の裏面側には、第２導電型（ｐ＋＋型）の半導体領域１６が配置されている。半導体領域１６は、ｎ＋型の半導体領域１１とのｐｎ接合により、光電変換領域であるフォトダイオードとして機能する。更に、半導体領域１６は、暗電流を抑制する機能を有する。
半導体領域１６の裏面側の一部には、遮光膜５２が配置されている。遮光膜５２は、光電変換領域の受光面を開口するように選択的に配置されている。遮光膜５２の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）等の金属材料や、ポリシリコン等の誘電体材料を採用できる。
半導体領域１６の裏面側には、遮光膜５２に隣接するように平坦化膜５１が配置されている。平坦化膜５１の材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、有機ＳＯＧ（spin-on glass）、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等が使用可能である。
平坦化膜５１及び遮光膜５２の裏面側には、カラーフィルタ５３が配置されている。カラーフィルタ５３の材料としては、顔料や染料等の有機化合物を用いた有機材料系の材料層で構成することができる。カラーフィルタ５３は、入射光Ｌのうちの所定の波長成分を透過する。
カラーフィルタ５３の裏面側には、オンチップレンズ（マイクロレンズ）５４が配置されている。オンチップレンズ５４は、入射する光Ｌを集光する。オンチップレンズ５４の材料としては、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、有機ＳＯＧ、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等の絶縁材料が使用可能である。
次に、図３〜図５を参照して、第１実施形態に係る固体撮像装置の電荷蓄積時及び信号読出し時の動作を説明する。第１実施形態に係る固体撮像装置は裏面照射型であるため、オンチップレンズ５４側から光Ｌが入射する。入射した光Ｌは、オンチップレンズ５４、カラーフィルタ５３及び平坦化膜５１を透過して、光電変換領域に入射する。光電変換領域は、入射した光Ｌを光電変換し、光の量に応じた信号電荷（ここでは電子）を生成する。
電荷蓄積時には、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄには負電圧が印加される。これにより、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄ直下の半導体領域１１の表面がホールピニング状態となり、信号電荷は浮遊拡散領域１５へ転送されない。この際、半導体領域１３には、半導体領域１３の表面側に配置された基板コンタクト（図示省略）を介して接地電位が印加され、半導体領域１３の電位が固定される。また、ウェル領域１４が半導体領域１３に接しているため、半導体領域１３を介してウェル領域１４の電位も固定される。
一方、信号読出し時には、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄに正の電圧が印加される。これにより、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄ直下の半導体領域１３及びウェル領域１４のポテンシャルが変調されてチャネル領域が形成され、信号電荷がチャネル領域を介して浮遊拡散領域１５へ転送される。この際、半導体領域１３には、半導体領域１３の表面側に配置された基板コンタクト（図示省略）を介して接地電位が印加され、半導体領域１３及びウェル領域１４の電位が固定される。
次に、図３〜図５を参照して、第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一例を説明する。まず、第１導電型（ｎ＋型）の半導体基板を用意し、フォトリソグラフィ技術及びイオン注入により、ｐ＋＋型の素子分離領域１７を選択的に形成する。次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、半導体基板の表面側にゲート絶縁膜２０を介して、複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄを形成する。
次に、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄをイオン注入用マスクとして用いて、ｐ型の不純物イオンを射影飛程を変えて順次注入する。その後、熱処理を行うことにより不純物イオンを拡散及び活性化させて、ｐ＋型の半導体領域１３及びｐ＋型のウェル領域１４を自己整合的に形成する。更に、図示を省略するが、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄの側壁に側壁絶縁膜（サイドウォール）を形成する。そして、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄ及び側壁絶縁膜をイオン注入用マスクとして用いて、ｎ型の不純物イオンを注入する。その後、熱処理を行うことにより不純物イオンを拡散及び活性化させて、ｎ＋＋型の浮遊拡散領域１５を自己整合的に形成する。
次に、化学的気相成長（ＣＶＤ）法等を用いて、半導体基板の表面側に、層間絶縁膜４０を介して配線層４１〜４４を形成する。次に、層間絶縁膜４０の表面側に支持基板４５を貼り合わせ、半導体基板の裏面を研削及び研磨して薄膜化する。次に、半導体基板の裏面側にｐ不純物イオンを注入し、熱処理を行うことにより、ｐ＋＋型の半導体領域１６を形成する。次に、ＣＶＤ法等を用いて、半導体領域１６の裏面側に遮光膜５２、平坦化膜５１、カラーフィルタ５３及びオンチップレンズ５４を順次形成する。なお、第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は特に限定されず、第１実施形態に係る固体撮像装置は種々の製造方法により実現可能である。
＜第１実施形態による作用効果＞
第１実施形態に係る固体撮像装置によれば、浮遊拡散領域１５を光電変換領域の中央Ｃの近傍に配置して、浮遊拡散領域１５の周囲を囲むように複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄを配置することにより、光電変換領域の周縁部から浮遊拡散領域１５までの距離を短縮することができ、信号電荷の転送効率を向上させることができる。更に、光電変換領域を効率よく広げられるため、感度及び飽和信号電荷量を向上させることができる。
更に、複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄが互いに離間するため、浮遊拡散領域１５の周囲を囲むｐ＋型のウェル領域１４を、複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄの間を介して取り出して、ｐ＋型の半導体領域１３と接続し、半導体領域１３を介して接地電位を印加することができる。よって、浮遊拡散領域１５の周囲を閉じた環状の転送ゲート電極で囲む構造と比較して、転送ゲート電極直下にｐ型の半導体領域を構築するなど、ｐ＋型のウェル領域１４を取り出すための構造が不要となるため、転送特性の低下を抑制することができる。
更に、浮遊拡散領域１５を中心として、複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄを対称的に配置することにより、複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄの裏面側からの反射や、配線層４１〜４４の裏面側からの反射などの光学的対称性を改善することができ、光を効率的に取り出すことが可能である。また、複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄをイオン注入用マスクとして自己整合的にイオン注入を行う際に、イオン注入の打ち分けがし易くなり、注入ばらつきを低減することができる。
なお、第１実施形態に係る固体撮像装置として、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置を例示したが、いわゆる表面照射型の固体撮像装置にも適用可能である。表面照射型の固体撮像装置の場合には、光電変換領域の表面側に設けられた多層配線構造を構成する層間絶縁膜の表面側にカラーフィルタやオンチップレンズを設けた構造とし、多層配線構造を介して光電変換領域の表面側に光が入射するようにすればよい。
（第２実施形態）
図３に示した第１実施形態に係る固体撮像装置では、単一の光電変換領域内に単一のオンチップレンズ５４を設けており、オンチップレンズ５４により集光された光Ｌが浮遊拡散領域１５の直下に集中する。このため、浮遊拡散領域１５でも光電変換され易く、ダイナミックレンジの減少や集光ばらつきによるノイズが増大する場合がある。
そこで、第２実施形態に係る固体撮像装置は、図７及び図８に示すように、画素２が、単一の光電変換領域内に複数のオンチップレンズ５４ａ〜５４ｄを有する点が、図３に示した第１実施形態に係る固体撮像装置と異なる。図７は、画素２の平面レイアウトを示し、図８は、図７のＡ−Ａ方向から見た断面図を示す。図７では、オンチップレンズ５４ａ〜５４ｄの位置を破線で模式的に示している。図７に示すように、オンチップレンズ５４ａ〜５４ｄは、浮遊拡散領域１５の周囲を囲むように２行２列に配置されている。第２実施形態に係る固体撮像装置の他の構成は、第１実施形態に係る固体撮像装置と同様であるので、重複した説明を省略する。
第２実施形態に係る固体撮像装置によれば、単一の光電変換領域上に複数のオンチップレンズ５４ａ〜５４ｄを形成することにより、浮遊拡散領域１５への集光率を低下させ、浮遊拡散領域１５での光電変換の効率を低下させることができる。そのため、浮遊拡散領域１５での光電変換に起因するダイナミックレンジの減少及びノイズの増加を抑制することができる。
（第３実施形態）
第３実施形態に係る固体撮像装置として、図９〜図１１を参照して、画素２の平面レイアウトの派生構造を説明する。なお、第３実施形態に係る固体撮像装置の画素２以外の構成は、第１実施形態に係る固体撮像装置と同様であるので、重複した説明を省略する。
図９に示す画素２は、浮遊拡散領域１５を中心として、４回回転対称に配置された４つの転送ゲート電極２２ａ〜２２ｄを有する。転送ゲート電極２２ａ〜２２ｄは、図３に示した第１実施形態に係る固体撮像装置の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄを４５°回転させた構造である。
図１０に示す画素２は、図３に示した第１実施形態に係る固体撮像装置の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄよりも電極数を減少させ、２つの転送ゲート電極２３ａ，２３ｂを有する。転送ゲート電極２３ａ，２３ｂは、ストライプ状の平面パターンを有し、浮遊拡散領域１５を挟んで互いに平行に延伸する。転送ゲート電極２３ａ，２３ｂは、浮遊拡散領域１５を挟んで線対称に、且つ浮遊拡散領域１５を中心として２回対称に配置されている。浮遊拡散領域１５は、略矩形の平面パターンを有する。
図１１に示す画素２は、図３に示した第１実施形態に係る固体撮像装置の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄよりも電極数を増大させ、６つの転送ゲート電極２４ａ〜２４ｆを有する。転送ゲート電極２４ａ〜２４ｆは、浮遊拡散領域１５の周囲を囲むように、浮遊拡散領域１５を中心として６回回転対称に配置されている。浮遊拡散領域１５は、略六角形の平面パターンを有する。
第３実施形態に係る固体撮像装置によれば、複数の転送ゲート電極２２ａ〜２２ｄ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ〜２４ｆが、浮遊拡散領域１５を中心として対称性を有して配置された構造であれば、種々の派生構造に適用可能である。即ち、複数の転送ゲート電極２２ａ〜２２ｄ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ〜２４ｆを、浮遊拡散領域１５を中心として対称的に配置することにより、第１実施形態に係る固体撮像装置と同様に、光学的対称性を改善することができ、光を効率的に取り出すことが可能である。
なお、複数の転送ゲート電極の間隔が狭く、複数の転送ゲート電極の幅が広いほど転送効率を向上可能であるため、複数の転送ゲート電極の間隔を加工限界まで狭めて配置することが好ましい。
（第４実施形態）
第４実施形態に係る固体撮像装置は、図１２に示すように、転送ゲート電極２１ａ，２１ｃを埋め込み構造（トレンチゲート構造）にする点が、図４に示した第１実施形態に係る固体撮像装置と異なる。第４実施形態に係る固体撮像装置の画素２は、図３に示した第１実施形態に係る固体撮像装置と同様の平面パターンを有し、図１２では図示を省略するが、転送ゲート電極２１ｂ，２１ｄも埋め込み構造を有する。第４実施形態に係る固体撮像装置の図３のＡ−Ａ方向の断面図は、図５と同様である。第４実施形態に係る固体撮像装置の他の構成は、第１実施形態に係る固体撮像装置と同様であるので、重複した説明を省略する。
第４実施形態に係る固体撮像装置によれば、転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄを埋め込み構造にすることにより、ウェル領域１４の下方の半導体領域１１まで変調することが可能となり、縦方向の転送特性を向上させることができる。
（第５実施形態）
第５実施形態に係る固体撮像装置は、図１３に示すように、画素２が画素共有構造を有する点が、図３に示した第１実施形態に係る固体撮像装置と異なる。画素２は、複数（４つ）の単位画素２ａ〜２ｄを有する。単位画素２ａ〜２ｄのそれぞれは、図３に示した第１実施形態に係る固体撮像装置の画素２と同様に、浮遊拡散領域１５と、浮遊拡散領域１５の周囲を囲むように設けられた複数の転送ゲート電極２１ａ〜２１ｄを有する。単位画素２ａ〜２ｄのそれぞれの浮遊拡散領域１５は、共有の画素トランジスタにより読み出される。第５実施形態に係る固体撮像装置の他の構成は、第１実施形態に係る固体撮像装置と同様であるので、重複した説明を省略する。
第５実施形態に係る固体撮像装置によれば、画素２が画素共有構造であり、複数の単位画素２ａ〜２ｄを有することにより、複数の単位画素２ａ〜２ｄを効率よく敷き詰めることが可能となる。
（第６実施形態）
第６実施形態に係る固体撮像装置は、図１４に示すように、光電変換領域を区画する素子分離領域１７が、平面パターン上、複数の凸部１７ａ〜１７ｄを有する点が、図３に示した第１実施形態に係る固体撮像装置と異なる。凸部１７ａ〜１７ｄは、素子分離領域１７の各辺の中央位置に配置されている。凸部１７ａ〜１７ｄの配置位置は特に限定されない。凸部１７ａ〜１７ｄの数は限定されず、１つ〜３つの凸部を有していてもよく、５つ以上の凸部を有していてもよい。第６実施形態に係る固体撮像装置の他の構成は、第１実施形態に係る固体撮像装置と同様であるので、重複した説明を省略する。
第６実施形態に係る固体撮像装置によれば、素子分離領域１７の平面パターンが凸部１７ａ〜１７ｄを有することにより、素子分離領域１７の側壁での容量を増大させることができ、飽和信号電荷量を増大させることができる。
（その他の実施形態）
上記のように、本技術は第１〜第６実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本技術を限定するものであると理解すべきではない。上記の実施形態が開示する技術内容の趣旨を理解すれば、当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が本技術に含まれ得ることが明らかとなろう。また、第１〜第６実施形態がそれぞれ開示する構成を、矛盾の生じない範囲で適宜組み合わせることができる。
また、本開示の適用例としては、赤外線受光素子、それを用いた撮像装置、電子機器等があり、用途としては、通常のカメラやスマートフォンに以外にも、監視カメラ、工場検査等の産業機器向けカメラ、車載カメラ、測距センサ（ＴｏＦセンサ）、赤外線センサ等、イメージングやセンシングの多岐にわたる応用が考えられる。以下にその一例を説明する。
＜電子機器＞
図１５は、本開示を適用した電子機器としての撮像装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
図１５の撮像装置１０００は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等である。撮像装置１０００は、レンズ群１００１、固体撮像素子１００２、ＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示部１００５、記録部１００６、操作部１００７、および電源部１００８からなる。ＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示部１００５、記録部１００６、操作部１００７、および電源部１００８は、バスライン１００９を介して相互に接続されている。
レンズ群１００１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子１００２の撮像面上に結像する。固体撮像素子１００２は、上述したCMOSイメージセンサの第１乃至第３実施の形態からなる。固体撮像素子１００２は、レンズ群１００１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号としてＤＳＰ回路１００３に供給する。
ＤＳＰ回路１００３は、固体撮像素子１００２から供給される画素信号に対して所定の画像処理を行い、画像処理後の画像信号をフレーム単位でフレームメモリ１００４に供給し、一時的に記憶させる。
表示部１００５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、フレームメモリ１００４に一時的に記憶されたフレーム単位の画素信号に基づいて、画像を表示する。
記録部１００６は、ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)、フラッシュメモリ等からなり、フレームメモリ１００４に一時的に記憶されたフレーム単位の画素信号を読み出し、記録する。
操作部１００７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置１０００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部１００８は、電源を、ＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示部１００５、記録部１００６、および操作部１００７に対して適宜供給する。
本技術を適用する電子機器は、画像取込部（光電変換部）にCMOSイメージセンサを用いる装置であればよく、撮像装置１０００のほか、撮像機能を有する携帯端末装置、画像読取部にCMOSイメージセンサを用いる複写機等がある。
＜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。
図１６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１６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１７は、図１６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。本技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。撮像部１１４０２に本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。
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。
＜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１８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１８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。
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１８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１９は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図１９では、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。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。
なお、図１９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。本技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。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。
更に、本技術に係る固体撮像装置は、監視カメラ，生体認証システム及びサーモグラフィ等の電子機器にも適用することが可能である。監視カメラは、例えばナイトビジョンシステム（暗視）のものである。固体撮像装置を監視カメラに適用することにより、夜間の歩行者及び動物等を遠くから認識することが可能となる。また、固体撮像装置を車載カメラとして適用すると、ヘッドライトや天候の影響を受けにくい。例えば、煙及び霧等の影響を受けずに、撮影画像を得ることができる。更に、物体の形状の認識も可能となる。また、サーモグラフィでは、非接触温度測定が可能となる。サーモグラフィでは、温度分布や発熱も検出可能である。加えて、固体撮像装置は、炎，水分又はガス等を検知する電子機器にも適用可能である。
なお、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
（１）
画素を構成する光電変換領域と、
前記光電変換領域の一方の主面側に設けられた第１導電型の浮遊拡散領域と、
前記光電変換領域の一方の主面上にゲート絶縁膜を介して互いに離間して設けられ、平面パターン上、前記浮遊拡散領域を中心として対称的に設けられた複数の転送ゲート電極と、
を備える受光素子。
（２）
前記光電変換領域の一方の主面側に、前記浮遊拡散領域の周囲を囲み、且つ前記浮遊拡散領域に接して設けられた第２導電型のウェル領域を更に備える、
前記（１）に記載の受光素子。
（３）
前記光電変換領域は、
第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の一方の主面側に、前記ウェル領域の周囲を囲むように前記第１半導体領域に接して設けられた第２導電型の第２半導体領域と、
を備える、
前記（２）に記載の受光素子。
（４）
前記第２半導体領域が、平面パターン上、前記複数の転送ゲート電極の間を介して前記ウェル領域に接する、
前記（３）に記載の受光素子。
（５）
前記浮遊拡散領域が、平面パターン上、前記光電変換領域の中央に設けられている、
前記（１）〜（４）のいずれかに記載の受光素子。
（６）
前記複数のゲート電極が、共通の転送制御配線に接続されている、
前記（１）〜（５）のいずれかに記載の受光素子。
（７）
前記光電変換領域の他方の主面側に設けられた複数のオンチップレンズを更に備える、
前記（１）〜（６）のいずれかに記載の受光素子。
（８）
前記複数のオンチップレンズが、平面パターン上、前記浮遊拡散領域の周囲を囲むように設けられている、
前記（７）に記載の受光素子。
（９）
前記複数の転送ゲート電極が、前記浮遊拡散領域を中心として、４回対称に設けられた４つの転送ゲート電極を含む、
前記（１）〜（８）のいずれかに記載の受光素子。
（１０）
前記複数の転送ゲート電極が、前記浮遊拡散領域を中心として、２回対称に設けられた２つの転送ゲート電極を含む、
前記（１）〜（８）のいずれかに記載の受光素子。
（１１）
前記複数の転送ゲート電極が、前記浮遊拡散領域を中心として、６回対称に設けられた６つの転送ゲート電極を含む、
前記（１）〜（８）のいずれかに記載の受光素子。
（１２）
前記複数の転送ゲート電極のそれぞれが埋め込み構造で構成される、
前記（１）〜（１１）のいずれかに記載の受光素子。
（１３）
前記画素が、前記光電変換領域、前記浮遊拡散領域、前記複数の転送ゲート電極をそれぞれ有する単位画素を複数個備える、
前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の受光素子。
（１４）
前記光電変換領域を区画する素子分離領域が、平面パターン上、前記光電変換領域の内側に突出する凸部を有する、
前記（１）〜（１３）のいずれかに記載の受光素子。
（１５）
行列状に配列された複数の画素で構成された画素領域を備え、
前記画素のそれぞれが、
光電変換領域と、
前記光電変換領域の一方の主面側に設けられた第１導電型の浮遊拡散領域と、
前記光電変換領域の一方の主面上にゲート絶縁膜を介して互いに離間して設けられ、平面パターン上、前記浮遊拡散領域を中心として対称的に設けられた複数の転送ゲート電極と、
を備える固体撮像装置。
（１６）
行列状に配列された複数の画素で構成された画素領域を有する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備え、
前記画素のそれぞれが、
光電変換領域と、
前記光電変換領域の一方の主面側に設けられた第１導電型の浮遊拡散領域と、
前記光電変換領域の一方の主面上にゲート絶縁膜を介して互いに離間して設けられ、平面パターン上、前記浮遊拡散領域を中心として対称的に設けられた複数の転送ゲート電極と、
を備える電子機器。
１…基板、２…画素、２ａ〜２ｄ…単位画素、３…画素領域（撮像領域）、４…垂直駆動回路、５…カラム信号処理回路、６…水平駆動回路、７…出力回路、８…制御回路、９…垂直信号線、１０…水平信号線、１１…半導体領域、１２…入出力端子、１３…半導体領域、１４…ウェル領域、１５…浮遊拡散領域、１６…半導体領域、１７…素子分離領域、１７ａ〜１７ｄ…凸部、１８ａ〜１８ｄ…拡散領域、２０…ゲート絶縁膜、２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｄ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ〜２４ｆ…転送ゲート電極、３１，３２，３３…ゲート電極、３４…素子分離絶縁膜、４０…層間絶縁膜、４１〜４４…配線層、４５…支持基板、５１…平坦化膜、５２…遮光膜、５３…カラーフィルタ、５４，５４ａ〜５４ｄ…オンチップレンズ、６１ａ〜６１ｄ…ゲート配線、６２…読出し配線、６３…転送制御配線、１０００…撮像装置、１００１…レンズ群、１００２…固体撮像素子、１００３…ＤＳＰ回路、１００４…フレームメモリ、１００５…表示部、１００６…記録部、１００７…操作部、１００８…電源部、１００９…バスライン、１１０００…内視鏡手術システム、１１１００…内視鏡、１１１０１…鏡筒、１１１０２…カメラヘッド、１１１１０…術具、１１１１１…気腹チューブ、１１１１２…エネルギー処置具、１１１２０…支持アーム装置、１１１３１…術者、１１１３２…患者、１１１３３…患者ベッド、１１２００…カート、１１２０２…表示装置、１１２０３…光源装置、１１２０４…入力装置、１１２０５…処置具制御装置、１１２０６…気腹装置、１１２０７…レコーダ、１１２０８…プリンタ、１１４００…伝送ケーブル、１１４０１…レンズユニット、１１４０２…撮像部、１１４０３…駆動部、１１４０４…通信部、１１４０５…カメラヘッド制御部、１１４１１…通信部、１１４１２…画像処理部、１１４１３…制御部、１２０００…車両制御システム、１２００１…通信ネットワーク、１２０１０…駆動系制御ユニット、１２０２０…ボディ系制御ユニット、１２０３０…車外情報検出ユニット、１２０３０…ボディ系制御ユニット、１２０３１…撮像部、１２０４０…車内情報検出ユニット、１２０４１…運転者状態検出部、１２０５０…統合制御ユニット、１２０５１…マイクロコンピュータ、１２０５２…音声画像出力部、１２０６１…オーディオスピーカ、１２０６２…表示部、１２０６３…インストルメントパネル、１２１００…車両、１２１０１〜１２１０５…撮像部、１２１１１〜１２１１４…撮像範囲、ＦＤ…浮遊拡散領域、ＰＤ…フォトダイオード、Ｔ１…転送トランジスタ、Ｔ２…リセットトランジスタ、Ｔ３…増幅トランジスタ、Ｔ４…選択トランジスタ

Claims (16)

  1. 画素を構成する光電変換領域と、
    前記光電変換領域の一方の主面側に設けられた第１導電型の浮遊拡散領域と、
    前記光電変換領域の一方の主面上にゲート絶縁膜を介して互いに離間して設けられ、平面パターン上、前記浮遊拡散領域を中心として対称的に設けられた複数の転送ゲート電極と、
    を備える受光素子。
  2. 前記光電変換領域の一方の主面側に、前記浮遊拡散領域の周囲を囲み、且つ前記浮遊拡散領域に接して設けられた第２導電型のウェル領域を更に備える、
    請求項１に記載の受光素子。
  3. 前記光電変換領域は、
    第１導電型の第１半導体領域と、
    前記第１半導体領域の一方の主面側に、前記ウェル領域の周囲を囲むように前記第１半導体領域に接して設けられた第２導電型の第２半導体領域と、
    を備える、
    請求項２に記載の受光素子。
  4. 前記第２半導体領域が、平面パターン上、前記複数の転送ゲート電極の間を介して前記ウェル領域に接する、
    請求項３に記載の受光素子。
  5. 前記浮遊拡散領域が、平面パターン上、前記光電変換領域の中央に設けられている、
    請求項１に記載の受光素子。
  6. 前記複数のゲート電極が、共通の転送制御配線に接続されている、
    請求項１に記載の受光素子。
  7. 前記光電変換領域の他方の主面側に設けられた複数のオンチップレンズを更に備える、
    請求項１に記載の受光素子。
  8. 前記複数のオンチップレンズが、平面パターン上、前記浮遊拡散領域の周囲を囲むように設けられている、
    請求項７に記載の受光素子。
  9. 前記複数の転送ゲート電極が、前記浮遊拡散領域を中心として、４回対称に設けられた４つの転送ゲート電極を含む、
    請求項１に記載の受光素子。
  10. 前記複数の転送ゲート電極が、前記浮遊拡散領域を中心として、２回対称に設けられた２つの転送ゲート電極を含む、
    請求項１に記載の受光素子。
  11. 前記複数の転送ゲート電極が、前記浮遊拡散領域を中心として、６回対称に設けられた６つの転送ゲート電極を含む、
    請求項１に記載の受光素子。
  12. 前記複数の転送ゲート電極のそれぞれが埋め込み構造で構成される、
    請求項１に記載の受光素子。
  13. 前記画素が、前記光電変換領域、前記浮遊拡散領域、前記複数の転送ゲート電極をそれぞれ有する単位画素を複数個備える、
    請求項１に記載の受光素子。
  14. 前記光電変換領域を区画する素子分離領域が、平面パターン上、前記光電変換領域の内側に突出する凸部を有する、
    請求項１に記載の受光素子。
  15. 行列状に配列された複数の画素で構成された画素領域を備え、
    前記画素のそれぞれが、
    光電変換領域と、
    前記光電変換領域の一方の主面側に設けられた第１導電型の浮遊拡散領域と、
    前記光電変換領域の一方の主面上にゲート絶縁膜を介して互いに離間して設けられ、平面パターン上、前記浮遊拡散領域を中心として対称的に設けられた複数の転送ゲート電極と、
    を備える固体撮像装置。
  16. 行列状に配列された複数の画素で構成された画素領域を有する固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備え、
    前記画素のそれぞれが、
    光電変換領域と、
    前記光電変換領域の一方の主面側に設けられた第１導電型の浮遊拡散領域と、
    前記光電変換領域の一方の主面上にゲート絶縁膜を介して互いに離間して設けられ、平面パターン上、前記浮遊拡散領域を中心として対称的に設けられた複数の転送ゲート電極と、
    を備える電子機器。
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