JP2022114224A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】好適な作用を有する画素分離溝を基板内に形成可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】本開示の固体撮像装置は、第１半導体基板内に設けられ、隣接する第１および第２光電変換部と、前記第１半導体基板を貫通しないように前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に設けられた第１画素分離溝と、前記第１半導体基板を貫通するように設けられた第２画素分離溝とを備える。【選択図】図２

Description

本開示は、固体撮像装置に関する。
固体撮像装置の画素サイズが縮小されると、ある画素の光電変換部内に入射するはずの光が別の画素の光電変換部内に入射して、画素間でクロストークが生じるおそれがある。そこで、これらの光電変換部を各光電変換部ごとに平面視で包囲する画素分離溝が、基板内に設けられる場合がある。
特開２０１５－１８９６９号公報 特開２０１８－２０１０１５号公報 国際出願公開ＷＯ２０１７／１３０７２３号公報
画素分離溝の種類には、基板を貫通するように形成される貫通溝と、基板を貫通しないように形成される非貫通溝とがある。貫通溝には、位相差を取得可能な光量レンジが広いという利点があるが、同色画素間のオーバーフローができないという欠点がある。一方、非貫通溝には、同色画素間のオーバーフローができるという利点があるが、位相差を取得可能な光量レンジが狭いという欠点がある。貫通溝の利点と非貫通溝の利点とを共に享受可能な画素分離溝を実現することが望ましい。
そこで、本開示は、好適な作用を有する画素分離溝を基板内に形成可能な固体撮像装置を提供する。
本開示の第１の側面の固体撮像装置は、第１半導体基板内に設けられ、隣接する第１および第２光電変換部と、前記第１半導体基板を貫通しないように前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に設けられた第１画素分離溝と、前記第１半導体基板を貫通するように設けられた第２画素分離溝とを備える。これにより例えば、第１画素分離溝により非貫通溝の利益を享受することが可能となり、第２画素分離溝により貫通溝の利益を享受することが可能となるなど、好適な作用を有する画素分離溝を第１半導体基板内に形成することが可能となる。
また、この第１の側面において、前記第１画素分離溝は、前記第１半導体基板の光入射面側から前記第１半導体基板の前記光反射面とは反対側の面に向かって設けられていてもよい。これにより例えば、裏面照射型の固体撮像装置において、第１画素分離溝を第１半導体基板の裏面に形成することが可能となる。
また、この第１の側面において、前記第２画素分離溝は、少なくとも前記第１および第２光電変換部を平面視で包囲するように設けられていてもよい。これにより例えば、第１および第２光電変換部と他の光電変換部との間のクロストークを第２画素分離溝により抑制することが可能となる。
また、この第１の側面において、前記第２画素分離溝は、前記第１画素分離溝と共に、前記第１および第２光電変換部を各光電変換部ごとに包囲する画素分離溝を形成していてもよい。これにより例えば、光電変換部間のクロストークを第１および第２画素分離溝により抑制することが可能となる。
また、この第１の側面において、前記第２画素分離溝はさらに、前記第１画素分離溝と共に、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に設けられていてもよい。これにより例えば、画素分離溝全体に占める貫通溝（第２画素分離溝）の割合を増やすことが可能となる。
また、この第１の側面において、前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、前記Ｎ個の光電変換部は、前記第１半導体基板上に設けられた１個のオンチップレンズと対応していてもよい。これにより例えば、あるオンチップレンズに対応する光電変換部と別のオンチップレンズに対応する光電変換部とを貫通溝（第２画素分離溝）により分離することが可能となる。
また、この第１の側面において、前記Ｎ個の光電変換部は、同色画素であるＮ個の画素内に設けられていてもよい。これにより例えば、ある色に対応する光電変換部と別の色に対応する光電変換部とを貫通溝（第２画素分離溝）により分離することが可能となる。
また、この第１の側面において、前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、前記Ｎ個の光電変換部は、前記第１半導体基板上に設けられた２個のオンチップレンズと対応していてもよい。これにより例えば、光電変換部を貫通溝（第２画素分離溝）により２個のオンチップレンズごとに保護することが可能となる。
また、この第１の側面において、前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、前記Ｎ個の光電変換部は、前記第１半導体基板上に設けられたＮ個のオンチップレンズと対応していてもよい。これにより例えば、オンチップレンズと１対１に対応している光電変換部を貫通溝（第２画素分離溝）により複数の光電変換部ごとにまとめて保護することが可能となる。
また、この第１の側面において、前記Ｎは、Ｋの２乗（Ｋは３以上の整数）でもよい。これにより例えば、２次元アレイ状に配置されたＫ×Ｋ個の光電変換部を第２画素分離溝によりまとめて保護することが可能となる。
また、この第１の側面の固体撮像装置は、前記第１半導体基板内にて前記第１画素分離溝と平面視で少なくとも一部が重なる位置に設けられた浮遊拡散部をさらに備えていてもよい。これにより例えば、第１光電変換部と第２光電変換部とで浮遊拡散部を共有することが可能となる。
また、この第１の側面において、前記第１画素分離溝は、第１方向に延びる第１部分と、第２方向に延びる第２部分とを含み、前記浮遊拡散部は、前記第１半導体基板内にて前記第１部分と前記第２部分との交差部分と平面視で少なくとも一部が重なる位置に設けられていてもよい。これにより例えば、第１および第２光電変換部を含む４個の光電変換部で浮遊拡散部を共有することが可能となる。
また、この第１の側面において、前記第１画素分離溝は、第１方向に延びる第１部分と、第２方向に延びる第２部分とを含み、前記第１および第２方向は、前記固体撮像装置を含むチップの端面に非平行かつ非垂直となっていてもよい。これにより例えば、基板の表面が｛１００｝面や｛１１０｝面など様々な面となり得る場合や、基板のノッチから中心に向かう方向が＜１００＞方向や＜１１０＞方向など様々な方向となり得る場合でも、好適な性能の固体撮像装置を実現することが可能となる。
また、この第１の側面の固体撮像装置は、前記第１および第２光電変換部の下にあって、ゲート電極の少なくとも一部が第１層間絶縁膜内にそれぞれ設けられた第１および第２転送トランジスタをさらに備えていてもよい。これにより例えば、第１転送トランジスタ上の第１光電変換部から第２転送トランジスタ上の第２光電変換部への電荷のパスを出現させることが可能となる。
また、この第１の側面において、前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、前記固体撮像装置は、前記Ｎ個の光電変換部のうちのいずれかの光電変換部下に設けられたリセット、選択、または増幅トランジスタをさらに備え、前記第１転送トランジスタと、前記第２転送トランジスタと、前記リセット、選択、または増幅トランジスタは、前記第１半導体基板の光入射面の反対の面側に設けられていてもよい。これにより例えば、転送トランジスタとその他の画素トランジスタ（リセット、選択、または増幅トランジスタ）とを好適に配置することが可能となる。
また、この第１の側面の固体撮像装置は、前記第１半導体基板の前記光入射面とは反対の面側に設けられた第１層間絶縁膜と対向するように設けられた第２半導体基板をさらに備え、前記第２半導体基板は、前記転送トランジスタ以外の画素トランジスタのうち少なくとも一部を含んでいてもよい。これにより例えば、画素トランジスタを第２半導体基板内に好適に配置することが可能となる。
本開示の第２の側面の固体撮像装置は、第１半導体基板内に設けられ、隣接する第１および第２光電変換部と、前記第１半導体基板内に設けられた浮遊拡散部と、前記第１および第２光電変換部下にそれぞれ設けられた第１および第２転送トランジスタとを備え、前記第１および第２転送トランジスタは、前記第１光電変換部から前記浮遊拡散部への電荷のパスを閉鎖し、かつ前記第１光電変換部から前記第２光電変換部への電荷のパスを閉鎖する第１モードと、前記第１光電変換部から前記浮遊拡散部への電荷のパスを閉鎖し、かつ前記第１光電変換部から前記第２光電変換部への電荷のパスを開放する第２モードと、前記第１光電変換部から前記浮遊拡散部への電荷のパスを開放する第３モードと、を提供するように動作する。これにより例えば、第１モードにより高光量時に位相差を取得することが可能となり、第２モードにより低光量時に位相差を取得することが可能となり、第３モードにより浮遊拡散部に電荷を転送することが可能となる。
また、この第２の側面の固体撮像装置は、前記第１半導体基板を貫通しないように前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に設けられた第１画素分離溝をさらに備え、前記浮遊拡散部は、前記第１半導体基板内にて前記第１画素分離溝下に設けられていてもよい。これにより例えば、第１画素分離溝により非貫通溝の利益を享受することが可能となる。例えば、第１画素分離溝下に浮遊拡散部を設けることで、第１光電変換部と第２光電変換部とで浮遊拡散部を共有することが可能となる。
また、この第２の側面の固体撮像装置は、前記第１半導体基板を貫通するように設けられた第２画素分離溝をさらに備え、前記第２画素分離溝は、少なくとも前記第１および第２光電変換部を平面視で包囲するように設けられていてもよい。これにより例えば、第２画素分離溝により貫通溝の利益を享受することが可能となる。例えば、第１および第２光電変換部を平面視で包囲するように第２画素分離溝を設けることで、第１および第２光電変換部と他の光電変換部との間のクロストークを第２画素分離溝により抑制することが可能となる。
また、この第２の側面の固体撮像装置は、前記第１半導体基板の前記光入射面とは反対の面側に設けられた第１層間絶縁膜と対向するように設けられた第２半導体基板をさらに備え、前記第２半導体基板は、前記転送トランジスタ以外の画素トランジスタのうち少なくとも一部を含んでいてよい。これにより例えば、画素トランジスタを第２半導体基板内に好適に配置することが可能となる。
第１実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す縦断面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図と縦断面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の第１モードの動作を説明するための縦断面図とグラフである。 第１実施形態の固体撮像装置の第２モードの動作を説明するための縦断面図とグラフである。 第１実施形態の固体撮像装置の第３モードの動作を説明するための縦断面図とグラフである。 第２実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。 第２実施形態の変形例の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。 第２実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。 第３実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。 第４実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。 第５実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。 第６実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。 第７実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。 電子機器の構成例を示すブロック図である。 移動体制御システムの構成例を示すブロック図である。 図１７の撮像部の設定位置の具体例を示す平面図である。 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。
以下、本開示の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
図１の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型のイメージセンサであり、複数の画素１を有する画素アレイ領域２と、制御回路３と、垂直駆動回路４と、複数のカラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、複数の垂直信号線８と、水平信号線９とを備えている。
各画素１は、光電変換部として機能するフォトダイオードと、画素トランジスタとして機能するＭＯＳトランジスタとを備えている。画素トランジスタの例は、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタなどである。これらの画素トランジスタは、いくつかの画素１により共有されていてもよい。
画素アレイ領域２は、２次元アレイ状に配置された複数の画素１を有している。画素アレイ領域２は、光を受光して光電変換を行い、光電変換により生成された信号電荷を増幅して出力する有効画素領域と、黒レベルの基準となる光学的黒を出力する黒基準画素領域とを含んでいる。一般に、黒基準画素領域は有効画素領域の外周部に配置されている。
制御回路３は、垂直同期信号、水平同期信号、マスタクロックなどに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６などの動作の基準となる種々の信号を生成する。制御回路３により生成される信号は、例えばクロック信号や制御信号であり、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６などに入力される。
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタを備えており、画素アレイ領域２内の各画素１を行単位で垂直方向に走査する。垂直駆動回路４はさらに、各画素１が生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線８を通して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、例えば画素アレイ領域２内の画素１の列ごとに配置されており、１行分の画素１から出力された信号の信号処理を、黒基準画素領域からの信号に基づいて列ごとに行う。この信号処理の例は、ノイズ除去や信号増幅である。
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタを備えており、各カラム信号処理回路５からの画素信号を水平信号線９に供給する。
出力回路７は、各カラム信号処理回路５から水平信号線９を通して供給される信号に対し信号処理を行い、この信号処理が行われた信号を出力する。
図２は、第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す縦断面図である。図２は、図１の画素アレイ領域２に含まれる２つの画素１の縦断面を示している。
図２は、互いに垂直なＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。Ｘ方向およびＹ方向は横方向（水平方向）に相当し、Ｚ方向は縦方向（垂直方向）に相当する。また、＋Ｚ方向は上方向に相当し、－Ｚ方向は下方向に相当する。－Ｚ方向は、厳密に重力方向に一致していてもよいし、厳密には重力方向に一致していなくてもよい。
本実施形態の固体撮像装置は、上部基板（第１基板）１１と、中間基板（第２基板）１２と、下部基板（第３基板）１３と、遮光膜１４と、平坦化膜１５と、カラーフィルタ１６と、オンチップレンズ１７とを備えている。オンチップレンズ１７は、本開示のレンズの例である。
上部基板１１は、第１半導体基板２１と、第１層間絶縁膜２２と、各トランジスタのゲート絶縁膜２３およびゲート電極２４と、絶縁膜２５と、絶縁膜２６とを備えている。絶縁膜２５は、本開示の第１絶縁膜の例であり、絶縁膜２６は、本開示の第２絶縁膜の例である。第１半導体基板２１は、複数のｎ型半導体領域２１ａと、ｐ＋型半導体領域２１ｂと、ｐ型半導体領域２１ｃと、複数のｎ型半導体領域２１ｄと、複数のｎ型半導体領域２１ｅとを含んでいる。
中間基板１２は、第２半導体基板３１と、第２層間絶縁膜３２と、各トランジスタのゲート絶縁膜３３およびゲート電極３４と、複数のプラグ３５と、第１配線層３６と、第２配線層３７と、第３配線層３８と、第３配線層３９とを備えている。第２半導体基板３１は、複数の不純物半導体領域３１ａを含んでいる。第２層間絶縁膜３２は、絶縁膜３２ａと、絶縁膜３２ｂとを含んでいる。
下部基板１３は、第３半導体基板４１と、第３層間絶縁膜４２と、各トランジスタのゲート絶縁膜４３およびゲート電極４４と、複数のプラグ４５と、第５配線層４６と、配線層４７と、第７配線層４８とを備えている。第３半導体基板４１は、複数の不純物半導体領域４１ａを含んでいる。第３層間絶縁膜４２は、絶縁膜４２ａと、絶縁膜４２ｂとを含んでいる。
本実施形態の固体撮像装置はさらに、各画素１内のフォトダイオードＰＤと、各画素１内の縦型ゲート電極ＶＧと、画素１間の画素分離溝Ｔ１と、画素１間の画素分離溝Ｔ２とを備えている。図２に示す２つのフォトダイオードＰＤは、本開示の第１および第２光電変換部の例である。画素分離溝Ｔ１は、本開示の第１画素分離溝の例であり、画素分離溝Ｔ２は、本開示の第２画素分離溝の例である。
以下、図２を参照して、本実施形態の固体撮像装置の構造について説明する。
上部基板１１は、中間基板１２上に積層されている。中間基板１２は、下部基板１３上に積層されている。図２は、上部基板１１と中間基板１２との貼り合わせ面Ｓ１と、中間基板１２と下部基板１３との貼り合わせ面Ｓ２とを示している。遮光膜１４、平坦化膜１５、カラーフィルタ１６、およびオンチップレンズ１７は、上部基板１１上に順に形成されている。遮光膜１４、平坦化膜１５、カラーフィルタ１６、およびオンチップレンズ１７の詳細については、後述する。
第１半導体基板２１は例えば、シリコン基板である。図２において、第１半導体基板２１の－Ｚ方向の面（下面）は、第１半導体基板２１の表面であり、第１半導体基板２１の＋Ｚ方向の面（上面）は、第１半導体基板２１の裏面である。本実施形態の固体撮像装置は、裏面照射型であるため、第１半導体基板２１の裏面が、第１半導体基板２１の光入射面（受光面）となる。
第１半導体基板２１は、ｎ型半導体領域２１ａなどの不純物半導体領域を含んでいる。ｐ＋型半導体領域２１ｂは、ｎ型半導体領域２１ａの周りに設けられている。ｐ型半導体領域２１ｃは、ｐ＋型半導体領域２１ｂ下に設けられている。ｎ型半導体領域２１ｄとｎ型半導体領域２１ｅは、ｐ型半導体領域２１ｃ下に設けられている。
フォトダイオードＰＤは、第１半導体基板２１内に各画素１ごとに設けられている。各フォトダイオードＰＤは、ｎ型半導体領域２１ａとｐ＋型半導体領域２１ｂとの間のｐｎ接合などにより形成されている。各フォトダイオードＰＤは、光を電荷に変換する光電変換部として機能する。具体的には、各フォトダイオードＰＤは、第１半導体基板２１の裏面から光を受光し、受光した光の光量に応じた信号電荷を生成し、生成した信号電荷をｎ型半導体領域２１ａに蓄積する。
第１層間絶縁膜２２は、第１半導体基板２１の光入射面とは反対の面側に設けられている。第１層間絶縁膜２２の例は、酸化シリコン膜や、酸化シリコン膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。
上部基板１１内の各トランジスタのゲート絶縁膜２３およびゲート電極２４は、第１半導体基板２１下に順に設けられている。図２は、２つのトランジスタのゲート絶縁膜２３およびゲート電極２４を例示している。これらのトランジスタは例えば、転送トランジスタである。ゲート絶縁膜２３およびゲート電極２４は、第１半導体基板２１外に設けられ第１層間絶縁膜２２で覆われた部分と、第１半導体基板２１内に設けられた部分とを含んでいる。第１半導体基板２１内のゲート電極２４は、縦型ゲート電極ＶＧと呼ばれる。縦型ゲート電極ＶＧは、ｐ型半導体領域２１ｃ、ｐ＋型半導体領域２１ｂ、およびｎ型半導体領域２１ａ内に設けられている。これらのトランジスタは、本開示の第１および第２転送トランジスタの例である。
絶縁膜２５は、第１半導体基板２１に設けられた画素分離溝Ｔ１内に埋め込まれている。これにより、フォトダイオードＰＤ同士を絶縁膜２５により分離することができる。絶縁膜２５の例は、酸化シリコン膜や、酸化シリコン膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。ここで、画素分離溝とは、溝の内部に半導体基板と異なる材料が充填されている場合においても、半導体基板にとっての溝（トレンチ）が設けられているとする。
画素分離溝Ｔ１は、第１半導体基板２１を貫通しないようにフォトダイオードＰＤ間に設けられた非貫通溝である。画素分離溝Ｔ１は、第１半導体基板２１の裏面（上面）に設けられており、第１半導体基板２１の表面（下面）には達していない。後述するように、本実施形態の画素分離溝Ｔ１は、互いに隣接する４つのフォトダイオードＰＤ間に設けられており、平面視で十字型の形状を有している（図４を参照）。図２に示す画素分離溝Ｔ１は、図２に示す２つのフォトダイオードＰＤ間に設けられている。画素分離溝Ｔ１は、本実施形態では絶縁膜２５のみを含んでいるが、絶縁膜２５内に遮光膜をさらに含んでいてもよい。
絶縁膜２６は、第１半導体基板２１に設けられた画素分離溝Ｔ２内に埋め込まれている。これにより、フォトダイオードＰＤ同士を絶縁膜２６により分離することができる。絶縁膜２６の例は、酸化シリコン膜や、酸化シリコン膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。
画素分離溝Ｔ２は、第１半導体基板２１を貫通するようにフォトダイオードＰＤ間に設けられた貫通溝である。画素分離溝Ｔ２は、第１半導体基板２１の表面（上面）と裏面（下面）との間を貫通している。後述するように、本実施形態の画素分離溝Ｔ２は、第１半導体基板２１内の複数のフォトダイオードＰＤを４つのフォトダイオードＰＤごとに平面視で包囲する形状を有している（図４を参照）。これにより、本実施形態の画素分離溝Ｔ１と画素分離溝Ｔ２は、第１半導体基板２１内の複数のフォトダイオードＰＤを各フォトダイオードＰＤごとに平面視で包囲する画素分離溝を形成している（図４を参照）。図２に示す画素分離溝Ｔ２は、図２に示す２つのフォトダイオードＰＤを平面視で包囲している。なお、画素分離溝Ｔ２により包囲されるフォトダイオードＰＤの個数Ｎ（Ｎは２以上の整数）は、４個以外でもよい。画素分離溝Ｔ２は、本実施形態では絶縁膜２６のみを含んでいるが、絶縁膜２６内に遮光膜をさらに含んでいてもよい。
第２半導体基板３１は例えば、シリコン基板である。図２において、第２半導体基板３１の－Ｚ方向の面（下面）は、第２半導体基板３１の表面であり、第２半導体基板３１の＋Ｚ方向の面（上面）は、第２半導体基板３１の裏面である。本実施形態の第２半導体基板３１は、第２半導体基板３１の上面が第１層間絶縁膜２２の下面と貼り合わされた状態で、第１層間絶縁膜２２下に設けられている。
第２層間絶縁膜３２は、第２半導体基板３１下に設けられた絶縁膜３２ａと、絶縁膜３２ａ下に設けられた絶縁膜３２ｂとを含んでいる。絶縁膜３２ａの例は、酸化シリコン膜や、酸化シリコン膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。同様に、絶縁膜３２ｂの例は、酸化シリコン膜や、酸化シリコン膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。
中間基板１２内の各トランジスタのゲート絶縁膜３３およびゲート電極３４は、第２半導体基板３１下に順に設けられている。図２は、２つのトランジスタのゲート絶縁膜３３およびゲート電極３４を例示している。これらのトランジスタは例えば、転送トランジスタ以外の画素トランジスタである。ゲート絶縁膜３３およびゲート電極３４は、第２半導体基板３１外に設けられており、第２層間絶縁膜３２で覆われている。第２半導体基板３１内の不純物半導体領域３１ａは例えば、これらのトランジスタのソース領域およびドレイン領域として機能する。
プラグ３５、第１配線層３６、第２配線層３７、第３配線層３８、および第３配線層３９は、第２層間絶縁膜３２内に設けられている。プラグ３５は、第２半導体基板３１と第１配線層３６との間、ゲート電極３３と第１配線層３６との間、第１配線層３６と第２配線層３７との間、第２配線層３７と第３配線層３８との間、および第３配線層３８と第３配線層３９との間に設けられている。第１配線層３６～３９は、第２層間絶縁膜３２内で第１多層配線を形成している。また、第１多層配線の層数は、これに限定されるものではない。図２はさらに、第２層間絶縁膜３２、２２内で第１配線層３６と第１半導体基板２１（ｎ型半導体領域２１ｅ）との間に設けられた２本のプラグ３５を示している。これにより、上部基板１１と中間基板１２とが電気的に接続されている。
第３半導体基板４１は例えば、シリコン基板である。図２において、第３半導体基板４１の＋Ｚ方向の面（上面）は、第３半導体基板４１の表面であり、第３半導体基板４１の－Ｚ方向の面（下面）は、第３半導体基板４１の裏面である。
第３層間絶縁膜４２は、第３半導体基板４１上に設けられた絶縁膜４２ａと、絶縁膜４２ａ上に設けられた絶縁膜４２ｂとを含んでいる。絶縁膜４２ａの例は、酸化シリコン膜や、酸化シリコン膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。同様に、絶縁膜４２ｂの例は、酸化シリコン膜や、酸化シリコン膜とその他の絶縁膜とを含む積層膜である。本実施形態の絶縁膜４２ｂは、絶縁膜４２ｂの上面が絶縁膜３２ｂの下面と貼り合わされた状態で、絶縁膜３２ｂ下に設けられている。
下部基板１３内の各トランジスタのゲート絶縁膜４３およびゲート電極４４は、第３半導体基板４１上に順に設けられている。図２は、２つのトランジスタのゲート絶縁膜４３およびゲート電極４４を例示している。これらのトランジスタは例えば、転送トランジスタ以外の画素トランジスタである。ゲート絶縁膜４３およびゲート電極４４は、第３半導体基板４１外に設けられており、第３層間絶縁膜４２で覆われている。第３半導体基板４１内の不純物半導体領域４１ａは例えば、これらのトランジスタのソース領域およびドレイン領域として機能する。
プラグ４５、第５配線層４６、第６配線層４７、および第７配線層４８は、第３層間絶縁膜４２内に設けられている。プラグ４５は、第３半導体基板４１と第５配線層４６との間、ゲート電極４３と第５配線層４６との間、第５配線層４６と第６配線層４７との間、および第６配線層４７と第７配線層４８との間に設けられている。第５～第７配線層４６～４８は、第３層間絶縁膜４２内で第２多層配線を形成している。また、第２多層配線の層数は、これに限定されるものではない。本実施形態の第７配線層４８は、第７配線層４８の上面が第３配線層３９の下面と貼り合わされた状態で、第３配線層３９下に設けられている。これにより、中間基板１２と下部基板１３とが電気的に接続されている。
遮光膜１４は、光を遮光する作用を有しており、絶縁膜２５、２６の上面に形成されている。遮光膜１４は例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）といった金属元素を含む膜である。
平坦化膜１５は、第１半導体基板２１上に遮光膜１４を介して形成されており、これにより第１半導体基板２１の裏面の上方の面が平坦となっている。平坦化膜１５は例えば、樹脂膜などの有機膜である。
カラーフィルタ１６は、所定の波長の光を透過させる作用を有しており、平坦化膜１５上に所定の個数の画素１ごとに形成されている。例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）用のカラーフィルタ１６がそれぞれ、赤色、緑色、および青色の画素１のフォトダイオードＰＤの上方に配置されている。さらに、赤外光（ＩＲ）用のカラーフィルタ１６が、赤外光の画素１のフォトダイオードＰＤの上方に配置されていてもよい。カラーフィルタ１６を透過した光は、平坦化膜１５を介してフォトダイオードＰＤに入射する。本実施形態のカラーフィルタ１６は、平坦化膜１５上に４つの画素１ごとに形成されており、カラーフィルタ１６と画素１が１対４で対応している。
オンチップレンズ１７は、光を集光する作用を有しており、カラーフィルタ１６上に所定の個数の画素１ごとに形成されている。オンチップレンズ１７により集光された光は、カラーフィルタ１６と平坦化膜１５とを介してフォトダイオードＰＤに入射する。本実施形態のオンチップレンズ１７は、カラーフィルタ１６上に４つの画素１ごとに形成されており、オンチップレンズ１７と画素１が１対４で対応している。
本実施形態では、オンチップレンズ１７に入射した光が、オンチップレンズ１７により集光され、カラーフィルタ１６を透過し、フォトダイオードＰＤに入射する。フォトダイオードＰＤは、この光を光電変換により電荷に変換して、信号電荷を生成する。信号電荷は、第１～第７配線層３６～３９、４６～４８内の垂直信号線８（図１）を介して、画素信号として出力される。
図３は、第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図と縦断面図である。
図３のＡは、図１の画素アレイ領域２に含まれる４つの画素１の横断面を示し、図３のＢおよびＣの各々は、図１の画素アレイ領域２に含まれる２つの画素１の縦断面を示している。図３のＡは、Ｘ方向に延びるＡ－Ａ’線と、Ｘ方向に延びるＢ－Ｂ’線と、Ｘ方向に対して傾いた方向に延びるＣ－Ｃ’線とを示している。図２、図３のＢ、および図３のＣはそれぞれ、図３のＡに示すＢ－Ｂ’線、Ｂ－Ｂ’線、およびＣ－Ｃ’線に沿った断面を示している。図３のＢは、図２のＸＺ断面と同じＸＺ断面を簡略化して示しており、図３のＣは、ＸＺ断面に対して傾いた縦断面を示している。
図３のＡは、第１半導体基板２１の断面を示しており、具体的には、４つの画素１内のフォトダイオードＰＤの断面を示している。図３のＡは、第１半導体基板２１内に設けられた画素分離溝Ｔ１、Ｔ２、絶縁膜２５、２６、および４つの縦型ゲート電極ＶＧを示している。図３のＡはさらに、説明を分かりやすくするため、第１半導体基板２１上に設けられたオンチップレンズ１７と、第１半導体基板２１内にて画素分離溝Ｔ１下に設けられた浮遊拡散部ＦＤと、浮遊拡散部ＦＤの周りのｐ＋型領域とを便宜上示している。図３のＡはさらに、説明を分かりやすくするため、第１半導体基板２１下に設けられ縦型ゲート電極ＶＧを備える４つの転送トランジスタの三角形の平面形状を、縦型ゲート電極ＶＧの周りに便宜上示している。図３のＡに示す符号ＴＧＬ、ＴＧＲはそれぞれ、これら４つの転送トランジスタのうちの左上の転送トランジスタおよび右上の転送トランジスタを示している。転送トランジスタＴＧＬ、ＴＧＲはそれぞれ、第１および第２転送トランジスタの例である。浮遊拡散部ＦＤは、第１半導体基板２１内にて画素分離溝Ｔ１と平面視で少なくとも一部が重なる位置に設けられている。
図３のＡに示す４つの画素１は、同色画素である。例えば、図３のＡに示す４つの画素１は、いずれも赤色（Ｒ）画素である。よって、これらの画素１のフォトダイオードＰＤ上には１つのオンチップレンズ１７が設けられており、これらの画素１はこのオンチップレンズ１７を共有している。同様に、これらの画素１のフォトダイオードＰＤ上には１つのカラーフィルタ１６が設けられており、これらの画素１はこのカラーフィルタ１６を共有している。
図３のＡでは、画素分離溝Ｔ１が、これらの画素１の４つのフォトダイオードＰＤ間に設けられており、平面視で十字型の形状を有している。一方、画素分離溝Ｔ２は、これら４つのフォトダイオードＰＤを包囲する形状を有している。その結果、画素分離溝Ｔ１と画素分離溝Ｔ２は、これら４つのフォトダイオードＰＤを各フォトダイオードＰＤごとに包囲する画素分離溝を形成している。
なお、図３のＡに示す画素分離溝Ｔ１は、浮遊拡散部ＦＤとｐ＋型領域とを図３のＡに図示したために、４つに分断されているように見えるが、正確には図４に示す十字型の形状を有していることに留意されたい。本実施形態の画素分離溝Ｔ１の形状は、Ｂ－Ｂ線’に沿った断面でもＡ－Ａ線’に沿った断面でも同じである。
画素分離溝Ｔ１は、十字型の平面形状を有しているため、Ｘ方向に延びる第１部分と、Ｙ方向に延びる第２部分とを含んでおり、浮遊拡散部ＦＤは、第１半導体基板２１内にて第１部分と第２部分との交差部分下に設けられている（図３のＣを参照）。Ｘ方向およびＹ方向はそれぞれ、本開示の第１および第２方向の例である。本実施形態の浮遊拡散部ＦＤは、図３のＡに示す４つの画素１により共有されている。
浮遊拡散部ＦＤは例えば、第１半導体基板２１内にてｐ型半導体領域２１ｃ下に設けられたｎ＋型半導体領域である。図３のＡにおいて、浮遊拡散部ＦＤは、図３のＡに示す各フォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷を蓄積するために使用される。また、図３に示す各転送トランジスタは、この転送トランジスタ上に位置するフォトダイオードＰＤから浮遊拡散部ＦＤに信号電荷を転送する機能を有している。
信号電荷は、図３のＡに示す２つのフォトダイオードＰＤ間で授受することも可能である。例えば、転送トランジスタＴＧＬ、ＴＧＲは、転送トランジスタＴＧＬ上に位置するフォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷を、第１半導体基板２１内の画素分離溝Ｔ１下の領域を介して、転送トランジスタＴＧＲ上に位置するフォトダイオードＰＤに転送することが可能である（図３のＢを参照）。なお、信号電荷の転送のさらなる詳細については、後述する。
図３のＢは、２つのフォトダイオードＰＤと、これらの下の２つの転送トランジスタの縦型ゲート電極ＶＧとを示している。図３のＢに示す左と右の転送トランジスタはそれぞれ、上述の転送トランジスタＴＧＬ、ＴＧＲである。これらのフォトダイオードＰＤ間の画素分離溝Ｔ１は、非貫通溝となっている。そのため、転送トランジスタＴＧＬ、ＴＧＲは、転送トランジスタＴＧＬ上に位置するフォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷を、第１半導体基板２１内の画素分離溝Ｔ１下の領域を介して、転送トランジスタＴＧＲ上に位置するフォトダイオードＰＤに転送することができる。図３のＢに示す矢印は、このような信号電荷の転送を示している。
本実施形態の固体撮像装置は、図３のＡに示す４つの画素１（同色画素）間の信号電荷蓄積時間を異ならせることで、ハイダイナミックレンジを得るように動作することが可能である。この場合、これらの画素１間の画素分離溝が貫通溝ではなく非貫通溝であると、画素１間で信号電荷が移動（オーバーフロー）するため、ハイダイナミックレンジを得ることができない可能性がある。本実施形態のこれらの画素１間の画素分離溝は、非貫通溝である画素分離溝Ｔ１であるため、このような問題が起こり得る。
一方、本実施形態のこれらの画素１間の画素分離溝を仮に貫通溝にすると、信号電荷のオーバーフローの利点を享受できなくなる。具体的には、これらの画素１間で信号電荷が移動（オーバーフロー）できないと、画素１の端部でリニアリティ崩れが生じ、点欠陥が生じてしまう。
そこで、本実施形態では、図３のＡに示す４つの画素１間の画素分離溝を、非貫通溝である画素分離溝Ｔ１としている。これにより、これらの画素１間で信号電荷が移動（オーバーフロー）できるようになり、画素１の端部でリニアリティ崩れが生じることを抑制することが可能となり、点欠陥が生じることを抑制することが可能となる。一方、信号電荷のオーバーフローに伴いハイダイナミックレンジを得ることができなくなるという問題に関しては、例えば画素分離溝Ｔ１を十分に深くすることや、オーバーフローパスを転送トランジスタの動作により閉鎖することで抑制可能である。これにより、位相差を取得可能な光量レンジを広くすることが可能となる。このように、本実施形態によれば、貫通溝の利点と非貫通溝の利点とを共に享受することが可能となる。なお、オーバーフローパスの閉鎖のさらなる詳細については、後述する。
図４は、第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。
図４は、図３のＡのＸＹ断面と同じＸＹ断面を示している。ただし、図３のＡが、図１の画素アレイ領域２に含まれる４つの画素１を示しているのに対し、図４は、図１の画素アレイ領域２に含まれる１６個の画素１を示している。
図４に示す１６個の画素１は、４つの赤色（Ｒ）画素と、４つの緑色（Ｇ）画素と、４つの青色（Ｂ）画素と、４つの赤外光（ＩＲ）画素とを含んでいる。画素分離溝Ｔ２は、これらの画素１のフォトダイオードＰＤを４つのフォトダイオードＰＤごとに平面視で包囲している。具体的には、図４に示す画素分離溝Ｔ２は、４つの赤色画素のフォトダイオードＰＤを包囲する部分と、４つの緑色画素のフォトダイオードＰＤを包囲する部分と、４つの青色画素のフォトダイオードＰＤを包囲する部分と、４つの赤外光画素のフォトダイオードＰＤを包囲する部分とを含んでいる。よって、これらのフォトダイオードＰＤは、同色画素ごとに包囲されている。各色の４つの画素１の構造は、図３のＡを参照して説明した通りである。
本実施形態では、異なる色の画素１同士は画素分離溝Ｔ２（貫通溝）により分離されているため、これらの画素１間のクロストークを効果的に抑制することができる。
次に、図５から図７を参照し、本実施形態の固体撮像装置の３つの動作モードについて説明する。
図５は、第１実施形態の固体撮像装置の第１モードの動作を説明するための縦断面図とグラフである。
図５のＡは、図３のＢと同様にＢ－Ｂ’線に沿った断面を示し、図５のＢは、図３のＣと同様にＣ－Ｃ’線に沿った断面を示している。また、図５のＣは、Ｂ－Ｂ’線に沿った断面におけるポテンシャルのプロファイルを示し、図５のＤは、Ｃ－Ｃ’線に沿った断面におけるポテンシャルのプロファイルを示している。
第１モードの転送トランジスタＴＧＬ、ＴＧＲは、転送トランジスタＴＧＬ上に位置するフォトダイオードＰＤから転送トランジスタＴＧＲ上に位置するフォトダイオードＰＤへの電荷のパスを閉鎖するよう動作する（図５のＡ）。これにより、これらのフォトダイオードＰＤ間での信号電荷のオーバーフローを抑制することが可能となる。第１モードの転送トランジスタＴＧＬはさらに、転送トランジスタＴＧＬ上に位置するフォトダイオードＰＤから浮遊拡散部ＦＤへの電荷のパスを閉鎖するよう動作する（図５のＢ）。
第１モードでは、転送トランジスタＴＧＬ、ＴＧＲの位置のポテンシャルを高く設定する（図５のＣおよびＤ）。これにより、転送トランジスタＴＧＬ上のフォトダイオードＰＤと転送トランジスタＴＧＲ上のフォトダイオードＰＤとの間で信号電荷（Ｑｓ）が移動することを抑制することが可能となる（図５のＣ）。さらには、転送トランジスタＴＧＬ上のフォトダイオードＰＤから浮遊拡散部ＦＤに信号電荷が移動することを抑制することが可能となる（図５のＤ）。
第１モードによれば、画素分離溝Ｔ１を貫通溝に置き換えた場合と同様の動作を実現することが可能となる。第１モードは例えば、位相差を取得可能な光量レンジを広くしたい場合に使用可能である。第１モードによれば、例えば高光量時に位相差を取得することが可能となる。
図６は、第１実施形態の固体撮像装置の第２モードの動作を説明するための縦断面図とグラフである。
図６のＡは、図３のＢと同様にＢ－Ｂ’線に沿った断面を示し、図６のＢは、図３のＣと同様にＣ－Ｃ’線に沿った断面を示している。また、図６のＣは、Ｂ－Ｂ’線に沿った断面におけるポテンシャルのプロファイルを示し、図６のＤは、Ｃ－Ｃ’線に沿った断面におけるポテンシャルのプロファイルを示している。
第２モードの転送トランジスタＴＧＬ、ＴＧＲは、転送トランジスタＴＧＬ上に位置するフォトダイオードＰＤから転送トランジスタＴＧＲ上に位置するフォトダイオードＰＤへの電荷のパスを開放するよう動作する（図６のＡ）。これにより、これらのフォトダイオードＰＤ間で信号電荷をオーバーフローさせることが可能となる。第２モードの転送トランジスタＴＧＬはさらに、転送トランジスタＴＧＬ上に位置するフォトダイオードＰＤから浮遊拡散部ＦＤへの電荷のパスを閉鎖するよう動作する（図６のＢ）。
第２モードでは、転送トランジスタＴＧＬ、ＴＧＲの位置のポテンシャルを、第１モードに比べて低く設定する（図６のＣおよびＤ）。これにより、転送トランジスタＴＧＬ上のフォトダイオードＰＤと転送トランジスタＴＧＲ上のフォトダイオードＰＤとの間で信号電荷が移動させることが可能となる（図６のＣ）。さらには、転送トランジスタＴＧＬ上のフォトダイオードＰＤから浮遊拡散部ＦＤに信号電荷が移動することを抑制することが可能となる（図６のＤ）。
第２モードによれば、非貫通溝である画素分離溝Ｔ１下の領域を介して、信号電荷をオーバーフローさせることが可能となる。これにより、画素１の端部でリニアリティ崩れが生じることを抑制することが可能となり、点欠陥が生じることを抑制することが可能となる。第２モードによれば、例えば低光量時に位相差を取得することが可能となる。
図７は、第１実施形態の固体撮像装置の第３モードの動作を説明するための縦断面図とグラフである。
図７のＡは、図３のＢと同様にＢ－Ｂ’線に沿った断面を示し、図７のＢは、図３のＣと同様にＣ－Ｃ’線に沿った断面を示している。また、図７のＣは、Ｂ－Ｂ’線に沿った断面におけるポテンシャルのプロファイルを示し、図７のＤは、Ｃ－Ｃ’線に沿った断面におけるポテンシャルのプロファイルを示している。
第３モードの転送トランジスタＴＧＬ、ＴＧＲは、転送トランジスタＴＧＬ上に位置するフォトダイオードＰＤから転送トランジスタＴＧＲ上に位置するフォトダイオードＰＤへの電荷のパスを閉鎖するよう動作する（図７のＡ）。これにより、これらのフォトダイオードＰＤ間での信号電荷のオーバーフローを抑制することが可能となる。第３モードの転送トランジスタＴＧＬはさらに、転送トランジスタＴＧＬ上に位置するフォトダイオードＰＤから浮遊拡散部ＦＤへの電荷のパスを開放するよう動作する（図７のＢ）。これにより、このフォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷を浮遊拡散部ＦＤに蓄積することが可能となる。
第１モードや第２モードでは、転送トランジスタＴＧＬ、ＴＧＲの位置のポテンシャルを、これらの上のフォトダイオードＰＤの位置のポテンシャルよりも高く設定する（図５のＣおよびＤ、図６のＣおよびＤ）。一方、第３モードでは、転送トランジスタＴＧＬの位置のポテンシャルを、フォトダイオードＰＤの位置のポテンシャルよりも低く設定し、転送トランジスタＴＧＲの位置のポテンシャルを、フォトダイオードＰＤの位置のポテンシャルよりも高く設定する（図７のＣおよびＤ）。これにより、転送トランジスタＴＧＬ上のフォトダイオードＰＤと転送トランジスタＴＧＲ上のフォトダイオードＰＤとの間で信号電荷が移動することを抑制することが可能となる（図７のＣ）。さらには、転送トランジスタＴＧＬ上のフォトダイオードＰＤから浮遊拡散部ＦＤに信号電荷を移動させることが可能となる（図７のＤ）。
第３モードによれば、非貫通溝である画素分離溝Ｔ１下の領域を介して、信号電荷をフォトダイオードＰＤから浮遊拡散部ＦＤに転送することが可能となる。
なお、図５のＡおよびＣや、図６のＡおよびＣや、および図７のＡおよびＣを参照して説明した内容は、図３のＡに示す４つの転送トランジスタのうち、転送トランジスタＴＧＬ、ＴＲＧのペア以外の２つの転送トランジスタのペアにも適用可能である。
また、図５のＢおよびＤや、図６のＢおよびＤや、および図７のＢおよびＤを参照して説明した内容は、図３のＡに示す４つの転送トランジスタのうち、転送トランジスタＴＧＬ以外の転送トランジスタにも適用可能である。
以上のように、本実施形態の第１半導体基板２１内の画素分離溝は、非貫通溝である画素分離溝Ｔ１と、貫通溝である画素分離溝Ｔ２とを含んでいる。よって、本実施形態によれば、好適な作用を有する画素分離溝を第１半導体基板２１内に形成することが可能となる。例えば、画素分離溝Ｔ１により非貫通溝の利益を享受することが可能となり、画素分離溝Ｔ２により貫通溝の利益を享受することが可能となる。また、例えば図５から図７に示すような制御を採用することで、画素分離溝Ｔ１が非貫通溝であるための効果と、画素分離溝Ｔ１を貫通溝に置き換えた場合と同様な効果とを得ることが可能となる。
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。
図８は、図３のＡと同様に、４つの画素１の横断面を示している。これらの画素１は、例えば同色画素である。図８の固体撮像装置は、図３のＡの固体撮像装置とおおむね同じ構造を有している。ただし、図８に示す４つのフォトダイオードＰＤは、Ｘ方向に延びる２つのオンチップレンズ１７下に設けられており、オンチップレンズ１７とフォトダイオードＰＤが１対２で対応している。なお、本実施形態のカラーフィルタ１６とフォトダイオードＰＤは、１対２で対応していてもよいし、１対４で対応していてもよい。
本実施形態によれば、第１実施形態に比べて小型で多数のオンチップレンズ１７を配置することができるため、例えばオンチップレンズ１７により光路を細かく制御することが可能となる。一方、第１実施形態によれば、例えばオンチップレンズ１７を本実施形態に比べて簡単に形成することが可能となる。
図９は、第２実施形態の変形例の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。
図９も、４つの画素１の横断面を示している。図９に示す４つのフォトダイオードＰＤは、Ｙ方向に延びる２つのオンチップレンズ１７下に設けられており、オンチップレンズ１７とフォトダイオードＰＤが１対２で対応している。このように、本実施形態のオンチップレンズ１７は、Ｘ方向に延びていてもよいし、Ｙ方向に延びていてもよい。
図１０は、第２実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。
図１０は、図４と同様に、１６個の画素１の横断面を示している。図１０の固体撮像装置でも、オンチップレンズ１７とフォトダイオードＰＤは、１対２で対応している。ただし、図１０の固体撮像装置は、Ｘ方向に延びるオンチップレンズ１７と、Ｙ方向に延びるオンチップレンズ１７の両方を備えている。このように、本実施形態のオンチップレンズ１７は、Ｘ方向に延びるオンチップレンズ１７と、Ｙ方向に延びるオンチップレンズ１７とを含んでいてもよい。
（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。
図１１は、図３のＡなどと同様に、４つの画素１の横断面を示している。これらの画素１は、例えば同色画素である。図１１の固体撮像装置は、図３のＡの固体撮像装置とおおむね同じ構造を有している。ただし、図１１に示す画素分離溝Ｔ２は、４つのフォトダイオードＰＤを平面視で包囲しているだけでなく、画素分離溝Ｔ１と共にこれらのフォトダイオードＰＤ間にも設けられている。よって、図１１に示すフォトダイオードＰＤ同士は、画素分離溝Ｔ１と画素分離溝Ｔ２とにより分離されている。
本実施形態によれば、画素分離溝全体に占める貫通溝（画素分離溝Ｔ２）の割合を増やすことができるため、例えば貫通溝の利点をより強く享受することが可能となる。一方、第１実施形態によれば、同色画素間に画素分離溝Ｔ１と画素分離溝Ｔ２とを混在させないことができるため、例えば画素分離溝Ｔ１、Ｔ２を簡単に形成することが可能となる。
（第４実施形態）
図１２は、第４実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。
図１２は、図３のＡなどと同様に、４つの画素１の横断面を示している。これらの画素１は、例えば同色画素である。図１２の固体撮像装置は、図３のＡの固体撮像装置とおおむね同じ構造を有している。ただし、図１２の固体撮像装置は、ＴＧＬ、ＴＧＲなどの転送トランジスタだけでなく、リセットトランジスタＲＳＴ、選択トランジスタＳＥＬ、および増幅トランジスタＡＭＰを、第１半導体基板２１の表面（下面）に備えている。すなわち、これらのトランジスタはいずれも、第１半導体基板２１の光入射面の反対面に設けられている。このように、本実施形態のリセットトランジスタＲＳＴ、選択トランジスタＳＥＬ、および増幅トランジスタＡＭＰは、下部基板１３内や中間基板１２内に設ける代わりに上部基板１１内に設けてもよい（図２を参照）。なお、本実施形態の固体撮像装置は、下部基板１３と中間基板１２の少なくともいずれかを備えていなくてもよい。
（第５実施形態）
図１３は、第５実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。
図１３は、８つの画素１の横断面を示している。図１３に示す固体撮像装置では、図８に示す固体撮像装置と同様に、オンチップレンズ１７とフォトダイオードＰＤが１対２で対応している。ただし、図１３に示す固体撮像装置では、オンチップレンズ１７の平面形状が円となっており、フォトダイオードＰＤの平面形状が長方形となっている。なお、図１３に示す８つの画素１は、８つの同色画素を含んでいてもよいし、ある色の４つの同色画素と、別の色の４つの同色画素とを含んでいてもよい。
本実施形態によれば、第２実施形態の固体撮像装置と同様の構造を有する固体撮像装置を、オンチップレンズ１７の平面形状を細長くする代わりに、フォトダイオードＰＤの平面形状を細長くすることで実現可能となる。なお、本実施形態のフォトダイオードＰＤの平面形状は、Ｙ方向に延びる長方形でもよいし、Ｘ方向に延びる長方形でもよい。
（第６実施形態）
図１４は、第６実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。
図１４は、９つの画素１の横断面を示している。これらの画素１は、例えば同色画素である。図１４に示す画素分離溝Ｔ２は、第１半導体基板２１内の複数のフォトダイオードＰＤを９つのフォトダイオードＰＤごとに平面視で包囲する形状を有している。一方、図１４に示す画素分離溝Ｔ１は、これら９つのフォトダイオードＰＤ間に設けられている。よって、図１４に示す画素分離溝Ｔ１と画素分離溝Ｔ２は、これらのフォトダイオードＰＤを各フォトダイオードＰＤごとに平面視で包囲する画素分離溝を形成している。
図１４に示す９つのフォトダイオードＰＤは、９つのオンチップレンズ１７下に設けられており、オンチップレンズ１７とフォトダイオードＰＤが１対１で対応している。本実施形態によれば、第２実施形態と同様に小型で多数のオンチップレンズ１７を配置することができるため、例えばオンチップレンズ１７により光路を細かく制御することが可能となる。なお、本実施形態のカラーフィルタ１６とフォトダイオードＰＤは、１対１で対応していてもよいし、１対９で対応していてもよい。
本実施形態の固体撮像装置は、３×３個（＝９個）の単位で画素分離溝Ｔ２により包囲されたフォトダイオードＰＤを備えているが、代わりにＫ×Ｋ個の単位で画素分離溝Ｔ２により包囲されたフォトダイオードＰＤを備えていてよい（Ｋは４以上の整数）。
（第７実施形態）
図１５は、第７実施形態の固体撮像装置の構造を示す横断面図である。
図１５は、４つの画素１の横断面を示している。これらの画素１は、例えば同色画素である。図１５の固体撮像装置は、図３のＡの固体撮像装置とおおむね同じ構造を有している。ただし、図３のＡに示す画素分離溝Ｔ１、Ｔ２が、Ｘ方向やＹ方向に延びているのに対し、図１５に示す画素分離溝Ｔ１、Ｔ２は、Ｘ’方向やＹ’方向に延びている。Ｘ’方向は、Ｘ方向に対して所定の角度だけ傾いており、Ｙ’方向も、Ｙ方向に対して当該所定の角度だけ傾いている。よって、図１５の固体撮像装置の画素１は、図３のＡの固体撮像装置の画素１を当該所定の角度だけ傾けた構造を有している。当該所定の角度は、例えば４５度である。Ｘ’方向およびＹ’方向はそれぞれ、本開示の第１および第２方向の例である。
ここで、図３のＡの固体撮像装置の構造と図１５の固体撮像装置の構造の一例について説明する。
この例では、図３のＡの固体撮像装置を含む半導体チップの平面形状は、Ｘ方向に延びる二辺とＹ方向に延びる二辺とを有する長方形となっている。同様に、図１５の固体撮像装置を含む半導体チップの平面形状も、Ｘ方向に延びる二辺とＹ方向に延びる二辺とを有する長方形となっている。よって、これらの半導体チップの各々は、Ｘ方向に延びる２つの端面と、Ｙ方向に延びる２つの端面とを有している。
ここで、図３のＡの固体撮像装置では、画素分離溝Ｔ１、Ｔ２もＸ方向やＹ方向に延びている。よって、図３のＡに示す画素分離溝Ｔ１、Ｔ２は、半導体チップの端面と平行な方向や、半導体チップの端面と垂直な方向に延びている。
一方、図１５の固体撮像装置では、画素分離溝Ｔ１、Ｔ２はＸ’方向やＹ’方向に延びている。よって、図１５に示す画素分離溝Ｔ１、Ｔ２は、半導体チップの端面と非平行かつ非垂直な方向に延びている。このような構造は例えば、画素トランジスタのチャネル方向を、Ｘ方向ともＹ方向とも異なる方向にすることが望ましい場合に採用される。具体的には、フォトダイオードＰＤ用のウェハ（第１半導体基板２１）の表面が｛１００｝面ではない場合や、このウェハの中心からノッチに向かう方向が＜１００＞方向でない場合に、画素トランジスタのチャネル方向を、Ｘ方向ともＹ方向とも異なる方向にしたい場合があると考えられる。
（応用例）
図１６は、電子機器の構成例を示すブロック図である。図１６に示す電気機器は、カメラ１００である。
カメラ１００は、レンズ群などを含む光学部１０１と、第１～第７実施形態のいずれかの固体撮像装置である撮像装置１０２と、カメラ信号処理回路であるＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路１０３と、フレームメモリ１０４と、表示部１０５と、記録部１０６と、操作部１０７と、電源部１０８とを備えている。また、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示部１０５、記録部１０６、操作部１０７、および電源部１０８は、バスライン１０９を介して相互に接続されている。
光学部１０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで、撮像装置１０２の撮像面上に結像する。撮像装置１０２は、光学部１０１により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、画素信号として出力する。
ＤＳＰ回路１０３は、撮像装置１０２により出力された画素信号について信号処理を行う。フレームメモリ１０４は、撮像装置１０２で撮像された動画または静止画の１画面を記憶しておくためのメモリである。
表示部１０５は、例えば液晶パネルや有機ＥＬパネルなどのパネル型表示装置を含んでおり、撮像装置１０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部１０６は、撮像装置１０２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリなどの記録媒体に記録する。
操作部１０７は、ユーザによる操作の下に、カメラ１００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部１０８は、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示部１０５、記録部１０６、および操作部１０７の動作電源となる各種の電源を、これらの供給対象に対して適宜供給する。
撮像装置１０２として、第１～第７実施形態のいずれかの固体撮像装置を使用することで、良好な画像の取得が期待できる。
当該固体撮像装置は、その他の様々な製品に応用することができる。例えば、当該固体撮像装置は、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、ロボットなどの種々の移動体に搭載されてもよい。
図１７は、移動体制御システムの構成例を示すブロック図である。図１７に示す移動体制御システムは、車両制御システム２００である。
車両制御システム２００は、通信ネットワーク２０１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１７に示した例では、車両制御システム２００は、駆動系制御ユニット２１０と、ボディ系制御ユニット２２０と、車外情報検出ユニット２３０と、車内情報検出ユニット２４０と、統合制御ユニット２５０とを備えている。図１７はさらに、統合制御ユニット２５０の構成部として、マイクロコンピュータ２５１と、音声画像出力部２５２と、車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）２５３とを示している。
駆動系制御ユニット２１０は、各種プログラムに従って、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２１０は、内燃機関や駆動用モータなどの車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置や、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構や、車両の舵角を調節するステアリング機構や、車両の制動力を発生させる制動装置などの制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット２２０は、各種プログラムに従って、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２２０は、スマートキーシステム、キーレスエントリシステム、パワーウィンドウ装置、各種ランプ（例えば、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー、フォグランプ）など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２２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波また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２２０は、このような電波また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、ランプなどを制御する。
車外情報検出ユニット２３０は、車両制御システム２００を搭載した車両の外部の情報を検出する。車外情報検出ユニット２３０には、例えば撮像部２３１が接続される。車外情報検出ユニット２３０は、撮像部２３１に車外の画像を撮像させると共に、撮像された画像を撮像部２３１から受信する。車外情報検出ユニット２３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識、路面上の文字などの物体検出処理または距離検出処理を行ってもよい。
撮像部２３１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２３１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。撮像部２３１が受光する光は、可視光であってもよいし、赤外線などの非可視光であってもよい。撮像部２３１は、第１～第７実施形態のいずれかの固体撮像装置を含んでいる。
車内情報検出ユニット２４０は、車両制御システム２００を搭載した車両の内部の情報を検出する。車内情報検出ユニット２４０には例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部２４１が接続される。例えば、運転者状態検出部２４１は、運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット２４０は、運転者状態検出部２４１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また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。このカメラは、第１～第７実施形態のいずれかの固体撮像装置を含んでいてもよく、例えば、図１６に示すカメラ１００でもよい。
マイクロコンピュータ２５１は、車外情報検出ユニット２３０または車内情報検出ユニット２４０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、または制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット２１０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２５１は、車両の衝突回避、衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、衝突警告、レーン逸脱警告などの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２５１は、車外情報検出ユニット２３０または車内情報検出ユニット２４０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、または制動装置を制御することにより、運転者の操作によらずに自律的に走行する自動運転など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２５１は、車外情報検出ユニット２３０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２２０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２５１は、車外情報検出ユニット２３０で検知した先行車また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など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２５２は、車両の搭乗者または車外に対して視覚的または聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置に、音声およ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１７の例では、このような出力装置として、オーディオスピーカ２６１、表示部２６２、およびインストルメントパネル２６３が示されている。表示部２６２は例えば、オンボードディスプレイまたはヘッドアップディスプレイを含んでいてもよい。
図１８は、図１７の撮像部２３１の設定位置の具体例を示す平面図である。
図１８に示す車両３００は、撮像部２３１として、撮像部３０１、３０２、３０３、３０４、３０５を備えている。撮像部３０１、３０２、３０３、３０４、３０５は例えば、車両３００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア、車室内のフロントガラスの上部など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３０１は、主として車両３００の前方の画像を取得する。左のサイドミラーに備えられる撮像部３０２と、右のサイドミラーに備えられる撮像部３０３は、主として車両３００の側方の画像を取得する。リアバンパまたはバックドアに備えられる撮像部３０４は、主として車両３００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３０５は、主として車両３００の前方の画像を取得する。撮像部３０５は例えば、先行車両、歩行者、障害物、信号機、交通標識、車線などの検出に用いられる。
図１８は、撮像部３０１、３０２、３０３、３０４（以下「撮像部３０１～３０４」と表記する）の撮像範囲の例を示している。撮像範囲３１１は、フロントノーズに設けられた撮像部３０１の撮像範囲を示す。撮像範囲３１２は、左のサイドミラーに設けられた撮像部３０２の撮像範囲を示す。撮像範囲３１３は、右のサイドミラーに設けられた撮像部３０３の撮像範囲を示す。撮像範囲３１４は、リアバンパまたはバックドアに設けられた撮像部３０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部３０１～３０４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３００を上方から見た俯瞰画像が得られる。以下、撮像範囲３１１、３１２、３１３、３１４を「撮像範囲３１１～３１４」と表記する。
撮像部３０１～３０４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３０１～３０４の少なくとも１つは、複数の撮像装置を含む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装置であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ２５１（図１７）は、撮像部３０１～３０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲３１１～３１４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３００に対する相対速度）を算出する。マイクロコンピュータ２５１は、これらの算出結果に基づいて、車両３００の進行路上にある最も近い立体物で、車両３００とほぼ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２５１は、先行車の手前にあらかじ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、この例によれば、運転者の操作によ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２５１は、撮像部３０１～３０４から得られた距離情報を基に、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２５１は、車両３００の周辺の障害物を、車両３００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２５１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２６１や表示部２６２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２１０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３０１～３０４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２５１は、撮像部３０１～３０４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３０１～３０４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り行われる。マイクロコンピュータ２５１が、撮像部３０１～３０４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２５２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２６２を制御する。また、音声画像出力部２５２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２６２を制御してもよい。
図１９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１９では、術者（医師）５３１が、内視鏡手術システム４００を用いて、患者ベッド５３３上の患者５３２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４００は、内視鏡５００と、気腹チューブ５１１やエネルギー処置具５１２等の、その他の術具５１０と、内視鏡５００を支持する支持アーム装置５２０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６００と、から構成される。
内視鏡５００は、先端から所定の長さの領域が患者５３２の体腔内に挿入される鏡筒５０１と、鏡筒５０１の基端に接続されるカメラヘッド５０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒５０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡５００を図示しているが、内視鏡５００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５０１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５００には光源装置６０３が接続されており、当該光源装置６０３によって生成された光が、鏡筒５０１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５３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡５００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５０２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）６０１に送信される。
ＣＣＵ６０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡５００及び表示装置６０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ６０１は、カメラヘッド５０２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６０２は、ＣＣＵ６０１からの制御により、当該ＣＣＵ６０１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６０３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５００に供給する。
入力装置６０４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６０４を介して、内視鏡手術システム４００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５００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６０５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５１２の駆動を制御する。気腹装置６０６は、内視鏡５００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５３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ５１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ６０７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６０８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５００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置６０３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６０３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５０２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６０３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５０２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６０３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６０３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２０は、図１９に示すカメラヘッド５０２及びＣＣＵ６０１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５０２は、レンズユニット７０１と、撮像部７０２と、駆動部７０３と、通信部７０４と、カメラヘッド制御部７０５と、を有する。ＣＣＵ６０１は、通信部７１１と、画像処理部７１２と、制御部７１３と、を有する。カメラヘッド５０２とＣＣＵ６０１とは、伝送ケーブル７００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７０１は、鏡筒５０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒５０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド５０２まで導光され、当該レンズユニット７０１に入射する。レンズユニット７０１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７０２は、撮像素子で構成される。撮像部７０２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７０２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７０２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５３１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７０２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７０１も複数系統設けられ得る。撮像部７０２は、例えば第１～第７実施形態のいずれかの固体撮像装置である。
また、撮像部７０２は、必ずしもカメラヘッド５０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部７０２は、鏡筒５０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部７０３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７０５からの制御により、レンズユニット７０１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７０２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７０４は、ＣＣＵ６０１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７０４は、撮像部７０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル７００を介してＣＣＵ６０１に送信する。
また、通信部７０４は、ＣＣＵ６０１から、カメラヘッド５０２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７０５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ＣＣＵ６０１の制御部７１３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５００に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部７０５は、通信部７０４を介して受信したＣＣＵ６０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド５０２の駆動を制御する。
通信部７１１は、カメラヘッド５０２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７１１は、カメラヘッド５０２から、伝送ケーブル７００を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部７１１は、カメラヘッド５０２に対して、カメラヘッド５０２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７１２は、カメラヘッド５０２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７１３は、内視鏡５００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７１３は、カメラヘッド５０２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７１３は、画像処理部７１２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６０２に表示させる。この際、制御部７１３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７１３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５１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部７１３は、表示装置６０２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５３１に提示されることにより、術者５３１の負担を軽減することや、術者５３１が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド５０２及びＣＣＵ６０１を接続する伝送ケーブル７００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７００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド５０２とＣＣＵ６０１との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更を加えて実施してもよい。例えば、２つ以上の実施形態を組み合わせて実施してもよい。
なお、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
（１）
第１半導体基板内に設けられ、隣接する第１および第２光電変換部と、
前記第１半導体基板を貫通しないように前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に設けられた第１画素分離溝と、
前記第１半導体基板を貫通するように設けられた第２画素分離溝と、
を備える固体撮像装置。
（２）
前記第１画素分離溝は、前記第１半導体基板の光入射面側から前記第１半導体基板の前記光反射面とは反対側の面に向かって設けられている、（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記第２画素分離溝は、少なくとも前記第１および第２光電変換部を平面視で包囲するように設けられている、（１）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記第２画素分離溝は、前記第１画素分離溝と共に、前記第１および第２光電変換部を各光電変換部ごとに包囲する画素分離溝を形成している、（１）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記第２画素分離溝はさらに、前記第１画素分離溝と共に、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に設けられている、（１）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、
前記Ｎ個の光電変換部は、前記第１半導体基板上に設けられた１個のオンチップレンズと対応している、（１）に記載の固体撮像装置。
（７）
前記Ｎ個の光電変換部は、同色画素であるＮ個の画素内に設けられている、（６）に記載の固体撮像装置。
（８）
前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、
前記Ｎ個の光電変換部は、前記第１半導体基板上に設けられた２個のレンズと対応している、（１）に記載の固体撮像装置。
（９）
前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、
前記Ｎ個の光電変換部は、前記第１半導体基板上に設けられたＮ個のオンチップレンズと対応している、（１）に記載の固体撮像装置。
（１０）
前記Ｎは、Ｋの２乗（Ｋは３以上の整数）である、（９）に記載の固体撮像装置。
（１１）
前記第１半導体基板内にて前記第１画素分離溝と平面視で少なくとも一部が重なる位置に設けられた浮遊拡散部をさらに備える、（１）に記載の固体撮像装置。
（１２）
前記第１画素分離溝は、第１方向に延びる第１部分と、第２方向に延びる第２部分とを含み、
前記浮遊拡散部は、前記第１半導体基板内にて前記第１部分と前記第２部分との交差部分と平面視で少なくとも一部が重なる位置に設けられている、（１１）に記載の固体撮像装置。
（１３）
前記第１画素分離溝は、第１方向に延びる第１部分と、第２方向に延びる第２部分とを含み、
前記第１および第２方向は、前記固体撮像装置を含むチップの端面に非平行かつ非垂直となっている、（１）に記載の固体撮像装置。
（１４）
前記第１および第２光電変換部の下にあって、ゲート電極の少なくとも一部が第１層間絶縁膜内にそれぞれ設けられた第１および第２転送トランジスタをさらに備える、（１）に記載の固体撮像装置。
（１５）
前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、
前記Ｎ個の光電変換部のうちのいずれかの光電変換部下に設けられたリセット、選択、または増幅トランジスタをさらに備え、
前記第１転送トランジスタと、前記第２転送トランジスタと、前記リセット、選択、または増幅トランジスタは、前記第１半導体基板の光入射面の反対の面側に設けられている、（１４）に記載の固体撮像装置。
（１６）
前記第１半導体基板の前記光入射面とは反対の面側に設けられた第１層間絶縁膜と対向するように設けられた第２半導体基板をさらに備え、
前記第２半導体基板は、前記転送トランジスタ以外の画素トランジスタのうち少なくとも一部を含む、（１５）に記載の固体撮像装置。
（１７）
第１半導体基板内に設けられ、隣接する第１および第２光電変換部と、
前記第１半導体基板内に設けられた浮遊拡散部と、
前記第１および第２光電変換部下にそれぞれ設けられた第１および第２転送トランジスタとを備え、
前記第１および第２転送トランジスタは、
前記第１光電変換部から前記浮遊拡散部への電荷のパスを閉鎖し、かつ前記第１光電変換部から前記第２光電変換部への電荷のパスを閉鎖する第１モードと、
前記第１光電変換部から前記浮遊拡散部への電荷のパスを閉鎖し、かつ前記第１光電変換部から前記第２光電変換部への電荷のパスを開放する第２モードと、
前記第１光電変換部から前記浮遊拡散部への電荷のパスを開放する第３モードと、
を提供するように動作する、固体撮像装置。
（１８）
前記第１半導体基板を貫通しないように前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に設けられた第１画素分離溝をさらに備え、
前記浮遊拡散部は、前記第１半導体基板内にて前記第１画素分離溝下に設けられている、（１７）に記載の固体撮像装置。
（１９）
前記第１半導体基板を貫通するように設けられた第２画素分離溝をさらに備え、
前記第２画素分離溝は、少なくとも前記第１および第２光電変換部を平面視で包囲するように設けられている、（１８）に記載の固体撮像装置。
（２０）
前記第１半導体基板の前記光入射面とは反対の面側に設けられた第１層間絶縁膜と対向するように設けられた第２半導体基板をさらに備え、
前記第２半導体基板は、前記転送トランジスタ以外の画素トランジスタのうち少なくとも一部を含む、（１９）に記載の固体撮像装置。
１：画素、２：画素アレイ領域、３：制御回路、
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：垂直信号線、９：水平信号線、
１１：上部基板、１２：中間基板、１３：下部基板、１４：遮光膜、
１５：平坦化膜、１６：カラーフィルタ、１７：オンチップレンズ、
２１：第１半導体基板、２１ａ：ｎ型半導体領域、２１ｂ：ｐ＋型半導体領域、
２１ｃ：ｐ型半導体領域、２１ｄ：ｎ型半導体領域、２１ｅ：ｎ型半導体領域、
２２：第１層間絶縁膜、２３：ゲート絶縁膜、２４：ゲート電極、
２５：絶縁膜、２６：絶縁膜、
３１：第２半導体基板、３１ａ：不純物半導体領域、３２：第２層間絶縁膜、
３２ａ：絶縁膜、３２ｂ：絶縁膜、３３：ゲート絶縁膜、３４：ゲート電極、
３５：プラグ、３６：第１配線層、３７：第２配線層、
３８：第３配線層、３９：第４配線層、
４１：第３半導体基板、４１ａ：不純物半導体領域、４２：第３層間絶縁膜、
４２ａ：絶縁膜、４２ｂ：絶縁膜、４３：ゲート絶縁膜、４４：ゲート電極、
４５：プラグ、４６：第５配線層、４７：第６配線層、４８：第７配線層

Claims (20)

  1. 第１半導体基板内に設けられ、隣接する第１および第２光電変換部と、
    前記第１半導体基板を貫通しないように前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に設けられた第１画素分離溝と、
    前記第１半導体基板を貫通するように設けられた第２画素分離溝と、
    を備える固体撮像装置。
  2. 前記第１画素分離溝は、前記第１半導体基板の光入射面側から前記第１半導体基板の前記光反射面とは反対側の面に向かって設けられている、請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記第２画素分離溝は、少なくとも前記第１および第２光電変換部を平面視で包囲するように設けられている、請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第２画素分離溝は、前記第１画素分離溝と共に、前記第１および第２光電変換部を各光電変換部ごとに包囲する画素分離溝を形成している、請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第２画素分離溝はさらに、前記第１画素分離溝と共に、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に設けられている、請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、
    前記Ｎ個の光電変換部は、前記第１半導体基板上に設けられた１個のオンチップレンズと対応している、請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 前記Ｎ個の光電変換部は、同色画素であるＮ個の画素内に設けられている、請求項６に記載の固体撮像装置。
  8. 前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、
    前記Ｎ個の光電変換部は、前記第１半導体基板上に設けられた２個のレンズと対応している、請求項１に記載の固体撮像装置。
  9. 前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、
    前記Ｎ個の光電変換部は、前記第１半導体基板上に設けられたＮ個のオンチップレンズと対応している、請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 前記Ｎは、Ｋの２乗（Ｋは３以上の整数）である、請求項９に記載の固体撮像装置。
  11. 前記第１半導体基板内にて前記第１画素分離溝と平面視で少なくとも一部が重なる位置に設けられた浮遊拡散部をさらに備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
  12. 前記第１画素分離溝は、第１方向に延びる第１部分と、第２方向に延びる第２部分とを含み、
    前記浮遊拡散部は、前記第１半導体基板内にて前記第１部分と前記第２部分との交差部分と平面視で少なくとも一部が重なる位置に設けられている、請求項１１に記載の固体撮像装置。
  13. 前記第１画素分離溝は、第１方向に延びる第１部分と、第２方向に延びる第２部分とを含み、
    前記第１および第２方向は、前記固体撮像装置を含むチップの端面に非平行かつ非垂直となっている、請求項１に記載の固体撮像装置。
  14. 前記第１および第２光電変換部の下にあって、ゲート電極の少なくとも一部が第１層間絶縁膜内にそれぞれ設けられた第１および第２転送トランジスタをさらに備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
  15. 前記第２画素分離溝は、前記第１および第２光電変換部を含むＮ個の光電変換部（Ｎは２以上の整数）を包囲しており、
    前記Ｎ個の光電変換部のうちのいずれかの光電変換部下に設けられたリセット、選択、または増幅トランジスタをさらに備え、
    前記第１転送トランジスタと、前記第２転送トランジスタと、前記リセット、選択、または増幅トランジスタは、前記第１半導体基板の光入射面の反対の面側に設けられている、請求項１４に記載の固体撮像装置。
  16. 前記第１半導体基板の前記光入射面とは反対の面側に設けられた第１層間絶縁膜と対向するように設けられた第２半導体基板をさらに備え、
    前記第２半導体基板は、前記転送トランジスタ以外の画素トランジスタのうち少なくとも一部を含む、請求項１５に記載の固体撮像装置。
  17. 第１半導体基板内に設けられ、隣接する第１および第２光電変換部と、
    前記第１半導体基板内に設けられた浮遊拡散部と、
    前記第１および第２光電変換部下にそれぞれ設けられた第１および第２転送トランジスタとを備え、
    前記第１および第２転送トランジスタは、
    前記第１光電変換部から前記浮遊拡散部への電荷のパスを閉鎖し、かつ前記第１光電変換部から前記第２光電変換部への電荷のパスを閉鎖する第１モードと、
    前記第１光電変換部から前記浮遊拡散部への電荷のパスを閉鎖し、かつ前記第１光電変換部から前記第２光電変換部への電荷のパスを開放する第２モードと、
    前記第１光電変換部から前記浮遊拡散部への電荷のパスを開放する第３モードと、
    を提供するように動作する、固体撮像装置。
  18. 前記第１半導体基板を貫通しないように前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に設けられた第１画素分離溝をさらに備え、
    前記浮遊拡散部は、前記第１半導体基板内にて前記第１画素分離溝下に設けられている、請求項１７に記載の固体撮像装置。
  19. 前記第１半導体基板を貫通するように設けられた第２画素分離溝をさらに備え、
    前記第２画素分離溝は、少なくとも前記第１および第２光電変換部を平面視で包囲するように設けられている、請求項１８に記載の固体撮像装置。
  20. 前記第１半導体基板の前記光入射面とは反対の面側に設けられた第１層間絶縁膜と対向するように設けられた第２半導体基板をさらに備え、
    前記第２半導体基板は、前記転送トランジスタ以外の画素トランジスタのうち少なくとも一部を含む、請求項１９に記載の固体撮像装置。
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