KR20210124224A - 촬상 소자 및 촬상 장치 - Google Patents

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KR20210124224A
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unit
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타카히로 카메이
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 개시의 한 실시 형태의 촬상 소자는, 복수의 화소가 배치된 유효 화소 영역 및 유효 화소 영역의 주위에 마련된 주변 영역을 갖는 반도체 기판과, 반도체 기판의 수광면측에 마련됨과 함께, 복수의 전극으로 이루어지는 제1 전극과, 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극 사이에 순차적으로 적층하여 마련됨과 함께, 유효 화소 영역에 연재되는 전하 축적층 및 광전 변환층을 갖는 광전 변환부와, 광전 변환층의 상방 및 측면 및 전하 축적층의 측면을 덮는 제1 수소 블록층과, 반도체 기판과 광전 변환부 사이에 마련된 층간 절연층과, 유효 화소 영역과 주변 영역 사이의 적어도 일부에서 층간 절연층을 분리함과 함께, 제1 수소 블록층이 측면 및 저면을 덮는 분리 홈을 구비한다.

Description

촬상 소자 및 촬상 장치
본 개시는, 유기 반도체 재료를 이용한 광전 변환층을 갖는 촬상 소자 및 촬상 장치에 관한 것이다.
근래, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서, 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 촬상 장치에서는, 매입 형성된 포토 다이오드를 갖는 반도체 기판상에 유기 반도체 재료를 이용한 유기 광전 변환층이 적층된, 이른바, 적층형 촬상 소자가 이용되고 있다. 적층형 촬상 소자에서는, 1화소로부터, R/G/B의 신호를 취출할 수 있고, 또한, 디모자이크 처리를 필요로 하지 않기 때문에, 위색(僞色)이 발생하지 않는다는 이점이 있다.
그런데, 적층형 촬상 소자에서는, 이하의 과제가 존재한다. 예를 들면, 포토 다이오드로 이루어지는 무기 광전 변환부에서는, 광전 변환에 의해 생성한 전하는 무기 광전 변환부에 일단(一端) 축적된 후, 부유 확산층(플로팅 디퓨전; FD)에 전송되기 때문에, 무기 광전 변환부를 완전 공핍화할 수 있다. 한편으로, 유기 광전 변환층을 갖는 유기 광전 변환부에서는, 광전 변환에 의해 생성한 전하는, 직접 부유 확산층(FD)에 축적되기 때문에, 유기 광전 변환부를 완전 공핍화하는 것은 어렵고, 이에 따라, kTC 노이즈가 커지고, 랜덤 노이즈가 악화하여 촬상 화질의 저하가 일어난다.
이에 대해, 예를 들면, 특허 문헌 1에서는, 반도체 기판의 상방에 마련되는, 제1 전극, 광전 변환층 및 제2 전극이 적층되어 이루어지는 광전 변환부에서, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 광전 변환층과 대향 배치된 전하 축적용 전극을 갖는 촬상 소자가 개시되어 있다. 이 촬상 소자에서는, 광전 변환에 의해 생성한 전하를 전하 축적용 전극상에 축적하는 것이 가능해지기 때문에, 노광 시작 시에 전하 축적부를 완전 공핍화하고, 전하를 소거하는 것이 가능해진다. 그 결과, kTC 노이즈가 커지고, 랜덤 노이즈가 악화한다는 현상의 발생이 억제되고, 촬상 화질의 저하가 저감된다. 또한, 특허 문헌 1에서는, 광전 변환층에 축적한 전하의 재결합을 방지함과 함께, 제1 전극에의 전송 효율을 증가시키는 구성으로서, 광전 변환층을, 하층 반도체층과 상층 광전 변환층의 적층 구조로 한 예가 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 특개2017-157816호 공보
그런데, 상기 하층 반도체층은, 예를 들어 IGZO 등의 산화물 반도체 재료를 이용하여 형성되어 있는데, 산화물 반도체 재료는, 수소에 의해 용이하게 환원되어, 산소 결함이 발생한다. 이 때문에, 하층 반도체층이 마련된 촬상 소자에서는, 동작의 안정성이 저하될 우려가 있고, 신뢰성의 향상이 요구되고 있다.
신뢰성을 향상시키는 것이 가능한 촬상 소자 및 촬상 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시의 한 실시 형태의 촬상 소자는, 복수의 화소가 배치된 유효 화소 영역 및 유효 화소 영역의 주위에 마련된 주변 영역을 갖는 반도체 기판과, 반도체 기판의 수광면측에 마련됨과 함께, 복수의 전극으로 이루어지는 제1 전극과, 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극 사이에 순차적으로 적층하여 마련됨과 함께, 유효 화소 영역에 연재되는 전하 축적층 및 광전 변환층을 갖는 광전 변환부와, 광전 변환층의 상방 및 측면 및 전하 축적층의 측면을 덮는 제1 수소 블록층과, 반도체 기판과 광전 변환부 사이에 마련된 층간 절연층과, 유효 화소 영역과 주변 영역 사이의 적어도 일부에서 층간 절연층을 분리함과 함께, 제1 수소 블록층이 측면 및 저면을 덮는 분리 홈을 구비한 것이다.
본 개시의 한 실시 형태의 촬상 장치는, 상기 본 개시의 한 실시 형태의 촬상 소자를 갖는 것이다.
본 개시의 한 실시 형태의 촬상 소자 및 한 실시 형태의 촬상 장치에서는, 반도체 기판과 광전 변환부 사이에 마련된 층간 절연층을 유효 화소 영역과 주변 영역 사이에서 분리하는 분리 홈을 마련하고, 그 분리 홈의 측면 및 저면에, 광전 변환부를 구성하는 전하 축적층 및 광전 변환층의 상방 및 광전 변환층 및 전하 축적층의 측면을 덮는 제1 수소 블록층을 연재시켰다. 이에 의해, 층간 절연층을 통한 광전 변환층 및 전하 축적층에의 수소의 침입을 억제한다.
도 1은 본 개시의 제1 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 2는 도 1에 도시한 촬상 소자의 평면 구성의 한 예를 도시하는 모식도.
도 3은 도 1에 도시한 촬상 소자의 평면 구성의 다른 예를 도시하는 모식도.
도 4는 도 1에 도시한 촬상 소자의 평면 구성의 다른 예를 도시하는 모식도.
도 5는 도 1에 도시한 촬상 소자의 평면 구성의 다른 예를 도시하는 모식도.
도 6은 도 1에 도시한 촬상 소자의 등가 회로도.
도 7은 도 1에 도시한 촬상 소자의 하부 전극 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 배치를 도시하는 모식도.
도 8A는 도 1에 도시한 유기 광전 변환부를 구성하는 하부 전극의 레이아웃의 한 예를 도시하는 평면 모식도.
도 8B는 도 8A에 도시한 하부 전극의 레이아웃의 투시 사시도.
도 9A는 도 1에 도시한 유기 광전 변환부를 구성하는 하부 전극의 레이아웃의 다른 예를 도시하는 평면 모식도.
도 9B는 도 9A에 도시한 하부 전극의 레이아웃의 투시 사시도.
도 10은 도 1에 도시한 하나의 무기 광전 변환부 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터의 레이아웃의 한 예를 도시하는 평면 모식도.
도 11은 도 1에 도시한 다른 무기 광전 변환부 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터의 레이아웃의 한 예를 도시하는 평면 모식도.
도 12는 도 1에 도시한 축적 전극을 구동하기 위한 신호선 배치도.
도 13은 인접하는 광전 변환부 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터에 접속되는 배선의 일부를 도시하는 도면.
도 14는 인접하는 광전 변환부 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터에 접속되는 배선의 일부를 도시하는 도면.
도 15는 인접하는 광전 변환부 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터에 접속되는 배선의 일부를 도시하는 도면.
도 16A는 도 1에 도시한 촬상 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 16B는 도 16A에 이어지는 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 16C는 도 16B에 이어지는 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 16D는 도 16C에 이어지는 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 17은 도 1에 도시한 촬상 소자의 한 동작례를 도시하는 타이밍 도면.
도 18은 본 개시의 변형례 1에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 19는 도 18에 도시한 촬상 소자의 평면 구성의 한 예를 도시하는 모식도.
도 20은 본 개시의 변형례 2에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 21은 도 20에 도시한 촬상 소자의 평면 구성의 한 예를 도시하는 모식도.
도 22는 도 20에 도시한 촬상 소자의 평면 구성의 다른 예를 도시하는 모식도.
도 23은 본 개시의 변형례 3에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 24는 도 23에 도시한 촬상 소자의 평면 구성의 한 예를 도시하는 모식도.
도 25는 본 개시의 변형례 4에 관한 촬상 소자의 개략 구성의 한 예를 도시하는 단면 모식도.
도 26은 본 개시의 변형례 4에 관한 촬상 소자의 개략 구성의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 27은 본 개시의 변형례 5에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 28은 본 개시의 변형례 6에 관한 촬상 소자의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 29는 본 개시의 제2 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 개략 구성의 한 예를 도시하는 단면 모식도.
도 30은 본 개시의 제2 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 개략 구성의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 31은 본 개시의 변형례 7에 관한 유기 광전 변환부를 구성하는 하부 전극의 레이아웃의 다른 예를 도시하는 평면 모식도.
도 32는 본 개시의 변형례 7에 관한 하나의 무기 광전 변환부 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터의 레이아웃의 다른 예를 도시하는 평면 모식도.
도 33은 본 개시의 변형례 7에 관한 다른 무기 광전 변환부 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터의 레이아웃의 다른 예를 도시하는 평면 모식도.
도 34는 본 개시의 변형례 7에 관한 광전 변환부 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터에 접속되는 배선의 다른 예를 도시하는 도면.
도 35는 본 개시의 변형례 7에 관한 광전 변환부 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터에 접속되는 배선의 다른 예를 도시하는 도면.
도 36은 본 개시의 변형례 7에 관한 광전 변환부 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터에 접속되는 배선의 다른 예를 도시하는 도면.
도 37은 본 개시의 변형례 7에 관한 광전 변환부 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터에 접속되는 배선의 다른 예를 도시하는 도면.
도 38은 도 1 등에 도시한 촬상 소자를 화소로서 이용한 촬상 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 39는 도 38에 도시한 촬상 장치를 이용한 전자 기기(카메라)의 한 예를 도시하는 기능 블록도.
도 40은 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 41은 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 42는 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 43은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도.
도 44는 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 본 개시에서의 한 실시 형태에 관해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 본 개시의 한 구체례로서, 본 개시는 이하의 양태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 개시는, 각 도면에 도시하는 각 구성 요소의 배치나 치수, 치수비 등에 대해서도, 그것들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명하는 순서는, 하기와 같다.
1. 제1 실시의 형태(유효 화소 영역과 주변 영역 사이에 층간 절연층을 분리하는 분리 홈을 갖는 촬상 소자의 예)
1-1. 촬상 소자의 구성
1-2. 촬상 소자의 제조 방법
1-3. 작용·효과
2. 변형례 1(분리 홈을 유효 화소 영역의 주위에 2중으로 마련한 예)
3. 변형례 2(분리 홈을 패드 전극의 주위에 마련한 예)
4. 변형례 3(분리 홈을 유효 화소 영역의 주위 및 패드 전극의 주위에 각각 마련한 예)
5. 변형례 4(분리 홈의 깊이의 예)
6. 변형례 5(광전 변환부(20)의 하층에 제2 수소 블록층을 마련한 예)
7. 변형례 6(하부 전극상의 절연층을 제2 수소 블록층으로서 형성한 예)
8. 제2 실시의 형태
(유효 화소 영역과 주변 영역 사이에, 또한 가드 링을 갖는 촬상 소자의 예)
9. 변형례 7(화소 레이아웃의 다른 예)
10. 적용례
11. 응용례
<1. 제1 실시의 형태>
도 1은, 본 개시의 제1 실시의 형태에 관한 촬상 소자(촬상 소자(10A))의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 2는, 도 1에 도시한 촬상 소자(10A)의 평면 구성의 한 예를 모식적으로 도시한 것이고, 도 3∼도 5는, 도 1에 도시한 촬상 소자(10A)의 평면 구성의 다른 예를 모식적으로 도시한 것이다. 또한, 도 1은, 도 2에 도시한 I-I선에서의 단면을 도시하고 있다. 도 6은, 도 1에 도시한 촬상 소자(10A)의 등가 회로도이다. 도 7은, 도 1에 도시한 촬상 소자(10)의 하부 전극(21) 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 배치를 모식적으로 도시한 것이다. 촬상 소자(10A)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 촬상 장치(촬상 장치(1); 도 38 참조)에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 촬상 장치(1)는, 복수의 화소가 배치된 유효 화소 영역(110A)과, 그 주변에 마련되고, 예를 들면 행주사부(131) 등의 주변 회로가 형성된 주변 영역(110B)을 가진다. 복수의 화소에는, 각각, 촬상 소자(10A)가 형성되어 있다.
촬상 소자(10A)는, 반도체 기판(30)의 수광면(제1면; 면(30S1))에 광전 변환부(20)가 마련된 것이고, 광전 변환부(20)는, 반도체 기판(30)측으로부터, 복수의 전극으로 이루어지는 하부 전극(21)(제1 전극), 절연층(22), 전하 축적층(23), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)(제2 전극)이 이 순서로 적층된 구성을 가진다. 전하 축적층(23) 및 광전 변환층(24)은, 유효 화소 영역(110A)에 마련된 복수의 화소에 대한 공통층으로서, 예를 들어 유효 화소 영역(110A)의 전면에 연재되어 형성되어 있고, 또한, 광전 변환층(24)의 상방 및 측면 및 전하 축적층(23)의 측면을 덮는 수소 블록층(26)(제1 수소 블록층)이 형성되어 있다. 본 실시의 형태의 촬상 소자(10A)는, 반도체 기판(30)과 광전 변환부(20) 사이에, 유효 화소 영역(110A)측과 주변 영역(110B)측과 분리하는 분리 홈(29H)을 갖는 층간 절연층(29)이 마련된 것이다. 분리 홈(29H)의 측면 및 저면은 수소 블록층(26)에 의해 덮여 있다. 이 분리 홈(29H)이, 본 개시의 「분리 홈」의 한 구체례에 상당한다. 또한, 촬상 소자(10A)는, 서로 인접하는 4개의 화소가, 각각에 대응하는 1개의 플로팅 디퓨전(FD1, FD2, FD3)을 공유하는, 화소 공유 구조를 갖는 것이다.
(1-1. 촬상 소자의 구성)
촬상 소자(10A)는, 예를 들면, 유기 재료를 이용하여 형성된 1개의 광전 변환부(20)와, 2개의 무기 광전 변환부(32B, 32R)가 종방향으로 적층된, 이른바 종방향 분광형의 촬상 소자이다. 광전 변환부(20)는, 상기와 같이, 반도체 기판(30)의 제1면 (이면; 면(30S1))측에 마련되어 있다. 무기 광전 변환부(32B, 32R)는, 반도체 기판(30) 내에 매입. 형성되고, 반도체 기판(30)의 두께 방향으로 적층되어 있다.
광전 변환부(20)는, 상세는 후술하지만, 대향 배치된 하부 전극(21)과 상부 전극(25) 사이에, 전하 축적층(23) 및 광전 변환층(24)을 가지고, 하부 전극(21)과 전하 축적층(23) 사이에는, 절연층(22)이 마련되어 있다. 광전 변환부(20)는, 하부 전극(21)이 복수의 전극(판독 전극(21A), 축적 전극(21B) 및 실드 전극(21C))으로 구성되어 있다. 판독 전극(21A)은, 절연층(22)에 형성된 개구(22H)를 통하여 전하 축적층(23)과 전기적으로 접속되어 있다. 광전 변환층(24)은, p형 반도체 및 n형 반도체를 포함하여 구성되고, 층 내에 벌크 헤테로 접합 구조를 가진다. 벌크 헤테로 접합 구조는, p형 반도체 및 n형 반도체가 서로 섞임으로써 형성된 p/n 접합면이다.
광전 변환부(20)와, 무기 광전 변환부(32B, 32R)는, 서로 다른 파장역의 광을 선택적으로 검출하여 광전 변환을 행하는 것이다. 구체적으로는, 예를 들면, 광전 변환부(20)에서는, 녹(G)의 색 신호를 취득한다. 무기 광전 변환부(32B, 32R)에서는, 흡수 계수의 차이에 의해, 각각, 청(B) 및 적(R)의 색 신호를 취득한다. 이에 의해, 촬상 소자(10A)에서는, 컬러 필터를 이용하는 일 없이 1개의 화소에서 복수 종류의 색 신호를 취득 가능해지고 있다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 광전 변환에 의해 생기는 전자 및 정공의 쌍(전자-정공 쌍) 중, 전자를 신호 전하로서 판독하는 경우(n형 반도체 영역을 광전 변환층으로 하는 경우)에 관해 설명한다. 또한, 도면 중에서, 「p」 「n」에 붙인 「+(플러스)」는, p형 또는 n형의 불순물 농도가 높은 것을 나타내고 있다.
반도체 기판(30)의 제2면(표면; 30S2)에는, 예를 들면, 플로팅 디퓨전(부유 확산층)(FD1(반도체 기판(30) 내의 영역(35)), FD2, FD3)과, 전송 트랜지스터(TR2trs, TR3trs)와, 앰프 트랜지스터(변조 소자)(TR1amp, TR2amp)와, 리셋 트랜지스터(TR1rst, TR2rst)와, 선택 트랜지스터(TR1sel, TR2sel)가 마련되어 있다. 또한, 도면에서는, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))측을 광 입사측(S1), 제2면(면(30S2))측을 배선층측(S2)이라고 나타내고 있다. 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))측에는, 다층 배선층(40)과, 로직 기판(60)과, 유지 기판(70)이 이 순서로 적층되어 있다.
다층 배선층(40)은, 예를 들면, 배선층(41, 42, 43)이 절연층(44) 내에 적층된 구성을 가지고 있다. 로직 기판(60)에는, 로직 회로(도시 생략)와, 외부 출력에 이용되는 패드 전극(61)(전송 전극)이 마련되어 있다. 패드 전극(61)은, 주변 영역(110B)에서, 로직 기판(60)의 반도체 기판(30)측의 면상에 복수(도 2에서는 6개) 배설되어 있다. 복수의 패드 전극(61)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 예를 들어 사각형 형상을 갖는 로직 기판(60)의 1변에, 일방향(예를 들어 Z축 방향)으로 배치되어 있지만 이것으로 한하지 않는다. 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 로직 기판(60)의 대향하는 2변에 배치해도 좋고, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 교차하는 2변에 배치해도 좋다. 또는, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 4변 각각에 배치해도 좋다. 또한, 도 2∼도 5에서는, 복수의 패드 전극(61)을 배치한 예를 나타냈지만, 패드 전극(61)은 1개라도 좋다. 패드 전극(61)상에는, 반도체 기판(30) 및 다층 배선층(40)을 관통하는 개구(H)가 마련되어 있다. 패드 전극(61)은, 이 개구(H)를 통하여 외부와 전기적인 접속이 이루어지도록 되어 있다. 접속은, 예를 들면, 와이어 본드 또는 범프 등의 방법에 의해 이루어진다.
광전 변환부(20)는, 상기와 같이, 하부 전극(21), 절연층(22), 전하 축적층(23), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)이, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))의 측으로부터 이 순서로 적층되어 있다. 하부 전극(21)은, 예를 들면, 촬상 소자(10A)마다 분리 형성됨과 함께, 절연층(22)을 사이에 두고 서로 분리된 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)과, 서로 인접하는 4개의 화소를 둘러싸는 실드 전극(21C)으로 구성되어 있다. 하부 전극(21) 중, 판독 전극(21A)은, 예를 들어 도 8A 및 도 9A에 도시한 바와 같이, 서로 인접하는 2개 또는 4개의 화소 사이에서 공유됨과 함께, 절연층(22)에 마련된 개구(22H)를 통하여 전하 축적층(23)과 전기적으로 접속되어 있다. 전하 축적층(23), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)은, 도 1에서는, 복수의 촬상 소자(10A)에 공통된 연속층으로서 마련되고, 유효 화소 영역(110A)의 전면에 연재되어 있다. 상부 전극(25)상에는, 또한 수소 블록층(26)이 마련되어 있다. 수소 블록층(26)은, 예를 들어 주변 영역(110B)에서, 상부 전극(25)상부터 상부 전극(25), 광전 변환층(24), 전하 축적층(23) 및 절연층(22)의 측면을 덮도록 마련되어 있다.
반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))과 하부 전극(21) 사이에는, 예를 들면, 고정 전하층(27), 절연층(28) 및 층간 절연층(29)이, 반도체 기판(30)측으로부터 이 순서로 마련되어 있다. 층간 절연층(29)에는, 상기와 같이, 유효 화소 영역(110A)측과 주변 영역(110B)측으로 분리하는 분리 홈(29H)이 주변 영역(110B)에 마련되어 있다. 상기 수소 블록층(26)은, 또한, 층간 절연층(29)상을 연재되고, 층간 절연층(29)에 마련된 분리 홈(29H)의 측면 및 저면을 피복하고 있다. 수소 블록층(26)상에는, 제1 보호층(51) 및 온 칩 렌즈층(52)이 이 순서로 마련되어 있다.
반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))과 제2면(면(30S2)) 사이에는 관통 전극(34A, 34B, 34C)이 마련되어 있다. 관통 전극(34A)은, 광전 변환부(20)의 판독 전극(21A)과 전기적으로 접속되어 있고, 광전 변환부(20)는, 관통 전극(34)을 통하여, 예를 들면, 앰프 트랜지스터(TR1amp)의 게이트(Gamp)와, 플로팅 디퓨전(FD1)을 겸하는 리셋 트랜지스터(RST)(리셋 트랜지스터(TR1rst))의 일방의 소스/드레인 영역에 접속되어 있다. 이에 의해, 촬상 소자(10A)에서는, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S21))측의 광전 변환부(20)에서 생긴 전하(여기서는, 전자)를 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))측에 양호하게 전송하고, 특성을 높이는 것이 가능해지고 있다. 관통 전극(34B)은, 광전 변환부(20)의 축적 전극(21B)과 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해, 축적 전극(21B)에는, 판독 전극(21A)과 독립해서 전압을 인가 가능하게 되어 있다. 관통 전극(34C)은, 실드 전극(21C)과 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해, 인접하는 화소에의 전하의 리크가 억제되어 있다.
관통 전극(34A, 34B, 34C)의 하단은, 배선층(41)에 각각 접속되어 있다. 특히, 관통 전극(34A)은, 배선층(41) 내의 접속부(41A)에 접속되어 있고, 접속부(41A)와, 플로팅 디퓨전(FD1)(영역(35))은, 예를 들면, 하부 제1 콘택트(45)를 통하여 접속되어 있다. 관통 전극(34A)의 상단은, 예를 들면, 패드부(35A), 비아(V2), 패드부(36A) 및 비아(V1)를 통하여 판독 전극(21A)에 접속되어 있다.
관통 전극(34A)은, 예를 들면, 서로 인접하는 4개의 화소에 대해 1개씩 마련되어 있다. 관통 전극(34A)은, 각 화소의 광전 변환부(20)와 앰프 트랜지스터(TR1amp)의 게이트(Gamp) 및 플로팅 디퓨전(FD1)의 커넥터로서의 기능을 가짐과 함께, 광전 변환부(20)에서 생긴 전하(여기서는, 전자)의 전송 경로로 되어 있다.
플로팅 디퓨전(FD1)(리셋 트랜지스터(TR1rst)의 일방의 소스/드레인 영역)의 옆에는 리셋 트랜지스터(TR1rst)의 리셋 게이트(Grst)가 배치되어 있다. 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하를, 리셋 트랜지스터(TR1rst)에 의해 리셋하는 것이 가능해진다.
본 실시의 형태의 촬상 소자(10A)에서는, 상부 전극(25)측으로부터 광전 변환부(20)에 입사한 광은, 광전 변환층(24)에서 흡수된다. 이에 의해 생긴 여기자는, 광전 변환층(24)을 구성하는 전자 공여체와 전자 수용체와의 계면에 이동하고, 여기자 분리, 즉, 전자와 정공으로 해리한다. 여기서 발생한 전하(전자 및 정공)는, 캐리어의 농도차에 의한 확산이나, 양극(여기서는, 상부 전극(25))과 음극(여기서는, 하부 전극(21))의 일 함수의 차이에 의한 내부 전계에 의해 각각 다른 전극에 운반되고, 광 전류로서 검출된다. 또한, 하부 전극(21)과 상부 전극(25) 사이에 전위를 인가함에 의해, 전자 및 정공의 수송 방향을 제어할 수 있다.
이하, 각 부분의 구성이나 재료 등에 대해 설명한다.
광전 변환부(20)는, 선택적인 파장역(예를 들면, 450㎚ 이상 650㎚ 이하)의 일부 또는 전부의 파장역에 대응하는 녹색광을 흡수하여, 전자-정공쌍을 발생시키는 광전 변환 소자이다.
하부 전극(21)은, 상기와 같이, 분리 형성된 판독 전극(21A), 축적 전극(21B) 및 실드 전극(21C)으로 구성되어 있다. 판독 전극(21A)은, 광전 변환층(24) 내에서 발생한 전하(여기서는, 전자)를 플로팅 디퓨전(FD1)에 전송하기 위한 것이고, 예를 들면, 비아(V1), 패드부(36A), 비아(V2), 패드부(35A), 관통 전극(34A), 접속부(41A) 및 하부 제1 콘택트(45)를 통하여 플로팅 디퓨전(FD1)에 접속되어 있다. 축적 전극(21B)은, 광전 변환층(24) 내에서 발생한 전하 중, 신호 전하로서 전자를 전하 축적층(23) 내에 축적하기 위한 것이다. 축적 전극(21B)은, 반도체 기판(30) 내에 형성된 무기 광전 변환부(32B, 32R)의 수광면과 정면으로 대하여, 이러한 수광면을 덮는 영역에 마련되어 있다. 축적 전극(21B)은, 판독 전극(21A)보다도 큰 것이 바람직하고, 이에 의해, 많은 전하를 축적할 수 있다. 실드 전극(21C)은, 상기와 같이, 인접하는 화소에의 전하의 리크를 억제하기 위한 것이다.
하부 전극(21)은, 광투과성을 갖는 도전막에 의해 구성되고, 예를 들면, ITO(인듐 주석 산화물)에 의해 구성되어 있다. 단, 하부 전극(21)의 구성 재료로서는, 이 ITO 외에도, 도펀트를 첨가한 산화주석(SnO2)계 재료, 또는 아연 산화물(ZnO)에 도펀트를 첨가해서 이루어지는 산화아연계 재료를 이용해도 좋다. 산화아연계 재료로서는, 예를 들면, 도펀트로서 알루미늄(Al)을 첨가한 알루미늄 아연 산화물(AZO), 갈륨(Ga) 첨가의 갈륨 아연 산화물(GZO), 인듐(In) 첨가의 인듐 아연 산화물(IZO)을 들 수 있다. 또한, 이 외에도, CuI, InSbO4, ZnMgO, CuInO2, MgIN2O4, CdO, ZnSnO3 등을 이용해도 좋다. 하부 전극(21)의 두께는, 예를 들면 20㎚∼200㎚인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 30㎚ 이상 100㎚ 이하이다.
절연층(22)은, 축적 전극(21B)과 전하 축적층(23)을 전기적으로 절연하기 위한 것이다. 절연층(22)은, 하부 전극(21)을 덮도록, 예를 들면, 층간 절연층(29) 및 하부 전극(21)상에 마련되어 있다. 또한, 절연층(22)에는, 하부 전극(21) 중, 판독 전극(21A)상에 개구(22H)가 마련되어 있고, 이 개구(22H)를 통하여, 판독 전극(21A)과 전하 축적층(23)이 전기적으로 접속되어 있다. 절연층(22)은, 예를 들면, 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(Si3N4) 및 산질화실리콘(SiON) 등 중의 1종으로 이루어지는 단층막이나, 또는 이들 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다. 또한, 상기 화학식은 한 예이고, 상기 표기 외에, 화학량론에 따르지 않는 동종의 화합물도 포함하는 것으로 한다. 이하에 기재하는 화학식에 대해서도 마찬가지이다. 절연층(22)의 두께는, 예를 들면, 20㎚∼500㎚이다.
전하 축적층(23)은, 광전 변환층(24)의 하층, 구체적으로는, 절연층(22)과 광전 변환층(24) 사이에 마련되고, 광전 변환층(24)에서 발생한 신호 전하(여기서는, 전자)를 축적하기 위한 것이다. 전하 축적층(23)은, 광전 변환층(24)보다도 전하의 이동도가 높고, 또한, 밴드 갭이 큰 재료를 이용하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 전하 축적층(23)의 구성 재료의 밴드 갭은, 3.0eV 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, IGZO 등의 산화물 반도체 재료 및 유기 반도체 재료 등을 들 수 있다. 유기 반도체 재료로서는, 예를 들면, 천이금속 디칼코게나이드, 실리콘카바이드, 다이아몬드, 그라펜, 카본나노튜브, 축합 다환 탄화수소 화합물 및 축합 복소환 화합물 등을 들 수 있다. 전하 축적층(23)의 두께는, 예를 들면 10㎚ 이상 300㎚ 이하이다. 상기 재료에 의해 구성된 전하 축적층(23)을 광전 변환층(24)의 하층에 마련함에 의해, 전하 축적 시에서의 전하의 재결합을 방지하고, 전송 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
광전 변환층(24)은, 광 에너지를 전기 에너지에 변환하는 것이다. 광전 변환층(24)은, 예를 들면, 각각 p형 반도체 또는 n형 반도체로서 기능하는 유기 재료(p형 반도체 재료 또는 n형 반도체 재료)를 2종 이상 포함하여 구성되어 있다. 광전 변환층(24)은, 층 내에, 이 p형 반도체 재료와 n형 반도체 재료의 접합면(p/n 접합면)을 가진다. p형 반도체는, 상대적으로 전자 공여체(도너)로서 기능하는 것이고, n형 반도체는, 상대적으로 전자 수용체(억셉터)로서 기능하는 것이다. 광전 변환층(24)은, 광을 흡수했을 때에 생기는 여기자가 전자와 정공으로 분리하는 장소를 제공하는 것이고, 구체적으로는, 전자 공여체와 전자 수용체의 계면(p/n 접합면)에서, 여기자가 전자와 정공으로 분리한다.
광전 변환층(24)은, p형 반도체 재료 및 n형 반도체 재료 외에, 소정의 파장역의 광을 광전 변환하는 한편, 다른 파장역의 광을 투과시키는 유기 재료, 이른바 색소 재료를 포함하고 구성되어 있어도 좋다. 광전 변환층(24)을 p형 반도체 재료, n형 반도체 재료 및 색소 재료의 3종류의 유기 재료를 이용하여 형성하는 경우에는, p형 반도체 재료 및 n형 반도체 재료는, 가시 영역(예를 들면, 450㎚∼800㎚)에서 광투과성을 갖는 재료인 것이 바람직하다. 광전 변환층(24)의 두께는, 예를 들어 50㎚∼500㎚이다.
광전 변환층(24)을 구성하는 유기 재료로서는 이하의 재료를 들 수 있다. 예를 들면, 색소 재료로서는, 로다민계 색소, 메로시아닌계 색소, 퀴나크리돈 유도체, 서브프탈로시아닌계 색소 및 그들의 유도체를 들 수 있다. 이 외에, 색소 재료 이외의 유기 재료로서는, 펜타센, 벤조티에노벤조티오펜, 풀러렌 및 그들의 유도체를 들 수 있다. 광전 변환층(24)은, 상기 유기 재료를 2종 이상 조합시켜서 구성되어 있다. 상기 유기 재료는, 그 조합에 의해 p형 반도체 또는 n형 반도체로서 기능한다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 광전 변환부(20)는, 녹색광을 광전 변환하는 소자로 했지만, 청색광 또는 적색광을 광전 변환하는 소자로서 구성하도록 해도 좋다. 그 경우에는, 광전 변환층(24)을 구성하는 색소 재료로서는, 이하를 들 수 있다. 청색광을 광전 변환하는 경우에는, 예를 들면, 쿠마린산 색소, 트리스-8-히드록시퀴놀린알루미늄(Alq3), 메로시아닌계 색소 및 그들의 유도체를 들 수 있다. 적색광을 광전 변환하는 경우에는, 예를 들면, 프탈로시아닌계 색소, 서브프탈로시아닌계 색소 및 그들의 유도체를 들 수 있다.
또한, 광전 변환층(24)에는, 이하의 유기 재료를 이용해도 좋다. 상기 이외의 유기 재료로서는, 예를 들면, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 테트라센, 피렌, 페릴렌, 및 플루오란텐 또는 그들의 유도체 중의 어느 1종이 알맞게 이용된다. 또는, 페닐렌비닐렌, 플루오렌, 카바졸, 인돌, 피렌, 피롤, 피콜린, 티오펜, 아세틸렌 및 디아세틸렌 등의 중합체나 그들의 유도체를 이용해도 좋다. 덧붙여, 금속 착체 색소, 시아닌계 색소, 메로시아닌계 색소, 페닐크산텐계 색소, 트리페닐메탄계 색소, 로다시아닌계 색소, 크산텐계 색소, 대환상(大環狀) 아자아눌렌계 색소, 아줄렌계 색소, 나프토퀴논, 안트라퀴논계 색소, 안트라센 및 피렌 등의 축합 다환 방향족 및 방향환 또는 복소환 화합물이 축합한 쇄상 화합물, 또는, 스쿠아릴륨기 및 크로코닉메틴기를 결합쇄로서 갖는 퀴놀린, 벤조티아졸, 벤조옥사졸 등의 2개의 함질소 복소환, 또는, 스쿠아릴륨기 및 크로코닉메틴기에 의해 결합한 시아닌계와 유사한 색소 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 상기 금속 착체 색소로서는, 디티올 금속 착체계 색소, 금속 프탈로시아닌 색소, 금속 포르피린 색소, 또는 루테늄 착체 색소가 바람직하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 유기 재료를 이용하여 광전 변환층(24)을 구성하는 예를 나타냈지만 이것으로 한하지 않는다. 예를 들면, 광전 변환층(24)은, 결정 실리콘, 어모퍼스 실리콘, 미결정 실리콘, 결정 셀렌, 어모퍼스 셀렌, 칼코파이라이트계 화합물 및 화합물 반도체 등의 무기 재료를 이용하여 구성하도록 해도 좋다. 칼코파이라이트계 화합물의 한 예로서는, CIGS(CuInGaSe), CIS(CuInSe2), CuInS2, CuAlS2, CuAlSe2, CuGaS2, CuGaSe2, AgAlS2, AgAlSe2, AgInS2 및 AgInSe2 등을 들 수 있다. 화합물 반도체의 한 예로서는, GaAs, InP, AlGaAs, InGaP, AlGaInP 및 InGaAsP 등의 Ⅲ-V족 화합물 반도체 외에, CdSe, CdS, In2Se3, In2S3, Bi2Se3, Bi2S3, ZnSe, ZnS, PbSe, PbS 등을 들 수 있다. 상기 무기 재료는, 예를 들면, 양자 도트 형상으로 이용된다.
광전 변환층(24)과 하부 전극(21) 사이(예를 들면, 전하 축적층(23)과 광전 변환층(24) 사이) 및 광전 변환층(24)과 상부 전극(25) 사이에는, 다른 층이 마련되어 있어도 좋다. 구체적으로는, 예를 들면, 하부 전극(21)측으로부터 순차적으로, 전하 축적층(23), 전자 블로킹막, 광전 변환층(24), 정공 블로킹막 및 일 함수 조정층 등이 적층되어 있어도 좋다. 또한, 하부 전극(21)과 광전 변환층(24) 사이에 하인층(下引層) 및 정공 수송층이나, 광전 변환층(24)과 상부 전극(25) 사이에 버퍼층이나 전자 수송층을 마련하도록 해도 좋다.
상부 전극(25)은, 하부 전극(21)과 마찬가지로 광투과성을 갖는 도전막에 의해 구성되어 있다. 촬상 소자(10A)를 1개의 화소로서 이용한 촬상 장치(1)에서는, 상부 전극(25)은 화소마다 분리되어 있어도 좋고, 각 화소에 공통의 전극으로서 형성되어 있어도 좋다. 상부 전극(25)의 두께는, 예를 들어 10㎚∼200㎚이다. 상부 전극(25)에는, 도시하지 않지만, 배선이 전기적으로 접속되어 있고, 상부 전극(25)에 전압이 인가시키도록 되어 있다.
수소 블록층(26)은, 전하 축적층(23)이나 광전 변환층(24)에의 수소(H2)의 침입을 억제하기 위한 것이고, 상기와 같이, 유효 화소 영역(110A) 내에서 상부 전극(25)상에 마련되고, 주변 영역(110B)에서, 상부 전극(25)의 상면으로부터 상부 전극(25), 광전 변환층(24), 전하 축적층(23)의 측면 및 절연층(22)의 상면 및 측면을 통하여 층간 절연층(29)에 적층되고, 예를 들어 주변 영역(110B)의 단부까지 연재되어 형성되어 있다. 또한, 층간 절연층(29)에는, 상기와 같이, 유효 화소 영역(110A)측과 주변 영역(110B)측으로 분리하는 분리 홈(29H)이 마련되어 있고, 수소 블록층(26)은, 이 분리 홈(29H)의 측면 및 저면도 피복하고 있다.
수소 블록층(26)을 구성하는 재료로서는, 예를 들어 절연 재료를 들 수 있다. 구체적으로는, 광투과성을 가지고, 높은 봉지성을 갖는 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 이와 같은 재료로서는, 예를 들어 산화알루미늄(Al2O3) 등의 금속 산화물, 질화실리콘, 탄소 함유 실리콘 산화물(SiOC) 등을 들 수 있다. 또는, 수소 블록층(26)에는, ITO(인듐 주석 산화물) 등의 산화물 반도체를 이용해도 좋다. 또한, 수소 블록층(26)은, 예를 들면, 절연층(22)보다도 수소 함유량이 적은, 또는, 막 자신이 수소를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 수소 블록층(26)은, 응력이 작고, 또한 자외선 흡수능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 함유하는 수분량이 적은 막을 형성함과 함께, 수분(H2O)의 침입을 억제하는 것이 바람직하다. 이상으로부터, 수소 블록층(26)의 재료로서는, 상기 재료 중에서도 산화알루미늄을 이용하는 것이 바람직하다. 수소 블록층(26)은, 상기 재료를 이용하여 형성된 단층막, 또는 상기 재료 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다. 수소 블록층(26)의 두께는, 예를 들어 10㎚ 이상 1000㎚ 이하이다.
고정 전하층(27)은, 정의 고정 전하를 갖는 막이라도 좋고, 부의 고정 전하를 갖는 막이라도 좋다. 부의 고정 전하를 갖는 막의 재료로서는, 산화알루미늄, 산화하프늄(HfO2), 산화지르코늄(ZrO), 산화탄탈(Ta2O5), 산화티탄(TiO2), 산화란탄(La2O3), 산화프라세오디뮴(Pr2O3), 산화세륨(CeO2), 산화네오디뮴(Nd2O3), 산화프로메튬(Pm2O3), 산화사마륨(Sm2O3), 산화유로퓸(Eu2O3), 산화가돌리늄(Gd2O3), 산화테르븀(Tb2O3), 산화디스프로슘(Dy2O3), 산화홀뮴(Ho2O3), 산화튤륨(Tm2O3), 산화이테르븀(Yb2O3), 산화루테튬(Lu2O3), 산화이트륨(Y2O3), 질화하프늄(HfN), 질화알루미늄(AlN), 산질화하프늄(HfON), 산질화알루미늄(AlON) 등을 들 수 있다.
고정 전하층(27)은, 2종류 이상의 막을 적층한 구성을 가지고 있어도 좋다. 그것에 의해, 예를 들어 부의 고정 전하를 갖는 막의 경우에는 정공 축적층으로서의 기능을 더욱 높이는 것이 가능하다.
절연층(28)은, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))에 형성된 고정 전하층(27)상 및 관통 전극(34A, 34B, 34C)이 형성되는 관통 구멍(30H1, 30H2, 30H3) 내에서 고정 전하층(27)과 관통 전극(34A, 34B, 34C) 사이에 마련되고, 관통 전극(34)과 반도체 기판(30) 사이를 전기적으로 절연하기 위한 것이다. 절연층(28)의 재료는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 산화실리콘, TEOS, 질화실리콘 및 산질화실리콘 등에 의해 형성되어 있다.
층간 절연층(29)은, 반도체 기판(30)(구체적으로는, 절연층(28))과 광전 변환부(20) 사이에 마련된 것이다. 층간 절연층(29)의 층 내에는, 예를 들면, 판독 전극(21A)과 관통 전극(34A)을 전기적으로 접속하는 패드부(35A, 36A), 축적 전극(21B)과 관통 전극(34B)을 전기적으로 접속하는 패드부(35B, 36B), 실드 전극(21C)과 관통 전극(34C)을 전기적으로 접속하는 패드부(35C, 36C) 및 각 전극과 패드부를 전기적으로 접속하는 비아(V1, V2) 등의 배선이 마련되어 있다. 층간 절연층(29)은, 절연층(28)과 마찬가지로, 예를 들면, 산화실리콘, TEOS, 질화실리콘 및 산질화실리콘 등 중의 1종으로 이루어지는 단층막, 또는 이 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다.
층간 절연층(29)에는, 또한, 주변 영역(110B)에서 유효 화소 영역(110A)측과 주변 영역(110B)측으로 분리하는 분리 홈(29H)이 마련되어 있다. 이 분리 홈(29H)은, 구체적으로는, 평면시에서, 주변 영역(110B)의 주연부에 배치된 패드 전극(61)상에 마련된 개구(H)와 유효 화소 영역(110A) 사이에 마련되어 있다. 분리 홈(29H)의 측면 및 저면은, 상기와 같이 수소 블록층(26)에 의해 덮여 있고, 이에 의해, 예를 들면, 개구(H)로부터 층간 절연층(29)을 통한 전하 축적층(23)이나 광전 변환층(24)에의 수소의 침입이 억제된다. 본 실시의 형태에서는, 분리 홈(29H)은, 주변 영역(110B)에서, 유효 화소 영역(110A)을 둘러싸도록, 연속해서 마련되어 있다. 또한, 분리 홈(29H)은, 층간 절연층(29) 및 절연층(28)을 관통하고, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))까지 달하고 있는 것이 바람직하지만 이것으로 한하지 않는다.
제1 보호층(51)은, 예를 들면, 유효 화소 영역(110A) 및 주변 영역(110B)을 포함하는, 반도체 기판(30)의 전면에 마련되어 있다. 제1 보호층(51)은, 예를 들면, 광투과성을 가짐과 함께, 높은 봉지성을 갖는 재료를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들어 산화알루미늄, 질화실리콘 및 탄소 함유 실리콘 산화물 등의 절연 재료를 들 수 있다. 또한, 제1 보호층(51)은, 수소 블록층(26)과 마찬가지로, 예를 들면, 절연층(22)보다도 수소 함유량이 적은, 또는, 막 자신이 수소를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 제1 보호층(51)은, 응력이 작고, 또한 자외선 흡수능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제1 보호층(51)은, 함유하는 수분량이 적은 것이 바람직하고, 수분(H2O)의 침입을 억제하는 것이 바람직하다. 이상의 내용으로부터, 제1 보호층(51)의 재료로서는, 상기 재료 중에서도 산화알루미늄을 이용하는 것이 바람직하다. 산화알루미늄을 이용하여 제1 보호층(51)을 형성함으로써, 제1 보호층(51)에 수소 블록 기능이 부가됨과 함께, 수소 블록층(26)과 제1 보호층(51)을 일괄로 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 제1 보호층(51)은, 상기 절연층(28) 및 층간 절연층(29)과 같은 재료를 이용하여 형성해도 좋다. 예를 들면, 제1 보호층(51)은, 산화실리콘, 질화실리콘 및 산질화실리콘 등 중의 1종으로 이루어지는 단층막이나, 또는, 산화알루미늄, 질화실리콘, 탄소 함유 실리콘 산화막, 산화실리콘 및 산질화실리콘 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막으로 해도 좋다. 제1 보호층(51)의 두께는, 예를 들면, 100㎚∼1000㎚이다.
제1 보호층(51)상에는, 유효 화소 영역(110A)에서 예를 들어 단위 화소(P)마다 온 칩 렌즈(52L)(마이크로 렌즈)가 형성된 온 칩 렌즈층(52)이 마련되어 있다. 온 칩 렌즈(52L)는, 상방으로부터 입사한 광을, 광전 변환부(20), 무기 광전 변환부(32B) 및 무기 광전 변환부(32R)의 각 수광면에 집광시키는 것이다. 또한, 온 칩 렌즈(52L)의 하방에는, 분광을 제어하는 컬러 필터 등의 광학 부재를 마련하도록 해도 좋다. 온 칩 렌즈층(52)의 재료로서는, 무기막으로서, 산화실리콘, 질화실리콘, 산질화실리콘 등 외에, 수소 블록층(26)에 이용되는 산화알루미늄을 들 수 있다. 산화알루미늄을 이용하여 온 칩 렌즈층(52)을 형성함으로써, 온 칩 렌즈층(52)에는, 렌즈 기능에 더하여 수소 블록 기능이 부가된다. 또한, 산화알루미늄을 이용하여 제1 보호층(51) 및 온 칩 렌즈층(52)을 형성함으로써, 수소 블록층(26), 제1 보호층(51) 및 온 칩 렌즈층(52)을 일괄로 형성하는 것도 가능해진다. 이 외에, 온 칩 렌즈층(52)은, 유기막 중에 예를 들어 금속 미립자가 분산된 금속 산화물 함유 수지를 이용하여 형성하도록 해도 좋다.
반도체 기판(30)은, 예를 들면, n형의 실리콘(Si) 기판에 의해 구성되고, 소정의 영역(예를 들어 화소부(1a))에 p웰(31)을 가지고 있다. p웰(31)의 제2면(면(30S2))에는, 상술한 전송 트랜지스터(TR1trs, TR2trs, TR3trs), 앰프 트랜지스터(TR1amp, TR2amp), 리셋 트랜지스터(TR1rst, TR2rst), 선택 트랜지스터(TR1sel, TR2sel) 등이 마련되어 있다. 반도체 기판(30)의 주변 영역(110B)에는, 로직 회로를 구성하는, 예를 들면, 화소 판독 회로나 화소 구동 회로 등이 마련되어 있어도 좋다.
촬상 소자(10A)는, 상기와 같이, 1개의 플로팅 디퓨전(FD1, FD2, FD3)을, 서로 인접하는 4개의 화소가 공유하도록 레이아웃되어 있다. 도 8A는, 광전 변환부(20)를 구성하는 하부 전극(21)의 레이아웃의 한 예를 도시한 것이고, 도 8B는, 도 8A에 도시한 하부 전극(21)의 레이아웃을 투시 사시도로서 도시한 것이다. 도 9A는, 광전 변환부(20)를 구성하는 하부 전극(21)의 레이아웃의 한 예를 도시한 것이고, 도 9B는, 도 9A에 도시한 하부 전극(21)의 레이아웃을 투시 사시도로서 도시한 것이다. 도 10은, 무기 광전 변환부(32B) 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터의 레이아웃의 한 예를 도시한 것이다. 도 11은, 무기 광전 변환부(R) 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터의 레이아웃의 한 예를 도시한 것이다. 도 12는, 광전 변환부(20)에서, 축적 전극(21B)을 구동하기 위한 신호 배선의 한 예를 도시한 것이다. 도 13∼도 15는, 각 광전 변환부(20, 32B, 32R) 및 이들에 관련되는 각종 트랜지스터에 접속되는 배선의 한 예를 도시한 것이다.
광전 변환부(20)에서는, 서로 인접하는 4개의 광전 변환부(20)는 1개의 플로팅 디퓨전(FD1)에 접속되어 있다. 플로팅 디퓨전(FD1)에는, 1개의 리셋 트랜지스터(TR1rst)와 전원선(Vdd)이 직렬로 접속되어 있다. 또한, 이것과는 별도로, 플로팅 디퓨전(FD1)에는, 앰프 트랜지스터(TR1amp) 및 선택 트랜지스터(TR1sel)의 각각 1개와 신호선(데이터 출력선)(VSL1)이 직렬로 접속되어 있다. 본 실시의 형태의 광전 변환부(20)에서는, 서로 인접하는 4개의 축적 전극(21B)과, 각각 각 화소마다 1개씩 마련된 리셋 트랜지스터(TR1rst), 앰프 트랜지스터(TR1amp) 및 선택 트랜지스터(TR1sel)로, 서로 인접하는 4개의 광전 변환부(20)의 판독 동작 및 리셋 동작을 담당하는 1조(組)의 제어부(제1 제어부)를 구성하고 있다. 서로 인접하는 4개의 광전 변환부(20)로부터 신호 전하를 판독할 때에는, 이 제1 제어부를 이용하여, 예를 들어 시분할하여 순차적으로 판독 처리가 행해진다.
무기 광전 변환부(32B)에서는, 서로 인접하는 4개의 포토 다이오드(PD2)가, 각 화소마다 1개씩 마련된 4개의 전송 트랜지스터(TR2trs)를 통하여, 1개의 플로팅 디퓨전(FD2)에 접속되어 있다.
무기 광전 변환부(32R)에서는, 무기 광전 변환부(32B)와 마찬가지로, 서로 인접하는 4개의 포토 다이오드(PD3)가, 각 화소마다 1개씩 마련된 4개의 전송 트랜지스터(TR3trs)를 통하여, 1개의 플로팅 디퓨전(FD3)에 접속되어 있다.
1개의 플로팅 디퓨전(FD2)에는, 1개의 리셋 트랜지스터(TR2rst)와, 전원선(Vdd)이 직렬로 접속되어 있다. 또한, 이것과는 별도로, 플로팅 디퓨전(FD2)에는, 앰프 트랜지스터(TR2amp) 및 선택 트랜지스터(TR2sel)의 각각 1개와 신호선(데이터 출력선)(VSL2)이 직렬로 접속되어 있다. 본 실시의 형태와 같이 화소 공유 구조를 갖는 촬상 소자(10A)에서는, 무기 광전 변환부(32B) 및 무기 광전 변환부(32R)는, 각 화소마다 마련된 전송 트랜지스터(TR2trs) 및 전송 트랜지스터(TR3trs)와, 각 화소마다 1개씩 마련된 리셋 트랜지스터(TR2rst), 앰프 트랜지스터(TR2amp) 및 선택 트랜지스터(TR2sel)로, 서로 인접하는 4개의 무기 광전 변환부(32B) 및 무기 광전 변환부(32R)의 판독 동작 및 리셋 동작을 담당하는 1조의 제어부(제2 제어부)를 구성하고 있다. 즉, 4화소분의 적층형의 촬상 소자(10A)에 구비되는 4개의 무기 광전 변환부(32B) 및 4개의 무기 광전 변환부(32R)에서는, 전송 트랜지스터(TR2trs, TR3trs)를 제외하고, 1조의 제어부(제2 제어부)를 공유한 구성으로 되어 있다. 서로 인접하는 4개의 무기 광전 변환부(32B)에 대응하는 플로팅 디퓨전(FD2) 및 4개의 무기 광전 변환부(32R)에 대응하는 플로팅 디퓨전(FD3)으로부터 신호 전하를 판독할 때에는, 이 제2 제어부를 이용하여, 예를 들어 시분할하여 순차적으로 판독 처리가 행해진다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 서로 인접하는 4개의 무기 광전 변환부(32B) 및 무기 광전 변환부(32R)가 공유하는 플로팅 디퓨전(FD2, FD3)은, 각각, 1화소분씩 이간한 장소에 배치되어 있다. 이에 의해, 촬상 소자(10A)의 고집적화를 실현하는 것이 가능해진다.
(1-2. 촬상 소자의 제조 방법)
본 실시의 형태의 촬상 소자(10A)는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
우선, 반도체 기판(30) 내에, 제1 도전형의 웰로서 예를 들어 p웰(31)을 형성하고, 이 p웰(31) 내에 제2 도전형(예를 들어 n형)의 무기 광전 변환부(32B, 32R)를 형성한다. 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1)) 근방에는 p+영역을 형성한다.
반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))에는, 예를 들어 플로팅 디퓨전(FD1∼FD3)이 되는 n+영역을 형성한 후, 게이트 절연막(33)과, 각종 전송 트랜지스터(TR1trs, TR2trs, TR3trs), 선택 트랜지스터(TR1sel, TR2sel), 앰프 트랜지스터(TR1amp, TR2amp) 및 리셋 트랜지스터(TR1rst, TR2rst)의 각 게이트를 포함하는 게이트 배선층(47)을 형성한다. 이에 의해, 각종 전송 트랜지스터(TR1trs, TR2trs, TR3trs), 선택 트랜지스터(TR1sel, TR2sel), 앰프 트랜지스터(TR1amp, TR2amp) 및 리셋 트랜지스터(TR1rst, TR2rst)가 형성된다. 또한, 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))상에, 하부 제1 콘택트(45) 및 접속부(41A)를 포함하는 배선층(41∼43) 및 절연층(44)로 이루어지는 다층 배선층(40)을 형성한다.
반도체 기판(30)의 기체로서는, 예를 들면, 반도체 기판(30)과, 매입 산화막(도시 생략)과, 유지 기판(도시 생략)을 적층한 SOI(Silicon on Insulator) 기판을 이용한다. 매입 산화막 및 유지 기판은, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))에 접합되어 있다. 이온 주입 후, 어닐 처리를 행한다.
이어서, 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))측(다층 배선층(40)측)에 로직 기판(60)이 형성된 유지 기판(70)을 접합하여, 상하 반전한다. 이어서, 반도체 기판(30)을 SOI 기판의 매입 산화막 및 유지 기판으로부터 분리하고, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))을 노출시킨다. 이상의 공정은, 이온 주입 및 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등, 통상의 CMOS 프로세스에서 사용되고 있는 기술로 행하는 것이 가능하다.
이어서, 예를 들어 드라이 에칭에 의해 반도체 기판(30)을 제1면(면(30S1))측으로부터 가공하고, 예를 들어 환형상의 관통 구멍(30H1, 30H2, 30H3, 30H4)을 형성한다. 관통 구멍(30H1∼30H3)의 깊이는, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))으로부터 제2면(면(30S2))까지 관통하는 것이다.
이어서, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1)) 및 관통 구멍(30H)의 측면에, 예를 들어 원자층 퇴적(Atomic Layer Deposition; ALD)법을 이용하여 고정 전하층(27)을 성막한다. 이에 의해, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1)), 관통 구멍(30H1, 30H2, 30H3, 30H4)의 측면 및 저면에 연속되는 고정 전하층(27)이 형성된다. 다음으로, 고정 전하층(27)의 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))상 및 관통 구멍(30H1, 30H2, 30H3, 30H4) 내에 절연층(28)을 성막한 후, 또한, 절연층(28)상에, 층간 절연층(29)을 구성하는 절연막을 성막한다.
이어서, 예를 들어 드라이 에칭에 의해 관통 구멍(30H1, 30H2, 30H3) 내에 형성된 절연층(28) 내에, 층간 절연층(29)을 구성하는 절연막, 절연층(28) 및 고정 전하층(27) 및 절연층(44)을 관통하고, 접속부(41A)에 도달하는 관통 구멍을 형성한다. 또한, 이때, 제1면(면(30S1))상의 층간 절연층(29)을 구성하는 절연막도 박막화된다. 다음으로, 층간 절연층(29)을 구성하는 절연막상 및 관통 구멍(27H) 내에 도전막을 성막한 후, 도전막상의 소정의 위치에 포토 레지스트(PR)를 형성한다. 그 후, 에칭 및 포토 레지스트(PR)를 제거함으로써, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))상에 패드부(35A, 35B, 35C)를 각각 갖는 관통 전극(34A, 34B, 34C)이 형성된다.
다음으로, 층간 절연층(29)을 구성하는 절연막 및 관통 전극(34A, 34B, 34C)상에, 각각 비아(V2), 패드부(36, 36B, 36C), 비아(V1)를 형성한 후, CMP(Chemical Mechanical Polishing)법을 이용하여 층간 절연층(29)의 표면을 평탄화한다. 이어서, 층간 절연층(29)상에 도전막을 성막한 후, 도전막의 소정의 위치에 포토 레지스트(PR)를 형성한다. 그 후, 에칭 및 포토 레지스트(PR)를 제거함으로써, 판독 전극(21A), 축적 전극(21B) 및 실드 전극(21C)을 형성한다. 다음으로, 층간 절연층(29) 및 판독 전극(21A), 축적 전극(21B) 및 실드 전극(21C)상에 절연층(22)을 성막한 후, 판독 전극(21A)상에 개구(22H)를 마련한다. 이어서, 절연층(22)상에, 전하 축적층(23), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)을 형성한다.
또한, 유기 재료를 이용하여 전하 축적층(23)이나 그 외에 유기층을 형성하는 경우에는, 진공 공정에서 연속적으로(진공 일관 프로세스에서) 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 광전 변환층(24)의 성막 방법으로서는, 반드시 진공 증착법을 이용한 수법으로 한하지 않고, 다른 수법, 예를 들면, 스핀 코트 기술이나 프린트 기술 등을 이용해도 좋다.
이어서, 도 16A에 도시한 바와 같이, 상부 전극(25)상의 유효 화소 영역(110A)에 하드 마스크로서, 예를 들어 산화알루미늄막(26B)을, 예를 들어 물리 기상 성장(physical vapor deposition; PVD)법을 이용하여, 예를 들어 10㎚∼50㎚의 두께로 형성한다. 또한, 성막 방법은 이것으로 한하지 않고, 예를 들면, CVD법이나 ALD법을 이용해도 좋다. PVD법의 성막 방법으로서는, 예를 들면, EB(전자 빔) 증착법, 각종 스퍼터링법(마그네트론 스퍼터링법, RF-DC 결합형 바이어스 스퍼터링법, ECR 스퍼터링법, 대향 타겟 스퍼터링법, 고주파 스퍼터링법) 등을 들 수 있다. 특히, 상부 전극(25)의 표면 거칠기가 큰 경우에는, 피복성이 우수한 CVD/ALD법을 이용하여 성막하는 것이 바람직하다. 단, CVD/ALD법은, PVD법과 비교하여 성막 레이트가 현저하게 작다. 이 때문에, PVD법으로 충분히 상부 전극(25)을 피복할 수 있다면, PVD법을 이용하는 것이 바람직하다. 다음으로, 예를 들어 리소그래피법을 이용하여 산화알루미늄막(26B)을 패터닝하고, 하드 마스크를 형성한다. 또한, 후술하는 도 16B에서는, 포토 레지스트(PR)를 제거한 예를 도시하고 있는데, 산화알루미늄막(26B)을 패터닝한 후에 레지스트를 남겨 두고, 다음 공정을 실시하도록 해도 좋다.
다음으로, 도 16B에 도시한 바와 같이, 산화알루미늄막(26B)을 하드 마스크로 하여 주변 영역(110B)에 형성된 전하 축적층(23), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)을 에칭한다. 이어서, 절연층(22)을 에칭한다. 다음으로, 절연층(22), 산화알루미늄막(26B) 및 층간 절연층(29)상에 포토 레지스트(PR)를 패터닝한 후, 예를 들어 도 16C에 도시한 바와 같이, 주변 영역(110B)에, 유효 화소 영역(110A)을 둘러쌈과 함께, 층간 절연층(29) 및 절연층(28)을 관통하는 분리 홈(29H)을 형성한다.
이어서, 도 16D에 도시한 바와 같이, 산화알루미늄막(26B)상, 상부 전극(25), 광전 변환층(24), 전하 축적층(23) 및 절연층(22)의 측면, 및 분리 홈(29H)의 측면 및 저면을 포함하는 층간 절연층(29)의 전면에 걸쳐, 예를 들어 PVD법을 이용하여 산화알루미늄막(26A)을, 예를 들어 50㎚∼1000㎚의 두께로 성막한다. 이에 의해, 산화알루미늄막(26A, 26B)으로 이루어지는 수소 블록층(26)이 형성된다. 또한, 산화알루미늄막(26A)은, 산화알루미늄막(26B)과 마찬가지로, CVD법이나 ALD법을 이용하여 형성해도 좋고, 예를 들면, 전하 축적층(23), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)의 단차가 큰 경우에는 피복성이 우수한 CVD/ALD법을, 성막 레이트의 높이 및 반도체 기판(30)의 휘어짐(스트레스) 조정을 우선하는 경우에는, PVD법을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, PVD법과 CVD/ALD법을 조합시켜서 적층막으로 이루어지는 수소 블록층(26)을 형성하도록 해도 좋다. 다음으로, 수소 블록층(26)상에, 제1 보호층(51)을 성막하고, 분리 홈(29H)을 매설한다. 마지막으로, 제1 보호층(51)상에 온 칩 렌즈층(52)을 형성한다. 이상에 의해, 도 1에 도시한 촬상 소자(10A)가 완성된다.
촬상 소자(10A)에서는, 광전 변환부(20)에, 온 칩 렌즈(52L)를 통하여 광이 입사하면, 그 광은, 광전 변환부(20), 무기 광전 변환부(32B, 32R)의 순서로 통과하고, 그 통과 과정에서 녹색, 청색, 적색의 색광마다 광전 변환된다. 이하, 각 색의 신호 취득 동작에 관해 설명한다.
(광전 변환부(20)에 의한 녹색 신호의 취득)
촬상 소자(10A)에 입사한 광중, 우선, 녹색광이 광전 변환부(20)에서 선택적으로 검출(흡수)되고, 광전 변환된다.
광전 변환부(20)는, 관통 전극(34A)을 통하여, 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp)와 플로팅 디퓨전(FD1)에 접속되어 있다. 따라서, 광전 변환부(20)에서 발생한 전자-정공쌍 중의 전자가, 하부 전극(21)측에서 취출되고, 관통 전극(34)을 통하여 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))측에 전송되고, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된다. 이것과 함께, 앰프 트랜지스터(AMP)에 의해, 광전 변환부(20)에서 생긴 전하량이 전압으로 변조된다.
또한, 플로팅 디퓨전(FD1)의 옆에는, 리셋 트랜지스터(TR1rst)의 리셋 게이트(Grst)가 배치되어 있다. 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하는, 리셋 트랜지스터(TR1rst)에 의해 리셋된다.
여기서는, 광전 변환부(20)가, 관통 전극(34A)을 통하여, 앰프 트랜지스터(TR1amp)뿐만 아니라 플로팅 디퓨전(FD1)에도 접속되어 있기 때문에, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하를 리셋 트랜지스터(TR1rst)에 의해 용이하게 리셋하는 것이 가능해진다.
이에 대해, 관통 전극(34A)과 플로팅 디퓨전(FD1)이 접속되어 있지 않는 경우에는, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하를 리셋하는 것이 곤란해지고, 큰 전압을 부가하여 상부 전극(25)측으로 빼내게 된다. 그때문에, 광전 변환층(24)이 데미지를 받을 우려가 있다. 또한, 단시간으로의 리셋을 가능하게 하는 구조는 암흑 시 노이즈의 증대를 초래하고, 트레이드 오프가 되기 때문에, 이 구조는 곤란하다.
도 17은, 촬상 소자(10A)의 한 동작례를 도시한 것이다. (A)는, 축적 전극(21B)에서의 전위를 나타내고, (B)는, 플로팅 디퓨전(FD1)(판독 전극(21A))에서의 전위를 나타내고, (C)는, 리셋 트랜지스터(TR1rst)의 게이트(Gsel)에서의 전위를 나타낸 것이다. 촬상 소자(10A)에서는, 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)은, 각각 개별적으로 전압이 인가되도록 되어 있다.
촬상 소자(10A)에서는, 축적 기간에서는, 구동 회로로부터 판독 전극(21A)에 전위(V1)가 인가되고, 축적 전극(21B)에 전위(V2)가 인가된다. 여기서, 전위(V1, V2)은, V2>V1로 한다. 이에 의해, 광전 변환에 의해 생긴 전하(여기서는, 전자)는, 축적 전극(21B)에 끌어당겨지고, 축적 전극(21B)과 대향하는 전하 축적층(23)의 영역에 축적된다(축적 기간). 이와 관련하여, 축적 전극(21B)과 대향하는 전하 축적층(23)의 영역의 전위는, 광전 변환의 시간 경과에 따라, 보다 부측의 값이 된다. 또한, 정공은, 상부 전극(25)으로부터 구동 회로로 송출된다.
촬상 소자(10A)에서는, 축적 기간의 후기에서 리셋 동작이 이루어진다. 구체적으로는, 타이밍(t1)에서, 주사부는, 리셋 신호(RST)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다. 이에 의해, 단위 화소(P)에서는, 리셋 트랜지스터(TR1rst)가 온 상태가 되고, 그 결과, 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압이 전원 전압(VDD)에 설정되고, 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압이 리셋된다(리셋 기간).
리셋 동작의 완료 후, 전하의 판독이 행해진다. 구체적으로는, 타이밍(t2)에서, 구동 회로로부터 판독 전극(21A)에는 전위(V3)가 인가되고, 축적 전극(21B)에는 전위(V4)가 인가된다. 여기서, 전위(V3, V4)는, V3<V4로 한다. 이에 의해, 축적 전극(21B)에 대응하는 영역에 축적되어 있던 전하(여기서는, 전자)는, 판독 전극(21A)으로부터 플로팅 디퓨전(FD1)으로 판독된다. 즉, 전하 축적층(23)에 축적된 전하가 제어부에 판독된다(전송 기간).
판독 동작 완료 후, 다시, 구동 회로로부터 판독 전극(21A)에 전위(V1)가 인가되고, 축적 전극(21B)에 전위(V2)가 인가된다. 이에 의해, 광전 변환에 의해 생긴 전하(여기서는, 전자)는, 축적 전극(21B)에 끌어당겨지고, 축적 전극(21B)과 대향하는 광전 변환층(24)의 영역에 축적된다(축적 기간).
(무기 광전 변환부(32B, 32R)에 의한 청색 신호 및 적색 신호의 취득)
이어서, 광전 변환부(20)를 투과한 광 중, 청색광은 무기 광전 변환부(32B), 적색광은 무기 광전 변환부(32R)에서, 각각 순차적으로 흡수되고, 광전 변환된다. 무기 광전 변환부(32B)에서는, 입사한 청색광에 대응한 전자가 무기 광전 변환부(32B)의 n영역에 축적되고, 축적된 전자는, 전송 트랜지스터(TR2trs)에 의해 플로팅 디퓨전(FD2)으로 전송된다. 마찬가지로, 무기 광전 변환부(32R)에서는, 입사한 적색광에 대응한 전자가 무기 광전 변환부(32R)의 n영역에 축적되고, 축적된 전자는, 전송 트랜지스터(TR3trs)에 의해 플로팅 디퓨전(FD3)으로 전송된다.
(1-3. 작용·효과)
전술한 바와 같이, 근래, CCD 이미지 센서, 또는 CMOS 이미지 센서 등의 촬상 장치에서는, 1화소로부터, R/G/B의 신호를 취출할 수 있고, 또한, 디모자이크 처리를 필요로 하지 않기 때문에, 위색이 발생하지 않는 적층형 촬상 소자가 이용되고 있다. 이 적층형 촬상 소자는, 포토 다이오드가 매입 형성된 반도체 기판상에, 유기 반도체 재료를 이용한 유기 광전 변환층을 구비한 유기 광전 변환부가 적층된 구성을 가진다.
단, 상기와 같은 적층형 촬상 소자에서는, 유기 광전 변환부에서 생성된 전하는, 직접 부유 확산층(FD)에 축적된다. 이 때문에, 유기 광전 변환부를 완전 공핍화하는 것은 어렵고, kTC 노이즈가 커지고, 랜덤 노이즈가 악화하여 촬상 화질의 저하를 일으킨다. 이 때문에, 유기 광전 변환부의 전하 축적부를 완전 공핍화하는 것이 가능한 적층형 촬상 소자로서, 반도체 기판의 상방에 배치된 유기 광전 변환부에서, 유기 광전 변환층을 사이에 두고 대향 배치된 한 쌍의 전극(제1 전극 및 제2 전극) 중의 일방의 전극(예를 들면, 제1 전극)측에, 제1 전극과 이간하여 배치되고, 또한, 절연층을 통하여 유기 광전 변환층과 대향 배치된 전하 축적용 전극을 마련한 촬상 소자가 개발되어 있다.
이 촬상 소자에서는, 유기 광전 변환층을, 예를 들어 산화물 반도체 재료를 이용하여 형성된 하층 반도체층과, 유기 반도체 재료를 이용하여 형성된 상층 광전 변환층과의 적층 구조로 함에 의해, 유기 광전 변환층에 축적된 전하의 재결합을 방지함과 함께, 제1 전극에의 전송 효율을 증가시키는 것이 가능해지고 있다. 그렇지만, 하층 반도체층을 구성하는 산화물 반도체 재료는 수소에 의해 환원되기 쉽고, 이에 의해 산소 결함이 발생하고, 동작의 안정성이 저하될 우려가 있다.
이에 대해, 본 실시의 형태의 촬상 소자(10A)에서는, 반도체 기판(30)과 광전 변환부(20)와의 사이에 마련된 층간 절연층(29)을 분리하는 분리 홈(29H)을, 유효 화소 영역(110A)을 둘러싸도록 주변 영역(110B)에 마련하고, 분리 홈(29H)의 측면 및 저면을, 수소 블록층(26)으로 덮도록 하였다. 이 수소 블록층(26)은, 예를 들어 산화알루미늄에 의해 형성되어 있고, 예를 들면, 유효 화소 영역(110A)에 연재되는 상부 전극(25)의 상면, 상부 전극(25), 광전 변환층(24), 전하 축적층(23) 및 절연층(22)의 측면을 덮고, 주변 영역(110B)에서, 층간 절연층(29)상에 직접 적층되어 있다. 이에 의해, 상부 전극(25)측으로부터, 및, 예를 들어 패드 전극(61)상에 마련된 개구(H)로부터 층간 절연층(29)을 통한, 하부 전극(21)측으로부터의 전하 축적층(23) 및 광전 변환층(24)에의 수소(H2)의 침입을 억제한다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, 주변 영역(110B)에서, 유효 화소 영역(110A)을 둘러싸도록 반도체 기판(30)과 광전 변환부(20) 사이에 마련된 층간 절연층(29)을 분리하는 분리 홈(29H)을 마련하고, 그 측면 및 저면을 수소 블록층(26)으로 덮도록 하였다. 이에 의해, 층간 절연층(29)을 통한 전하 축적층(23) 및 광전 변환층(24)에의 수소(H2)의 침입이 억제되고, 예를 들면, 전하 축적층(23)에서의 산소 결함의 발생이 저감되게 되고, 동작의 안정성이 향상한다. 즉, 촬상 소자(10A) 및 이것을 구비한 촬상 장치(1)의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 함유하는 수소량이 적은 것에 더하여, 함유하는 수분량이 적은 막을 형성 가능한 재료를 이용하여 수소 블록층(26)을 형성함에 의해, 광전 변환층(24)에의 수분(H2O)의 침입이 억제되고, 광전 변환층(24)의 열화를 막을 수 있다.
다음으로, 제2 실시의 형태 및 변형례 1∼7에 관해 설명한다. 또한, 제1 실시의 형태의 촬상 소자(10A)에 대응하는 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
<2. 변형례 1>
도 18은, 본 개시의 변형례(변형례 1)에 관한 촬상 소자(촬상 소자(10B))의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 19는, 도 18에 도시한 촬상 소자(10B)의 평면 구성의 한 예를 모식적으로 도시한 것이다. 또한, 도 18은, 도 19에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면을 나타내고 있다. 촬상 소자(10B)는, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS 이미지 센서 등의 촬상 장치(1)에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 본 변형례의 촬상 소자(10B)는, 도 18 및 도 19에 도시한 바와 같이, 주변 영역(110B)에, 층간 절연층(29)을 분리함과 함께, 유효 화소 영역(110A)을 둘러싸는 분리 홈을 2중(분리 홈(29H1) 및 분리 홈(20H2))으로 마련한 점이 상기 제1 실시의 형태의 촬상 소자(10A)와는 다르다.
이와 같이, 유효 화소 영역(110A)을 둘러싸는 분리 홈(29H)은, 복수 마련하도록 해도 좋다. 이에 의해, 하부 전극(21)측으로부터 전하 축적층(23)에의 수소(H2)의 침입을 더욱 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 촬상 소자(10G) 및 이것을 구비한 촬상 장치(1)의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
<3. 변형례 2>
도 20은, 본 개시의 변형례(변형례 2)에 관한 촬상 소자(촬상 소자(10C))의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 21은, 도 20에 도시한 촬상 소자(10C)의 평면 구성의 한 예를 모식적으로 도시한 것이다. 또한, 도 20은, 도 21에 도시한 Ⅲ-Ⅲ선에서의 단면을 나타내고 있다. 촬상 소자(10C)는, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS 이미지 센서 등의 촬상 장치(1)에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 본 변형례의 촬상 소자(10C)는, 도 20 및 도 21에 도시한 바와 같이, 주변 영역(110B)에 배설된 복수의 패드 전극(61)상에 각각 형성된 개구(H)를 둘러싸도록 분리 홈(29H)을 마련한 점이 상기 제1 실시의 형태의 촬상 소자(10A)와는 다르다.
또한, 도 21에서는, 복수의 패드 전극(61)상에 각각 형성된 복수(여기서는 6개)의 개구(H)를 각각 개별적으로 둘러싸는 분리 홈(29H)을 마련한 예를 도시했지만, 이것으로 한하지 않는다. 예를 들면, 도 22에 도시한 바와 같이, 분리 홈(29H)은, 예를 들어 주변 영역(110B)의 1변을 따라 배열된 복수의 개구(H)를 통합하여 둘러싸도록 해도 좋다.
층간 절연층(29)을 통한 전하 축적층(23) 및 광전 변환층(24)에의 수소(H2)의 침입은, 주로, 패드 전극(61)상에 마련되고, 온 칩 렌즈층(52)으로부터 패드 전극(61)까지 관통하는 개구(H)의 측면으로부터 일어난다. 이 때문에, 개구(H)를 둘러싸도록 층간 절연층(29)을 분리하는 분리 홈(29H)을 마련함으로써, 하부 전극(21)측으로부터 전하 축적층(23)에의 수소(H2)의 침입의 대부분을 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 촬상 소자(10G) 및 이것을 구비한 촬상 장치(1)의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.
<4. 변형례 3>
도 23은, 본 개시의 변형례(변형례 3)에 관한 촬상 소자(촬상 소자(10D))의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 24는, 도 23에 도시한 촬상 소자(10D)의 평면 구성의 한 예를 모식적으로 도시한 것이다. 또한, 도 23은, 도 24에 도시한 Ⅳ-Ⅳ선에서의 단면을 도시하고 있다. 촬상 소자(10D)는, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS 이미지 센서 등의 촬상 장치(1)에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 본 변형례의 촬상 소자(10D)는, 예를 들면, 제1 실시의 형태와 변형례 2를 조합시킨 것이고, 도 23 및 도 24에 도시한 바와 같이, 주변 영역(110B)에서 층간 절연층(29)을 분리하는 분리 홈(분리 홈(29H3) 및 분리 홈(29H4))을, 유효 화소 영역(110A)의 주위 및 복수의 패드 전극(61)상에 각각 형성된 개구(H)의 주위의 양쪽에, 각각 마련한 것이다.
이와 같이, 유효 화소 영역(110A) 및 패드 전극(61)상의 개구(H)를 각각 분리 홈(29H3) 및 분리 홈(29H4)으로 둘러쌈에 의해, 하부 전극(21)측으로부터 전하 축적층(23)에의 수소(H2)의 침입을 더욱 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 촬상 소자(10G) 및 이것을 구비한 촬상 장치(1)의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
<5. 변형례 4>
도 25는, 본 개시의 변형례(변형례 4)에 관한 촬상 소자(촬상 소자(10E))의 단면 구성의 한 예를 모식적으로 도시한 것이다. 촬상 소자(10E)는, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS 이미지 센서 등의 촬상 장치(1)에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 본 변형례의 촬상 소자(10E)는, 층간 절연층(29)을 분리하는 분리 홈(29H)을 로직 기판(60)까지 관통시킨 점이 상기 제1 실시의 형태와는 다르다.
상기 제1 실시의 형태 및 변형례 1∼3에서는, 분리 홈(29H)이 반도체 기판(30)의 제1면(면 S1)까지 관통하고 있는 예를 나타냈지만, 분리 홈(29H)의 깊이(D1)는 이것으로 한하지 않는다. 분리 홈(29H)의 깊이(D1)는, 개구(H)의 층간 절연층(29)의 표면(면(29S))으로부터 패드 전극(61)까지의 깊이(D2)보다도 얕어도 좋고, 본 변형례와 같이 깊어도 좋다. 또한, 상기 제1 실시의 형태 및 변형례 1∼3에서는, 분리 홈(29H)의 저면은 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))으로 되어 있지만, 예를 들면, 반도체 기판(30)의 내부에 형성해도 좋다.
이와 같이, 층간 절연층(29)을 분리하는 분리 홈(29H)은, 로직 기판(60)까지 관통하도록 형성해도 좋다. 이에 의해, 개구(H)로부터, 예를 들면, 절연층(44) 및 관통 전극(34A, 34B, 34C)이 관통하는 관통 구멍(34H1, 34H2, 34H3) 등을 통한 전하 축적층(23)에의 수소(H2)의 침입을 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 촬상 소자(10G) 및 이것을 구비한 촬상 장치(1)의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
이 외에, 예를 들면, 도 26에 도시한 촬상 소자(10F)와 같이, 다층 배선층(40)을 구성하는 절연층(44)을 유효 화소 영역(110A)측과 주변 영역(110B)측으로 분리하는 분리 홈(40H)을 별도로 마련하도록 해도 좋다. 이에 의해, 촬상 소자(10F)는, 촬상 소자(10E)와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 분리 홈(40H)의 측면 및 저면에는, 분리 홈(29H)과 마찬가지로, 예를 들어 산화알루미늄으로 이루어지는 절연층(48)을 형성하는 것이 바람직하고, 또한, 분리 홈(40H) 내를 절연층(49)으로 매설하는 것이 바람직하다. 절연층(49)의 재료로서는, 예를 들어 제1 보호층(51)과 같은 재료를 들 수 있다.
<6. 변형례 5>
도 27은, 본 개시의 변형례(변형례 5)에 관한 촬상 소자(촬상 소자(10G))의 단면 구성의 일부를 모식적으로 도시한 것이다. 촬상 소자(10G)는, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS 이미지 센서 등의 촬상 장치(1)에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 촬상 소자(10G)는, 하부 전극(21)의 하층, 예를 들면, 층간 절연층(29)상에 또한 수소 블록층(81)(제2 수소 블록층)을 마련한 것이다. 또한, 촬상 소자(10G)는, 절연층(22), 전하 축적층(23), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)이 동일한 단면을 갖도록 형성되어 있다. 본 변형례의 촬상 소자(10G)는, 상기 2점이, 제1 실시의 형태의 촬상 소자(10A)와는 다르다.
수소 블록층(81)은, 상기와 같이, 층간 절연층(29)상에, 예를 들어 유효 화소 영역(110A) 및 주변 영역(110B)의 전면에 마련된 것이고, 전하 축적층(23)의 하방으로부터의 수소(H2)의 침입을 억제하기 위한 것이다. 수소 블록층(81)을 구성하는 재료로서는, 예를 들면, 절연 재료를 들 수 있다. 구체적으로는, 광투과성을 가지고, 높은 봉지성을 갖는 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 이와 같은 재료로서는, 예를 들어 산화알루미늄, 질화실리콘, 탄소 함유 실리콘 산화막 등을 들 수 있다. 또한, 수소 블록층(81)은, 예를 들면, 절연층(22)보다도 수소 함유량이 적은, 또는, 막 자신이 수소를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 수소 블록층(81)은, 응력이 작다. 이상으로부터, 수소 블록층(81)의 재료로서는, 상기 재료 중에서도 산화알루미늄을 이용하는 것이 바람직하다. 수소 블록층(81)의 두께는, 예를 들어 10㎚ 이상 1000㎚ 이하이다.
이상과 같이, 본 변형례에서는, 하부 전극(21)의 하층에 수소 블록층(81)을 또한 마련하도록 하였다. 이에 의해, 하부 전극(21)측으로부터 전하 축적층(23)에의 수소(H2)의 침입을 더욱 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 촬상 소자(10G) 및 이것을 구비한 촬상 장치(1)의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 변형례에서는, 하부 전극(21)의 하층에 마련되는 수소 블록층(81)을, 하부 전극(21)의 바로 아래에 마련한 예를 나타냈지만, 이것으로 한하지 않는다. 수소 블록층(81)은, 반도체 기판(30)과 하부 전극(21) 사이에 마련되어 있으면 좋으며, 예를 들면, 층간 절연층(29) 내에 형성하도록 해도 좋다.
<7. 변형례 6>
도 28은, 본 개시의 변형례(변형례 6)에 관한 촬상 소자(촬상 소자(10H))의 단면 구성의 일부를 모식적으로 도시한 것이다. 촬상 소자(10H)는, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS 이미지 센서 등의 촬상 장치(1)에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 촬상 소자(10H)는, 상기 제1 실시의 형태에서 하부 전극(21)과 전하 축적층(23) 사이를 전기적으로 절연하는 절연층으로서, 수소 블록층(26) 및 수소 블록층(81)과 같은 재료를 이용한 절연층(92)을 마련한 것이다. 또한, 촬상 소자(10H)에서는, 절연층(92)은, 예를 들어 유효 화소 영역(110A) 및 주변 영역(110B)에 걸쳐 형성되어 있다. 본 변형례의 촬상 소자(10H)는, 상기 2점이, 제1 실시의 형태의 촬상 소자(10A)와는 다르다.
절연층(92)은, 축적 전극(21B) 및 실드 전극(21C)과 전하 축적층(23)을 전기적으로 절연함과 함께, 전하 축적층(23)의 하방으로부터의 수소(H2)의 침입을 억제하기 위한 것이다. 절연층(92)을 구성하는 재료로서는, 수소 블록층(26) 및 수소 블록층(81)과 마찬가지로, 광투과성을 가지고, 높은 봉지성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 결함이 적은 치밀한 막인 것이 바람직하다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들어 산화알루미늄을 들 수 있다.
이상과 같이, 본 변형례에서는, 축적 전극(21B) 및 실드 전극(21C)과 전하 축적층(23)을 전기적으로 절연하는 절연층(92)을, 예를 들어 산화알루미늄을 이용하여 형성하도록 했기 때문에, 절연층(92)에는, 수소 블록층으로서의 기능이 부가되고, 전하 축적층(23)의 하방으로부터의 수소(H2)의 침입을 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 촬상 소자(10H) 및 이것을 구비한 촬상 장치(1)의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
<8. 제2 실시의 형태>
도 29는, 본 개시의 제2 실시의 형태에 관한 촬상 소자(촬상 소자(10I))의 단면 구성의 한 예를 도시한 것이다. 촬상 소자(10I)는, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS 이미지 센서 등의 촬상 장치(1)에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 촬상 장치(1)는, 복수의 화소가 배치된 유효 화소 영역(110A)과, 그 주변에 마련되고, 예를 들면 행주사부(131) 등의 주변 회로가 형성된 주변 영역(110B)을 가진다. 복수의 화소에는, 각각, 촬상 소자(10I)가 형성되어 있다.
본 실시의 형태의 촬상 소자(10I)는, 상기 제1 실시의 형태의 촬상 소자(10A)의 구성 요소에 더하여, 주변 영역(110B)에서, 예를 들어 층간 절연층(29)을 분리하는 분리 홈(29H)보다도 유효 화소 영역(110A)측에, 반도체 기판(30)을 관통하는 관통 전극(34D)이 또한 마련되어 있다. 관통 전극(34D)은, 패드부(35D) 및 비아(V2)를 통하여 패드부(36D)와 전기적으로 접속되어 있다. 패드부(36D)상에는, 도 29에 도시한 바와 같이, 제1 보호층(51) 및 수소 블록층(26)을 관통하고, 패드부(36)를 노출시키는 개구(51H1)가 마련되어 있다. 개구(51H1)의 측면 및 저면은 배선(53)에 의해 덮여 있다. 배선(53)은, 개구(51H)의 저면에서 패드부(36D)에 접속됨과 함께, 가드 링(55)을 구성하고 있다. 배선(53)은, 또한, 제1 보호층(51)상을 연재되고, 상부 전극(25)상에서 제1 보호층(51)을 관통하는 개구(51H2)의 저면에서 상부 전극(25)에 접속되어 있다. 이에 의해, 상부 전극(25)은, 배선(53), 패드부(36D), 비아(V2) 및 패드부(35D)를 통하여 관통 전극(34D)과 전기적으로 접속되고, 전압이 인가되도록 되어 있다. 또한, 이 상부 전극(25), 배선(53), 패드부(36D), 비아(V2), 패드부(35D) 및 관통 전극(34D)은, 광전 변환부(20)에서 생긴 전하(여기서는, 정공)의 전송 경로로서 기능한다.
본 실시의 형태에서는, 제1 보호층(51) 및 배선(53)상에는, 또한, 제2 보호층(54)이 마련되어 있고, 개구(51H1) 및 개구(51H2)는, 이 제2 보호층(54)에 의해 매설되어 있다. 제2 보호층(54)의 재료로서는, 제1 보호층(51)과 같은 재료를 들 수 있다. 주변 영역(110B)의 제2 보호층(54)상에는, 차광막(56)이 마련되어 있다. 차광막(56)의 재료로서는, 예를 들면, 텅스텐(W), 티탄(Ti), 질화티탄(TiN) 또는 알루미늄(Al)을 들 수 있고, 차광막(56)은, 예를 들어 W/TiN/Ti의 적층막 또는 W의 단층막으로서 구성되어 있다. 차광막(56)의 두께는, 예를 들어 50㎚ 이상 400㎚ 이하이다. 제2 보호층(54) 및 차광막(56)상에는, 촬상 소자(10A)와 마찬가지로, 온 칩 렌즈층(52)이 마련되어 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, 주변 영역(110B)에 가드 링(55)을 형성하도록 하였다. 이에 의해, 외부로부터의 수소(H2)나 수분(H2O)의 침입을 더욱 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 촬상 소자(10I) 및 이것을 구비한 촬상 장치(1)의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 29에서는, 가드 링(55)의 외측에 분리 홈(29H)이 마련된 예를 도시했지만, 분리 홈(29H)은, 예를 들어 도 30에 도시한 바와 같이, 가드 링(55)보다도 내측(유효 화소 영역(110A)측)에 마련하도록 해도 좋다.
<9. 변형례 7>
도 31은, 본 개시의 변형례(변형례 7)에 관한, 예를 들어 촬상 소자(10A)의 광전 변환부(20)를 구성하는 하부 전극(21)의 레이아웃의 다른 예를 도시한 것이다. 도 32는, 본 개시의 변형례에 관한 촬상 소자(10A)의 무기 광전 변환부(32B) 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터의 레이아웃의 다른 예를 도시한 것이다. 도 33은, 본 개시의 변형례에 관한, 예를 들어 촬상 소자(10A)의 무기 광전 변환부(R) 및 이것에 관련되는 각종 트랜지스터의 레이아웃의 다른 예를 도시한 것이다. 도 34∼도 37은, 각 광전 변환부(20, 32B, 32R) 및 이들에 관련된 각종 트랜지스터에 접속되는 배선의 다른 예를 도시한 것이다. 상기 제1 실시의 형태에서는, 서로 인접하는 4개의 화소가, 각각에 대응하는 1개의 플로팅 디퓨전(FD1, FD2, FD3)을 공유하는, 화소 공유 구조를 구비한 예를 나타냈지만, 이것으로 한하지 않는다. 예를 들면, 상기 제1 실시의 형태에서의 촬상 소자(10A)는, 도 31∼도 37에 도시한 바와 같이, 화소 공유 구조를 갖지 않는, 이른바 단 화소 구조의 적층형 촬상 소자로서 형성할 수 있다.
<10. 적용례>
(적용례 1)
도 38은, 상기 제1 형태(또는, 제2 실시의 형태 및 변형례 1∼7)에서 설명한 촬상 소자(10A)(또는, 촬상 소자(10B∼10D))를 각 화소에 이용한 촬상 장치(촬상 장치(1))의 전체 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 장치(1)는, CMOS 이미지 센서이고, 반도체 기판(30)상에, 촬상 에어리어로서의 화소부(1a)를 가짐과 함께, 이 화소부(1a)의 주변 영역에, 예를 들면, 행주사부(131), 수평 선택부(133), 열주사부(134) 및 시스템 제어부(132)로 이루어지는 주변 회로부(130)를 가지고 있다. 또한, 화소부(1a)가, 상기 제1 실시의 형태 등에서의 유효 화소 영역(110A)에 상당한다.
화소부(1a)는, 예를 들면, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 단위 화소(P)(촬상 소자(10)에 상당함)를 가지고 있다. 이 단위 화소(P)에는, 예를 들면, 화소 행마다 화소 구동선(Lread)(구체적으로는 행 선택선 및 리셋 제어선)이 배선되고, 화소 열마다 수직 신호선(Lsig)이 배선되어 있다. 화소 구동선(Lread)은, 화소로부터의 신호 판독을 위한 구동 신호를 전송하는 것이다. 화소 구동선(Lread)의 일단은, 행주사부(131)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
행주사부(131)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소부(1a)의 각 단위 화소(P)를, 예를 들면, 행 단위로 구동하는 화소 구동부이다. 행주사부(131)에 의해 선택 주사된 화소 행의 각 단위 화소(P)로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 수평 선택부(133)에 공급된다. 수평 선택부(133)는, 수직 신호선(Lsig)마다 마련된 앰프나 수평 선택 스위치 등에 의해 구성되어 있다.
열주사부(134)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 수평 선택부(133)의 각 수평 선택 스위치를 주사하면서 순차적으로 구동하는 것이다. 이 열주사부(134)에 의한 선택 주사에 의해, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 전송되는 각 화소의 신호가 순차적으로 수평 신호선(135)에 출력되고, 당해 수평 신호선(135)을 통하여 반도체 기판(30)의 외부에 전송된다.
행주사부(131), 수평 선택부(133), 열주사부(134) 및 수평 신호선(135)으로 이루어지는 회로 부분은, 반도체 기판(30)상에 직접적으로 형성되어 있어도 좋고, 또는 외부 제어 IC에 배설된 것이라도 좋다. 또한, 그러한 회로 부분은, 케이블 등에 의해 접속된 다른 기판에 형성되어 있어도 좋다.
시스템 제어부(132)는, 반도체 기판(30)의 외부로부터 주어지는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, 촬상 장치(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력하는 것이다. 시스템 제어부(132)는 또한, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 가지고, 당해 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 행주사부(131), 수평 선택부(133) 및 열주사부(134) 등의 주변 회로의 구동 제어를 행한다.
(적용례 2)
상기 촬상 장치(1)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템이나, 촬상 기능을 갖는 휴대 전화 등, 촬상 기능을 구비한 모든 타입의 전자 기기에 적용할 수 있다. 도 39에, 그 한 예로서, 전자 기기(2)(카메라)의 개략 구성을 나타낸다. 이 전자 기기(2)는, 예를 들면, 정지화 또는 동화를 촬영 가능한 비디오 카메라이고, 촬상 장치(1)와, 광학계(광학 렌즈)(310)와, 셔터 장치(311)와, 촬상 장치(1) 및 셔터 장치(311)를 구동하는 구동부(313)와, 신호 처리부(312)를 가진다.
광학계(310)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 촬상 장치(1)의 화소부(1a)에 유도하는 것이다. 이 광학계(310)는, 복수의 광학 렌즈로 구성되어 있어도 좋다. 셔터 장치(311)는, 촬상 장치(1)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어하는 것이다. 구동부(313)는, 촬상 장치(1)의 전송 동작 및 셔터 장치(311)의 셔터 동작을 제어하는 것이다. 신호 처리부(312)는, 촬상 장치(1)로부터 출력된 신호에 대해, 각종의 신호 처리를 행하는 것이다. 신호 처리 후의 영상 신호(Dout)는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되거나, 또는, 모니터 등에 출력된다.
또한, 상기 촬상 장치(1)는, 하기 전자 기기(캡슐형 내시경(10100) 및 차량 등의 이동체)에도 적용하는 것이 가능하다.
<11. 응용례>
<체내 정보 취득 시스템에의 응용례>
또한, 본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 40은, 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, 검사 시에, 환자에 의해 삼켜진다. 캡슐형 내시경(10100)은, 촬상 기능 및 무선 통신 기능을 가지고, 환자로부터 자연 배출되기까지의 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 배출되기까지의 사이, 환자의 체내의 양태를 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 가지고, 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 들어 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 마련되는 복수의 렌즈로 이루어지는 광학계로 구성된다. 관찰 대상인 체조직에 조사된 광의 반사광(이하, 관찰광이라고 한다)은, 당해 광학계에 의해 집광되고, 당해 촬상 소자에 입사한다. 촬상부(10112)에서는, 촬상 소자에서, 거기에 입사한 관찰광이 광전 변환되고, 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 40에서는, 도면이 복잡해지는 것을 피하기 위해, 전원부(10116)로부터의 전력의 공급처를 나타내는 화살표 등의 도시를 생략하고 있는데, 전원부(10116)에 축전된 전력은, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114), 및 제어부(10117)에 공급되고, 이러한 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 들어 현상 처리(디모자이크 처리), 고화질화처리(대역 강조 처리, 초해상 처리, NR(Noise reduction) 처리 및/또는 손 떨림 보정 처리 등), 및/또는 확대 처리(전자 줌 처리) 등, 각종의 신호 처리를 행할 수 있다. 외부 제어 장치(10200)는, 표시 장치의 구동을 제어하고, 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, 예를 들면, 촬상부(10112)에 적용될 수 있다. 이에 의해, 검출 정밀도가 향상한다.
<내시경 수술 시스템에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 41은, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 41에서는, 수술자(의사)(11131)가, 내시경 수술 시스템(11000)을 이용하여, 환자 베드(11133)상의 환자(11132)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 외의 수술구(11110)와, 내시경(11100)을 지지하는 지지 암장치(11120)와, 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(11200)로 구성된다.
내시경(11100)은, 선단으로부터 소정의 길이의 영역이 환자(11132)의 체강 내에 삽입되는 경통(11101)과, 경통(11101)의 기단에 접속되는 카메라 헤드(11102)로 구성된다. 도시하는 예에서는, 경성의 경통(11101)을 갖는 이른바 경성경으로서 구성되는 내시경(11100)을 도시하고 있는데, 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 연설되는 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통하여 환자(11132)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 광전 변환되고, 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 들어 현상 처리(디모자이크 처리) 등의, 당해 화상 신호에 의거하는 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 의거하는 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는, 예를 들어 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 수 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(11132)의 체강을 팽창할 수 있기 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 들어 LED, 레이저 광원 또는 이러한 조합에 의해 구성되는 백색 광원으로 구성할 수 있다. RGB 레이저 광원의 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 수 있다. 또한, 이 경우에는, RGB 레이저 광원 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 고 다이내믹 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 관찰 시에서의 조사광(즉, 백색광)에 비해 협대역의 광을 조사함에 의해, 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 고콘트라스트로 촬영하는, 이른바 협대역 광관찰(Narrow Band Imaging)이 행해진다. 또는, 특수광 관찰에서는, 여기광을 조사함에 의해 발생하는 형광에 의해 화상을 얻는 형광 관찰이 행해져도 좋다. 형광 관찰에서는, 체조직에 여기광을 조사하고 당해 체 조직으로부터의 형광을 관찰하는 것(자가 형광 관찰), 또는 인도시아닌그린(ICG) 등의 시약을 체조직에 국주(局注)함과 함께 당해 체조직에 그 시약의 형광 파장에 대응한 여기광을 조사하고 형광상을 얻는 것 등을 행할 수 있다. 광원 장치(11203)는, 이와 같은 특수광 관찰에 대응한 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 42는, 도 41에 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 가진다. CCU(11201)는, 통신부(11411)와, 화상 처리부(11412)와, 제어부(11413)를 가진다. 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 선단으로부터 취입된 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)를 구성하는 촬상 소자는, 1개(이른바 단판식)라도 좋고, 복수(이른바 다판식)라도 좋다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 예를 들어 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고, 그것들이 합성됨에 의해 컬러 화상을 얻을 수 있어도 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 행해짐에 의해, 수술자(11131)는 수술부에서의 생체 조직의 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 광축을 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, 촬상 시의 노출치를 지정하는 취지의 정보, 및/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등, 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기의 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 있는 것으로 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, 전기 통신이나 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 인식해도 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 사용 시의 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)에 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 이러한 복합 케이블이다.
여기서, 도시하는 예에서는, 전송 케이블(11400)을 이용하여 유선으로 통신이 행해지고 있었는데, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201) 사이의 통신은 무선으로 행해져도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(11402)에 적용될 수 있다. 촬상부(11402)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 검출 정밀도가 향상한다.
또한, 여기서는, 한 예로서 내시경 수술 시스템에 관해 설명했지만, 본 개시에 관한 기술은, 그 외에, 예를 들면, 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 좋다.
<이동체에의 응용례>
본 개시에 관한 기술은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇, 건설 기계, 농업 기계(트랙터) 등의 어떠한 종류의 이동체에 탑재된 장치로서 실현되어도 좋다.
도 43은, 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 43에 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 차량 탑재 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 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 바디계 제어 유닛(12020)은, 이러한 전파 또는 신호의 입력을 접수하고, 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 행해도 좋다.
촬상부(12031)는, 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 거리 측정의 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 들어 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력되는 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별해도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 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 의거하는 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 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 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 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 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 제어하고, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현(防眩)을 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 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 43의 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 1개를 포함하고 있어도 좋다.
도 44는, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 44에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 가진다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프런트 글라스의 상부 등의 위치에 마련되어진다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프런트 글라스의 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. 차실내의 프런트 글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
또한, 도 44에는, 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)에서 촬상된 화상 데이터가 맞겹쳐짐에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 1개는, 거리 정보를 취득하는 기능을 가지고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 1개는, 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 방향에 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차와 내 차와의 사이에 미리 확보해야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 이륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 외의 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 상황일 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 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 1개는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들어 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 행해진다. 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 제어해도 좋다.
이상, 제1, 제2 실시의 형태, 변형례 1∼7 및 적용례 및 응용례를 들어서 설명했지만, 본 개시 내용은 상기 실시의 형태 등으로 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 제1, 제2 실시의 형태 및 변형례 1∼7은, 예를 들면, 제1 실시의 형태와 변형례 2를 조합시킨 예로서 설명한 변형례 3과 같이, 서로 조합시킬 수 있다.
또한, 예를 들면, 상기 제1 실시의 형태에서는, 촬상 소자(10A)로서, 녹색광을 검출하는 광전 변환부(20)와, 청색광, 적색광을 각각 검출하는 무기 광전 변환부(32B, 32R)를 적층시킨 구성으로 했지만, 본 개시 내용은 이와 같은 구조로 한정되는 것은 아니다. 즉, 광전 변환부(20)에서 적색광 또는 청색광을 검출하도록 해도 좋고, 무기 광전 변환부에서 녹색광을 검출하도록 해도 좋다.
또한, 반도체 기판(30)의 수광면(제1면(30S1))측에 마련되는 광전 변환부(예를 들어 광전 변환부(20)) 및 반도체 기판(30)에 매입 형성되는 무기 광전 변환부(예를 들면, 무기 광전 변환부(32B, 32R))의 수나 그 비율도 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 반도체 기판(30)의 수광면(제1면(30S1))측에 복수의 광전 변환부를 마련하고, 복수색의 색 신호를 얻을 수 있도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시의 형태 등에서는, 하부 전극(21)을 구성하는 복수의 전극으로서, 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)의 2개의 전극으로 구성한 예를 나타냈지만, 이 외에, 전송 전극 또는 배출 전극 등의 3개 또는 4개 이상의 전극을 마련하도록 해도 좋다.
또한, 상기 제1 실시의 형태에서는, 전하 축적층(23), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)을 복수의 촬상 소자(10A)에 공통된 연속층으로서 형성한 예를 나타냈지만, 화소(P)마다 분리하여 형성하도록 해도 좋다. 단, 그 경우에는, 전하 축적층(23) 및 광전 변환층(24)에 대한 가공 데미지의 영향에 의해, 암 전류 특성이 악화할 우려가 있다. 또한, 상기 제1 실시의 형태와 같이, 복수의 촬상 소자(10A)에 공통된 연속층으로서 유효 화소 영역(110A) 내에서 연재 형성한 경우에는, 화소 사이가 광전 변환층에서 접속되기 때문에, 화소 사이의 전하 혼입에 의한 혼색은 발생할 우려가 있다. 이에 대해서는, 상술한 바와 같이, 실드 전극(21C)을 마련함으로써 억제된다.
또한, 본 명세서 중에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것은 아니고, 또한, 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성이라도 좋다. 이하의 본 기술의 구성에 의하면, 층간 절연층을 통한 광전 변환층 및 전하 축적층에의 수소의 침입이 억제되게 되고, 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.
(1)
복수의 화소가 배치된 유효 화소 영역 및 상기 유효 화소 영역의 주위에 마련된 주변 영역을 갖는 반도체 기판과,
상기 반도체 기판의 수광면측에 마련됨과 함께, 복수의 전극으로 이루어지는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 순차적으로 적층하여 마련됨과 함께, 상기 유효 화소 영역에 연재되는 전하 축적층 및 광전 변환층을 갖는 광전 변환부와,
상기 광전 변환층의 상방 및 측면 및 상기 전하 축적층의 측면을 덮는 제1 수소 블록층과,
상기 반도체 기판과 상기 광전 변환부 사이에 마련된 층간 절연층과,
상기 유효 화소 영역과 상기 주변 영역 사이의 적어도 일부에서 상기 층간 절연층을 분리함과 함께, 상기 제1 수소 블록층이 측면 및 저면을 덮는 분리 홈을 구비한 촬상 소자.
(2)
상기 분리 홈은, 상기 유효 화소 영역의 주위에 연속해서 마련되어 있는, 상기 (1)에 기재된 촬상 소자.
(3)
상기 분리 홈은, 1 또는 복수 마련되어 있는, 상기 (2)에 기재된 촬상 소자.
(4)
상기 주변 영역에 외부 출력에 이용되는 1 또는 복수의 전송 전극을 또한 가지고,
상기 분리 홈은, 상기 (1) 또는 복수의 전송 전극보다도 상기 유효 화소 영역측에 마련되어 있는, 상기 (1) 내지 (3) 중의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(5)
상기 반도체 기판은 상기 수광면과는 반대의 면측에 로직 기판을 또한 가지고,
상기 전송 전극은 상기 로직 기판상에 마련됨과 함께, 상기 전송 전극상에 상기 층간 절연층 및 상기 반도체 기판을 관통하는 개구를 갖는, 상기 (4)에 기재된 촬상 소자.
(6)
상기 분리 홈은, 평면시에서, 상기 1 또는 복수의 전송 전극의 주위에 연속해서 마련되어 있는, 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 촬상 소자.
(7)
상기 분리 홈은, 각 상기 전송 전극마다 마련되어 있는, 상기 (6)에 기재된 촬상 소자.
(8)
상기 분리 홈의 깊이는, 상기 층간 절연층의 두께 이상 상기 개구의 깊이 이하인, 상기 (5) 내지 (7) 중의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(9)
상기 분리 홈은, 상기 개구의 깊이보다도 깊은, 상기 (5) 내지 (8) 중의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(10)
상기 광전 변환부의 수광면측에 렌즈를 또한 가지고,
상기 렌즈는 상기 제1 수소 블록층과 같은 재료를 이용하여 형성되어 있는, 상기 (1) 내지 (9) 중의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(11)
상기 광전 변환층은, 유기 재료를 이용하여 형성되어 있는, 상기 (1) 내지 (10) 중의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(12)
상기 광전 변환층은, 무기 재료를 이용하여 형성되어 있는, 상기 (1) 내지 (11) 중의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(13)
상기 유기 재료는, 로다민계 색소, 메로시아닌계 색소, 퀴나크리돈 유도체, 서브프탈로시아닌계 색소, 쿠마린산 색소, 트리스-8-히드록시퀴놀린알루미늄(Alq3), 메로시아닌계 색소 및 프탈로시아닌계 색소 또는 그들의 유도체인, 상기 (11)에 기재된 촬상 소자.
(14)
상기 무기 재료는, 결정 실리콘, 어모퍼스 실리콘, 미결정 실리콘, 결정 셀렌, 어모퍼스 셀렌, 칼코파이라이트계 화합물 및 화합물 반도체인, 상기 (12)에 기재된 촬상 소자.
(15)
상기 무기 재료는 양자 도트 형상으로 이용되고 있는, 상기 (12)에 기재된 촬상 소자.
(16)
상기 전하 축적층의 하방에 제2 수소 블록층을 또한 갖는, 상기 (1) 내지 (15) 중의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(17)
상기 제2 수소 블록층은, 상기 반도체 기판과 상기 전하 축적층 사이에 마련되어 있는, 상기 (16)에 기재된 촬상 소자.
(18)
상기 광전 변환부는, 상기 제1 전극과 상기 전하 축적층 사이에 절연층을 또한 가지고,
상기 절연층이 상기 제2 수소 블록층으로서 형성되어 있는, 상기 (16) 또는 (17)에 기재된 촬상 소자.
(19)
상기 제1 수소 블록층은, 광투과성을 갖는 금속 산화물 및 광투과성을 갖는 산화물 반도체를 포함하여 형성되어 있는, 상기 (1) 내지 (18) 중의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(20)
촬상 소자를 구비하고,
상기 촬상 소자는,
복수의 화소가 배치된 유효 화소 영역 및 상기 유효 화소 영역의 주위에 마련된 주변 영역을 갖는 반도체 기판과,
상기 반도체 기판의 수광면측에 마련됨과 함께, 복수의 전극으로 이루어지는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 순차적으로 적층하여 마련됨과 함께, 상기 유효 화소 영역에 연재되는 전하 축적층 및 광전 변환층을 갖는 광전 변환부와,
상기 광전 변환층의 상방 및 측면 및 상기 전하 축적층의 측면을 덮는 제1 수소 블록층과,
상기 반도체 기판과 상기 광전 변환부 사이에 마련된 층간 절연층과,
상기 유효 화소 영역과 상기 주변 영역 사이의 적어도 일부에서 상기 층간 절연층을 분리함과 함께, 상기 제1 수소 블록층이 측면 및 저면을 덮는 분리 홈을 갖는 촬상 장치.
본 출원은, 일본 특허청에서 2019년 2월 15일에 출원된 일본 특허출원 번호 2019-025595호를 기초로서 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 응하여, 여러 가지 수정, 콤비네이션, 서브 콤비네이션, 및 변경을 상도할 수 있는데, 그것들은 첨부한 청구의 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것임이 이해된다.

Claims (20)

  1. 복수의 화소가 배치된 유효 화소 영역 및 상기 유효 화소 영역의 주위에 마련된 주변 영역을 갖는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 수광면측에 마련됨과 함께, 복수의 전극으로 이루어지는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 순차적으로 적층하여 마련됨과 함께, 상기 유효 화소 영역에 연재되는 전하 축적층 및 광전 변환층을 갖는 광전 변환부와,
    상기 광전 변환층의 상방 및 측면 및 상기 전하 축적층의 측면을 덮는 제1 수소 블록층과,
    상기 반도체 기판과 상기 광전 변환부 사이에 마련된 층간 절연층과,
    상기 유효 화소 영역과 상기 주변 영역 사이의 적어도 일부에서 상기 층간 절연층을 분리함과 함께, 상기 제1 수소 블록층이 측면 및 저면을 덮는 분리 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리 홈은, 상기 유효 화소 영역의 주위에 연속해서 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분리 홈은, 1 또는 복수 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주변 영역에 외부 출력에 이용되는 1 또는 복수의 전송 전극을 또한 가지고,
    상기 분리 홈은, 상기 1 또는 복수의 전송 전극보다도 상기 유효 화소 영역측에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 상기 수광면과는 반대의 면측에 로직 기판을 또한 가지고,
    상기 전송 전극은 상기 로직 기판상에 마련됨과 함께, 상기 전송 전극상에 상기 층간 절연층 및 상기 반도체 기판을 관통하는 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 분리 홈은, 평면시에서, 상기 1 또는 복수의 전송 전극의 주위에 연속해서 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분리 홈은, 각 상기 전송 전극마다 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 분리 홈의 깊이는, 상기 층간 절연층의 두께 이상 상기 개구의 깊이 이하인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 분리 홈은, 상기 개구의 깊이보다도 깊은 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환부의 수광면측에 렌즈를 또한 가지고,
    상기 렌즈는 상기 제1 수소 블록층과 같은 재료를 이용하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환층은, 유기 재료를 이용하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환층은, 무기 재료를 이용하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 유기 재료는, 로다민계 색소, 메로시아닌계 색소, 퀴나크리돈 유도체, 서브프탈로시아닌계 색소, 쿠마린산 색소, 트리스-8-히드록시퀴놀린알루미늄(Alq3), 메로시아닌계 색소 및 프탈로시아닌계 색소 또는 그들의 유도체인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 무기 재료는, 결정 실리콘, 어모퍼스 실리콘, 미결정 실리콘, 결정 셀렌, 어모퍼스 셀렌, 칼코파이라이트계 화합물 및 화합물 반도체인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 무기 재료는 양자 도트 형상으로 이용되고 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 전하 축적층의 하방에 제2 수소 블록층을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 수소 블록층은, 상기 반도체 기판과 상기 전하 축적층 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 광전 변환부는, 상기 제1 전극과 상기 전하 축적층 사이에 절연층을 또한 가지고,
    상기 절연층이 상기 제2 수소 블록층으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수소 블록층은, 광투과성을 갖는 금속 산화물 및 광투과성을 갖는 산화물 반도체를 포함하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  20. 촬상 소자를 구비하고,
    상기 촬상 소자는,
    복수의 화소가 배치된 유효 화소 영역 및 상기 유효 화소 영역의 주위에 마련된 주변 영역을 갖는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 수광면측에 마련됨과 함께, 복수의 전극으로 이루어지는 제1 전극과, 상기 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 순차적으로 적층하여 마련됨과 함께, 상기 유효 화소 영역에 연재되는 전하 축적층 및 광전 변환층을 갖는 광전 변환부와,
    상기 광전 변환층의 상방 및 측면 및 상기 전하 축적층의 측면을 덮는 제1 수소 블록층과,
    상기 반도체 기판과 상기 광전 변환부 사이에 마련된 층간 절연층과,
    상기 유효 화소 영역과 상기 주변 영역 사이의 적어도 일부에서 상기 층간 절연층을 분리함과 함께, 상기 제1 수소 블록층이 측면 및 저면을 덮는 분리 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210110912A (ko) * 2020-03-02 2021-09-10 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP2024004503A (ja) * 2020-11-24 2024-01-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置
WO2022131101A1 (ja) * 2020-12-16 2022-06-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光電変換素子、光検出装置、光検出システム、電子機器および移動体
WO2022131268A1 (ja) * 2020-12-16 2022-06-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光電変換素子、光検出装置、光検出システム、電子機器および移動体
WO2023105929A1 (ja) * 2021-12-10 2023-06-15 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017157816A (ja) 2016-03-01 2017-09-07 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置、並びに、固体撮像装置の駆動方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4547238B2 (ja) * 2004-11-16 2010-09-22 パナソニック株式会社 半導体記憶装置
US9881954B2 (en) * 2014-06-11 2018-01-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device
JP2018060910A (ja) * 2016-10-05 2018-04-12 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および固体撮像装置
WO2018186026A1 (ja) * 2017-04-04 2018-10-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体装置、半導体装置の製造方法、及び電子機器
JP7099073B2 (ja) * 2017-06-21 2022-07-12 ソニーグループ株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
JP2019016667A (ja) * 2017-07-05 2019-01-31 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017157816A (ja) 2016-03-01 2017-09-07 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置、並びに、固体撮像装置の駆動方法

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