KR20200134204A - 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

본 기술은, 포화 전하량을 증대시키면서, 암전류의 악화를 억제할 수 있도록 하는 고체 촬상 장치(1) 및 그 제조 방법, 및 전자 기기(300)에 관한 것이다. 고체 촬상 장치는, 기판의 광입사면측과는 반대의 표면측에 형성된 제1 광전변환부와, 제1 광전변환부에 대해 기판 깊이 방향으로 적층된 제2 광전변환부와, 인접 화소와의 경계부에 형성된, 기판을 관통하는 화소 분리부(51)를 구비한다. 제1 광전변환부는, 기판의 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제1 평면 방향 PN 접합 영역(42, 43)과, 화소 분리부의 측벽에 따른 제1 수직 방향 PN 접합 영역(61, 62)을 가지며, 제2 광전변환부는, 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제2 평면 방향 PN 접합 영역(45, 46)과, 화소 분리부의 측벽에 따른 제2 수직 방향 PN 접합 영역(61, 63)을 갖는다. 본 기술은, 예를 들면, 고체 촬상 장치 등에 적용할 수 있다.

Description

고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기
본 기술은, 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 포화 전하량을 증대시키면서, 암전류의 악화를 억제할 수 있도록 한 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다.
고체 촬상 소자에서, 포화 전하량(Qs)을 증대시키는 여러가지의 제안이 이루어져 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1에서는, 반도체 기판을 관통하는 트렌치를 화소 사이에 형성하고, 그 측벽에 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역을 형성하여, 넓은 PN 접합 영역을 확보하여, 포화 전하량을 증대시키는 구조가 제안되어 있다.
특허 문헌 1 : 특개2015-162603호 공보
그렇지만, 특허 문헌 1의 구조에서는, 트렌치 측벽의 N형 불순물 영역이, 광입사면 측인 기판 이면의 계면에 달하고 있어서, 이면 계면의 피닝이 약체화되어, 암전류가 악화하는 것이 우려된다.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 포화 전하량을 증대시키면서, 암전류의 악화를 억제할 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 제1의 측면의 고체 촬상 장치는, 기판의 광입사면측과는 반대의 표면측에 형성된 제1 광전변환부와, 상기 제1 광전변환부에 대해 기판 깊이 방향으로 적층된 제2 광전변환부와, 인접 화소와의 경계부에 형성된, 상기 기판을 관통하는 화소 분리부를 구비하고, 상기 제1 광전변환부는, P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 기판의 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제1 평면 방향 PN 접합 영역과, 상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제1 수직 방향 PN 접합 영역을 가지며, 상기 제2 광전변환부는, P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제2 평면 방향 PN 접합 영역과, 상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제2 수직 방향 PN 접합 영역을 가지며, 상기 제1 수직 방향 PN 접합 영역의 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제1 간격만큼 떨어져 배치되고, 상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 기판의 이면측 계면의 상기 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제2 간격만큼 떨어져 배치되어 있다.
본 기술의 제2의 측면의 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 기판의 광입사면측과는 반대의 표면측에 제1 광전변환부를 형성하고, 상기 제1 광전변환부에 대해 기판 깊이 방향으로 적층하여 제2 광전변환부를 형성하고, 인접 화소와의 경계부에, 상기 기판을 관통하는 화소 분리부를 형성하고, 상기 제1 광전변환부는, P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 기판의 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제1 평면 방향 PN 접합 영역과, 상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제1 수직 방향 PN 접합 영역을 가지며, 상기 제2 광전변환부는, P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제2 평면 방향 PN 접합 영역과, 상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제2 수직 방향 PN 접합 영역을 가지며, 상기 제1 수직 방향 PN 접합 영역의 제1 도전형의 불순물 영역을, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제1 간격만큼 떼어서 형성하고, 상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역을, 상기 기판의 이면측 계면의 상기 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제2 간격만큼 떼어서 형성한다.
본 기술의 제3의 측면의 전자 기기는, 기판의 광입사면측과는 반대의 표면측에 형성된 제1 광전변환부와, 상기 제1 광전변환부에 대해 기판 깊이 방향으로 적층된 제2 광전변환부와, 인접 화소와의 경계부에 형성된, 상기 기판을 관통하는 화소 분리부를 구비하고, 상기 제1 광전변환부는, P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 기판의 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제1 평면 방향 PN 접합 영역과, 상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제1 수직 방향 PN 접합 영역을 가지며, 상기 제2 광전변환부는, P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제2 평면 방향 PN 접합 영역과, 상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제2 수직 방향 PN 접합 영역을 가지며, 상기 제1 수직 방향 PN 접합 영역의 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제1 간격만큼 떨어져 배치되고, 상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 기판의 이면측 계면의 상기 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제2 간격만큼 떨어져 배치되어 있는 고체 촬상 장치를 구비한다.
본 기술의 제1 내지 제3의 측면에서는, 기판의 광입사면측과는 반대의 표면측에 제1 광전변환부가 형성되고, 상기 제1 광전변환부에 대해 기판 깊이 방향으로 적층하여 제2 광전변환부가 형성되고, 인접 화소와의 경계부에, 상기 기판을 관통하는 화소 분리부가 형성된다. 상기 제1 광전변환부에는, P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 기판의 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제1 평면 방향 PN 접합 영역과, 상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제1 수직 방향 PN 접합 영역이 마련되고, 상기 제2 광전변환부에는, P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제2 평면 방향 PN 접합 영역과, 상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제2 수직 방향 PN 접합 영역이 마련된다. 상기 제1 수직 방향 PN 접합 영역의 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제1 간격만큼 떼어서 형성되고, 상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 기판의 이면측 계면의 상기 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제2 간격만큼 떼어서 형성된다.
고체 촬상 장치 및 전자 기기는, 독립한 장치라도 좋고, 다른 장치에 조립되는 모듈이라도 좋다.
본 기술의 제1 내지 제3의 측면에 의하면, 포화 전하량을 증대시키면서, 암전류의 악화를 억제할 수 있다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 본 기술을 적용한 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 제1 실시의 형태에 관한 화소의 단면도 및 평면도.
도 3은 제1 실시의 형태에 관한 화소의 단면도 및 평면도.
도 4는 공유 화소 트랜지스터의 배치례를 도시하는 도면.
도 5는 제1 실시의 형태에 관한 화소 구조의 변형례를 도시하는 도면.
도 6은 제1 실시의 형태에 관한 화소의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 7은 제1 실시의 형태에 관한 화소의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 8은 화소 경계부의 제1의 형성 방법을 설명하는 도면.
도 9는 화소 경계부의 제1의 형성 방법을 설명하는 도면.
도 10은 화소 경계부의 제2의 형성 방법을 설명하는 도면.
도 11은 제2 실시의 형태에 관한 화소의 단면도 및 평면도.
도 12는 제3 실시의 형태에 관한 화소의 단면도 및 평면도.
도 13은 제4 실시의 형태에 관한 화소의 단면도 및 평면도.
도 14는 제4 실시의 형태에 관한 화소의 변형례를 도시하는 도면.
도 15는 제5 실시의 형태에 관한 화소의 단면도 및 평면도.
도 16은 이미지 센서의 사용례를 설명하는 도면.
도 17은 본 기술을 적용한 전자 기기로서의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
도 18은 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 19는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 20은 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 21은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 22는 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 한다)에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서에 행한다.
1. 고체 촬상 장치의 개략 구성례
2. 화소의 제1 실시의 형태
3. 제1 실시의 형태의 제조 방법
4. 화소의 제2 실시의 형태
5. 화소의 제3 실시의 형태
6. 화소의 제4 실시의 형태
7. 화소의 제5 실시의 형태
8. 이미지 센서의 사용례
9. 전자 기기에의 적용례
10. 체내 정보 취득 시스템에의 응용례
11. 내시경 수술 시스템에의 응용례
12. 이동체에의 응용례
<1. 고체 촬상 장치의 개략 구성례>
도 1은, 본 기술을 적용한 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하고 있다.
도 1의 고체 촬상 장치(1)는, 반도체로서 예를 들면 실리콘(Si)을 사용한 반도체 기판(12)에, 화소(2)가 2차원 어레이형상으로 배열된 화소 어레이부(3)와, 그 주변의 주변 회로부를 갖고서 구성된다. 주변 회로부로는, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5), 수평 구동 회로(6), 출력 회로(7), 제어 회로(8) 등이 포함된다.
화소(2)는, 광전변환 소자로서의 포토 다이오드와, 복수의 화소 트랜지스터를 갖고 이루어진다. 복수의 화소 트랜지스터는, 예를 들면, 전송 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 및, 증폭 트랜지스터의 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된다.
또한, 화소(2)는, 공유 화소 구조로 할 수도 있다. 이 공유 화소 구조는, 복수의 포토 다이오드와, 복수의 전송 트랜지스터와, 공유되는 하나의 플로팅 디퓨전(이하, FD라고 기술한다.)과,공유되는 하나씩의 다른 화소 트랜지스터로 구성된다. 즉, 공유 화소 구조에서는, 복수의 단위 화소를 구성하는 포토 다이오드 및 전송 트랜지스터가, 다른 하나씩의 화소 트랜지스터를 공유하여 구성된다.
제어 회로(8)는, 입력 클록과, 동작 모드 등을 지령하는 데이터를 수취하고, 또한 고체 촬상 장치(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력한다. 즉, 제어 회로(8)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클록에 의거하여, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 그리고, 제어 회로(8)는, 생성한 클록 신호나 제어 신호를, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등에 출력한다.
수직 구동 회로(4)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 소정의 화소 구동 배선(10)을 선택하고, 선택된 화소 구동 배선(10)에 화소(2)를 구동하기 위한 펄스를 공급하고, 행 단위로 화소(2)를 구동한다. 즉, 수직 구동 회로(4)는, 화소 어레이부(3)의 각 화소(2)를 행 단위로 순차적으로 수직 방향으로 선택 주사하고, 각 화소(2)의 광전변환부에서 수광량에 응하여 생성된 신호 전하에 의거한 화소 신호를, 수직 신호선(9)을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(5)에 공급시킨다.
칼럼 신호 처리 회로(5)는, 화소(2)의 열마다 배치되어 있고, 1행분의 화소(2)로부터 출력되는 신호를 화소열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 예를 들면, 칼럼 신호 처리 회로(5)는, 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 CDS(Correlated Double Sampling : 상관 2중 샘플링) 및 AD 변환 등의 신호 처리를 행한다.
수평 구동 회로(6)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각을 순번대로 선택하여, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 화소 신호를 수평 신호선(11)에 출력시킨다.
출력 회로(7)는, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 수평 신호선(11)을 통하여 순차적으로 공급되는 신호에 대해, 신호 처리를 행하여 출력한다. 출력 회로(7)는, 예를 들면, 버퍼링만 하는 경우도 있고, 흑레벨 조정, 열편차 보정, 각종 디지털 신호 처리 등이 행하여지는 경우도 있다. 입출력 단자(13)는, 외부와 신호의 교환을 한다.
이상과 같이 구성된 고체 촬상 장치(1)는, CDS 처리와 AD 변환 처리를 행하는 칼럼 신호 처리 회로(5)가 화소열마다 배치된 칼럼 AD 방식이라고 불리는 CMOS 이미지 센서이다.
<2. 화소의 제1 실시의 형태>
이하에서는, 고체 촬상 장치(1)의 화소(2)의 화소 구조에 관해 설명한다.
도 2 및 도 3은, 제1 실시의 형태에 관한 화소(2)의 단면도 및 평면도를 도시하고 있다.
도 2의 A 및 도 3의 A는, 1화소 상당의 화소(2)의 단면도이고, 도 2의 B 및 도 3의 B는, 화소(2)가 세로(수직)방향 및 가로(수평) 방향으로 각각 2개 배열된 2×2의 4화소 상당의 평면도이다.
도 2의 A 및 도 3의 A에서, 상측이 반도체 기판(12)의 표면측이고, 복수의 배선층과 층간 절연막으로 이루어지는 다층 배선층(부도시)이 형성되어 있다. 한편, 도 2의 A 및 도 3의 A에서의 하측이 반도체 기판(12)의 이면측이고, 광이 입사되는 광입사면으로서, 온 칩 렌즈나 컬러 필터(모두 부도시) 등이 형성되어 있다. 따라서 고체 촬상 장치(1)는, 반도체 기판(12)의 이면측부터 입사된 광을 광전변환하는 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서이다.
도 2의 A는, 도 2의 B에서의 A-A'선에서의 단면도에 상당하고, 도 3의 A는, 도 2의 B에서의 B-B'선에서의 단면도에 상당한다.
또한, 도 2의 B의 평면도에서는, 화소(2)의 구조를 알기 쉽게 하기 위해, 부재의 일부를 생략한 평면도이고, 도 3의 B의 평면도는, 반도체 기판(12)의 표면측에서 본 상면도에 상당한다.
화소(2)는, 도 2의 A에 도시되는 바와 같이, 반도체 기판(12)의 광입사면측과는 반대의 표면측에 형성된 제1 광전변환부인 표면 PD(포토 다이오드)와, 표면 PD에 대해 기판 깊이 방향으로 적층된 제2 광전변환부인 매입 PD를 구비한다. 표면 PD와 매입 PD를 특히 구별하지 않는 경우에는, 단지 PD라고 칭한다.
표면 PD는, N형 불순물 영역(41)과, 그보다도 불순물 농도가 고농도로 설정된 N형 불순물 영역(42)과, P형 불순물 영역(43)으로 구성된다. N형 불순물 영역(42)의 불순물 농도는, 예를 들면, 1011cm-2 정도의 N형 불순물 영역(41)에 대해, 1012cm-2 정도이다. N형 불순물 영역(42)과 P형 불순물 영역(43)은, 반도체 기판(12)의 광입사면에 평행한 평면 방향의 PN 접합 영역(이하, 평면 방향 PN 접합 영역이라고 칭한다.)을 형성하고, 불순물 농도가 고농도의 N형 불순물 영역(42)은, 광전변환에 의해 생성된 전하(전자)가 축적되는 전하 축적 영역이 된다.
매입 PD는, N형 불순물 영역(44)과, 그보다도 불순물 농도가 고농도로 설정된 N형 불순물 영역(45)과, P형 불순물 영역(46)으로 구성된다. N형 불순물 영역(45)의 불순물 농도는, 예를 들면, 1011cm-2 정도의 N형 불순물 영역(44)에 대해, 1012cm-2 정도이다. N형 불순물 영역(45)과 P형 불순물 영역(46)은, 반도체 기판(12)의 광입사면에 평행한 평면 방향의 평면 방향 PN 접합 영역을 형성하고, 불순물 농도가 고농도의 N형 불순물 영역(45)은, 광전변환에 의해 생성된 전하(전자)가 축적되는 전하 축적 영역이 된다.
기판 표면측 계면의 N형 불순물 영역(42)의 형성 영역과 다른 영역에는, 광전변환에 의해 얻어진 전하를 유지하는 전하 유지부로서의 FD(47)와, FD(47)에 전하를 전송하는 전송 트랜지스터(의 게이트 전극)(48)가 형성되어 있다. 전송 트랜지스터(48)는, 반도체 기판(12)의 상면에 형성된 평면 게이트 전극부(48T)와, 매입 PD의 N형 불순물 영역(44)에 도달하는 깊이까지, 기판 깊이 방향으로 늘어난 세로 게이트 전극부(48V)를 구비한 종형 트랜지스터로 구성되어 있다.
표면 PD 및 매입 PD의 외주부로서, 인접하는 화소(2)와의 경계부에는, 화소 분리부(51) 또는 P형 불순물 영역(52)이 형성되고, 이웃(隣の)의 화소(2)의 표면 PD 및 매입 PD와 분리되어 있다. 또한, 반도체 기판(12)의 광입사면인 이면측 계면 근방에도 P형 불순물 영역(52)이 형성되어 있다.
화소 분리부(51)는, 반도체 기판(12)의 표면측부터 형성된 트렌치 내에, 폴리실리콘, 산화막(SiO2) 등의 재료를 매입하여 형성된다. 화소 분리부(51)의 기판 표면측 계면에는, STI(Shallow Trench Isolation)(64)가 형성되어 있다.
화소 분리부(51)의 측벽에는, P형 불순물 영역(61)이 형성되어 있다. 표면 PD와 같은 기판 깊이 영역으로, 또한, P형 불순물 영역(61)의 외측의 면(상면)에는, N형 불순물 영역(62)이 형성되어 있다. 따라서 표면 PD와 같은 기판 깊이 영역의 화소 분리부(51)의 측벽에는, 반도체 기판(12)의 광입사면에 수직한 평면 방향의, P형 불순물 영역(61)과 N형 불순물 영역(62)으로 이루어지는 PN 접합 영역(이하, 수직 방향 PN 접합 영역이라고 칭한다.)이 형성되어 있고, N형 불순물 영역(62)도, 광전변환에 의해 생성된 전하가 축적되는 전하 축적 영역으로서 기능한다.
표면 PD의 영역 내의 화소 분리부(51)의 측벽에 형성된 N형 불순물 영역(62)의 광입사면측의 단부는, 매입 PD를 구성하는 P형 불순물 영역(46)에 대해, 기판 깊이 방향으로 소정의 간격(D1)만큼 떨어져서 형성되어 있다.
매입 PD와 같은 기판 깊이 영역으로, 또한, P형 불순물 영역(61)의 외측의 면(상면)에는, N형 불순물 영역(63)이 형성되어 있다. N형 불순물 영역(62 및 63)의 불순물 농도는, N형 불순물 영역(42 및 45)과 마찬가지로, N형 불순물 영역(41 및 44)보다도 고농도로 설정되어 있다. 따라서 매입 PD와 같은 기판 깊이 영역의 화소 분리부(51)의 측벽에도, 반도체 기판(12)의 광입사면에 수직한 평면 방향의, P형 불순물 영역(61)과 N형 불순물 영역(63)으로 이루어지는 수직 방향 PN 접합 영역이 형성되어 있고, N형 불순물 영역(63)도, 광전변환에 의해 생성된 전하가 축적되는 전하 축적 영역으로서 기능한다.
매입 PD의 영역 내의 화소 분리부(51)의 측벽에 형성된 N형 불순물 영역(63)의 광입사면측의 단부는, 기판 이면측 계면 근방의 P형 불순물 영역(52)에 대해, 기판 깊이 방향으로 소정의 간격(D2)만큼 떨어져서 형성되어 있다.
FD(47)는, 도 2의 B에 도시되는 바와 같이, 2×2의 4화소에 대해, 4화소의 중앙부에 배치되고, 4화소에서 공유된다. 각 화소(2)의 전송 트랜지스터(48)는, 사각형(矩形)의 화소 영역 내의 FD(47) 근방에 배치되어 있다. 또한, 2×2의 4화소의 표면 PD 및 매입 PD의 외측(도 2의 B에서는, 하측)에, 4화소에서 공유되는 공유 화소 트랜지스터(Tr1 내지 Tr3)가 배치되어 있다. 공유 화소 트랜지스터(Tr1 내지 Tr3)는, 예를 들면, 선택 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 리셋 트랜지스터의 어느 하나이다. 따라서 이 고체 촬상 장치(1)는, 4화소를 공유 단위로 하는 공유 화소 구조이다.
각 화소(2)의 표면 PD 및 매입 PD의 외주부로서, 인접하는 화소(2)와의 경계부에는, 화소 분리부(51) 또는 P형 불순물 영역(52)이 형성되는데, 화소 분리부(51)는, 도 2의 B에 도시되는 바와 같이, 공유 단위끼리의 경계부에 형성되고, P형 불순물 영역(52)는, 공유 단위 내의 화소 경계부에 형성되어 있다.
도 3의 A에 도시되는 바와 같이, 공유 단위 내의 화소 경계부의 P형 불순물 영역(52) 내에는, RDTI(Rear Deep Trench Isolation)(71)가 형성되어 있다. RDTI(71)는, 예를 들면, 기판 이면측부터 형성된 트렌치 내에, 산화막(SiO2) 등의 재료를 매입하여 형성된다. 이 RDTI(71)에 의해, 공유 단위 내의 인접하는 매입 PD끼리의 전기적 및 광학적인 분리 능력을 높일 수 있다.
STI(64)는, 도 3의 B에 도시되는 바와 같이, 화소 경계부의 기판 표면측 계면에 형성되어 있다.
제1 실시의 형태에 관한 화소(2)는, 이상과 같이 구성된다.
제1 실시의 형태에 관한 화소(2)는, 기판 깊이 방향으로 적층된 표면 PD와 매입 PD의 2단(段)의 광전변환부를 구비한다. 표면 PD에서 생성된 전하를 축적하는 전하 축적 영역으로서, 평면 방향의 영역에 형성된 N형 불순물 영역(42) 외에, 표면 PD 옆의(橫の) 화소 분리부(51)의 측벽에, N형 불순물 영역(62)을 구비한다. 또한, 매입 PD에서 생성된 전하를 축적하는 전하 축적 영역으로서, 평면 방향의 영역에 형성된 N형 불순물 영역(45) 외에, 매입 PD 옆의 화소 분리부(51)의 측벽에, N형 불순물 영역(63)을 구비한다. 이에 의해, 많은 전하를 축적할 수 있고, 1화소당의 포화 전하량을 증대시킬 수 있다. 포화 전하량이 같다고 하면, 화소 사이즈를 보다 축소시킬 수 있다.
표면 PD 옆의 N형 불순물 영역(62)의 광입사면측의 단부는, 매입 PD를 구성하는 P형 불순물 영역(46)에 대해, 기판 깊이 방향으로 소정의 간격(D1)만큼 떨어져서 형성되고, 매입 PD 옆의 N형 불순물 영역(63)의 광입사면측의 단부는, 기판 이면측 계면 근방의 P형 불순물 영역(52)에 대해, 기판 깊이 방향으로 소정의 간격(D2)만큼 떨어져서 형성되어 있다. 이에 의해, P형 불순물 영역(46 및 52)에서의 피닝 약체화가 발생하지 않고, 암전류의 악화를 억제할 수 있다.
따라서 제1 실시의 형태에 관한 화소 구조에 의하면, 포화 전하량을 증대시키면서, 암전류의 악화를 억제할 수 있다.
<공유 화소 트랜지스터의 배치례>
도 4는, 화소 어레이부(3) 내의 공유 화소 트랜지스터의 배치례를 도시하고 있다.
앞서 도시한 도 2 및 도 3의 B에서, 하나의 공유 단위에서의 공유 화소 트랜지스터(Tr1 내지 Tr3)의 배치례를 도시하였는데, 도 4의 A 및 B는, 복수의 공유 단위가 배열된 때의 공유 화소 트랜지스터(Tr1 내지 Tr3)의 배치례를 도시하고 있다.
복수의 공유 화소 트랜지스터(Tr1 내지 Tr3)의 배치는, 도 4의 A에 도시되는 바와 같이, 도 2의 B에 도시한 배치를, 수평 방향 및 수직 방향으로 순차적으로 반복한 배치로 하여도 좋고, 도 4의 B에 도시되는 바와 같이, 수직 방향으로 인접하는 화소행끼리의 공유 화소 트랜지스터(Tr1 내지 Tr3)가, 수직 방향에 경면 대칭이 되도록 배치하여도 좋다. 또는 또한, 복수의 공유 화소 트랜지스터(Tr1 내지 Tr3)의 배치는, 도 4의 A 및 B 이외의 배치 방법이라도 좋다.
<제1 실시의 형태의 변형례>
도 5는, 제1 실시의 형태에 관한 화소 구조의 변형례를 도시하고 있다. 도 5에서, 도 2 및 도 3과 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있고, 그 부분의 설명은 적절히 생략하고, 다른 부분에 주목하여 설명한다.
도 5의 A는, 제1 실시의 형태에 관한 화소(2)의 제1 변형례의 단면도이다.
도 2의 A 및 B를 참조하여 설명한 바와 같이, 2×2의 4화소의 PD의 외주부로서, 공유 단위끼리의 경계부에는 화소 분리부(51)가 형성되고, 화소 분리부(51)의 재료로는, 예를 들면, 폴리실리콘 또는 산화막(SiO2)이 사용된다.
이에 대해, 도 5의 A에 도시되는 제1 변형례에서는, 화소 분리부(51)가, 폴리실리콘(81)과 산화막(82)의 2층에 의해 형성되어 있다.
또한, 도 2의 A 및 B에서는, 화소 분리부(51)의 측벽에 형성된 P형 불순물 영역(61)이, 화소 분리부(51)와 마찬가지로 반도체 기판(12)을 관통하고 있었음에 대해, 도 5의 A에서는, N형 불순물 영역(63)과 같은 기판 깊이로 되어 있다.
제1 변형례는, 화소 분리부(51)의 구성과, N형 불순물 영역(63)의 기판 깊이가 다른점 이외는, 상술한 제1 실시의 형태와 마찬가지이다.
도 5의 B는, 제1 실시의 형태에 관한 화소(2)의 제2 변형례의 단면도이다.
도 5의 B의 제2 변형례는, 제1 변형례와 같은 변경점(變更点)에 더하여, 화소 경계부의 기판 표면측 계면에 형성된 STI(64)의 외주부에도 P형 불순물 영역(61)이 형성되어 있는 점이 다르다.
화소 경계부에 관해서는, 도 5의 A 및 B와 같은 구조도 가능하다.
<3. 제1 실시의 형태의 제조 방법>
다음에, 도 6 및 도 7을 참조하여, 제1 실시의 형태에 관한 화소(2)의 제조 방법에 관해 설명한다. 또한, 도 6 및 도 7에서는, 도 5의 B에 도시한 제2 변형례의 화소 구조의 제조 방법에 관해 설명한다.
처음에, 도 6의 A에 도시되는 바와 같이, 반도체로서 예를 들면 실리콘(Si)을 사용한 반도체 기판(12)의 이면측의 계면 근방 영역에, 붕소(B) 등의 P형 불순물을 이온 주입함에 의해, P형 불순물 영역(52)이 형성된다.
다음에, 도 6의 B에 도시되는 바와 같이, 인(P) 등의 N형 불순물을 이온 주입함에 의해, 매입 PD의 N형 불순물 영역(44 및 45)이 형성되고, 또한, 붕소(B) 등의 P형 불순물을 이온 주입함에 의해, P형 불순물 영역(46)이 형성된다. N형 불순물 영역(45)은, 상술한 바와 같이, N형 불순물 영역(44)보다도 불순물 농도가 높게 조정된다.
다음에, 도 6의 C에 도시되는 바와 같이, 에피택셜 성장에 의해, 실리콘층(101)이 형성된 후, 도 6의 D에 도시되는 바와 같이, 화소 경계부에, STI(64)가 형성된다.
다음에, 도 7의 A에 도시되는 바와 같이, 화소 경계부의 STI(64)의 하층에, 폴리실리콘(81)과 산화막(82)의 2층으로 이루어지는 화소 분리부(51)나, 표면 PD 옆의 PN 접합 영역인 P형 불순물 영역(61) 및 N형 불순물 영역(62), 매입 PD 옆의 PN 접합 영역인 P형 불순물 영역(61) 및 N형 불순물 영역(63)이 형성된다. 이 STI(64) 하층의 화소 경계부의 형성 방법은, 도 8 내지 도 10을 참조하여 후술한다.
다음에, 도 7의 B에 도시되는 바와 같이, 에피택셜 성장에 의해 형성한 실리콘층(101)에 대한 N형 불순물의 이온 주입에 의해, 표면 PD의 N형 불순물 영역(41)이 형성된 후, P형 불순물의 이온 주입에 의해, STI(64)의 주위에, P형 불순물 영역(61)이 형성된다.
다음에, 도 7의 C에 도시되는 바와 같이, 종형의 전송 트랜지스터(48)가 형성된 후, 도 7의 D에 도시되는 바와 같이, 반도체 기판(12)의 표면측 계면에 근방 영역에, N형 불순물의 이온 주입, 및, P형 불순물의 이온 주입을 행함에 의해, N형 불순물 영역(42), 및, P형 불순물 영역(43)이 형성된다.
또한, 도 7의 D에 도시되는 바와 같이, 전송 트랜지스터(48) 근방의 기판 표면측 계면에, FD(47)가, N형 불순물의 이온 주입에 의해 형성된다. 또한, 전송 트랜지스터(48)의 게이트 전극 측면에 사이드 월을 형성하는 경우에는, FD(47)를 형성하기 전에, 사이드 월이 형성된다.
도 7의 D의 공정의 후, 반도체 기판(12)의 표면측의 다층 배선층이 형성되거나, 공유 단위 내의 화소 경계부에, 반도체 기판(12)의 표면측에서 트렌치가 형성되어, PD 분리용의 RDTI(71)가 형성된다.
<제1의 형성 방법>
다음에, 도 7의 A에 도시한 화소 경계부의 STI(64)의 하층에, 화소 분리부(51)나 PN 접합 영역을 형성하는 공정의 상세에 관해 설명한다.
처음에, 도 8 및 도 9를 참조하여, STI(64)의 하층에, 화소 분리부(51) 및 PN 접합 영역을 갖는 화소 경계부의 제1의 형성 방법에 관해 설명한다.
도 8의 A에 도시되는 바와 같이, 에피택셜 성장에 의해 형성한 실리콘층(101)의 상면 전체에, LP-TEOS 등의 실리콘산화막(121)이 형성된다. 도 8의 A는, 도 6의 D에 도시한 STI(64) 형성 후의 상태에, 실리콘산화막(121)을 형성한 상태를 도시하고 있다.
다음에, 도 8의 B에 도시되는 바와 같이, 실리콘산화막(121)의 상면에, 레지스트(122)가 성막되고, STI(64) 상부의 소정 영역만 개구된다. 그리고, 드라이 에칭에 의해, 레지스트(122)의 개구 영역보다 아래의, 실리콘산화막(121), STI(64), 및, 실리콘층(101)이 제거되어, 딥 트렌치(123)가 형성된다. 딥 트렌치(123)의 폭은, STI(64)보다도 좁고, 깊이는, 에칭 프로세스 편차를 고려하여도, 그 아래의 P형 불순물 영역(46)에 도달하지 않는 깊이이고, 또한, 후술하는 도 8의 D의 고상 확산 공정에서, N형 불순물이 그 아래의 P형 불순물 영역(46)까지 확산하여, P형 불순물 영역(46)의 실효 불순물 농도가 소망하는 농도보다 적어지지 않는 깊이로 설정된다. 딥 트렌치(123)가 형성된 평면 영역은, 도 2의 B에 도시한 화소 분리부(51)에 대응한 영역이 된다.
다음에, 도 8의 C에 도시되는 바와 같이, 레지스트(122)가 제거된 후, 예를 들면 ALD법(Atomic Layer Deposition법)을 이용하여, 인(P)을 포함한 실리콘산화막(이하, PSG막이라고 칭한다.)(124)가, 반도체 기판(12)의 표면에 퇴적된다. 그 결과, 반도체 기판(12)의 표면뿐만 아니라, 딥 트렌치(123)의 측면과 저면에도, PSG막(124)이 형성된다. 그 후, 반도체 기판(12)에 대해 열처리(어닐)가 행하여짐에 의해, PSG막(124)과 실리콘층(101)이 접촉하고 있는 영역에서, PSG막(124)의 인이 고상(固相) 확산되어, N형 불순물 영역(62)이 형성된다.
다음에, 도 8의 D에 도시되는 바와 같이, 예를 들면, 불산을 사용한 웨트 에칭을 이용하여, PSG막(124)이 제거된다. 딥 트렌치(123)의 측벽의 N형 불순물 영역(62)의 광입사면측의 단부와, P형 불순물 영역(46)과의 기판 깊이 방향의 간격이, 도 2에 도시한 소정의 간격(D1)에 상당한다.
다음에, 도 8의 E에 도시되는 바와 같이, 예를 들면 드라이 에칭을 이용하여, 딥 트렌치(123)의 저면이 깊이 방향으로 더욱 파들어가지고, 깊게 파들어가진 딥 트렌치(123)의 측면 및 저면과, 반도체 기판(12)의 표면에, PSG막(125)이 재차 형성된다. 딥 트렌치(123)의 깊이는, 에칭 프로세스 편차를 고려하여도, 기판 이면측의 P형 불순물 영역(52)에 도달하지 않는 깊이이고, 또한, 후술하는 도 9의 A의 고상 확산 공정에서, N형 불순물이 그 아래의 P형 불순물 영역(52)까지 확산하여, P형 불순물 영역(52)의 실효 불순물 농도가 소망하는 농도보다 적어지지 않는 깊이로 설정된다.
다음에, 도 8의 F에 도시되는 바와 같이, 반도체 기판(12) 상면 전체에 레지스트(131)를 도포하고, 딥 트렌치(123)의 내부에 레지스트(131)를 매입한 후, 전면 드라이 에칭에 의해, 딥 트렌치(123)의 소망하는 깊이까지 레지스트(131)가 제거된다. 후퇴된 후의 레지스트(131)의 깊이는, P형 불순물 영역(46)보다도 깊은 위치이고, 이 후의 열처리나 프로세스 토탈 열처리의 공정에 의해, N형 불순물이 P형 불순물 영역(46)까지 확산하여 P형의 실효 농도가 소망하는 농도보다 적어지지 않는 깊이로 설정된다.
다음에, 도 9의 A에 도시되는 바와 같이, 도 8의 F에 도시한 후퇴 후의 레지스트(131)로 막혀 있는 부분의 PSG막(125)만이 남도록, 웨트 처리에 의해, 레지스트(131)보다 상측의 PSG막(125)이 제거된 후, 레지스트(131)도 박리된다. 그 후, 반도체 기판(12)에 대해 열처리(어닐)가 행하여짐에 의해, PSG막(125)과 N형 불순물 영역(44)이 접촉하고 있는 영역에서, PSG막(125)의 인이 고상 확산되어, N형 불순물 영역(63)이 형성된다.
다음에, 도 9의 B에 도시되는 바와 같이, PSG막(125)을 제거한 후, 열처리를 추가하고 행함에 의해, N형 불순물인 인이 확산되어, N형 불순물 영역(62)과 N형 불순물 영역(63)이 횡방향으로 확산된다.
다음에, 도 9의 C에 도시되는 바와 같이, 예를 들면 ALD법(Atomic Layer Deposition법)을 이용하여, 붕소(B)를 포함한 실리콘산화막(이하, BSG막이라고 칭한다.)(132)이, 반도체 기판(12)의 표면에 퇴적된다. 그 결과, 반도체 기판(12)의 표면뿐만 아니라, 딥 트렌치(123)의 측면과 저면에도, BSG막(132)이 형성된다. 그 후, 반도체 기판(12)에 대해 열처리(어닐)가 행하여짐에 의해, 도 9의 D에 도시되는 바와 같이, BSG막(132)과 N형 불순물 영역 또는 P형 불순물 영역이 접촉하고 있는 영역에서, BSG막(132)의 붕소가 고상 확산되어, P형 불순물 영역(61)이 형성된다.
다음에, 도 9의 E에 도시되는 바와 같이, BSG막(132)이 웨트 처리에 의해 박리된 후, 딥 트렌치(123)의 저면이, 반도체 기판(12)을 관통할 때까지, 깊이 방향으로 더욱 파들어가진다.
도 9의 E에서, 딥 트렌치(123)의 측벽의 N형 불순물 영역(63)의 광입사면측의 단부와, 기판 이면측 계면 근방의 P형 불순물 영역(52)과의 기판 깊이 방향의 간격이, 도 2에 도시한 소정의 간격(D2)에 상당한다. 이 간격(D2)는, 도 8의 D의 간격(D1)보다도 넓게 설정된다. 딥 트렌치(123)는 반도체 기판(12)의 표면측부터 에칭에 의해 형성하기 때문에, 보다 깊은 기판 위치가 되는 간격(D2)을 형성하는 쪽이 에칭의 편차량이 크다. 이 간격(D2)을, 간격(D1)보다도 넓게 설계함으로써, 에칭의 편차량을 고려하여도, P형 불순물 영역(52)에 접하지 않도록 조정할 수 있다.
다음에, 도 9의 F에 도시되는 바와 같이, 화소 분리부(51)를 구성하는 산화막(82)과 폴리실리콘(81)이, 그 순서로 형성되어, STI(64)의 소정의 깊이까지 에치백된다.
다음에, 도 9의 G에 도시되는 바와 같이, 화소 분리부(51)의 상부에 산화막을 매입하고, CMP로 평탄화함에 의해, 화소 분리부(51)가 STI(64)로 막혀진 상태가 된다. 도 9의 G는, 도 7의 A의 상태에 상당한다.
이상의 화소 경계부의 제1의 형성 방법에 의하면, 딥 트렌치(123)의 측벽의 P형 불순물 영역(61)과, N형 불순물 영역(62 및 63)을, 고상 확산을 이용하여 셀프얼라인으로 형성할 수 있다. N형 불순물 영역(62 및 63)의 형성에서는, 2회의 N형 불순물의 고상 확산이 실행된다. 1회째의 고상 확산은, PSG막(124)을 이용하여 표면 PD의 깊이 영역에서 행하여지고, 2회째의 고상 확산은, PSG막(125)을 이용하여 매입 PD의 깊이 영역에서 행하여진다.
제1의 형성 방법이 매입 PD의 깊이 영역에서 행하여지는 2회째의 고상 확산에서는, PSG막(125)이, 매입 PD의 깊이 영역 부분만 남도록 형성됨으로써, 매입 PD의 깊이 영역 부분에만 고상 확산이 행하여진다.
<제2의 형성 방법>
다음에, 도 10을 참조하여, STI(64)의 하층에, 화소 분리부(51) 및 PN 접합 영역을 갖는 화소 경계부의 제2의 형성 방법에 관해 설명한다.
도 10의 A는, 제1의 형성 방법의 도 8의 D와 같은 상태이다. 도 10의 A까지의 공정은, 제1의 형성 방법의 도 8의 A 내지 D를 참조하여 설명한 공정과 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다.
도 10의 A에 도시되는 바와 같이, 에피택셜 성장에 의해 형성된 실리콘층(101)에 대해 딥 트렌치(123)가 형성되고, N형 불순물 영역(62)이 형성된다.
다음에, 도 10의 B에 도시되는 바와 같이, 예를 들면 드라이 에칭을 이용하여, 딥 트렌치(123)의 저면이 깊이 방향으로 더욱 파들어가지고, 깊게 파들어가진 딥 트렌치(123)의 측면 및 저면과, 반도체 기판(12)의 표면에, 보호막(141)이 형성된다. 딥 트렌치(123)의 깊이는, 에칭 프로세스 편차를 고려하여도, 기판 표면측의 P형 불순물 영역(52)에 도달하지 않는 깊이이고, 또한, 후술하는 도 10의 D의 열처리나 프로세스 토탈 열처리의 공정에 의해, N형 불순물이 그 아래의 P형 불순물 영역(52)까지 확산하여, P형 불순물 영역(52)의 실효 불순물 농도가 소망하는 농도보다 적어지지 않는 깊이로 설정된다.
다음에, 도 10의 C에 도시되는 바와 같이, 고상 확산시키지 않는 영역만 보호막(141)이 남도록, 웨트 처리에 의해 보호막(141)이 제거된다. 구체적으로는, P형 불순물 영역(46)보다도 깊은 위치의 보호막(141)이 제거된다.
다음에, 도 10의 D에 도시되는 바와 같이, 깊게 파들어가진 딥 트렌치(123)의 측면 및 저면과, 반도체 기판(12)의 표면에, PSG막(142)이 형성된 후, 반도체 기판(12)에 대해 열처리가 행하여짐에 의해, PSG막(142)과 N형 불순물 영역(44)이 접촉하고 있는 영역에서, PSG막(142)의 인이 고상 확산되어, N형 불순물 영역(63)이 형성된다.
다음에, 도 10의 E에 도시되는 바와 같이, 웨트 처리에 의해 PSG막(142)과 보호막(141)이 제거된 후, 열처리를 추가하여 행함에 의해, 도 10의 F에 도시되는 바와 같이, N형 불순물인 인이 확산되어, N형 불순물 영역(62)과 N형 불순물 영역(63)이 횡방향으로 확산된다.
도 10의 F는, 제1의 형성 방법으로 도시한 도 9의 B와 같고, 이 이후의 공정은, 제1의 형성 방법과 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다.
이상의 화소 경계부의 제2의 형성 방법에서도, 딥 트렌치(123)의 측벽의 P형 불순물 영역(61)과, N형 불순물 영역(62 및 63)을, 고상 확산을 이용하여 셀프얼라인으로 형성할 수 있다. N형 불순물 영역(62 및 63)의 형성에서는, 2회의 N형 불순물의 고상 확산이 실행된다. 1회째의 고상 확산은, PSG막(124)을 이용하여 표면 PD의 깊이 영역에서 행하여지고, 2회째의 고상 확산은, PSG막(125)을 이용하여 매입 PD의 깊이 영역에서 행하여진다.
제2의 형성 방법이 매입 PD의 깊이 영역에서 행하여지는 2회째의 고상 확산에서는, PSG막(125)이, 딥 트렌치(123)의 최상부로부터 최저부까지 형성되지만, 매입 PD의 깊이 영역 부분 이외는, 보호막(141)으로 보호됨으로써, 매입 PD의 깊이 영역 부분에만 고상 확산이 행하여진다.
<4. 화소의 제2 실시의 형태>
도 11은, 제2 실시의 형태에 관한 화소(2)의 단면도 및 평면도를 도시하고 있다.
또한, 도 11 내지 도 15를 참조하여 설명하는 제2 내지 제5 실시의 형태에서는, 제1 실시의 형태와 대응하는 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙임으로써, 그 설명은 적절히 생략하고, 다른 부분에 주목하여 설명한다.
도 11의 A는, 제2 실시의 형태에 관한 화소(2)의 단면도이고, 도 11의 B는, 제2 실시의 형태에 관한 화소(2)가 종방향 및 횡방향으로 각각 2개 배열된 2×2의 4화소 상당의 평면도이다.
도 11의 A는, 도 11의 B에서의 B-B'선에서의 단면도에 상당한다.
제2 실시의 형태가 제1의 실시의 형태와 다른 점은, 도 11의 A와 도 3의 A를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 제1의 실시의 형태에서의 전송 트랜지스터(48)가, 기판 깊이 방향으로 늘어난 세로 게이트 전극부(48V)를 갖지 않는 전송 트랜지스터(의 게이트 전극(161))로 치환된 점이다. 또한, 매입 PD의 N형 불순물 영역(44')이, 표면 PD의 N형 불순물 영역(41)을 관통하여, 반도체 기판(12)의 계면에 접하도록, 전송 트랜지스터(161)의 하면까지 형성되어 있다.
N형 불순물 영역(44')의 불순물 농도는, N형 불순물 영역(45) 이하의 깊은 영역보다도, 전송 트랜지스터(161) 직하의 계면 근방 영역의 쪽이 고농도로 설정되어 있고, N형 불순물 영역(44') 내에서, N형 불순물 영역(45) 근방부터 전송 트랜지스터(161)를 향하는 방향으로 형성된 전위 균배에 의해, 입사광의 광전변환에 의해 발생한 전하를 전송하기 쉽게 구성되어 있다.
제1의 실시의 형태와 같이, 종형의 전송 트랜지스터(48)로 구성한 경우에는, 매입 PD의 N형 불순물 영역(44)이, 기판 표면 계면으로부터 깊은 위치에서도, 축적된 전하를 확실하게 전송할 수 있다. 제2 실시의 형태와 같이, 세로 게이트 전극부(48V)를 갖지 않는 전송 트랜지스터(161)로 한 경우에는, 노이즈, 백점의 발생을 억제하기 쉽고, 공정수도 삭감할 수 있다.
<5. 화소의 제3 실시의 형태>
도 12는, 제3 실시의 형태에 관한 화소(2)의 단면도 및 평면도를 도시하고 있다.
도 12의 A는, 제3 실시의 형태에 관한 화소(2)의 단면도이고, 도 12의 B는, 제3 실시의 형태에 관한 화소(2)가 종방향 및 횡방향으로 각각 2개 배열된 2×2의 4화소 상당의 평면도이다.
도 12의 A는, 도 12의 B에서의 C-C'선에서의 단면도에 상당한다.
도 12의 제3 실시의 형태는, 표면 PD를 구성하는 N형 불순물 영역(41) 내에, P형 불순물 영역(171)과 N형 불순물 영역(172)으로 이루어지는 3차원적인 PN 접합 영역(이하, 3차원 PN 접합 영역이라고 칭한다.)이, 복수, 새롭게 형성되어 있는 점이, 도 2의 제1의 실시의 형태와 다르다. 3차원 PN 접합 영역은, P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역의 접합 영역이, 평면 영역이 아니라, 직방체의 구성면의 2면 이상의 영역으로 형성되어 있는 것을 나타낸다.
도 12의 예에서는, P형 불순물 영역(171-1)과 N형 불순물 영역(172-1)의 3차원 PN 접합 영역, P형 불순물 영역(171-2)과 N형 불순물 영역(172-2)의 3차원 PN 접합 영역, P형 불순물 영역(171-3)과 N형 불순물 영역(172-3)의 3차원 PN 접합 영역의, 3개의 3차원 PN 접합 영역이 형성되어 있지만, 3차원 PN 접합 영역의 개수는 3개로 한정되지 않고, 1개, 2개, 또는, 4개 이상이라도 좋다. P형 불순물 영역(171)과 N형 불순물 영역(172)으로 이루어지는 3차원 PN 접합 영역은, N형 불순물 영역(41)을 통하여 떨어져 배치되어 있다. 3차원 PN 접합 영역은, 이온 주입에 의해 형성할 수 있다.
이와 같이, 표면 PD를 구성하는 N형 불순물 영역(41) 내에, 3차원 PN 접합 영역을 1개 이상 형성함에 의해, 더욱 많은 전하를 축적할 수 있고, 1화소당의 포화 전하량을 증대시킬 수 있다.
<6. 화소의 제4 실시의 형태>
도 13은, 제4 실시의 형태에 관한 화소(2)의 단면도 및 평면도를 도시하고 있다.
도 13의 A는, 제4 실시의 형태에 관한 화소(2)의 단면도이고, 도 13의 B는, 제4 실시의 형태에 관한 화소(2)가 종방향 및 횡방향으로 각각 2개 배열된 2×2의 4화소 상당의 평면도이다. 단, 도 13의 B에서, PD 영역에 관해서는, 표면 PD가 아니고, 매입 PD의 평면도를 도시하고 있다.
도 13의 A는, 도 13의 B에서의 C-C'선에서의 단면도에 상당한다.
도 13의 제4 실시의 형태는, 매입 PD를 구성하는 N형 불순물 영역(44) 내에, P형 불순물 영역(181)과 N형 불순물 영역(182)으로 이루어지는 3차원 PN 접합 영역이, 복수, 새롭게 형성되어 있는 점이, 도 2의 제1의 실시의 형태와 다르다.
도 13의 예에서는, P형 불순물 영역(181-1)과 N형 불순물 영역(182-1)의 3차원 PN 접합 영역, P형 불순물 영역(181-2)과 N형 불순물 영역(182-2)의 3차원 PN 접합 영역, P형 불순물 영역(181-3)과 N형 불순물 영역(182-3)의 3차원 PN 접합 영역의, 3개의 3차원 PN 접합 영역이 형성되어 있지만, 3차원 PN 접합 영역의 개수는 3개로 한정되지 않고, 1개, 2개, 또는, 4개 이상이라도 좋다. P형 불순물 영역(181)과 N형 불순물 영역(182)으로 이루어지는 3차원 PN 접합 영역은, N형 불순물 영역(44)을 통하여 떨어져 배치되어 있다. 3차원 PN 접합 영역은, 이온 주입에 의해 형성할 수 있다.
이와 같이, 매입 PD를 구성하는 N형 불순물 영역(44) 내에, 3차원 PN 접합 영역을 1개 이상 형성함에 의해, 더욱 많은 전하를 축적할 수 있고, 1화소당의 포화 전하량을 증대시킬 수 있다.
또한, 3차원 PN 접합 영역의 개수뿐만 아니라, 배치 장소에 대해서도, 도 13의 예로 한정되지 않는다. 도 13의 B에 도시한 바와 같이, 횡방향으로 길다란 빗살 형상이라도 좋고, 예를 들면, 도 14의 B에 도시되는 바와 같이, 종방향으로 길다란 빗살 형상이라도 좋다. 나아가서는, 평면도로 본 형상이, 세로로 길다란 형상으로 한하지 않고, 아일랜드 형상(도트 형상)이라도 좋다. 도 12에 도시한 제3 실시의 형태의 3차원 PN 접합 영역에서도 마찬가지이다.
또한, 도 12에 도시한 제3 실시의 형태와 도 13 및 도 14에 도시한 제4 실시의 형태의 조합도 가능하다. 즉, 표면 PD를 구성하는 N형 불순물 영역(41) 내의 3차원 PN 접합 영역과, 매입 PD를 구성하는 N형 불순물 영역(44) 내의 3차원 PN 접합 영역의 양방을 구비한 구조도 가능하다.
<7. 화소의 제5 실시의 형태>
도 15는, 제5 실시의 형태에 관한 화소(2)의 단면도 및 평면도를 도시하고 있다.
도 15의 A는, 제5 실시의 형태에 관한 화소(2)의 단면도이고, 도 15의 B는, 제5 실시의 형태에 관한 화소(2)가 종방향 및 횡방향으로 각각 2개 배열된 2×2의 4화소 상당의 평면도이다.
도 15의 A는, 도 15의 B에서의 B-B'선에서의 단면도에 상당한다.
도 2의 제1의 실시의 형태에서는, 매입 PD를 구성하는 N형 불순물 영역(44) 내에, N형 불순물 영역(45)과 P형 불순물 영역(46)으로 이루어지는, 반도체 기판(12)의 광입사면에 평행한 평면 방향의 평면 방향 PN 접합 영역과, 화소 분리부(51)의 측벽에 형성된 P형 불순물 영역(61)과 N형 불순물 영역(63)으로 이루어지는, 광입사면에 수직한 평면 방향의 수직 방향 PN 접합 영역이, 각각 하나씩 형성되어 있다.
이에 대해, 도 15의 제5 실시의 형태에서는, 도 15의 A에 도시되는 바와 같이, 매입 PD를 구성하는 N형 불순물 영역(44) 내에, 평면 방향 PN 접합 영역과 수직 방향 PN 접합 영역이, 기판 깊이 방향으로 2층 형성되어 있다.
보다 구체적으로는, N형 불순물 영역(44) 내의 개략 상측 반분의 영역 내에, N형 불순물 영역(45-1)과 P형 불순물 영역(46-1)으로 이루어지는 제1의 평면 방향 PN 접합 영역과, P형 불순물 영역(61)과 N형 불순물 영역(63-1)으로 이루어지는 제1의 수직 방향 PN 접합 영역이 형성되어 있다. 또한, N형 불순물 영역(44) 내의 개략 하측 반분의 영역 내에, N형 불순물 영역(45-2)과 P형 불순물 영역(46-2)으로 이루어지는 제2의 평면 방향 PN 접합 영역과, P형 불순물 영역(61)과 N형 불순물 영역(63-2)으로 이루어지는 제2의 수직 방향 PN 접합 영역이 형성되어 있다. 여기서, 제1의 수직 방향 PN 접합 영역을 구성하는 N형 불순물 영역(63-1)의 광입사면측의 단부는, 그 하층의 P형 불순물 영역(46-2)에 대해, 기판 깊이 방향으로 소정의 간격(D3)만큼 떨어져서 형성되어 있다.
또한, 2층의 평면 방향 PN 접합 영역과 수직 방향 PN 접합 영역에 응하여, 제1 실시의 형태의 전송 트랜지스터(48)의 세로 게이트 전극부(48V)가, 세로 게이트 전극부(48V')로 변경된 전송 트랜지스터(48')로 되어 있다. 즉, 전송 트랜지스터(48')는, 보다 하층의 전하 축적 영역인 제2의 평면 방향 PN 접합 영역의 N형 불순물 영역(45-2)에 도달하는 깊이까지, 세로 게이트 전극부(48V')가 길게(깊게) 형성되어 있다. 평면 방향 PN 접합 영역은, 이온 주입을 2층 행함에 의해 형성할 수 있다.
또한, 도 15의 예는, 평면 방향 PN 접합 영역과 수직 방향 PN 접합 영역을 2층 형성한 예이지만, 3층 이상으로 형성하여도 좋다.
이와 같이, 매입 PD를 구성하는 N형 불순물 영역(44) 내에, 평면 방향 PN 접합 영역과 수직 방향 PN 접합 영역을 복수층 형성함에 의해, 더욱 많은 전하를 축적할 수 있고, 1화소당의 포화 전하량을 증대시킬 수 있다.
제1 내지 제5 실시의 형태에 관한 화소(2)를 갖는 고체 촬상 장치(1)에 의하면, 기판 깊이 방향으로 적층된 표면 PD와 매입 PD의 2단의 광전변환부와, 기판 평면 방향의 평면 방향 PN 접합 영역의 전하 축적 영역과, 화소 분리부(51)의 측벽에 형성된 수직 방향 PN 접합 영역의 전하 축적 영역을 구비함으로써, 포화 전하량을 증대시키면서, 암전류의 악화를 억제한 고체 촬상 장치를 이용할 수 있다.
<8. 이미지 센서의 사용례>
도 16은, 상술한 고체 촬상 장치(1)를 이용한 이미지 센서의 사용례를 도시하는 도면이다.
상술한 고체 촬상 장치(1)를 이용한 이미지 센서는, 예를 들면, 이하와 같이, 가시광이나, 적외광, 자외광, X선 등의 광을 센싱하는 다양한 케이스에 사용할 수 있다.
·디지털 카메라나, 카메라 기능 부착의 휴대 기기 등의, 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하는 장치
·자동 정지 등의 안전운전이나, 운전자의 상태의 인식 등을 위해, 자동차의 전방이나 후방, 주위, 차내 등을 촬영하는 차량탑재용 센서, 주행 차량이나 도로를 감시하는 감시 카메라, 차량 사이 등의 거리측정을 행하는 거리측정 센서 등의, 교통용으로 제공되는 장치
·유저의 제스처를 촬영하고, 그 제스처에 따른 기기 조작을 행하기 위해, TV나, 냉장고, 에어 컨디셔너 등의 가전에 제공되는 장치
·내시경이나, 적외광의 수광에 의한 혈관 촬영을 행하는 장치 등의, 의료나 헬스케어용으로 제공되는 장치
·방범 용도의 감시 카메라나, 인물 인증 용도의 카메라 등의, 시큐리티용으로 제공되는 장치
·피부를 촬영하는 피부 측정기나, 두피를 촬영하는 마이크로스코프 등의, 미용용으로 제공되는 장치
·스포츠 용도 등 용의 액션 카메라나 웨어러블 카메라 등의, 스포츠용으로 제공되는 장치
·밭이나 작물의 상태를 감시하기 위한 카메라 등의, 농업용으로 제공되는 장치
<9. 전자 기기에의 적용례>
본 기술은, 이미지 센서에의 적용에 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 기술은, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 촬상 장치나, 촬상 기능을 갖는 휴대 단말 장치나, 화상 판독부에 고체 촬상 장치를 이용하는 복사기 등, 화상 취입부(광전변환부)에 고체 촬상 장치를 이용하는 전자 기기 전반에 대해 적용 가능하다. 고체 촬상 장치는, 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 촬상부와 신호 처리부 또는 광학계가 통합하여 팩키징된 촬상 기능을 갖는 모듈형상의 형태라도 좋다.
도 17은, 본 기술을 적용한 전자 기기로서의, 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 17의 촬상 장치(300)는, 렌즈군 등으로 이루어지는 광학부(301), 도 1의 고체 촬상 장치(1)의 구성이 채용되는 고체 촬상 장치(촬상 디바이스)(302), 및 카메라 신호 처리 회로인 DSP(Digital Signal Processor) 회로(303)를 구비한다. 또한, 촬상 장치(300)는, 프레임 메모리(304), 표시부(305), 기록부(306), 조작부(307), 및 전원부(308)도 구비한다. DSP 회로(303), 프레임 메모리(304), 표시부(305), 기록부(306), 조작부(307) 및 전원부(308)는, 버스 라인(309)을 통하여 상호 접속되어 있다.
광학부(301)는, 피사체로부터의 입사광(상광)을 취입하여 고체 촬상 장치(302)의 촬상면상에 결상한다. 고체 촬상 장치(302)는, 광학부(301)에 의해 촬상면상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다. 이 고체 촬상 장치(302)로서, 도 1의 고체 촬상 장치(1), 즉, 기판 깊이 방향으로 적층된 표면 PD와 매입 PD의 2단의 광전변환부와, 기판 평면 방향의 평면 방향 PN 접합 영역의 전하 축적 영역과, 화소 분리부(51)의 측벽에 형성된 수직 방향 PN 접합 영역의 전하 축적 영역을 구비한 고체 촬상 장치가 채용되어 있다.
표시부(305)는, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display)나 유기 EL(Electro Luminescence) 디스플레이 등의 박형 디스플레이로 구성되고, 고체 촬상 장치(302)에서 촬상된 동화 또는 정지화를 표시한다. 기록부(306)는, 고체 촬상 장치(302)에서 촬상된 동화 또는 정지화를, 하드 디스크나 반도체 메모리 등의 기록 매체에 기록한다.
조작부(307)는, 유저에 의한 조작하에서, 촬상 장치(300)가 갖는 다양한 기능에 관해 조작 지령을 발한다. 전원부(308)는, DSP 회로(303), 프레임 메모리(304), 표시부(305), 기록부(306) 및 조작부(307)의 동작 전원이 되는 각종의 전원을, 이들 공급 대상에 대해 적절히 공급한다.
상술한 바와 같이, 고체 촬상 장치(302)로서, 상술한 각 실시의 형태의 어느 하나를 적용한 고체 촬상 장치(1)를 이용함으로써, 포화 전하량을 증대시키면서, 암전류의 악화를 억제할 수 있다. 따라서, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라, 나아가서는 휴대 전화기 등의 모바일 기기용 카메라 모듈 등의 촬상 장치(100)에서도, 촬상 화상의 고질화를 도모할 수 있다.
<10. 체내 정보 취득 시스템에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)는, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 캡슐형 내시경을 이용한 환자의 체내 정보 취득 시스템에 적용되어도 좋다.
도 18은, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는, 캡슐형 내시경을 이용한 환자의 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
체내 정보 취득 시스템(10001)은, 캡슐형 내시경(10100)과, 외부 제어 장치(10200)로 구성된다.
캡슐형 내시경(10100)은, 검사시에, 환자에 의해 삼켜진다. 캡슐형 내시경(10100)은, 촬상 기능 및 무선 통신 기능을 가지며, 환자로부터 자연 배출될 때까지의 사이, 위나 장 등의 장기의 내부를 연동 운동 등에 의해 이동하면서, 당해 장기의 내부의 화상(이하, 체내 화상이라고도 한다)을 소정의 간격으로 순차적으로 촬상하고, 그 체내 화상에 관한 정보를 체외의 외부 제어 장치(10200)에 순차적으로 무선 송신한다.
외부 제어 장치(10200)는, 체내 정보 취득 시스템(10001)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐형 내시경(10100)으로부터 송신되어 오는 체내 화상에 관한 정보를 수신하고, 수신한 체내 화상에 관한 정보에 의거하여, 표시 장치(도시 생략)에 당해 체내 화상을 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다.
체내 정보 취득 시스템(10001)에서는, 이와 같이 하여, 캡슐형 내시경(10100)이 삼켜지고 나서 배출될 때까지의 사이, 환자의 체내의 양상을 촬상한 체내 화상을 수시로 얻을 수 있다.
캡슐형 내시경(10100)과 외부 제어 장치(10200)의 구성 및 기능에 관해 보다 상세히 설명한다.
캡슐형 내시경(10100)은, 캡슐형의 몸체(10101)를 가지며, 그 몸체(10101) 내에는, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114), 급전부(10115), 전원부(10116), 및 제어부(10117)가 수납되어 있다.
광원부(10111)는, 예를 들면 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원으로 구성되고, 촬상부(10112)의 촬상 시야에 대해 광을 조사한다.
촬상부(10112)는, 촬상 소자, 및 당해 촬상 소자의 전단에 마련된 복수의 렌즈로 이루어지는 광학계으로 구성된다. 관찰 대상인 체조직(體組織)에 조사된 광의 반사광(이하, 관찰광이라고 한다)은, 당해 광학계에 의해 집광되어, 당해 촬상 소자에 입사한다. 촬상부(10112)에서는, 촬상 소자에서, 그곳에 입사한 관찰광이 광전변환되어, 그 관찰광에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 촬상부(10112)에 의해 생성된 화상 신호는, 화상 처리부(10113)에 제공된다.
화상 처리부(10113)는, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등의 프로세서에 의해 구성되고, 촬상부(10112)에 의해 생성된 화상 신호에 대해 각종의 신호 처리를 행한다. 화상 처리부(10113)는, 신호 처리를 시행한 화상 신호를, RAW 데이터로서 무선 통신부(10114)에 제공한다.
무선 통신부(10114)는, 화상 처리부(10113)에 의해 신호 처리가 시행된 화상 신호에 대해 변조 처리 등의 소정의 처리를 행하고, 그 화상 신호를, 안테나(10114A)를 통하여 외부 제어 장치(10200)에 송신한다. 또한, 무선 통신부(10114)는, 외부 제어 장치(10200)로부터, 캡슐형 내시경(10100)의 구동 제어에 관한 제어 신호를, 안테나(10114A)를 통하여 수신한다. 무선 통신부(10114)는, 외부 제어 장치(10200)로부터 수신한 제어 신호를 제어부(10117)에 제공한다.
급전부(10115)는, 수전용의 안테나 코일, 당해 안테나 코일에 발생한 전류로부터 전력을 재생하는 전력 재생 회로, 및 승압 회로 등으로 구성된다. 급전부(10115)에서는, 이른바 비접촉 충전의 원리를 이용하여 전력이 생성된다.
전원부(10116)는, 2차 전지에 의해 구성되고, 급전부(10115)에 의해 생성된 전력을 축전한다. 도 18에서는, 도면이 복잡해지는 것을 피하기 위해, 전원부(10116)로부터의 전력의 공급처를 나타내는 화살표 등의 도시를 생략하고 있지만, 전원부(10116)에 축전된 전력은, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114), 및 제어부(10117)에 공급되고, 이들의 구동에 이용될 수 있다.
제어부(10117)는, CPU 등의 프로세서에 의해 구성되고, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114), 및, 급전부(10115)의 구동을, 외부 제어 장치(10200)로부터 송신되는 제어 신호에 따라 적절히 제어한다.
외부 제어 장치(10200)는, CPU, GPU 등의 프로세서, 또는 프로세서와 메모리 등의 기억 소자가 혼재된 마이크로 컴퓨터 또는 제어 기판 등으로 구성된다. 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐형 내시경(10100)의 제어부(10117)에 대해 제어 신호를, 안테나(10200A)를 통하여 송신함에 의해, 캡슐형 내시경(10100)의 동작을 제어한다. 캡슐형 내시경(10100)에서는, 예를 들면, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 광원부(10111)에서의 관찰 대상에 대한 광의 조사 조건이 변경될 수 있다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 촬상 조건(예를 들면, 촬상부(10112)에서의 프레임 레이트, 노출치 등)이 변경될 수 있다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 화상 처리부(10113)에서의 처리의 내용이나, 무선 통신부(10114)가 화상 신호를 송신하는 조건(예를 들면, 송신 간격, 송신 화상수 등)이 변경되어도 좋다.
또한, 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐형 내시경(10100)으로부터 송신되는 화상 신호에 대해, 각종의 화상 처리를 시행하고, 촬상된 체내 화상을 표시 장치에 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다. 당해 화상 처리로서는, 예를 들면 현상 처리(디모자이크 처리), 고화질화 처리(대역 강조 처리, 초해상 처리, NR(Noise reduction) 처리 및/또는 손떨림 보정 처리 등), 및/또는 확대 처리(전자 줌 처리) 등, 각종의 신호 처리를 행할 수가 있다. 외부 제어 장치(10200)는, 표시 장치의 구동을 제어하여, 생성한 화상 데이터에 의거하여 촬상된 체내 화상을 표시시킨다. 또는, 외부 제어 장치(10200)는, 생성한 화상 데이터를 기록 장치(도시 생략)에 기록시키거나, 인쇄 장치(도시 생략)에 인쇄 출력시켜도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 체내 정보 취득 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(10112)에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 촬상부(10112)로서, 제1 내지 제5 실시의 형태에 관한 화소를 갖는 고체 촬상 장치(1)를 적용할 수 있다. 촬상부(10112)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 보다 선명한 수술부 화상을 얻을 수 있기 때문에, 검사의 정밀도가 향상한다.
<11. 내시경 수술 시스템에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)는, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 19는, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 19에서는, 수술자(의사)(11131)가, 내시경 수술 시스템(11000)을 이용하여, 환자 베드(11133)상의 환자(1163)에게 수술을 행하고 있는 양상이 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 내시경 수술 시스템(11000)은, 내시경(11100)과, 기복 튜브(11111)나 에너지 처치구(11112) 등의, 그 밖의 수술구(11110)와, 내시경(11100)을 지지하는 지지 암 장치(11120)와, 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(11200)로 구성된다.
내시경(11100)은, 선단부터 소정 길이의 영역이 환자(1163)의 체강 내에 삽입되는 경통(11101)과, 경통(11101)의 기단에 접속된 카메라 헤드(11102)로 구성된다. 도시한 예에서는, 경성의 경통(11101)을 갖는 이른바 경성경으로서 구성되는 내시경(11100)을 도시하고 있지만, 내시경(11100)은, 연성의 경통을 갖는 이른바 연성경으로서 구성되어도 좋다.
경통(11101)의 선단에는, 대물 렌즈가 감입된 개구부가 마련되어 있다. 내시경(11100)에는 광원 장치(11203)가 접속되어 있고, 당해 광원 장치(11203)에 의해 생성된 광이, 경통(11101)의 내부에 연설(延設)되는 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통하여 환자(1163)의 체강 내의 관찰 대상을 향하여 조사된다. 또한, 내시경(11100)은, 직시경이라도 좋고, 사시경 또는 측시경이라도 좋다.
카메라 헤드(11102)의 내부에는 광학계 및 촬상 소자가 마련되어 있고, 관찰 대상으로부터의 반사광(관찰광)은 당해 광학계에 의해 당해 촬상 소자에 집광된다. 당해 촬상 소자에 의해 관찰광이 광전변환되고, 관찰광에 대응하는 전기 신호, 즉 관찰상에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 당해 화상 신호는, RAW 데이터로서 카메라 컨트롤 유닛(CCU : Camera Control Unit)(11201)에 송신된다.
CCU(11201)는, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등에 의해 구성되고, 내시경(11100) 및 표시 장치(11202)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(11201)는, 카메라 헤드(11102)로부터 화상 신호를 수취하고, 그 화상 신호에 대해, 예를 들면 현상 처리(디모자이크 처리) 등의, 당해 화상 신호에 의거한 화상을 표시하기 위한 각종의 화상 처리를 시행한다.
표시 장치(11202)는, CCU(11201)로부터의 제어에 의해, 당해 CCU(11201)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거한 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는, 예를 들면 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원으로 구성되고, 수술부 등을 촬영할 때의 조사광을 내시경(11100)에 공급한다.
입력 장치(11204)는, 내시경 수술 시스템(11000)에 대한 입력 인터페이스이다. 유저는, 입력 장치(11204)를 통하여, 내시경 수술 시스템(11000)에 대해 각종의 정보의 입력이나 지시 입력을 행할 수가 있다. 예를 들면, 유저는, 내시경(11100)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)을 변경하는 취지의 지시 등을 입력한다.
처치구 제어 장치(11205)는, 조직의 소작(燒灼), 절개 또는 혈관의 봉지 등을 위한 에너지 처치구(11112)의 구동을 제어한다. 기복 장치(11206)는, 내시경(11100)에 의한 시야의 확보 및 수술자의 작업 공간의 확보의 목적으로, 환자(1163)의 체강을 팽창시키기 위해, 기복 튜브(11111)를 통하여 당해 체강 내에 가스를 보낸다. 레코더(11207)는, 수술에 관한 각종의 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(11208)는, 수술에 관한 각종의 정보를, 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종의 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
또한, 내시경(11100)에 수술부를 촬영할 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(11203)는, 예를 들면 LED, 레이저광원 또는 이들의 조합에 의해 구성되는 백색 광원으로 구성할 수 있다. RGB 레이저광원의 조합에 의해 백색 광원이 구성되는 경우에는, 각 색(각 파장)의 출력 강도 및 출력 타이밍을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 광원 장치(11203)에서 촬상 화상의 화이트 밸런스의 조정을 행할 수가 있다. 또한, 이 경우에는, RGB 레이저광원 각각으로부터의 레이저광을 시분할로 관찰 대상에 조사하고, 그 조사 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어함에 의해, RGB 각각에 대응한 화상을 시분할로 촬상하는 것도 가능하다. 당해 방법에 의하면, 당해 촬상 소자에 컬러 필터를 마련하지 않아도, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 좋다. 그 광의 강도의 변경의 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어하여 시분할로 화상을 취득하고, 그 화상을 합성함에 의해, 이른바 흑바램 및 백바램이 없는 고다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 특수광 관찰에 대응한 소정의 파장 대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 좋다. 특수광 관찰에서는, 예를 들면, 체조직에서의 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하여, 통상의 관찰시에 있어서의 조사광(즉, 백색광)과 비하여 협대역의 광을 조사함에 의해, 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 고콘트라스트로 촬영하는, 이른바 협대역 광관찰(Narrow Band Imaging)이 행하여진다. 또는, 특수광 관찰에서는, 여기광을 조사함에 의해 발생하는 형광에 의해 화상을 얻는 형광 관찰이 행하여져도 좋다. 형광 관찰에서는, 체조직에 여기광을 조사하여 당해 체조직으로부터의 형광을 관찰하는 것(자가 형광 관찰), 또는 인도시아닌그린(ICG) 등의 시약을 체조직에 국주함과 함께 당해 체조직에 그 시약의 형광 파장에 대응한 여기광을 조사하여 형광상을 얻는 것 등을 행할 수가 있다. 광원 장치(11203)는, 이와 같은 특수광 관찰에 대응한 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 20은, 도 19에 도시하는 카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
카메라 헤드(11102)는, 렌즈 유닛(11401)과, 촬상부(11402)와, 구동부(11403)와, 통신부(11404)와, 카메라 헤드 제어부(11405)를 갖는다. CCU(11201)는, 통신부(11411)와, 화상 처리부(11412)와, 제어부(11413)를 갖는다. 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)는, 전송 케이블(11400)에 의해 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
렌즈 유닛(11401)은, 경통(11101)과의 접속부에 마련되는 광학계이다. 경통(11101)의 선단부터 받아들여진 관찰광은, 카메라 헤드(11102)까지 도광되고, 당해 렌즈 유닛(11401)에 입사한다. 렌즈 유닛(11401)은, 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다.
촬상부(11402)는, 촬상 소자로 구성된다. 촬상부(11402)를 구성하는 촬상 소자는, 하나(이른바 단판식)라도 좋고, 복수(이른바 다판식)라도 좋다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 예를 들면 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고, 그들이 합성됨에 의해 컬러 화상이 얻어져도 좋다. 또는, 촬상부(11402)는, 3D(Dimensional) 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 한 쌍의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 좋다. 3D 표시가 행하여짐에 의해, 수술자(11131)는 수술부에서의 생체조직의 깊이를 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 각 촬상 소자에 대응하여, 렌즈 유닛(11401)도 복수 계통 마련될 수 있다.
또한, 촬상부(11402)는, 반드시 카메라 헤드(11102)에 마련되지 않아도 좋다. 예를 들면, 촬상부(11402)는, 경통(11101)의 내부에, 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 좋다.
구동부(11403)는, 액추에이터에 의해 구성되고, 카메라 헤드 제어부(11405)로부터의 제어에 의해, 렌즈 유닛(11401)의 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 광축에 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이에 의해, 촬상부(11402)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정될 수 있다.
통신부(11404)는, CCU(11201)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11404)는, 촬상부(11402)로부터 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(11400)을 통하여 CCU(11201)에 송신한다.
또한, 통신부(11404)는, CCU(11201)로부터, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하고, 카메라 헤드 제어부(11405)에 공급한다. 당해 제어 신호에는, 예를 들면, 촬상 화상의 프레임 레이트를 지정하는 취지의 정보, 촬상시의 노출치를 지정하는 취지의 정보, 및/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등, 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기한 프레임 레이트나 노출치, 배율, 초점 등의 촬상 조건은, 유저에 의해 적절히 지정되어도 좋고, 취득된 화상 신호에 의거하여 CCU(11201)의 제어부(11413)에 의해 자동적으로 설정되어도 좋다. 후자인 경우에는, 이른바 AE(Auto Exposure) 기능, AF(Auto Focus) 기능 및 AWB(Auto White Balance) 기능이 내시경(11100)에 탑재되어 있게 된다.
카메라 헤드 제어부(11405)는, 통신부(11404)를 통하여 수신한 CCU(11201)로부터의 제어 신호에 의거하여, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어한다.
통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)로부터, 전송 케이블(11400)을 통하여 송신되는 화상 신호를 수신한다.
또한, 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)에 대해, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 송신한다. 화상 신호나 제어 신호는, 전기통신이나 광통신 등에 의해 송신할 수 있다.
화상 처리부(11412)는, 카메라 헤드(11102)로부터 송신된 RAW 데이터인 화상 신호에 대해 각종의 화상 처리를 시행한다.
제어부(11413)는, 내시경(11100)에 의한 수술부 등의 촬상, 및, 수술부 등의 촬상에 의해 얻어지는 촬상 화상의 표시에 관한 각종의 제어를 행한다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(11413)는, 화상 처리부(11412)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하여, 수술부 등이 찍힌 촬상 화상을 표시 장치(11202)에 표시시킨다. 이때, 제어부(11413)는, 각종의 화상 인식 기술을 이용하여 촬상 화상 내에서의 각종의 물체를 인식하여도 좋다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 촬상 화상에 포함되는 물체의 에지의 형상이나 색 등을 검출함에 의해, 겸자(鉗子) 등의 수술구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(11112)의 사용시의 미스트 등을 인식할 수 있다. 제어부(11413)는, 표시 장치(11202)에 촬상 화상을 표시시킬 때에, 그 인식 결과를 이용하여, 각종의 수술 지원 정보를 당해 수술부의 화상에 중첩 표시시켜도 좋다. 수술 지원 정보가 중첩 표시되고, 수술자(11131)에게 제시됨에 의해, 수술자(11131)의 부담을 경감하는 것이나, 수술자(11131)가 확실하게 수술을 진행하는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)를 접속하는 전송 케이블(11400)은, 전기 신호의 통신에 대응한 전기 신호 케이블, 광통신에 대응한 광파이버, 또는 이들의 복합 케이블이다.
여기서, 도시한 예에서는, 전송 케이블(11400)을 이용하여 유선으로 통신이 행하여지고 있지만, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)와의 사이의 통신은 무선으로 행하여져도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 카메라 헤드(11102)의 촬상부(11402)에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 촬상부(11402)로서, 제1 내지 제5 실시의 형태에 관한 화소를 갖는 고체 촬상 장치(1)를 적용할 수 있다. 촬상부(11402)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 보다 선명한 수술부 화상을 얻을 수 있다.
또한, 여기서는, 한 예로서 내시경 수술 시스템에 관해 설명하였지만, 본 개시에 관한 기술은, 그 밖에, 예를 들면, 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 좋다.
<12. 이동체에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)는, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 한종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 좋다.
도 21은, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)를 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 21에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차량탑재 네트워크 I/F(interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
바디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은, 키레스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신된 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 바디계 제어 유닛(12020)은, 이들의 전파 또는 신호의 입력을 접수하여, 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행하여도 좋다.
촬상부(12031)는, 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 거리측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력된 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출하여도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별하여도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거한 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득된 차외의 정보에 의거하여, 바디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현(防眩)을 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 21의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 좋다.
도 22는, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 22에서는, 차량(12100)은, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프론트글라스의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프론트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 촬상부(12101 및 12105)에서 취득된 전방의 화상은, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
또한, 도 22에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)로 촬상된 화상 데이터가 중합시켜짐에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해, 특히 차량(12100)의 진행로상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 개략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차와 내차와의 사이에 미리 확보하여야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수가 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 2륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 밖의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하고, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황인 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수가 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에서의 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행하여진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어하여도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 촬상부(12031)로서, 제1 내지 제5 실시의 형태에 관한 화소를 갖는 고체 촬상 장치(1)를 적용할 수 있다. 촬상부(12031)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 보다 보기 쉬운 촬영 화상을 얻을 수 있다. 또한, 얻어진 촬영 화상을 이용하여, 드라이버의 피로를 경감하거나, 드라이버나 차량의 안전도를 높이는 것이 가능해진다.
상술한 예에서는, 제1 도전형을 N형, 제2 도전형을 P형으로 하고, 전자를 신호 전하로 한 고체 촬상 장치에 관해 설명하였지만, 본 기술은 정공을 신호 전하로 하는 고체 촬상 장치에도 적용할 수 있다. 즉, 제1 도전형을 P형으로 하고, 제2 도전형을 N형으로 하여, 전술한 각 반도체 영역을 반대의 도전형의 반도체 영역으로 구성할 수 있다.
또한, 본 기술은, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에의 적용으로 한하지 않고, 적외선이나 X선, 또는 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치나, 광의의 의미로서, 압력이나 정전용량 등, 다른 물리량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 지문 검출 센서 등의 고체 촬상 장치(물리량 분포 검지 장치) 전반에 대해 적용 가능하다.
또한, 본 기술은, 고체 촬상 장치로 한하지 않고, 다른 반도체 집적 회로를 갖는 반도체 장치 전반에 대해 적용 가능하다.
본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
예를 들면, 상술한 복수의 실시의 형태의 전부 또는 일부를 조합시킨 형태를 채용할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니고, 본 명세서에 기재된 것 이외의 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
기판의 광입사면측과는 반대의 표면측에 형성된 제1 광전변환부와,
상기 제1 광전변환부에 대해 기판 깊이 방향으로 적층된 제2 광전변환부와,
인접 화소와의 경계부에 형성된, 상기 기판을 관통하는 화소 분리부를
구비하고,
상기 제1 광전변환부는,
P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 기판의 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제1 평면 방향 PN 접합 영역과,
상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제1 수직 방향 PN 접합 영역을
가지며,
상기 제2 광전변환부는,
P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제2 평면 방향 PN 접합 영역과,
상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제2 수직 방향 PN 접합 영역을
가지며,
상기 제1 수직 방향 PN 접합 영역의 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제1 간격만큼 떨어져 배치되고,
상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 기판의 이면측 계면의 상기 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제2 간격만큼 떨어져 배치되어 있는
고체 촬상 장치.
(2)
상기 제1 광전변환부 및 상기 제2 광전변환부에서 생성된 전하를 유지하는 전하 유지부와,
상기 전하를 상기 전하 유지부에 전송하는 전송 트랜지스터를
또한 구비하고,
상기 전송 트랜지스터는, 상기 기판의 표면측부터, 상기 제2 광전변환부에 도달할 때까지 기판 깊이 방향으로 늘어나는 게이트 전극을 구비하는 종형 트랜지스터로 형성되어 있는
상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3)
상기 제1 광전변환부 및 상기 제2 광전변환부에서 생성된 전하를 유지하는 전하 유지부와,
상기 전하를 상기 전하 유지부에 전송하는 전송 트랜지스터를
또한 구비하고,
상기 제2 광전변환부를 구성하는 상기 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 기판의 표면측 계면에 접하여 있는
상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4)
상기 전하 유지부는, 복수의 화소에서 공유되고,
상기 화소 분리부는, 공유 단위끼리의 상기 경계부에 형성되어 있는
상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(5)
상기 제2 간격은, 상기 제1 간격보다도 넓게 형성되어 있는
상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(6)
상기 제1 광전변환부를 구성하는 상기 제1 도전형의 불순물 영역 내에, 2면 이상의 PN 접합 영역으로 이루어지는 3차원 PN 접합 영역을 또한 구비하는
상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(7)
상기 제2 광전변환부를 구성하는 상기 제1 도전형의 불순물 영역 내에, 2면 이상의 PN 접합 영역으로 이루어지는 3차원 PN 접합 영역을 또한 구비하는
상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(8)
상기 제2 광전변환부는, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역과 상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역 각각을 복수 구비하는
상기 (1) 내지 (7)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(9)
복수의 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역과 상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역을, 각각, 상기 제1 광전변환부에 가까운 쪽부터, 제3 평면 방향 PN 접합 영역과 제3 수직 방향 PN 접합 영역, 및, 제4 평면 방향 PN 접합 영역과 제4 수직 방향 PN 접합 영역이라고 하면,
상기 제4 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제2 도전형의 불순물 영역은, 상기 제3 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역에 대해, 기판 깊이 방향으로 제3 간격만큼 떨어져 배치되어 있는
상기 (8)에 기재된 고체 촬상 장치.
(10)
상기 화소 분리부는, 폴리실리콘 또는 산화막의 일방 또는 양방을 포함하는
상기 (1) 내지 (9)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(11)
상기 화소 분리부는, 기판 표면측에, STI를 또한 포함하는
상기 (1) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(12)
기판의 광입사면측과는 반대의 표면측에 제1 광전변환부를 형성하고,
상기 제1 광전변환부에 대해 기판 깊이 방향으로 적층하여 제2 광전변환부를 형성하고,
인접 화소와의 경계부에, 상기 기판을 관통하는 화소 분리부를 형성하고,
상기 제1 광전변환부는,
P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 기판의 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제1 평면 방향 PN 접합 영역과,
상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제1 수직 방향 PN 접합 영역을
가지며,
상기 제2 광전변환부는,
P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제2 평면 방향 PN 접합 영역과,
상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제2 수직 방향 PN 접합 영역을
가지며,
상기 제1 수직 방향 PN 접합 영역의 제1 도전형의 불순물 영역을, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제1 간격만큼 떼어서 형성하고,
상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역을, 상기 기판의 이면측 계면의 상기 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이
방향으로 제2 간격만큼 떼어서 형성하는
고체 촬상 장치의 제조 방법.
(13)
기판의 광입사면측과는 반대의 표면측에 형성된 제1 광전변환부와,
상기 제1 광전변환부에 대해 기판 깊이 방향으로 적층된 제2 광전변환부와,
인접 화소와의 경계부에 형성된, 상기 기판을 관통하는 화소 분리부를
구비하고,
상기 제1 광전변환부는,
P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 기판의 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제1 평면 방향 PN 접합 영역과,
상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제1 수직 방향 PN 접합 영역을
가지며,
상기 제2 광전변환부는,
P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제2 평면 방향 PN 접합 영역과,
상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제2 수직 방향 PN 접합 영역을
가지며,
상기 제1 수직 방향 PN 접합 영역의 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제1 간격만큼 떨어져 배치되고,
상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 기판의 이면측 계면의 상기 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제2 간격만큼 떨어져 배치되어 있는
고체 촬상 장치를
구비하는 전자 기기.
1 : 고체 촬상 장치
2 : 화소
3 : 화소 어레이부
12 : 반도체 기판
Tr1 내지 Tr3 : 공유 화소 트랜지스터
41, 42 : N형 불순물 영역
43 : P형 불순물 영역
44, 45 : N형 불순물 영역
46 : P형 불순물 영역
47 : FD
48 : 전송 트랜지스터
51 : 화소 분리부
52 : P형 불순물 영역
61 : P형 불순물 영역
62, 63 : N형 불순물 영역
64 : STI
81 : 폴리실리콘
82 : 산화막
171 : P형 불순물 영역
172 : N형 불순물 영역
181 : P형 불순물 영역
182 : N형 불순물 영역
300 : 촬상 장치
302 : 고체 촬상 장치

Claims (13)

  1. 기판의 광입사면측과는 반대의 표면측에 형성된 제1 광전변환부와,
    상기 제1 광전변환부에 대해 기판 깊이 방향으로 적층된 제2 광전변환부와,
    인접 화소와의 경계부에 형성된, 상기 기판을 관통하는 화소 분리부를
    구비하고,
    상기 제1 광전변환부는,
    P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 기판의 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제1 평면 방향 PN 접합 영역과,
    상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제1 수직 방향 PN 접합 영역을
    가지며,
    상기 제2 광전변환부는,
    P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제2 평면 방향 PN 접합 영역과,
    상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제2 수직 방향 PN 접합 영역을
    가지며,
    상기 제1 수직 방향 PN 접합 영역의 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제1 간격만큼 떨어져 배치되고,
    상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 기판의 이면측 계면의 상기 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제2 간격만큼 떨어져 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부 및 상기 제2 광전변환부에서 생성된 전하를 유지하는 전하 유지부와,
    상기 전하를 상기 전하 유지부에 전송하는 전송 트랜지스터를
    또한 구비하고,
    상기 전송 트랜지스터는, 상기 기판의 표면측부터, 상기 제2 광전변환부에 도달할 때까지 기판 깊이 방향으로 늘어나는 게이트 전극을 구비하는 종형 트랜지스터로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부 및 상기 제2 광전변환부에서 생성된 전하를 유지하는 전하 유지부와,
    상기 전하를 상기 전하 유지부에 전송하는 전송 트랜지스터를
    또한 구비하고,
    상기 제2 광전변환부를 구성하는 상기 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 기판의 표면측 계면에 접하여 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전하 유지부는, 복수의 화소에서 공유되고,
    상기 화소 분리부는, 공유 단위끼리의 상기 경계부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 간격은, 상기 제1 간격보다도 넓게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부를 구성하는 상기 제1 도전형의 불순물 영역 내에, 2면 이상의 PN 접합 영역으로 이루어지는 3차원 PN 접합 영역을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광전변환부를 구성하는 상기 제1 도전형의 불순물 영역 내에, 2면 이상의 PN 접합 영역으로 이루어지는 3차원 PN 접합 영역을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광전변환부는, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역과 상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역 각각을 복수 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    복수의 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역과 상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역을, 각각, 상기 제1 광전변환부에 가까운 쪽부터, 제3 평면 방향 PN 접합 영역과 제3 수직 방향 PN 접합 영역, 및, 제4 평면 방향 PN 접합 영역과 제4 수직 방향 PN 접합 영역이라고 하면,
    상기 제4 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제2 도전형의 불순물 영역은, 상기 제3 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역에 대해, 기판 깊이 방향으로 제3 간격만큼 떨어져 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 화소 분리부는, 폴리실리콘 또는 산화막의 일방 또는 양방을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 화소 분리부는, 기판 표면측에, STI를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  12. 기판의 광입사면측과는 반대의 표면측에 제1 광전변환부를 형성하고,
    상기 제1 광전변환부에 대해 기판 깊이 방향으로 적층하여 제2 광전변환부를 형성하고,
    인접 화소와의 경계부에, 상기 기판을 관통하는 화소 분리부를 형성하고,
    상기 제1 광전변환부는,
    P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 기판의 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제1 평면 방향 PN 접합 영역과,
    상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제1 수직 방향 PN 접합 영역을
    가지며,
    상기 제2 광전변환부는,
    P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제2 평면 방향 PN 접합 영역과,
    상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제2 수직 방향 PN 접합 영역을
    가지며,
    상기 제1 수직 방향 PN 접합 영역의 제1 도전형의 불순물 영역을, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제1 간격만큼 떼어서 형성하고,
    상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역을, 상기 기판의 이면측 계면의 상기 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제2 간격만큼 떼어서 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  13. 기판의 광입사면측과는 반대의 표면측에 형성된 제1 광전변환부와,
    상기 제1 광전변환부에 대해 기판 깊이 방향으로 적층된 제2 광전변환부와,
    인접 화소와의 경계부에 형성된, 상기 기판을 관통하는 화소 분리부를
    구비하고,
    상기 제1 광전변환부는,
    P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 기판의 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제1 평면 방향 PN 접합 영역과,
    상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제1 수직 방향 PN 접합 영역을
    가지며,
    상기 제2 광전변환부는,
    P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 상기 광입사면에 평행한 평면 방향으로 접합된 제2 평면 방향 PN 접합 영역과,
    상기 화소 분리부의 측벽에 따라서, 상기 광입사면에 수직한 평면 방향으로 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역이 접합된 제2 수직 방향 PN 접합 영역을
    가지며,
    상기 제1 수직 방향 PN 접합 영역의 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 제2 평면 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제1 간격만큼 떨어져 배치되고,
    상기 제2 수직 방향 PN 접합 영역의 상기 제1 도전형의 불순물 영역은, 상기 기판의 이면측 계면의 상기 제2 도전형의 불순물 영역과 기판 깊이 방향으로 제2 간격만큼 떨어져 배치되어 있는
    고체 촬상 장치를
    구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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