KR20210144675A - 고체 촬상 장치 및 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
판독 속도를 고속화한다. 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(100)는 행렬형상으로 배열하는 복수의 광전 변환 소자(PD(3))를 구비하는 고체 촬상 장치로서, 상기 광전 변환 소자 각각은 주평면이 서로 대향하도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극(112, 117)과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 광전 변환막(113)과, 상기 광전 변환막과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 제1면이 상기 광전 변환막에 접촉함과 함께, 상기 제1면과 반대측의 제2면의 적어도 일부가 상기 제2 전극에 접촉하는 반도체층(114)과, 상기 반도체층 내에 배치된 절연막(316)과, 상기 절연막 내에 배치된 제3 전극(115)을 구비한다.
Description
본 개시는 고체 촬상 장치, 전자 기기 및 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
근래, 복수의 광전 변환 소자를 반도체 기판의 기판 두께 방향으로 적층한 적층형 이미지 센서가 제안되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는 위색을 해결하는 방법으로서, 동일한 화소의 종방향으로 그린, 블루 및 레드 각각의 파장의 광을 광전 변환하는 광전 변환 영역을 적층하고 그린의 광전 변환 영역은 유기 광전 변환막으로 구성한다는 적층형 고체 촬상 장치가 제안되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는 광전 변환에서 발생하여 축적 전극의 상측에 쌓인 전하를 축적 전극의 하방에 설치한 포집 전극에 종방향으로 전송하는 구조도 제안되어 있다.
그렇지만 종래의 적층형 고체 촬상 장치에서는 축적 전극상의 반도체층에 쌓인 축적 전하가 축적 전극 상면을 따라 일단 횡방향으로 이동한 후에 축적 전극 하방에 위치하는 판독용의 전극에 유입하는 구조이기 때문에 축적 전극으로부터 판독용의 전극에의 축적 전하의 전송에 시간이 걸린다. 그 때문에 각 화소로부터 화소 신호를 판독하는 판독 속도를 고속화하는 것이 곤란하다라는 문제가 존재한다.
그래서 본 개시에서는 판독 속도를 고속화하는 것이 가능한 고체 촬상 장치, 전자 기기 및 고체 촬상 장치의 제조 방법을 제안한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 개시에 관한 한 형태의 고체 촬상 장치는 행렬형상으로 배열하는 복수의 광전 변환 소자를 구비하는 고체 촬상 장치로서, 상기 광전 변환 소자 각각은 주평면이 서로 대향하도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 광전 변환막과, 상기 광전 변환막과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 제1면이 상기 광전 변환막에 접촉함과 함께, 상기 제1면과 반대측의 제2면의 적어도 일부가 상기 제2 전극에 접촉하는 반도체층과, 상기 반도체층 내에 배치된 절연막과, 상기 절연막 내에 배치된 제3 전극을 구비한다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치를 탑재한 전자 기기의 개략 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성례를 도시하는 블록도.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 적층 구조례를 도시하는 도.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 B 화소의 개략 구성례를 도시하는 회로도.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 R 화소의 개략 구성례를 도시하는 회로도.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 G 화소의 개략 구성례를 도시하는 회로도.
도 7은 도 2에 도시하는 화소 어레이부의 보다 상세한 구성례를 도시하는 블록도.
도 8은 도 7에서의 영역(R)의 확대도.
도 9는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치에서의 단위 화소의 단면 구조례를 도시하는 단면도.
도 10은 제1 실시 형태에 관한 전하 축적 시의 공통 전극과 판독 전극 사이에 형성되는 밴드 갭을 도시하는 도.
도 11은 제1 실시 형태에 관한 전하 판독 시의 전하 축적 시에 공통 전극과 판독 전극 사이에 형성되는 밴드 갭을 도시하는 도.
도 12는 제1 실시 형태에 관한 단위 화소의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 13은 제1 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도(제1 예).
도 14는 제1 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도(제2 예).
도 15는 제1 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도(제3 예).
도 16은 제1 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도(제4 예).
도 17은 제1 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도(제5 예).
도 18은 제2 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 19는 제2 실시 형태의 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 20은 제2 실시 형태의 다른 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 21은 제3 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 22는 제3 실시 형태에 관한 실드 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 23은 제2 실시 형태에 관한 실드 전극과 축적 전극을 광의 입사 방향에서 본 경우의 평면도.
도 24는 제3 실시 형태의 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 25는 제4 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 26은 제4 실시 형태에 관한 판독 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 27은 제5 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 28은 제5 실시 형태의 제1 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 29는 제5 실시 형태의 제2 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 30은 제5 실시 형태의 제3 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 31은 제6 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 32는 제6 실시 형태의 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 33은 제6 실시 형태의 다른 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 34는 제7 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 35는 제7 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 36은 제7 실시 형태에 관한 축적 전극의 다른 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 37은 제8 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 38은 제9 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 39는 제10 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 40은 제11 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 41은 제12 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 42는 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 1).
도 43은 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 2).
도 44는 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 3).
도 45는 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 4).
도 46은 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 5).
도 47은 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 6).
도 48은 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 7).
도 49는 제14 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 1).
도 50은 제14 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 2).
도 51은 제14 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 3).
도 52는 제14 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 4).
도 53은 제14 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 5).
도 54는 제15 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 55는 제16 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 56은 제16 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 다른 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 57은 제16 실시 형태의 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 58은 제17 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 59는 제18 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 60은 제18 실시 형태의 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 61은 제19 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 62는 제20 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 63은 제20 실시 형태에 관한 판독 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 64는 제20 실시 형태의 변형례 1에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 65는 제20 실시 형태의 변형례 2에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 66은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 67은 도 66에 도시하는 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 68은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 69는 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성례를 도시하는 블록도.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 적층 구조례를 도시하는 도.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 B 화소의 개략 구성례를 도시하는 회로도.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 R 화소의 개략 구성례를 도시하는 회로도.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 G 화소의 개략 구성례를 도시하는 회로도.
도 7은 도 2에 도시하는 화소 어레이부의 보다 상세한 구성례를 도시하는 블록도.
도 8은 도 7에서의 영역(R)의 확대도.
도 9는 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치에서의 단위 화소의 단면 구조례를 도시하는 단면도.
도 10은 제1 실시 형태에 관한 전하 축적 시의 공통 전극과 판독 전극 사이에 형성되는 밴드 갭을 도시하는 도.
도 11은 제1 실시 형태에 관한 전하 판독 시의 전하 축적 시에 공통 전극과 판독 전극 사이에 형성되는 밴드 갭을 도시하는 도.
도 12는 제1 실시 형태에 관한 단위 화소의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 13은 제1 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도(제1 예).
도 14는 제1 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도(제2 예).
도 15는 제1 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도(제3 예).
도 16은 제1 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도(제4 예).
도 17은 제1 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도(제5 예).
도 18은 제2 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 19는 제2 실시 형태의 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 20은 제2 실시 형태의 다른 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 21은 제3 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 22는 제3 실시 형태에 관한 실드 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 23은 제2 실시 형태에 관한 실드 전극과 축적 전극을 광의 입사 방향에서 본 경우의 평면도.
도 24는 제3 실시 형태의 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 25는 제4 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 26은 제4 실시 형태에 관한 판독 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 27은 제5 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 28은 제5 실시 형태의 제1 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 29는 제5 실시 형태의 제2 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 30은 제5 실시 형태의 제3 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 31은 제6 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 32는 제6 실시 형태의 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 33은 제6 실시 형태의 다른 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 34는 제7 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 35는 제7 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 36은 제7 실시 형태에 관한 축적 전극의 다른 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 37은 제8 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 38은 제9 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 39는 제10 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 40은 제11 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 41은 제12 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 42는 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 1).
도 43은 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 2).
도 44는 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 3).
도 45는 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 4).
도 46은 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 5).
도 47은 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 6).
도 48은 제13 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 7).
도 49는 제14 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 1).
도 50은 제14 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 2).
도 51은 제14 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 3).
도 52는 제14 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 4).
도 53은 제14 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도(그 5).
도 54는 제15 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 55는 제16 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 56은 제16 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 다른 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 57은 제16 실시 형태의 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 58은 제17 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 59는 제18 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 60은 제18 실시 형태의 변형례에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 61은 제19 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 62는 제20 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 63은 제20 실시 형태에 관한 판독 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도.
도 64는 제20 실시 형태의 변형례 1에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 65는 제20 실시 형태의 변형례 2에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도.
도 66은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 67은 도 66에 도시하는 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 68은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 69는 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하에 본 개시의 한 실시 형태에 관해 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에서 동일한 부위에는 동일한 부호를 붙임에 의해 중복되는 설명을 생략한다.
또한, 이하에 나타내는 항목 순서에 따라 본 개시를 설명한다.
1. 제1 실시 형태
1.1 전자 기기의 구성례
1.2 고체 촬상 장치의 구성례
1.3 고체 촬상 장치의 적층 구조례
1.4 화소의 구성례
1.4.1 B 화소 및 R 화소에 관해
1.4.2 G 화소에 관해
1.5 단위 화소의 접속례
1.6 단위 화소의 단면 구조례
1.7 축적 전극의 작용
1.8 단위 화소의 평면 레이아웃례
1.9 축적 전극의 형상
1.10 광전 변환막
1.11 작용·효과
2. 제2 실시 형태
3. 제3 실시 형태
4. 제4 실시 형태
5. 제5 실시 형태
5.1 제1 변형례
5.2 제2 변형례
5.3 제3 변형례
6. 제6 실시 형태
7. 제7 실시 형태
8. 제8 실시 형태
9. 제9 실시 형태
10. 제10 실시 형태
11. 제11 실시 형태
12. 제12 실시 형태
13. 제13 실시 형태
13.1 구성 요소마다의 제조 프로세스의 상세
14. 제14 실시 형태
15. 제15 실시 형태
16. 제16 실시 형태
16.1 변형례
17. 제17 실시 형태
18. 제18 실시 형태
19. 제19 실시 형태
20. 제20 실시 형태
20.1 변형례 1
20.2 변형례 2
21.응용례 1
22.응용례 2
1. 제1 실시 형태
우선, 제1 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는 동일한 화소의 종방향으로 그린(G), 블루(B) 및 레드(R) 각각의 파장의 광을 광전 변환하는 광전 변환 영역이 적층된 구조를 구비하는 적층형의 고체 촬상 장치를 예로 든다. 또한, 본 실시 형태에서는 그린, 블루 및 레드 중, 그린의 파장의 광을 광전 변환하는 광전 변환 영역이 유기막으로 구성되어 있는 경우를 예시한다.
1.1 전자 기기의 구성례
도 1은 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치를 탑재한 전자 기기의 개략 구성례를 도시하는 블록도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이 전자 기기(3000)는 예를 들면, 촬상 렌즈(3020)와, 고체 촬상 장치(100)와, 기억부(3030)와, 프로세서(3040)를 구비한다.
촬상 렌즈(3020)는 입사광을 집광해 그 상을 고체 촬상 장치(100)의 수광면에 결상하는 광학계의 한 예이다. 수광면이란 고체 촬상 장치(100)에서의 광전 변환 소자가 배열하는 면이라도 좋다. 고체 촬상 장치(100)는 입사광을 광전 변환하여 화상 데이터를 생성한다. 또한, 고체 촬상 장치(100)는 생성한 화상 데이터에 대해 노이즈 제거나 화이트 밸런스 조정 등의 소정의 신호 처리를 실행한다.
기억부(3030)는 예를 들면, 플래시 메모리나 DRAM(Dynamic Random Access Memory)이나 SRAM(Static Random Access Memory) 등으로 구성되고, 고체 촬상 장치(100)로부터 입력된 화상 데이터 등을 기록한다.
프로세서(3040)는 예를 들면, CPU(Central Processing Unit) 등을 이용하여 구성되고, 오퍼레이팅 시스템이나 각종 어플리케이션 소프트웨어 등을 실행하는 어플리케이션 프로세서나 GPU(Graphics Processing Unit)나 베이스 밴드 프로세서 등이 포함될 수 있다. 프로세서(3040)는 고체 촬상 장치(100)로부터 입력된 화상 데이터나 기억부(3030)로부터 판독 화상 데이터 등에 대해 필요에 응한 여러 가지 처리를 실행하거나 유저에의 표시를 실행하거나 소정의 네트워크를 통하여 외부에 송신하거나 한다.
1.2 고체 촬상 장치의 구성례
도 2는 제1 실시 형태에 관한 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)형의 고체 촬상 장치(이하, 단지 이미지 센서라고 한다)의 개략 구성례를 도시하는 블록도이다. 여기서, CMOS형의 이미지 센서란 CMOS 프로세스를 응용하여 또는 부분적으로 사용하여 작성된 이미지 센서이다.
도 2에 도시하는 바와 같이 이미지 센서(100)는 예를 들면, 화소 어레이부(3101)와, 수직 구동 회로(3102)와, 칼럼 처리 회로(3103)와, 수평 구동 회로(3104)와, 시스템 제어부(3105)와, 신호 처리부(3108)와, 데이터 격납부(3109)를 구비한다. 이하의 설명에서 수직 구동 회로(3102), 칼럼 처리 회로(3103), 수평 구동 회로(3104), 시스템 제어부(3105), 신호 처리부(3108) 및 데이터 격납부(3109)는 주변 회로라고도 칭해진다.
화소 어레이부(3101)는 수광한 광량에 응한 전하를 생성하면서 축적하는 광전 변환 소자를 갖는 단위 화소(3110)가 행방향 및 열방향으로 즉, 행렬형상으로 2차원 격자형상(이하, 행렬형상이라고 한다)으로 배치된 구성을 가진다. 여기서, 행방향이란 화소행의 화소의 배열 방향(도면 중, 횡방향)을 말하고 열방향이란 화소열의 화소의 배열 방향(도면 중, 종방향)을 말한다.
본 실시 형태에 관한 이미지 센서(100)는 동일한 화소의 종방향으로 그린(G), 블루(B) 및 레드(R) 각각의 파장의 광을 광전 변환하는 광전 변환 영역이 적층된 구조를 구비하는 적층형이기 때문에 1개의 단위 화소(3110)는 그린(G)의 파장의 광을 수광하여 화소 신호를 생성하는 화소(3110G)와, 블루(B)의 파장의 광을 수광하여 화소 신호를 생성하는 화소(3110B)와, 레드(R)의 파장의 광을 수광하여 화소 신호를 생성하는 화소(3110R)를 포함한다. 단위 화소(3110)의 구체적인 회로 구성이나 화소 구조의 상세에 관해서는 후술하는 실시 형태에서 설명한다.
화소 어레이부(3101)에서는 행렬형상의 화소 배열에 대해 화소행마다 화소 구동선(LD)이 행방향을 따라 배선되고, 화소열마다 수직 신호선(VSL)이 열방향을 따라 배선되어 있다. 화소 구동선(LD)은 화소로부터 신호를 판독할 때의 구동을 행하기 위한 구동 신호를 전송한다. 도 2에서는 화소 구동선(LD)이 1개씩의 배선으로서 나타나 있는데 1개씩으로 한정되는 것이 아니다. 화소 구동선(LD)의 일단은 수직 구동 회로(3102)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
수직 구동 회로(3102)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 어레이부(3101)의 각 화소를 전 화소 동시 또는 행 단위 등으로 구동한다. 즉, 수직 구동 회로(3102)는 당해 수직 구동 회로(3102)를 제어하는 시스템 제어부(3105)와 함께, 화소 어레이부(3101)의 각 화소의 동작을 제어하는 구동부를 구성하고 있다. 이 수직 구동 회로(3102)는 그 구체적인 구성에 관해서는 도시를 생략하지만 일반적으로 판독 주사계와 소출 주사계의 2개의 주사계를 구비하고 있다.
판독 주사계는 단위 화소(3110)의 각 화소로부터 신호를 판독하기 위해, 화소 어레이부(3101)의 단위 화소(3110)의 각 화소를 행 단위로 순차적으로 선택 주사한다. 단위 화소(3110)의 각 화소로부터 판독되는 신호는 아날로그 신호이다. 소출 주사계는 판독 주사계에 의해 판독 주사가 행해지는 판독 행에 대해 그 판독 주사보다도 노광 시간분 만큼 선행하여 소출 주사를 행한다.
이 소출 주사계에 의한 소출 주사에 의해, 판독 행의 단위 화소(3110)의 각 화소의 광전 변환 소자로부터 불필요한 전하가 소출됨에 의해 당해 광전 변환 소자가 리셋된다. 그리고, 이 소출 주사계에서 불필요 전하를 소출함(리셋함)에 의해, 이른바 전자 셔터 동작이 행해진다. 여기서, 전자 셔터 동작이란 광전 변환 소자의 전하를 버리고 새롭게 노광을 시작하는(전하의 축적을 시작하는) 동작을 말한다.
판독 주사계에 의한 판독 동작에 의해 판독되는 신호는 그 직전의 판독 동작 또는 전자 셔터 동작 이후에 수광한 광량에 대응하고 있다. 그리고, 직전의 판독 동작에 의한 판독 타이밍 또는 전자 셔터 동작에 의한 소출 타이밍으로부터, 금회의 판독 동작에 의한 판독 타이밍까지의 기간이 단위 화소(3110)의 각 화소에서의 전하의 축적 기간(노광 기간이라고도 한다)이 된다.
수직 구동 회로(3102)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위 화소(3110)의 각 화소로부터 출력되는 신호는 화소열마다 수직 신호선(VSL)의 각각을 통하여 칼럼 처리 회로(3103)에 입력된다. 칼럼 처리 회로(3103)는 화소 어레이부(3101)의 화소열마다 선택행의 각 화소로부터 수직 신호선(VSL)을 통하여 출력되는 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행함과 함께, 신호 처리 후의 화소 신호를 일시적으로 유지한다.
구체적으로는 칼럼 처리 회로(3103)는 신호 처리로서 적어도 노이즈 제거 처리, 예를 들어 CDS(Correlated Double Sampling: 상관 이중 샘플링) 처리나 DDS(Double Data Sampling) 처리를 행한다. 예를 들면, CDS 처리에 의해, 리셋 노이즈나 화소내의 증폭 트랜지스터의 임계치 편차 등의 화소 고유의 고정 패턴 노이즈가 제거된다. 칼럼 처리 회로(3103)는 그 외에도 예를 들면, AD(아날로그-디지털) 변환 기능을 구비하고 광전 변환 소자로부터 판독되어 얻은 아날로그의 화소 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
수평 구동 회로(3104)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 칼럼 처리 회로(3103)의 화소열에 대응하는 판독 회로(이하, 화소 회로라고 한다)를 순차적으로 선택한다. 이 수평 구동 회로(3104)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리 회로(3103)에서 화소 회로마다 신호 처리된 화소 신호가 순차적으로 출력된다.
시스템 제어부(3105)는 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터 등에 의해 구성되고, 당해 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍을 기초로 수직 구동 회로(3102), 칼럼 처리 회로(3103) 및 수평 구동 회로(3104) 등의 구동 제어를 행한다.
신호 처리부(3108)는 적어도 연산 처리 기능을 가지고 칼럼 처리 회로(3103)로부터 출력되는 화소 신호에 대해 연산 처리 등의 여러 가지 신호 처리를 행한다. 데이터 격납부(3109)는 신호 처리부(3108)에서의 신호 처리에 있어서, 그 처리에 필요한 데이터를 일시적으로 격납한다.
또한, 신호 처리부(3108)로부터 출력된 화상 데이터는 예를 들면, 이미지 센서(100)를 탑재하는 전자 기기(3000)에서의 프로세서(3040) 등에서 소정의 처리가 실행되거나 소정의 네트워크를 통하여 외부에 송신되거나 해도 좋다.
1.3 고체 촬상 장치의 적층 구조례
도 3은 제1 실시 형태에 관한 이미지 센서의 적층 구조례를 도시하는 도면이다. 도 3에 도시하는 바와 같이 이미지 센서(100)는 수광 칩(3121)과 회로 칩(3122)이 상하로 적층된 스택 구조를 구비한다. 수광 칩(3121)은 예를 들면, 복수의 단위 화소(3110)가 행렬형상으로 배열하는 화소 어레이부(3101)를 구비하는 반도체 칩이고, 회로 칩(3122)은 예를 들면, 도 2에서의 주변 회로 등을 구비하는 반도체 칩이라도 좋다.
수광 칩(3121)과 회로 칩(3122)의 접합에는 예를 들면, 각각의 접합면을 평탄화하여 양자를 전자간 힘으로 맞붙이는 이른바 직접 접합을 이용할 수 있다. 단, 이것으로 한정되지 않고 예를 들면, 서로의 접합면에 형성된 구리(Cu)제의 전극 패드끼리를 본딩하는 이른바 Cu-Cu 접합이나 그 외에 범프 접합 등을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 수광 칩(3121)과 회로 칩(3122)은 예를 들면, 반도체 기판을 관통하는 TSV(Through-Silicon Via) 등의 접속부를 통하여 전기적으로 접속된다. TSV를 이용한 접속에는 예를 들면, 수광 칩(3121)에 마련된 TSV와 수광 칩(3121)으로부터 회로 칩(3122)에 걸쳐 마련된 TSV의 2개의 TSV를 칩 외표에서 접속하는 이른바 트윈 TSV 방식이나 수광 칩(3121)으로부터 회로 칩(3122)까지 관통하는 TSV로 양자를 접속하는 이른바 셰어드 TSV 방식 등을 채용할 수 있다.
단, 수광 칩(3121)과 회로 칩(3122)의 접합에 Cu-Cu 접합이나 범프 접합을 이용한 경우에는 Cu-Cu 접합부나 범프 접합부를 통하여 양자가 전기적으로 접속된다.
1.4 화소의 구성례
도 4∼도 6은 제1 실시 형태에 관한 화소의 개략 구성례를 도시하는 회로도이다. 또한, 도 4는 예를 들면, 블루(B)의 파장의 광을 광전 변환하는 화소(3110B)의 회로도를 도시하고 도 5는 예를 들면, 레드(R)의 파장의 광을 광전 변환하는 화소(3110R)의 회로도를 도시하고 도 6은 예를 들면, 그린(G)의 파장의 광을 광전 변환하는 화소(3110G)의 회로도를 도시하고 있다.
우선, 도 4에 도시하는 바와 같이 화소(3110B)는 포토 다이오드(PD1)와, 전송 트랜지스터(TRG1)와, 리셋 트랜지스터(RST1)와, 증폭 트랜지스터(AMP1)와, 선택 트랜지스터(SEL1)와, 부유 확산층(FD1)을 구비한다.
마찬가지로 화소(3110R)는 도 5에 도시하는 바와 같이 포토 다이오드(PD2)와, 전송 트랜지스터(TRG2)와, 리셋 트랜지스터(RST2)와, 증폭 트랜지스터(AMP2)와, 선택 트랜지스터(SEL2)와, 부유 확산층(FD2)을 구비한다.
한편, 광전 변환 소자가 유기막으로 구성된 화소(3110G)는 도 6에 도시하는 바와 같이 유기 광전 변환 소자(PD3)와, 리셋 트랜지스터(RST3)와, 증폭 트랜지스터(AMP3)와, 선택 트랜지스터(SEL3)와, 부유 확산층(FD3)을 구비한다.
이하에서는 간략화를 위해, 화소(3110B) 및 화소(3110G)에 주목하여 설명한다. 또한, 화소(3110R)의 구성 및 동작은 화소(3110B)와 마찬가지라도 좋다.
1.4.1 B 화소 및 R 화소에 관해
우선, 도 4에 도시하는 바와 같이 화소(3110B)에서 선택 트랜지스터(SEL1)의 게이트에는 화소 구동선(LD)에 포함되는 선택 트랜지스터 구동선이 접속되고, 리셋 트랜지스터(RST1)의 게이트에는 화소 구동선(LD)에 포함되는 리셋 트랜지스터 구동선이 접속되고, 전송 트랜지스터(TRG1)의 게이트에는 화소 구동선(LD)에 포함되는 전송 트랜지스터 구동선이 접속된다. 또한, 증폭 트랜지스터(AMP1)의 드레인에는 칼럼 처리 회로(3103)에 일단이 접속되는 수직 신호선(VSL1)이 선택 트랜지스터(SEL1)를 통하여 접속된다.
이하의 설명에서 리셋 트랜지스터(RST1), 증폭 트랜지스터(AMP1) 및 선택 트랜지스터(SEL1)는 통합하여 화소 회로라고도 칭해진다. 이 화소 회로에는 부유 확산 영역(FD1) 및/또는 전송 트랜지스터(TRG1)가 포함되어도 좋다.
포토 다이오드(PD1)는 입사한 광을 광전 변환한다. 전송 트랜지스터(TRG1)는 포토 다이오드(PD1)에 발생한 전하를 전송한다. 부유 확산층(FD1)은 전송 트랜지스터(TRG1)가 전송한 전하를 축적한다. 증폭 트랜지스터(AMP1)는 부유 확산 영역(FD1)에 축적된 전하에 응한 전압치의 화소 신호를 수직 신호선(VSL1)에 출현시킨다. 리셋 트랜지스터(RST1)는 부유 확산 영역(FD1)에 축적된 전하를 방출한다. 선택 트랜지스터(SEL1)는 판독 대상의 화소(3110B)를 선택한다.
포토 다이오드(PD1)의 애노드는 접지되어 있고, 캐소드는 전송 트랜지스터(TRG1)의 소스에 접속되어 있다. 전송 트랜지스터(TRG1)의 드레인은 리셋 트랜지스터(RST1)의 소스 및 증폭 트랜지스터(AMP1)의 게이트에 접속되어 있고, 이들 접속점인 노드가 부유 확산 영역(FD1)을 구성한다. 또한, 리셋 트랜지스터(RST1)의 드레인은 도시하지 않은 수직 리셋 입력선에 접속되어 있다.
증폭 트랜지스터(AMP1)의 소스는 도시하지 않은 수직 전류 공급선에 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터(AMP1)의 드레인은 선택 트랜지스터(SEL1)의 소스에 접속되어 있고, 선택 트랜지스터(SEL1)의 드레인은 수직 신호선(VSL1)에 접속되어 있다.
부유 확산 영역(FD1)은 축적하고 있는 전하를 그 전하량에 응한 전압치의 전압으로 변환한다. 또한, 부유 확산 영역(FD1)은 예를 들면, 대접지 용량이라도 좋다. 단, 이것으로 한정되지 않고 부유 확산 영역(FD1)은 전송 트랜지스터(TRG1)의 드레인과 리셋 트랜지스터(RST1)의 소스와 증폭 트랜지스터(AMP1)의 게이트가 접속하는 노드에 캐패시터 등을 의도적으로 접속함으로써 부가된 용량이라도 좋다.
1.4.2 G 화소에 관해
한편, 도 6에 도시하는 바와 같이 화소(3110G)는 상술한 화소(3110B)와 같은 구성에서 포토 다이오드(PD1) 및 전송 트랜지스터(TRG1)가 유기 광전 변환 소자(PD3)로 치환된 구성을 구비한다.
유기 광전 변환 소자(PD3)의 공통 전극(112)은 예를 들면, 접지 전위 등의 소정의 전위(VOU)에 접속된다. 한편, 축적 전극(115)은 예를 들면, 수직 구동 회로(3102)에 포함되는 전압 인가 회로에 화소 구동선(LD)을 통하여 접속된다.
그 외의 구성은 상술한 화소(3110B)와 같아도 좋다.
1.5 단위 화소의 접속례
도 7은 도 2에 도시하는 화소 어레이부의 보다 상세한 구성례를 도시하는 블록도이다. 도 8은 도 7에서의 영역(R)의 확대도이다.
도 7에 도시하는 바와 같이 도 2에 예시한 칼럼 처리 회로(3103)는 2개의 칼럼 처리 회로(3103A 및 3103B)로 분할되어 있어도 좋다. 그 경우, 일방의 칼럼 처리 회로(3103A)가 예를 들면, 화소 어레이부(3101)에 대해 칼럼 방향(도면 중, 상하 방향) 상측에 배치하고 타방의 칼럼 처리 회로(3103B)가 칼럼 방향 하측에 배치되어도 좋다. 그에 의해, 각 칼럼 처리 회로(3103A 및 3103B)의 실장 면적을 작게 하는 것이 가능해진다.
또한, 각 칼럼 처리 회로(3103A 및 3103B)에 접속되는 화소는 화소(3110R, 3110G 및 3110B)마다 분류되어도 좋고, 화소 어레이부(3101)에서의 열 또는 행마다 분류되어도 좋고, 화소 어레이부(3101)의 영역(예를 들면, 얽히는 방향에서의 상반분과 하반분)마다 분류되어도 좋다.
또한, 도 8에 도시하는 바와 같이 1개의 단위 화소(3110)는 상술한 회로 구성을 구비하는 3개의 화소(3110B, 3110R 및 3110G)를 포함한다. 각 화소(3110B, 3110R 및 3110G)에 대해서는 예를 들면, 로우 방향(도면 중, 좌우 방향)으로 배선된 화소 구동선(LD)이 접속된다. 또한, 수직 신호선(VSL1∼VSL3)은 칼럼 방향(도면 중, 상하 방향), 즉, 화소 구동선(LD)의 연재 방향에 대해 수직 방향으로 배선되어 있다. 칼럼 처리 회로(3103)는 수직 신호선(VSL1∼VSL3)이 연재되는 방향으로 배치되어 있다(도 2 또는 도 7 참조).
1.6 단위 화소의 단면 구조례
도 9는 제1 실시 형태에 관한 이미지 센서에서의 단위 화소의 단면 구조례를 도시하는 단면도이다. 또한, 도 4에는 단위 화소(3110)가 만들어지는 반도체 기판, 즉, 수광 칩(3121)을 구성하는 반도체 기판(101)의 기판 두께 방향에 따른 단면 구조례가 도시되어 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이 단위 화소(3110)는 반도체 기판(101)과, 반도체 기판(101)에서의 소자 형성면(이것을 표면이라고 한다)의 반대측의 이면(도면 중, 상면)에 마련된 절연층(111)과, 반도체 기판(101)의 표면에 마련된 배선층(121)을 구비한다. 또한, 반도체 기판(101)의 이면은 광의 입사면에 상당한다.
단위 화소(3110) 중, 화소(3110G)는 공통 전극(제1 전극)(112)과, 광전 변환막(113)과, 반도체층(114)과, 판독 전극(제2 전극)(117)이 적층되어 이루어지는 유기 광전 변환 소자(PD3)를 구비한다. 이 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 절연층(111)에 마련되어 있다. 또한, 광전 변환막(113)의 적어도 일부 및 반도체층(114)의 적어도 일부는 예를 들면, 주평면(반도체 기판(101)의 이면 또는 표면과 평행한 면)이 서로 대향하도록 배치된 공통 전극(112) 및 판독 전극(117) 사이에 배치되어 있다. 또한, 반도체층(114)은 적어도 일부에서 판독 전극(117)과 접촉하고 있다.
유기 광전 변환 소자(PD3)는 또한, 광전 변환막(113)과 판독 전극(117) 사이의 반도체층(114) 중에 반도체 기판(101)의 이면과 평행으로 배치된 축적 전극(제3 전극)(115)을 구비한다. 축적 전극(115)은 절연막(116)에 의해 덮임으로써 반도체층(114)으로부터 전기적으로 분리되어 있다.
한편, 화소(3110B)의 포토 다이오드(PD1) 및 화소(3110R)의 포토 다이오드(PD2)는 반도체 기판(101)에 마련된다. 구체적으로는 반도체 기판(101)은 반도체 기판(101)의 이면측으로부터 순차적으로 배치된, N형 반도체 영역(103)과, N형 반도체 영역(105)을 구비한다. 이들 N형 반도체 영역(103 및 105)은 예를 들면, 반도체 기판(101)의 기판 두께 방향에서 유기 광전 변환 소자(PD3)의 하방에 배치되어 있다.
N형 반도체 영역(105)은 예를 들면, 반도체 기판(101)에 마련된 P형 반도체 영역(104)에 의해 둘러싸이고 있다. N형 반도체 영역(103)은 예를 들면, 반도체 기판(101)의 이면에 마련된 P형 반도체 영역(102)과, N형 반도체 영역(105)을 둘러싸는 P형 반도체 영역(104)의 상부에 의해 끼여 있다.
N형 반도체 영역(103), P형 반도체 영역(102) 및 P형 반도체 영역(104)의 상부는 예를 들면, 화소(3110B)의 포토 다이오드(PD1)를 구성한다. 한편, N형 반도체 영역(105) 및 P형 반도체 영역(104)은 화소(3110R)의 포토 다이오드(PD2)를 구성한다.
절연층(111)에 마련된 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 절연층(111) 중에 마련된 배선(118)과, 반도체 기판(101)을 관통하는 관통 전극(119)과, 반도체 기판(101)의 표면측에 마련된 배선층(121) 중의 배선(122)을 통하여 반도체 기판(101)의 표면측에 마련된 부유 확산 영역(FD3) 등(도 6 참조)에 접속된다. 또한, 화소(3110G)의 판독 회로를 구성하는 리셋 트랜지스터(RST3), 증폭 트랜지스터(AMP3) 및 선택 트랜지스터(SEL3)는 반도체 기판(101)의 표면측에 형성되어 있어도 좋다.
한편, 반도체 기판(101)에 마련된 포토 다이오드(PD1)는 반도체 기판(101)에 마련된 종형 트랜지스터인 전송 트랜지스터(TRG1)를 통하여 부유 확산 영역(FD1) 등(도 4 참조)에 접속된다. 또한, 포토 다이오드(PD2)는 반도체 기판(101)의 표면에 마련된 전송 트랜지스터(TRG2)를 통하여 부유 확산 영역(FD2) 등(도 5 참조)에 접속된다. 또한, 화소(3110B)의 판독 회로를 구성하는 리셋 트랜지스터(RST1), 증폭 트랜지스터(AMP1) 및 선택 트랜지스터(SEL1)는 반도체 기판(101)의 표면측에 형성되어 있어도 좋다. 마찬가지로 화소(3110R)의 판독 회로를 구성하는 리셋 트랜지스터(RST2), 증폭 트랜지스터(AMP2) 및 선택 트랜지스터(SEL2)는 반도체 기판(101)의 표면측에 형성되어 있어도 좋다.
반도체 기판(101)의 표면은 예를 들면, 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연막으로서 이용되는 절연막(106)으로 덮여 있어도 좋다. 또한, 반도체 기판(101)의 이면 및 반도체 기판에 형성된 관통 전극(119)용의 트렌치의 내표면은 반사 방지막(110)으로 덮여 있어도 좋다.
반도체층(114)은 절연층(111)의 상면을 덮고 있어도 좋고, 또한, 광전 변환막(113) 및 공통 전극(112)은 각각 반도체층(114) 또는 광전 변환막(113)을 덮는 베타막이라도 좋다.
공통 전극(112)상에는 보호막(131) 및 평탄화막(132)이 마련되어도 좋다. 또한, 평탄화막(132)상으로서, 유기 광전 변환 소자(PD3), 포토 다이오드(PD1 및 PD2)에 대해 기판 두께 방향에서 대응하는 영역에는 단위 화소(3110)마다의 온 칩 렌즈(133)가 마련되어 있어도 좋다.
이와 같이 제1 실시 형태에서는 유기 광전 변환 소자(PD3)가 공통 전극(112)과 판독 전극(117) 사이에 광전 변환막(113)과, 주위를 반도체층(114)과 절연막(116)에 덮인 축적 전극(115)이 마련된 구조를 구비한다.
이와 같은 구조에서는 도 9에 예시하는 바와 같이 축적 전극(115)의 상부측만이 아니라, 측벽측이나 하부측도 광전 변환막(113)에서 발생한 전하를 축적하는 축적 영역으로서 기능한다. 그 때문에 유기 광전 변환 소자(PD3)에 축적된 축적 전하(120) 중, 판독 전극(117)까지의 거리가 긴 축적 전극(115)의 상부에 축적되어 있는 축적 전하(120)의 비율이 감소한다. 그 결과, 축적 영역으로부터 판독 전극(117)까지의 축적 전하(120)의 전송 경로에서는 축적 전극(115)의 측벽측 또는 하부측의 축적 영역으로부터 판독 전극(117)까지의 최단 거리를 형성하는 수직 성분이 지배적이 된다. 또한, 수직 방향이란 반도체 기판(101)의 기판 두께 방향에 상당한다.
1.7 축적 전극의 작용
도 10은 제1 실시 형태에 관한 전하 축적 시의 공통 전극과 판독 전극 사이에 형성되는 밴드 갭을 도시하는 도면이고, 도 11은 제1 실시 형태에 관한 전하 판독 시의 전하 축적 시에 공통 전극과 판독 전극 사이에 형성되는 밴드 갭을 도시하는 도면이다.
제1 실시 형태에서는 전하 축적 시와 전하 판독 시의 쌍방에서 공통 전극(112)으로부터 판독 전극(117)에는 수직 방향으로 전계가 인가된다. 그래서, 도 10에 도시하는 바와 같이 전하 축적 시에는 반도체층(114)에서의 전도대와 규제대의 경계에 오목한 부분이 생기도록, 축적 전극(115)에 전압이 인가된다. 이에 의해, 광전 변환막(113)에 발생한 전하를 축적 전극(115) 주위의 반도체층(114)에 축적하는 것이 가능해진다. 또한, 전하 판독 시에는 도 11에 도시하는 바와 같이 판독 시에 형성한 전도대와 규제대의 경계의 오목한 부분이 반전하여 볼록형상으로 부풀어 오르도록, 축적 전극(115)에 전압이 인가된다. 이에 의해, 축적 전극(115) 주위에 트랩된 축적 전하(120)를 토출하여 판독 전극(117)에 흘리는 것이 가능해진다.
이와 같이 축적 전극(115)에 인가하는 전압을 전하 축적 시의 전압(도 10 참조)으로부터 전하 판독 시의 전압(도 11 참조)으로 변화시킴으로써 축적 전극(115) 주위의 축적 영역에 축적된 축적 전하(120)를 순조롭게 판독 전극(117)에 전송하는 것이 가능하다.
예를 들면, 광전 변환에 의해 발생한 전자를 신호로서 이용하는 경우, 축적 기간 중(도 10 참조)은 공통 전극(112)에 인가하는 전압을 -2V(볼트), 판독 전극(117)에 인가하는 전압(즉, 부유 확산 영역(FD3)의 리셋 전압)을 3V, 축적 전극(115)에 인가하는 전압을 1V로 할 수 있다.
또한, 전송 기간 중(도 11 참조)은 공통 전극(112)에 인가하는 전압을 -2V, 판독 전극(117)에 인가하는 전압(부유 확산 영역(FD3)의 리셋 전압)을 3V, 축적 전극(115)의 전압을 -1V로 할 수 있다. 또한, 전자의 역류를 방지하기 위해, 공통 전극(112)에 인가하는 전압은 -3V 등 동적으로 변경되어도 좋다.
이와 같은 전압 제어에 의해, 광전 변환막(113)이나 반도체층(114)의 포텐셜을 제어하여 광전 변환에 의해 발생한 전자를 광전 변환막(113)으로부터 축적 전극(115)의 주위의 반도체층(114)에 이동시켜서 축적하고 그 후에 판독 전극(117)에 판독하는 것이 가능해진다.
판독 전극(117)에 전송된 전자는 부유 확산 영역(FD3)의 전위를 변화시킴과 함께, 증폭 트랜지스터(AMP3)에 의해 전압으로 변환되고, 판독 회로(도 6 참조)에 의해 화소 신호로서 판독된다.
이상과 같이 제1 실시 형태에서는 축적 전극(115)의 상부측의 반도체층(114)뿐만 아니라, 측벽측이나 하부측의 반도체층(114)도 축적 영역으로서 사용하는 것이 가능하기 때문에 축적 가능한 전하량을 증가시키는 것이 가능해진다.
1.8 단위 화소의 평면 레이아웃례
도 12는 제1 실시 형태에 관한 단위 화소의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도이다. 또한, 도 12에서 도면 중 왼쪽 위의 영역(R1)은 반도체 기판(101)의 표면측의 레이아웃례를 도시하고 오른쪽 위의 영역(R2)은 영역(R1)과 대응하는 영역에서의 판독 전극(117)의 레이아웃례를 도시하고 오른쪽 아래의 영역(R3)은 축적 전극(115)의 레이아웃례를 도시하고 있다.
도 12에 도시하는 바와 같이 단위 화소(3110)는 반도체 기판(101)의 표면측에서는 각 단위 화소(3110)에 할당된 영역(R1) 내에서 포토 다이오드(PD2)를 세 방향으로부터 둘러싸도록, 화소(3110B)의 판독 회로와, 화소(3110R)의 판독 회로와, 화소(3110G)의 판독 회로가 배치된 레이아웃을 구비한다. 각 판독 회로를 구성하는 트랜지스터는 예를 들면, 직선형상으로 배열되어 있다.
또한, 판독 전극(117)은 반도체 기판(101) 표면의 영역(R1)과 기판 두께 방향에서 대응하는 영역(R2) 내에 마련되어 있고, 축적 전극(115)은 영역(R2)과 기판 두께 방향에서 대응하는 영역(R3) 내에 마련되어 있다. 이 축적 전극(115)은 예를 들면, 화소 구동선(LD)을 통하여 수직 구동 회로(3102) 내의 전압 인가 회로(3102A)에 접속되어 있다.
1.9 축적 전극의 형상
도 13∼도 17은 제1 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도이다.
제1 실시 형태에 관한 축적 전극(115)은 도 13에 예시하는 바와 같이 행렬형상으로 배열하는 복수의 개구(A1)를 구비하는 격자형상의 구조물이라도 좋다. 또한, 개구(A1)의 수나 크기는 도 14에 예시하는 바와 같이 유기 광전 변환 소자(PD3)에 요구되는 특성(예를 들면, 전송, 포화 전자량, 화소 사이즈 등)에 응하여 여러 가지로 변형되어도 좋다.
또한, 도 15 및 도 16에 예시하는 바와 같이 개구(A1)의 형상은 사각형(도 13 및 도 14 참조)으로 한정되지 않고 예를 들면, 원형으로 하는 것도 가능하다.
또한, 도 17에 예시하는 바와 같이 축적 전극(115)에는 사이즈나 형상 등이 같은 한 종류의 개구(A1)로 한정되지 않고 사이즈나 형상 등이 다른 개구(A2)가 마련되어도 좋다.
1.10 광전 변환막
제1 실시 형태에서 광전 변환막(113)의 재료에 유기계 반도체를 이용하는 경우, 광전 변환막(113)의 층 구조는 이하와 같은 구조로 하는 것이 가능하다. 단, 적층 구조인 경우, 그 적층 순서는 적절히 교체하는 것이 가능하다.
(1) p형 유기 반도체의 단층 구조
(2) n형 유기 반도체의 단층 구조
(3-1) p형 유기 반도체층/n형 유기 반도체층의 적층 구조
(3-2) p형 유기 반도체층/p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체의 혼합층(벌크 헤테로 구조)/n형 유기 반도체층의 적층 구조
(3-3) p형 유기 반도체층/p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체의 혼합층(벌크 헤테로 구조)의 적층 구조
(3-4) n형 유기 반도체층/p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체의 혼합층(벌크 헤테로 구조)의 적층 구조
(4) p형 유기 반도체와 p형 유기 반도체의 혼합층(벌크 헤테로 구조)
여기서, p형 유기 반도체로서는 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 테트라센 유도체, 펜타센 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 티오펜 유도체, 티에노티오펜 유도체, 벤조티오펜 유도체, 벤조티에노벤조티오펜 유도체, 트리알릴아민 유도체, 카르바졸 유도체, 페릴렌 유도체, 피센 유도체, 크리센 유도체, 플루오란텐 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 서브프탈로시아닌 유도체, 서브포르피라진 유도체, 복소환 화합물을 배위자로 하는 금속 착체, 폴리티오펜 유도체, 폴리벤조티아디아졸 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등을 들 수 있다.
n형 유기 반도체로서는 풀러렌 및 풀러렌 유도체〈예를 들면, C60이나 C70, C74 등의 풀러렌(고차원 풀러렌, 내포 풀러렌 등) 또는 풀러렌 유도체(예를 들면, 풀러렌 불화물이나 PCBM 풀러렌 화합물, 풀러렌 다량체 등)〉, p형 유기 반도체보다도 HOMO 및 LUMO가 큰(깊은) 유기 반도체, 투명한 무기 금속 산화물을 들 수 있다.
n형 유기 반도체로서, 구체적으로는 질소 원자, 산소 원자, 유황 원자를 함유하는 복소환 화합물, 예를 들면, 피리딘 유도체, 피라진 유도체, 피리미딘 유도체, 트리아진 유도체, 퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 이소퀴놀린 유도체, 아쿠리딘 유도체, 페나진 유도체, 페난트롤린 유도체, 테트라졸 유도체, 피라졸 유도체, 이미다졸 유도체, 티아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 이미다졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 벤조트리아졸 유도체, 벤즈옥사졸 유도체, 벤즈옥사졸 유도체, 카르바졸 유도체, 벤조푸란 유도체, 디벤조푸란 유도체, 서브포르피라진 유도체, 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리벤조티아디아졸 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등을 분자 골격의 일부에 갖는 유기 분자, 유기 금속 착체나 서브프탈로시아닌 유도체를 들 수 있다.
풀러렌 유도체에 포함되는 기 등으로 하여 할로겐 원자; 직쇄, 분기 또는 환상의 알킬기 또는 페닐기; 직쇄 또는 축환한 방향족 화합물을 갖는 기; 할로겐 화물을 갖는 기; 파셜플루오로알킬기; 퍼플루오로알킬기; 실릴알킬기; 실릴알콕시기; 아릴실릴기; 아릴술파닐기; 알킬술파닐기; 아릴술포닐기; 알킬술포닐기; 아릴술피드기; 알킬술피드기; 아미노기; 알킬아미노기; 아릴아미노기; 히드록시기; 알콕시기; 아실아미노기; 아실옥시기; 카르보닐기; 카르복시기; 카르복소아미드기; 카르보알콕시기; 아실기; 술포닐기; 시아노기; 니트로기; 칼코겐화물을 갖는 기; 포스핀기; 포스폰기; 이들 유도체를 들 수 있다.
이상과 같은 유기계 재료로 구성된 광전 변환막(113)의 막두께로서는 다음 값으로 한정되는 것은 아니지만 예를 들면, 1×10-8m(미터) 내지 5×10-7m, 바람직하게는 2.5×10-8m 내지 3×10-7m, 보다 바람직하게는 2.5×10-8m 내지 2×10-7m, 한층 바람직하게는 1×10-7m 내지 1.8×10-7m를 예시할 수 있다. 또한, 유기 반도체는 p형, n형으로 분류되는 일이 많지만 p형이란 정공을 수송하기 쉽다는 의미이고, n형이란 전자를 수송하기 쉽다는 의미이고, 무기 반도체와 같이 열여기의 다수 캐리어로서 정공 또는 전자를 가지고 있다는 해석으로 한정되는 것이 아니다.
녹색의 파장의 광을 광전 변환하는 광전 변환막(113)을 구성하는 재료로서는 예를 들면, 로다민계 색소, 메로시아닌계 색소, 퀴나크리돈 유도체, 서브프탈로시아닌계 색소(서브프탈로시아닌 유도체) 등을 들 수 있다.
또한, 청색의 광을 광전 변환하는 광전 변환막(113)을 구성하는 재료로서는 예를 들면, 쿠마린 색소, 트리스-8-히드록시퀴놀린알루미늄(Alq3), 메로시아닌계 색소 등을 들 수 있다.
또한, 적색의 광을 광전 변환하는 광전 변환막(113)을 구성하는 재료로서는 예를 들면, 프탈로시아닌계 색소, 서브프탈로시아닌계 색소(서브프탈로시아닌 유도체)를 들 수 있다.
또한, 광전 변환막(113)으로서는 자외역으로부터 적색역에 걸쳐 개략 모든 가시광에 대해 감광하는 팬크로매틱한 감광성 유기 광전 변환막을 이용하는 것도 가능하다.
한편, 광전 변환막(113)을 구성하는 무기계 재료로서는 결정 실리콘, 어모퍼스 실리콘, 미결정 실리콘, 결정 셀렌, 어모퍼스 셀렌 및 칼코파이라이트계 화합물인 CIGS(CuInGaSe), CIS(CuInSe2), CuInS2, CuAlS2, CuAlSe2, CuGaS2, CuGaSe2, AgAlS2, AgAlSe2, AgInS2, AgInSe2, 또한, Ⅲ-V족 화합물인 GaAs, InP, AlGaAs, InGaP, AlGaInP, InGaAsP, 나아가서는 CdSe, CdS, In2Se3, In2S3, Bi2Se3, Bi2S3, ZnSe, ZnS, PbSe, PbS 등의 화합물 반도체를 들 수 있다. 덧붙여 이들 재료로 이루어지는 양자 도트를 광전 변환막(113)에 사용하는 것도 가능하다.
또한, 광전 변환막(113)을 하층인 반도체층(114)과 상층인 광전 변환막(113)의 적층 구조로 할 수도 있다. 이와 같이 광전 변환막(113)의 하층에 반도체층(114)을 마련함으로써 전하 축적 시의 재결합을 방지할 수 있고, 광전 변환막(113)에 축적한 전하의 판독 전극(117)에의 전송 효율을 증가시키는 것이 가능해진다. 덧붙여 암 전류의 생성을 억제하는 것도 가능해진다. 또한, 이 경우의 광전 변환막(113)을 구성하는 재료는 상기 광전 변환막(113)을 구성하는 각종 재료로부터 적절하게 선택되어도 좋다.
여기서, 반도체층(114)을 구성하는 재료에는 밴드 갭의 값이 크게(예를 들면, 3.0eV(일렉트론 볼트) 이상의 밴드 갭의 값), 게다가 광전 변환막(113)을 구성하는 재료보다도 높은 이동도를 갖는 재료가 이용되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 IGZO 등의 산화물 반도체 재료, 천이 금속 디칼코게나이드, 실리콘카바이드, 다이아몬드, 그라펜, 카본나노튜브, 축합 다환 탄화 수소 화합물이나 축합 복소환 화합물 등의 유기 반도체 재료 등을 들 수 있다.
또는 축적 전하(120)가 전자인 경우, 반도체층(114)을 구성하는 재료에는 광전 변환막(113)을 구성하는 재료의 이온화 포텐셜보다도 큰 이온화 포텐셜을 갖는 재료를 이용할 수 있다. 한편, 축적 전하(120)가 정공인 경우, 반도체층(114)을 구성하는 재료에는 광전 변환막(113)을 구성하는 재료의 전자 친화력보다도 작은 전자 친화력을 갖는 재료를 이용할 수 있다.
또한, 반도체층(114)을 구성하는 재료에서의 불순물 농도는 1×1018㎝-3 이하인 것이 바람직하다. 또한, 광전 변환 성능과 이동도 성능을 충족시키는 것이 가능하면, 광전 변환막(113)과 반도체층(114)을 같은 재료로 구성하는 것도 가능하다.
여기서, 공통 전극(112), 판독 전극(117), 반도체층(114) 및 축적 전극(115) 각각의 재료에는 투명 재료가 이용되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 Al-Nd(알루미늄 및 네오디뮴의 합금) 또는 ASC(알루미늄, 사마륨 및 구리의 합금)로 이루어지는 재료를 이용할 수 있다.
또한, 투명 도전 재료의 밴드 갭 에너지는 2.5eV 이상, 바람직하게는 3.1eV 이상인 것이 바람직하다.
한편, 공통 전극(112), 판독 전극(117) 및 축적 전극(115)을 투명 전극으로 하는 경우에는 그들을 구성하는 투명 도전 재료로서는 도전성이 있는 금속 산화물을 들 수 있다.
구체적으로는 산화 인듐, 인듐-주석 산화물(ITO(Indium Tin Oxide), Sn 도프의 In2O3, 결정성 ITO 및 어모퍼스 ITO를 포함한다), 산화 아연에 도펀트로서 인듐을 첨가한 인듐-아연 산화물(IZO(Indium Zinc Oxide)), 산화 갈륨에 도펀트로서 인듐을 첨가한 인듐-갈륨 산화물(IGO), 산화 아연에 도펀트로서 인듐과 갈륨을 첨가한 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO(In-GaZnO4)), 산화 아연에 도펀트로서 인듐과 주석을 첨가한 인듐-주석-아연 산화물(ITZO), IFO(F 도프의 In2O3), 산화 주석(SnO2), ATO(Sb 도프의 SnO2), FTO(F 도프의 SnO2), 산화 아연(타 원소를 도프한 ZnO를 포함한다), 산화 아연에 도펀트로서 알루미늄을 첨가한 알루미늄-아연 산화물(AZO), 산화 아연에 도펀트로서 갈륨을 첨가한 갈륨-아연 산화물(GZO), 산화 티탄(TiO2), 산화 티탄에 도펀트로서 니오브를 첨가한 니오브-티탄 산화물(TNO), 산화 안티몬, 스피넬형 산화물, YbFe2O4 구조를 갖는 산화물을 예시할 수 있다.
또는 갈륨 산화물, 티탄 산화물, 니오브 산화물, 니켈 산화물 등을 모층으로 하는 투명 전극을 들 수도 있다.
또한, 투명 전극의 두께로서는 2×10-8m 내지 2×10-7m, 바람직하게는 3×10-8m 내지 1×10-7m를 들 수 있다.
1.11 작용·효과
이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 판독 전극(117)상의 반도체층(114) 중에 주위가 절연막(116)으로 덮인 축적 전극(115)이 마련된다. 즉, 본 실시 형태에서는 축적 전극(115)과 판독 전극(117) 사이에도 반도체층(114)이 마련된다.
그에 의해, 축적 전극(115)의 상부측뿐만이 아니라, 측벽측이나 하부측의 반도체층(114)도 축적 영역으로서 사용하는 것이 가능해지기 때문에 반도체층(114)에 축적된 축적 전하(120) 중, 축적 전극(115)의 상부측에 존재하는 횡방향(이면 및 표면에 따른 방향)의 전송이 필요한 축적 전하(120)의 비율이 감소한다. 그 결과, 많은 축적 전하(120)의 전송 경로에서 수직 성분의 지배율을 높이는 것이 가능해진다.
그 결과, 축적 전극(115)으로부터 판독 전극(117)에의 축적 전하(120)의 전송 시간이 단축되기 때문에 단위 화소(3110)로부터의 화소 신호의 판독 속도를 고속화하는 것이 가능해진다.
또한, 공통 전극(112)과 판독 전극(117) 사이에는 기판 두께 방향으로 전위차가 주어져 있기 때문에 축적 전극(115)에 인가하는 전압을 전하 축적 시의 전압으로부터 전하 판독 시의 전압으로 변화시킴으로써 축적 전하(120)를 순조롭게 판독 전극(117)에 전송하는 것도 가능해진다.
또한, 축적 전극(115)의 상부측뿐만 아니라, 측벽측이나 하부측의 반도체층(114)도 축적 영역으로서 사용함으로써 축적 가능한 전하량을 증대시키는 것이 가능해진다. 즉, 축적 용량(Q)=CV이고, C=εS/d이므로 축적 전극(115) 주위의 절연막(116)의 막두께(d)와 절연막(116)의 유전율(ε)이 같고, 같은 전압(V)을 인가한 경우에는 축적 전극(115)의 면적을 증대시킴으로써 축적 용량을 증대시킬 수 있다.
2. 제2 실시 형태
다음으로 제2 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 18은 제2 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 구체적으로는 도 18에는 반도체 기판(101)의 광조사면측에 설치되는 온 칩 렌즈(133), 평탄화막(132), 보호막(131), 공통 전극(112), 광전 변환막(113), 반도체층(114), 축적 전극(115), 절연막(116), 판독 전극(117), 각종 배선 등을 포함하는 영역이 도시되어 있다.
도 18에 도시하는 바와 같이 본 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)에서는 제1 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 축적 전극(115)의 주위의 절연막(116)이 절연막(216)으로 치환되어 있다.
절연막(216)은 예를 들면, 축적 전극(115)의 판독 전극(117)측의 막두께가 축적 전극(115)의 측벽이나 광전 변환막(113)측의 막두께보다도 얇은 구조를 구비한다.
이와 같은 구조로 함으로써 예를 들면, 제1 실시 형태에서 예시한 전압 설정과 같은 전압을 인가한 경우에도 축적 전극(115)의 판독 전극(117)측의 영역의 반도체층(114)의 포텐셜 전위(예를 들면, 도 10에서의 오목한 부분)를 더욱 저하시키는 것이 가능해진다. 그에 의해, 축적 기간 중에 보다 많은 축적 전하(120)를 축적하는 것이 가능해진다.
덧붙여 축적 기간 중에 축적 전극(115)의 광전 변환막(113)측의 반도체층(114)의 축적 전하(120)가 축적 전극(115)의 판독 전극(117)측으로 이동하기 쉬워진다. 그에 의해, 축적 전극(115)의 광전 변환막(113)측의 반도체층(114)의 축적 전하(120)의 농도를 예를 들어 제1 실시 형태보다도 더욱 저감하는 것이 가능해진다. 그에 의해, 판독 전극(117)에의 거리가 상대적으로 긴 축적 전극(115)의 광전 변환막(113)측의 반도체층(114)의 축적 전하(120)의 비율이 감소하기 때문에 전송 특성을 보다 개선하는 것이 가능해진다.
또한, 절연막(216)의 막두께는 전송 특성의 최적화나 각 전극(112, 115 및 117)에 인가하는 전압의 설정치에 응하여 적절히 설정하는 것이 가능하다.
예를 들면, 도 19에 도시하는 바와 같이 축적 전극(115)의 판독 전극(117)측의 절연막(216)의 막두께에 더하여 축적 전극(115)의 측벽측의 절연막(216)의 막두께도 광전 변환막(113)측의 절연막(216)의 막두께보다도 얇게 해도 좋다.
이에 의해, 판독 전극(117)에의 거리가 상대적으로 긴 축적 전극(115)의 광전 변환막(113)측의 반도체층(114)의 축적 전하(120)의 비율이 더욱 감소하기 때문에 전송 특성을 보다 개선하는 것이 가능해진다.
또한, 도 20에 도시하는 바와 같이 축적 전극(115)의 측벽측의 절연막(216)의 막두께를 측벽의 상방으로부터 하방을 향하여 서서히 얇게 해도 좋다. 이와 같은 구조는 예를 들면, 축적 전극(115)을 단면 형상이 사다리꼴의 축적 전극(215)으로 치환함으로써 가능하다. 단, 이것으로 한정되지 않고 절연막(216)의 단면 형상에서의 외형을 역사다리꼴로 하는 등 여러 가지로 변형하는 것이 가능하다.
이와 같이 축적 전극(115)의 측벽측의 절연막(216)의 막두께를 측벽의 상방으로부터 하방을 향하여 서서히 얇게 함으로써 축적 전극(115)의 광전 변환막(113)측의 전하의 축적 전극(115)의 판독 전극(117)측으로의 이동을 더욱 용이하게 하는 것이 가능해진다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
3. 제3 실시 형태
다음으로 제3 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 21은 제3 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 21에 도시하는 바와 같이 제3 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제1 실시 형태에서 도 9 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 절연막(116)이 절연막(316)으로 치환됨과 함께, 실드 전극(제4 전극)(315)을 더 구비한다.
절연막(316)은 예를 들면, 그 저면이 판독 전극(117)에 접해 있다. 축적 전극(115)은 예를 들면, 절연막(316)에서의 상면과 저면 사이의 중앙 부근에 배치된다. 실드 전극(315)은 절연막(316) 내에서의 축적 전극(115)보다도 광전 변환막(113)측으로서, 절연막(316)의 상면 부근에 배치된다.
이 실드 전극(315)은 예를 들면, 축적 전극(115)의 측벽측의 반도체층(114)의 포텐셜과, 축적 전극(115)의 광전 변환막(113)측의 반도체층(114)의 포텐셜을 개별적으로 제어하기 위한 전극이다.
도 22는 제3 실시 형태에 관한 실드 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도이다. 도 23은 제3 실시 형태에 관한 실드 전극과 축적 전극을 광의 입사 방향에서 본 경우의 평면도이다.
도 22에 도시하는 바와 같이 실드 전극(315)은 행렬형상으로 배열하는 복수의 개구(A3)를 구비하는 격자형상의 구조물이라도 좋다. 또한, 도 23에 도시하는 바와 같이 실드 전극(315)의 개구(A3)의 수나 사이즈나 형상이나 위치는 실드 전극(315)과 축적 전극(115)을 겹친 경우에 축적 전극(115)의 개구(A1)와 중첩하는 수나 사이즈나 형상이나 위치라도 좋다. 따라서, 제1 실시 형태에서 도 13∼도 17을 이용하여 설명한 바와 같이 축적 전극(115)의 개구(A1 및/또는 A2)의 수나 사이즈나 형상이나 위치를 변경한 경우, 실드 전극(315)의 개구(A3)도 그것에 따라 변경되면 좋다.
이와 같은 구조에서 광전 변환에 의해 발생한 전자를 신호로서 이용하는 경우, 축적 기간 중은 예를 들면, 공통 전극(112)의 전압을 -2V, 판독 전극(117)의 전압(부유 확산 영역(FD)의 리셋 전압)을 3V, 축적 전극(115)의 전압을 1V, 실드 전극(315)의 전압을 0V로 할 수 있다.
또한, 전송 기간 중은 공통 전극(112)의 전압을 -2V, 판독 전극(117)의 전압(부유 확산 영역(FD)의 리셋 전압)을 3V, 축적 전극(115)의 전압을 -1V로 할 수 있다.
이때, 실드의 전극을 동적으로 -1.5V 등으로 설정하여 축적 전극(115)의 측벽의 반도체층(114)에 축적된 축적 전하(120)의 판독 전극(117)으로의 전송을 보조할 수도 있다.
이와 같은 구조 및 전압 제어에 의해, 축적 전극(115)의 광전 변환막(113)측의 반도체층(114)의 축적 전하(120)의 농도를 예를 들어 제1 실시 형태보다도 감소시키는 것이 가능해진다. 그에 의해, 판독 전극(117)에의 거리가 상대적으로 긴 축적 전극(115)의 광전 변환막(113)측의 반도체층(114)의 축적 전하(120)의 비율이 감소하기 때문에 전송 특성을 보다 개선하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는 축적 전극(115)의 광전 변환막(113)측의 반도체층(114)의 축적 전하(120)의 농도가 감소하기 때문에 축적 전극(115)과 판독 전극(117) 사이의 반도체층(114)을 생략하는 것이 가능해진다. 그 경우, 축적 전극(115)과 실드 전극(315)의 전압 설정이나 축적 전극(115)의 높이를 확대함에 의해, 축적 전극(115)의 측벽측의 반도체층(114)에의 축적 전하(120)의 축적량을 증대시키는 것도 가능하다.
또한, 본 실시 형태에서는 광조사량에 응하여 각 전극(112, 115, 117 및 315)에 인가하는 전압을 변화시켜도 좋다. 예를 들면, 상당히 대량의 전하를 축적시킬 필요가 있는 경우 등에서는 도 24에 예시하는 바와 같이 축적 기간 중에 공통 전극(112)의 전압을 -2V, 판독 전극(117)의 전압(부유 확산 영역(FD)의 리셋 전압)을 3V, 축적 전극(115)의 전압을 0V, 실드 전극(315)의 전압을 -0.5V 등으로 하여 축적 전극(115)의 측벽측의 반도체층(114)의 포텐셜을 올림으로써 축적 전하(120)가 포텐셜 장벽을 넘어 판독 전극(117)측으로 누출하는 것을 방지해도 좋다. 이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 축적 전하(120)를 대량으로 축적시키는 동작도 가능하다.
또한, 축적 전극(115)의 측벽측의 반도체층(114)의 포텐셜을 올려서 축적 전하(120)의 판독 전극(117)으로의 누출을 막는 경우 등에는 축적 전극(115)의 측벽측의 절연막(316)을 다른 면의 막두께와 비교하여 얇게 해도 좋다. 그에 의해, 축적 전극(115)의 측벽측의 반도체층(114)의 포텐셜의 변조성을 향상시키는 것이 가능해지기 때문에 축적 전하(120)의 판독 전극(117)으로의 누출을 막는 효과를 보다 향상시키는 것이 가능해진다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
4. 제4 실시 형태
다음으로 제4 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 25는 제4 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 26은 제4 실시 형태에 관한 판독 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도이다.
도 25에 도시하는 바와 같이 제4 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제3 실시 형태에서 도 21 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 판독 전극(117)이 판독 전극(417)으로 치환된 구성을 구비한다.
도 26에 도시하는 바와 같이 판독 전극(417)은 전하 수집에 필요한 영역을 남기고 면적이 축소된 평면 형상을 구비하고 있다. 도 26에 도시하는 예에서는 판독 전극(417)은 실드 전극(315)의 개구(A3) 및 축적 전극(115)의 개구(A1)(및 A2)와 기판 두께 방향에서 대응하는 영역을 남기고, 그 외의 영역으로서 각 영역의 접속에 필요한 영역 이외를 제거한 평면 형상을 가지고 있다.
이와 같은 형상으로 함으로써 판독 전극(417)의 정전 용량이 감소한다. 판독 전극(417)은 부유 확산 영역(FD)에 접속되어 있기 때문에 판독 전극(417)의 용량을 감소시킴으로써 변환 효율을 상승시켜서 단위 화소(3110)의 다이내믹 레인지를 넓히는 것이 가능해진다.
또한, 판독 전극(417)의 형상으로서는 도 26에 예시하는 격자형상으로 한정되지 않고 예를 들면, 원형형상으로 도려낸 평면 형상 등 여러 가지로 변형되어도 좋다.
판독 전극(417)의 형상은 판독 전극(417)으로부터 축적 전극(115)까지의 거리나 축적 전극(115)의 개구(A1)의 지름 및 피치나 단위 화소(3110)의 사이즈 등에 응하여 적절히 변경되어도 좋다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
5. 제5 실시 형태
다음으로 제5 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 27은 제5 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 27에 도시하는 바와 같이 제5 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제4 실시 형태에서 도 25 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 반도체층(114)이 반도체층(514)으로 치환된 구성을 구비한다.
반도체층(514)은 예를 들면, 광전 변환막(113)으로부터 판독 전극(417)을 향함에 따라, 그 폭이 축경하도록, 끝이 가는 형상을 가지고 있다. 구체적으로는 축적 전극(115)의 측벽측의 절연막(316)과 반도체층(114)의 경계와, 이웃하는 축적 전극(115)의 측벽측의 절연막(316)과 반도체층(114)의 경계의 폭에서 판독 전극(417)측의 하단의 폭이 광전 변환막(113)측의 상측의 폭보다도 좁아지고 있다.
이와 같은 구조로 함으로써 광전 변환에 의해 발생한 전하의 축적 전극(115) 사이의 영역에의 전송의 용이함을 유지한 채, 판독 전극에 요구되는 면적을 축소하는 것이 가능해진다. 그에 의해, 제4 실시 형태에서도 언급한 바와 같이 판독 전극(417)의 용량이 감소하기 때문에 변환 효율을 상승시켜서 단위 화소(3110)의 다이내믹 레인지를 넓히는 것이 가능해진다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
5.1 제1 변형례
판독 전극에 요구되는 면적을 축소하는 구성으로서는 상술에서 도 27을 이용하여 설명한 구조로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 28에 예시하는 바와 같이 판독 전극(517)의 상방으로서 축적 전극(115)보다도 가까운 위치(예를 들면, 판독 전극(517)의 바로 위)에 절연막(516)으로 둘러싸여 얻은 포집 전극(515)이 배치된 구성으로 하는 것도 가능하다.
이와 같은 구성에서는 전하 판독 시에 포집 전극(515)에 소정의 전압을 인가하여 반도체층(114) 내의 포텐셜을 변조시킴으로써 축적 전하(120)의 주변에 축적되어 있는 축적 전하(120)를 판독 전극(517)의 특정한 영역에 효과적으로 유도하는 것이 가능해지기 때문에 판독 전극(117)에 요구되는 면적을 축소하는 것이 가능해진다.
5.2 제2 변형례
또한, 도 29에 예시하는 바와 같이 축적 전극(115)으로부터 판독 전극(117)까지의 반도체층(514)이 판독 전극(517)에 근접함에 따라 끝이 가늘게 되는 테이퍼 형상의 반도체층(524)으로 치환되어도 좋다.
이와 같은 구성에서는 전하 판독 시에 축적 전하(120)의 주변에 축적되어 있는 축적 전하(120)가 반도체층(524)과 절연층(111)의 경계를 따라 흐르기 때문에 판독 전극(517)에 요구되는 면적을 축소하는 것이 가능해진다. 또한, 포집 전극(515) 및 그 주위의 절연막(516)을 생략하는 것이 가능해지기 때문에 설계의 용이화나 제조 프로세스의 간략화 등도 달성하는 것이 가능해진다.
5.3 제3 변형례
또한, 도 30에 예시하는 바와 같이 예를 들면, 제2 변형례에서 예시한 구성에 더하여 절연층(111) 중으로서 반도체층(524)의 사면 근방에 변조 전극(525)이 배치된 형상으로 하는 것도 가능하다.
이와 같은 구성에서는 전하 판독 시에 변조 전극(525)에 소정의 전압을 인가하여 반도체층(524) 내의 포텐셜을 외측에서 변조시킴으로써 축적 전하(120)의 주변에 축적되어 있는 축적 전하(120)를 판독 전극(517)의 특정한 영역에 효과적으로 유도하는 것이 가능해지기 때문에 판독 전극(517)에 요구되는 면적을 더욱 축소하는 것이 가능해진다.
6. 제6 실시 형태
다음으로 제6 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 31은 제6 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 31에 도시하는 바와 같이 제6 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제3 실시 형태에서 도 21 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 축적 전극(115)이 축적 전극(615)으로 치환됨과 함께, 판독 전극(117)이 판독 전극(617A 및 617B)으로 치환된 구조를 구비한다.
또한, 축적 전극(615)은 전기적으로 분리한 2개의 축적 전극으로 구성되어도 좋지만 이것으로 한정되지 않고 적어도 축적 영역을 다른 2개의 영역으로 구분한 2개의 영역(615A 및 615B)을 가지고 있으면 좋다.
예를 들면, 제3 실시 형태에서 예시한, 실드 전극(315)을 구비하는 구조에서는 축적 전하(120)의 대부분이 축적 전극(615)의 측벽측의 반도체층(14)에 축적된다. 그 때문에 적어도 축적 영역을 다른 2개의 영역으로 구분하기 위해서는 축적 전극(615)의 개구(A4)를 예를 들면, 도 32 또는 도 33에 예시하는 2개의 계통(S1 및 S2)으로 구분된 형상으로 하면 좋다.
이와 같이 1개의 단위 화소(3110)에서의 축적 전극 및 판독 전극을 2개의 축적 전극(615)(영역(615A 및 615B))과 2개의 판독 전극(617A 및 617B)으로 나눔으로써 상면 위상차 정보를 취득하는 것이 가능해진다.
즉, 본 실시 형태에 관한 구조에 의하면, 2개의 다른 경로를 따라온 광을 각각 광전 변환하여 발생한 축적 전하(120)는 축적 전극(615)의 영역(615A 및 615B) 각각에 의해 반도체층(114)에서의 다른 축적 영역에 축적된다. 또한, 판독 전극을 2개의 판독 전극(617A 및 617B)으로 나누어 둠으로써 반도체층(114)의 다른 축적 영역에 축적되어 있는 축적 전하(120)를 따로 판독 전극(617A 또는 617B)에 전송하는 것이 가능해진다.
그래서, 예를 들면, 어떤 기간 중에 입사한 광을 광전 변환함으로써 발생한 축적 전하(120)를 판독 전극(617A)으로부터 판독하고 후의 기간 중에 입사한 광을 광전 변환함으로써 발생한 축적 전하(120)를 판독 전극(617B)으로부터 판독하고 각각의 비율을 구함으로써 대상물까지의 거리를 구하는 것이 가능해진다.
또한, 축적 전극(115) 및 판독 전극(117)을 3개 이상으로 분할함으로써 보다 상세한 광선 정보를 취득하는 것이 가능한, 이른바 라이트 필드 카메라를 구축하는 것도 가능해진다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
7. 제7 실시 형태
다음으로 제7 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 34는 제7 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 34에 도시하는 바와 같이 제7 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제6 실시 형태에서 도 31 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 판독 전극(117)을 대신하여 축적 전극(115)이 2개의 축적 전극(715A 및 715B)으로 분할된 구조를 구비한다.
도 35 및 도 36은 제7 실시 형태에 관한 축적 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도이다. 도 35 또는 도 36에 도시하는 바와 같이 축적 전극(715A 및 715B)은 예를 들면, 제6 실시 형태에서 도 32 또는 도 33을 이용하여 설명한 축적 전극(615)과 같은 개구(A4)를 구비하는 평면 레이아웃과 같은 레이아웃에서 전기적으로 2개의 축적 전극(715A 및 715B)에 전기적으로 분리된 구조를 구비한다.
이와 같은 구조에 의해서도 제6 실시 형태와 마찬가지로 2개의 다른 경로를 따라온 광을 각각 광전 변환하여 발생한 축적 전하(120)를 반도체층(114)의 다른 축적 영역에 축적하고 그리고, 반도체층(114)의 다른 축적 영역에 축적되어 있는 축적 전하(120)를 따로 판독 전극(117)에 전송하는 것이 가능해지기 때문에 상면 위상차 정보를 취득하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는 축적 전하(120)를 판독하는 2개의 계통에서 판독 전극(117), 관통 전극(119), 부유 확산 영역(FD3) 등의 구성 요소를 공유할 수 있기 때문에 단위 화소(3110)의 레이아웃 효율을 향상하는 것도 가능해진다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
8. 제8 실시 형태
다음으로 제8 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 37은 제8 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 37에 도시하는 바와 같이 제8 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제6 또는 제7 실시 형태에서 도 31 또는 도 34 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 판독 전극(117)과 축적 전극(115)의 양방이 2개의 축적 전극(815A 및 815B) 및 2개의 판독 전극(817A 및 817B)으로 분할된 구조를 구비한다. 또한, 본 실시 형태에서는 실드 전극(315)이 생략되어 있다.
본 실시 형태에서는 축적 전극(815A 및 815B)은 전하의 축적에는 이용되지 않고 주위의 반도체층(114)의 포텐셜을 제어하는 전극(포텐셜 제어 전극)으로서 사용된다.
일반적으로 이미지 센서를 이용한 거리 측정 장치로서 그 거리 측정 방식에 ToF(Time of Flight) 동작을 채용하는 것은 단일 화소 내에서 광전 변환에서 발생한 전하를 좌우로 고속으로 나누어서 전송을 행할 필요가 있다.
그래서, 제8 실시 형태와 같이 판독 전극과 축적 전극의 양방을 2개의 축적 전극(815A 및 815B) 및 2개의 판독 전극(817A 및 817B)으로 분할하고 축적 전극(815A 및 815B)을 주위의 반도체층(114)의 포텐셜을 제어하는 포텐셜 제어 전극으로서 사용하는 구성으로 한다. 그에 의해, 축적 전극(815A 및 815B)에 인가하는 전압을 교대로 변화시킴으로써 광전 변환에 의해 발생한 전하를 2개의 판독 전극(817A 및 818B)의 어느 하나에 고속으로 배분하는 것이 가능해진다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
9. 제9 실시 형태
다음으로 제9 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제8 실시 형태에서 도 37을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같아도 좋다. 단, 본 실시 형태에서는 유기 광전 변환 소자(PD3)의 구동과, 판독 전극(817A 및 817B)의 역할이 제8 실시 형태와는 다르다.
도 38에 도시하는 바와 같이 본 실시 형태에서는 제8 실시 형태와 마찬가지로 판독 전극과 축적 전극의 양방이 2개의 축적 전극(815A 및 815B) 및 2개의 판독 전극(817A 및 817B)으로 분할되어 있다.
이와 같은 구성에서 본 실시 형태에서는 예를 들면, 노광 기간 중은 광전 변환에 의해 발생한 전하가 축적 전극(815A)측에 유인되어 판독 전극(817A)으로부터 계속 판독되는 한편, 셔터 기간은 광전 변환에 의해 발생한 전하가 축적 전극(815B)측에 유인되어 판독 전극(817B)으로부터 계속 판독된다.
이때, 판독 전극(817A)은 부유 확산 영역(FD3)에 접속되어 있다. 그 때문에 노광 기간 중에 광전 변환에 의해 발생한 전하는 부유 확산 영역(FD)에 축적되고, 칼럼 처리 회로(3103)에 의해 화소 신호로서 판독된다. 한편, 셔터 기간 중, 판독 전극(817B)은 전원 전압(VDD)에 접속되어 있다. 그 때문에 셔터 기간 중의 광전 변환에 의해 발생한 전하는 전원 전압(VDD)측에 배출된다.
이와 같이 동작시킴으로써 모든 단위 화소(3110)의 셔터 동작을 일제히 시작하는 이른바 글로벌 셔터 동작이 가능해진다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
10. 제10 실시 형태
다음으로 제10 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 39는 제10 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 39에 도시하는 바와 같이 제10 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제8 실시 형태에서 도 37 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 판독 전극(817A 및 817B)이 1개의 판독 전극(117)으로 치환되고, 축적 전극(815A 및 815B) 각각을 덮는 절연막(316)이 판독 전극(117)까지 달하지 않는 절연막(116)으로 치환됨과 함께, 반도체층(114)이 축적 전극(815A 및 815B)마다의 트렌치를 갖지 않는 반도체층(914)으로 치환된 구조를 구비한다.
이와 같은 구조에서 본 실시 형태에서는 노광 기간 중은 축적 전극(815B)의 주위에서 전하를 축적하고 셔터 동작 시작의 타이밍에서 모든 단위 화소(3110)에서 일제히 축적 전극(815B)의 주위로부터 축적 전극(815A)의 주위에 축적 전하(120)를 전송하여 유지한다. 그 후, 순차적으로 축적 전극(815A)의 주위로부터 판독 전극(117)에 축적 전하(120)(도시 생략)를 전송하여 판독한다.
이와 같이 모든 단위 화소(3110)에서 일제히 셔터 동작을 실행하고 그에 의해 발생한 전하를 축적 전극(815B)에 유지해 두고, 후에 각 단위 화소(3110)로부터 순차적으로 판독함으로써 모든 단위 화소(3110)에서 일제히 셔터 동작을 실행하는 글로벌 셔터 동작이 가능해진다.
즉, 본 실시 형태에서는 축적 전극(115B)은 셔터 동작에 의해 발생한 전하를 유지해 두는 메모리로서 기능한다.
또한, 본 실시 형태에서는 축적 전극(815A 및 815B)을 포함하는 유기 광전 변환 소자(PD3)의 모든 구성 요소에 투명 재료를 이용함으로써 메모리 영역을 차광할 필요가 없어지기 때문에 단위 화소(3110) 내의 면적을 최대한 활용한 고감도의 글로벌 셔터 구조를 실현하는 것이 가능해진다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
11. 제11 실시 형태
다음으로 제11 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 40은 제11 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 40에 도시하는 바와 같이 제11 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제3 실시 형태에서 도 21 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 절연막(316) 내로서 축적 전극(115)과 판독 전극(117) 사이에 메모리 전극(제5 전극)(1116)을 또한 마련한 구성을 구비한다.
이와 같은 구조에서 본 실시 형태에서는 노광 기간 중은 광전 변환막(113)에 가까운 축적 전극(115)에 전하를 축적하고 셔터 동작 시작의 타이밍에서 모든 단위 화소(3110)에서 일제히 축적 전극(115)의 주위로부터 메모리 전극(1116)의 주위에 축적 전하(120)를 전송하여 유지한다. 그 후, 순차적으로 메모리 전극(1116)의 주위로부터 판독 전극(117)에 축적 전하(120)를 전송하여 판독한다.
이와 같이 모든 단위 화소(3110)에서 일제히 셔터 동작을 실행하고 그에 의해 발생한 전하를 메모리 전극(1116)에 유지해 두고, 후에 각 단위 화소(3110)로부터 순차적으로 판독함으로써 모든 단위 화소(3110)에서 일제히 셔터 동작을 실행하는 글로벌 셔터 동작이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는 예를 들면, 제9 또는 제10 실시 형태와 비교하여 축적 전극(115)에 대해 횡방향(기판 두께 방향과 수직 방향)으로 메모리 영역을 마련하지 않고 종방향(기판 두께 방향)으로 메모리 영역을 마련하고 있기 때문에 메모리 영역에 의해 축적 영역의 사이즈가 축소하는 것을 억제할 수 있다. 그에 의해, 축적 전하량을 최대화한 글로벌 셔터 구조를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서 광전 변환에 의해 발생한 전자를 신호로서 이용하는 경우, 축적 기간 중은 예를 들면, 공통 전극(112)의 전압을 -2V, 판독 전극(117)의 전압을 3V, 실드 전극(315)의 전압을 0V, 축적 전극(115)의 전압을 1V, 메모리 전극(1116)의 전압을 0.5V로 할 수 있다.
또한, 전송 기간 중은 실드 전극(315)의 전압을 -2V, 축적 전극(115)의 전압을 -1V, 메모리 전극(1116)의 전압을 1V로 할 수 있다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
12. 제12 실시 형태
다음으로 제12 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 41은 제12 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 41에 도시하는 바와 같이 제12 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제1 실시 형태에서 도 9 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 절연막(116)으로 둘러싸인 축적 전극(115)이 기판 두께 방향으로 다단으로 마련된 구조를 구비한다. 또한, 이 다단 구조를 실현하기 위해, 반도체층(114)은 기판 두께 방향으로 후막화되어 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 광전 변환에 의해 발생한 전하를 판독 전극(117)으로부터 판독하기까지 3차원적으로 배치된 개개의 축적 전극(115)을 독립적으로 제어함으로써 전하의 가감산 등의 연산이 가능해진다.
예를 들면, 첫 번째의 셔터 동작에 의해 발생한 전하를 어떤 축적 전극(115)의 주위에 유지해 두고, 두 번째의 셔터 동작에 의해 발생한 전하를 다른 축적 전극(115)의 주위에 유지해 두고, 그 후, 이들 전하를 1개의 축적 전극(115)의 주위에 통합함으로써 전하의 가산이 가능해진다.
이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 단위 화소(3110)로부터 화소 신호를 판독하기 전에 유기 광전 변환 소자(PD3) 내에서 연산 처리하는 것이 가능해지기 때문에 화소 가산이나 화상 인식 등의 고도의 연산을 이미지 센서 내에서 실행하는 것이 가능해진다.
또한, 1개의 단위 화소(3110)에 마련하는 축적 전극(115)의 수를 보다 증가함으로써 각 단위 화소(3110) 내에서 실행 가능한 연산 처리를 복잡화하는 것도 가능하다.
또한, 축적 전극(115)은 각 유기 광전 변환 소자(PD3) 내에서 기판 두께 방향으로 다단으로 마련되어 있을 필요는 없고, 기판 두께 방향과 수직한면 내에서 복수의 축적 전극(115)이 배열하도록 구성하는 것으로도 각 단위 화소(3110) 내에서 연산 처리를 실행하는 것이 가능하다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
13. 제13 실시 형태
다음으로 제13 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는 제1 실시 형태에서 예시한 이미지 센서(100)의 제조 방법에 관해 설명한다. 도 42∼도 48은 제13 실시 형태에 관한 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도이다. 또한, 본 실시 형태에서 예시하는 제조 방법에서는 수광 칩(3121)과 회로 칩(3122)을 개편화 전의 웨이퍼 상태에서 맞붙이는 것을 포함하는 웨이퍼 레벨 CSP(Chip Size Packaging) 기술을 이용한 제조 방법이라도 좋다.
본 제조 방법에서는 우선, P형의 반도체 기판(101) 내의 소정의 영역에 소정의 억셉터 및 도너를 순차적으로 이온 주입함으로써 포토 다이오드(PD1 및 PD2)를 형성하는 P형 반도체 영역(102 및 104) 및 N형 반도체 영역(103 및 105)을 형성한다. 또한, 인접하는 단위 화소(3110)의 경계 부분에는 인접하는 단위 화소(3110) 사이의 포토 다이오드(PD1 및 PD2) 및 각종 트랜지스터를 소자 분리하기 위한 소자 분리 영역이 마련되어도 좋다. 이 소자 분리 영역은 반도체 기판(101)에 형성된 트렌치 내에 절연막 및/또는 차광막이 형성된 구조나 인접하는 단위 화소(3110) 사이를 넘는 채널이 형성되는 것을 방지하기 위한 채널 스토퍼 등이라도 좋다.
다음으로 반도체 기판(101)의 표면(도면 중, 하면)에 종형 트랜지스터인 전송 트랜지스터(TRG1)를 형성한다. 이어서, 각 화소(3110B, 3110R 및 3110G)의 판독 회로를 구성하는 각 트랜지스터의 게이트 절연막이 되는 절연막(106) 및 게이트 전극을 형성한다. 그리고, 게이트 전극의 가공 후, 게이트 전극의 측벽에 사이드 월을 형성하고 이어서, 게이트 전극 및 사이드 월을 마스크로 한 이온 주입을 행함으로써 판독 회로를 구성하는 각 트랜지스터의 소스·드레인을 형성한다.
그 후, 반도체 기판(101)의 표면에 각 트랜지스터의 게이트 전극이나 소스나 드레인 등에 접속된 배선(122)을 포함하는 배선층(121)을 형성한다. 또한, 이 단계에서 별도로 준비해 둔 회로 칩(3122)과 반도체 기판(101)을 포함하는 수광 칩(3121)이 맞붙여져도 좋다.
다음으로 반도체 기판(101)의 이면으로부터 반도체 기판(101)을 관통하는 트렌치를 형성하고 반도체 기판(101)의 이면 및 트렌치 내를 덮는 반사 방지막(110), 트렌치 내를 메우는 절연막(절연층(111)의 일부), 트렌치 내에서 반도체 기판(101)을 관통하여 배선층(121) 내의 배선에 접속하는 관통 전극(119), 관통 전극에 접속된 배선(118) 등을 형성한다.
다음으로 상기 절연막상에 투명 전극 재료를 퇴적하고 형성된 투명 전극 재료막을 포토 리소그래피 및 드라이 에칭으로 가공한다. 이어서, 가공된 투명 전극 재료막을 메우도록 절연막(절연층(111)의 일부)을 퇴적하고 그 상면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등으로 평탄화함으로써 판독 전극(117)을 형성한다. 이에 의해, 도 42에 도시하는 단면 구조를 얻을 수 있다.
다음으로 판독 전극(117)이 형성된 절연막상에 반도체 재료를 퇴적하고 형성된 반도체막을 포토 리소그래피 및 드라이 에칭으로 가공한다. 이어서, 가공된 반도체막을 메우도록 절연막(절연층(111)의 일부)을 퇴적하고 그 상면을 CMP 등으로 평탄화함으로써 반도체층(114)의 하부가 되는 반도체층(114A)을 형성한다.
다음으로 절연막(116)의 하부분이 되는 절연막(116A)의 퇴적, 축적 전극(115)에 가공되는 투명 도전 재료막(15A)의 퇴적, 포토 리소그래피 및 드라이 에칭에 투명 전극 재료막(115A)의 가공, 절연막(절연층(111)의 일부)의 퇴적, CMP 등에 의한 투명 전극 재료막(115A) 및 절연막 상면의 평탄화 및 절연막(116)의 하부분이 되는 절연막(116B)의 퇴적을 거침으로써 도 43에 도시하는 바와 같이 후의 축적 전극(115) 및 절연막(116)이 되는 적층 구조를 형성한다.
다음으로 포토 리소그래피 및 드라이 에칭에 의해 절연막(116B), 투명 전극 재료막(115A) 및 절연막(116A)을 가공함으로써 도 44에 도시하는 바와 같이 개구 영역을 형성하여 투명 전극 재료막(115A)을 축적 전극(115)에 가공한다.
다음으로 도 45에 도시하는 바와 같이 현시점에서의 절연층(111)의 표면을 덮는 절연막(116C)을 형성한다. 이어서, 절연막(116C)의 일부를 에치 백 등에 의해 제거함으로써 개구 영역에서의 반도체층(114A)을 노출시킴과 함께, 축적 전극(115)의 측면에 절연막을 형성한다. 이에 의해, 도 46에 도시하는 바와 같이 축적 전극(115)을 덮는 절연막(116)이 형성된다.
다음으로 축적 전극(115) 및 절연막(116)이 형성된 면에 반도체 재료를 퇴적하고 이에 의해 형성된 반도체층의 표면을 CMP 등에 의해 평탄화한다. 이에 의해, 도 47에 도시하는 바와 같이 축적 전극(115)을 덮는 절연막(116)의 주위에 반도체층(114)이 형성된다.
다음으로 도 48에 도시하는 바와 같이 반도체층(114)상에 광전 변환막(113), 공통 전극(112), 보호막(131) 및 평탄화막(132)을 순차적으로 퇴적한다. 그 후, 공통 전극(112)에 대한 배선 구조나 단위 화소(3110)마다의 온 칩 렌즈(133)나 본딩 패드를 형성함으로써 도 9에 예시하는 단면 구조를 구비하는 이미지 센서(100)가 제작된다.
또한, 상술한 제조 방법에서 반도체층(114A 및 114)의 형성에는 PVD(Physical Vapor Deposition)나 스핀 코트 등을 이용할 수도 있다. 또한, 광전 변환막(113)에는 소자 특성 향상을 위해, 여러 종류의 재료가 혼합된 막이나 여러 종류의 재료막이 적층된 적층막 등을 이용하는 것도 가능하다. 그때, 혼합 또는 적층하는 재료 일부는 그 자체가 광전 변환을 행하지 않는 재료라도 좋다.
13.1 구성 요소마다의 제조 프로세스의 상세
이하에 각 구성 요소의 제조 프로세스를 더욱 상세히 설명한다.
각종 전극의 성막 방법으로서는 건식법 또는 습식법을 이용하는 것이 가능하다.
건식법으로서는 PVD법이나 CVD(Chemical Vaper Deposition)법을 들 수 있다. PVD법의 원리를 이용한 성막 방법으로서는 저항 가열 또는 고주파 가열을 이용한 진공 증착법, EB(전자 빔) 증착법, 각종 스퍼터링법(마그네트론 스퍼터링법, RF-DC 결합형 바이어스 스퍼터링법, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 스퍼터링법, 대향 타겟 스퍼터링법, 고주파 스퍼터링법 등), 이온 플레이팅법, 레이저 어브레이전법, 분자선 에피택시법, 레이저 전사법을 들 수 있다. 또한, CVD법으로서, 플라즈마 CVD법, 열 CVD법, 유기 금속(MO) CVD법, 광 CVD법을 들 수 있다.
한편, 습식법으로서는 전해 도금법이나 무전해 도금법, 스핀 코트법, 잉크젯법, 스프레이 코트법, 스탬프법, 마이크로 콘택트 프린트법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 딥법 등의 방법을 들 수 있다. 패터닝법으로서, 섀도우 마스크, 레이저 전사, 포토 리소그래피 등의 화학적 에칭, 자외선이나 레이저 등에 의한 물리적 에칭 등을 들 수 있다.
판독 전극(117)이나 공통 전극(112)의 평탄화 기술로서는 레이저 평탄화법, 리플로법, CMP법 등을 이용할 수 있다.
절연막(116)을 구성하는 재료로서는 산화 규소계 재료나 질화 규소(SiNY)나 산화 알루미늄(Al2O3) 등의 금속 산화물 고유전 절연 재료로 예시되는 무기계 절연 재료뿐만 아니라, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐페놀(PVP), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리이미드, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란(AEAPTMS)이나 3-메르캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS)이나 옥타데실트리클로로실란(OTS) 등의 실란올 유도체(실란 커플링제), 노볼락형 페놀 수지, 불소계 수지, 옥타데칸티올이나 도데실이소시아네이트 등의 일단에 제어 전극과 결합 가능한 관능기를 갖는 직쇄 탄화수소류로 예시되는 유기계 절연 재료(유기 폴리머) 등을 들 수 있다. 또한, 이들 조합을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 산화 규소계 재료로서는 산화 실리콘(SiOX), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, 산화 질화 실리콘(SiON), SOG(스핀 온 글라스), 저유전율 재료(예를 들면, 폴리아릴에테르, 시클로퍼플루오로카본 폴리머 및 벤조시클로부텐, 환상 불소 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 불화 아릴에테르, 불화 폴리이미드, 어모퍼스 카본, 유기 SOG)를 예시할 수 있다.
또한, 절연층(111)이나 배선층(121)의 절연막을 구성하는 재료도 이들 재료로부터 적절히 선택되어도 좋다.
광전 변환막(113) 등의 각종 유기층의 성막 방법으로서는 건식 성막법 및 습식 성막법을 들 수 있다.
건식 성막법으로서는 저항 가열 또는 고주파 가열, 전자 빔 가열을 이용한 진공 증착법, 플래시 증착법, 플라즈마 증착법, EB 증착법, 각종 스퍼터링법(2극 스퍼터링법, 직류 스퍼터링법, 직류 마그네트론 스퍼터링법, 고주파 스퍼터링법, 마그네트론 스퍼터링법, RF-DC 결합형 바이어스 스퍼터링법, ECR 스퍼터링법, 대향 타겟 스퍼터링법, 고주파 스퍼터링법, 이온 빔 스퍼터링법), DC(Direct Current)법, RF법, 다음극법, 활성화 반응법, 전계 증착법, 고주파 이온 플레이팅법이나 반응성 이온 플레이팅법 등의 각종 이온 플레이팅법, 레이저 어브레이전법, 분자선 에피택시법, 레이저 전사법, 분자선 에피택시법(MBE법)을 들 수 있다.
또한, CVD법으로서는 플라즈마 CVD법, 열 CVD법, MOCVD법, 광 CVD법을 들 수 있다.
한편, 습식법으로서는 구체적으로는 스핀 코트법, 침지법, 캐스트법, 마이크로 콘택트 프린트법, 드롭 캐스트법, 스크린 인쇄법 또는 잉크젯 인쇄법이나 오프셋 인쇄법이나 그라비어 인쇄법이나 플렉소 인쇄법이라는 각종 인쇄법, 스탬프법, 스프레이법, 에어 닥터 코터법이나 블레이드 코터법이나 로드 코터법이나 나이프 코터법이나 스퀴즈 코터법이나 리버스 롤 코터법이나 트랜스퍼 롤 코터법이나 그라비어 코터법이나 키스 코터법이나 캐스트 코터법이나 스프레이 코터법이나 슬릿 오리피스 코터법이나 캘린더 코터법이라는 각종 코팅법 등을 예시할 수 있다.
또한, 도포법에서는 용매로서, 톨루엔, 클로로포름, 헥산, 에탄올이라는 무극성 또는 극성이 낮은 유기 용매를 예시할 수 있다.
각종 유기층의 패터닝법으로서는 섀도우 마스크, 레이저 전사, 포토 리소그래피 등의 화학적 에칭, 자외선이나 레이저 등에 의한 물리적 에칭 등을 들 수 있다.
각종 유기층의 평탄화 기술로서는 레이저 평탄화법, 리플로법 등을 이용할 수 있다.
14. 제14 실시 형태
다음으로 제14 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는 제3 실시 형태에서 예시한 이미지 센서(100)의 제조 방법에 관해 설명한다. 도 49∼도 53은 제14 실시 형태에 관한 제조 방법을 설명하기 위한 프로세스 단면도이다. 또한, 본 실시 형태에서 제13 실시 형태와 같은 제조 공정에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 본 실시 형태에서 예시하는 제조 방법에서는 제13 실시 형태와 마찬가지로 수광 칩(3121)과 회로 칩(3122)을 개편화 전의 웨이퍼 상태에서 맞붙이는 것을 포함하는 웨이퍼 레벨 CSP 기술을 이용한 제조 방법이라도 좋다.
본 제조 방법에서는 우선, 제13 실시 형태에서 도 42를 이용하여 설명한 공정과 같은 공정을 거침으로써 반도체 기판(101)의 이면에 형성된 절연막(절연층(111)의 일부)의 표면에 판독 전극(117)을 형성한다.
다음으로 판독 전극(117)이 형성된 절연막상에 대해 절연막(316A)(절연층(111)의 일부 및 절연막(316)의 일부)의 퇴적, 절연막(316A) 표면의 평탄화, 투명 전극 재료막의 퇴적, 포토 리소그래피 및 드라이 에칭에 의한 투명 전극 재료막으로부터 투명 전극 재료막(115A)에의 패터닝, 절연막(절연층(111)의 일부)의 퇴적, 이 절연막 표면 및 투명 전극 재료막(115A) 표면의 평탄화, 절연막(316B)(절연층(111)의 일부 및 절연막(316)의 일부)의 퇴적, 절연막(316B) 표면의 평탄화, 투명 전극 재료막의 퇴적, 포토 리소그래피 및 드라이 에칭에 의한 투명 전극 재료막으로부터 투명 전극 재료막(315A)에의 패터닝, 절연막(절연층(111)의 일부)의 퇴적 및 이 절연막 표면 및 투명 전극 재료막(315A) 표면의 평탄화를 순차적으로 실행한다. 이에 의해, 도 49에 도시하는 단면 구조를 얻을 수 있다.
다음으로 포토 리소그래피 및 드라이 에칭에 의해 투명 전극 재료막(315A), 절연막(316B), 투명 전극 재료막(115A) 및 절연막(316A)을 가공함으로써 도 50에 도시하는 바와 같이 개구 영역을 형성하여 투명 전극 재료막(315A)을 실드 전극(315)에 가공함과 함께, 투명 전극 재료막(115A)을 축적 전극(115)으로 가공한다.
다음으로 도 51에 도시하는 바와 같이 현시점에서의 절연층(111)의 표면을 덮는 절연막(C16C)을 형성한다. 이어서, 절연막(316C)의 일부를 에치 백 등에 의해 제거함으로써 개구 영역에서의 판독 전극(117)을 노출시킴과 함께, 축적 전극(115) 및 실드 전극(315)의 측면에 절연막을 형성한다. 이에 의해, 도 52에 도시하는 바와 같이 축적 전극(115) 및 실드 전극(315)을 덮는 절연막(316)이 형성된다.
다음으로 축적 전극(115), 실드 전극(315) 및 절연막(316)이 형성된 면에 반도체 재료를 퇴적하고 이에 의해 형성된 반도체층의 표면을 CMP 등에 의해 평탄화한다. 이에 의해, 도 53에 도시하는 바와 같이 축적 전극(115) 및 실드 전극(315)을 덮는 절연막(316)의 주위에 반도체층(114)이 형성된다.
그 후, 제13 실시 형태에서 도 48을 이용하여 설명한 공정 이후의 공정과 같은 공정을 실행함으로써 도 21에 예시하는 단면 구조를 구비하는 이미지 센서(100)가 제작된다.
15. 제15 실시 형태
다음으로 제15 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 54는 제15 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 54에 도시하는 바와 같이 제15 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제3 실시 형태에서 도 21 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 반도체층(114)이 반도체층(1514)으로 치환된 구조를 구비한다.
예를 들면, 제3 및 제14 실시 형태에서 예시한 이미지 센서(100)에서의 반도체층(114)의 포텐셜은 공통 전극(112), 축적 전극(115), 실드 전극(315) 및 판독 전극(117) 각각에 인가하는 전압을 제어함으로써 3차원적으로 제어하는 것이 가능하다. 또한, 그 외의 실시 형태에서의 반도체층(114)의 포텐셜도 마찬가지로 각 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써 3차원적으로 제어하는 것이 가능하다.
그래서 본 실시 형태에서는 광전 변환에 의해 발생한 전하가 순조롭게 판독 전극(117)에 전송되도록, 반도체층(1514)의 재료나 조성을 연속적 또는 다층 구조가 되도록 변화시킨다. 예를 들면, 도 54에 도시하는 바와 같이 반도체층(1514)을 가장 포텐셜이 높은 재료나 조성으로 구성된 최상층의 반도체층(1514a)과, 다음으로 포텐셜이 높은 재료나 조성으로 구성된 중간층의 반도체층(1514b)과, 가장 포텐셜이 낮은 재료나 조성으로 구성된 최하층의 반도체층(1514c)으로 구성한다.
또한, 반도체층(1514) 중의 포텐셜의 연속적 또는 단계적인 변화는 예를 들면, 반도체층(1514)의 성막 중에 성막 조건이나 재료의 혼합비를 변화시키거나 층형상으로 다른 타겟에 의한 PVD를 실시하거나 다른 재료를 층형상으로 스핀 코트하거나 하는 방법을 이용함으로써 실현하는 것이 가능하다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
16. 제16 실시 형태
다음으로 제16 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 55는 제16 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 55에 도시하는 바와 같이 제16 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제3 실시 형태에서 도 21 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 광전 변환막(113)이 광전 변환막(1613)으로 치환된 구조를 구비한다.
광전 변환막(1613)은 예를 들면, 그 일부가 축적 전극(115)의 개구 영역 내의 반도체층(114) 내부에까지 돌출한 구조를 구비한다. 이와 같이 광전 변환막(1613)의 적어도 일부를 축적 전극(115)을 향하여 돌출시킴으로써 이 돌출한 부분으로부터 축적 전극(115) 주위의 축적 영역까지의 거리를 짧게 하는 것이 가능해진다. 그에 의해, 광전 변환에 의해 발생한 전하의 축적 영역까지의 이동 거리를 단축하는 것이 가능해지기 때문에 각 단위 화소(3110)로부터의 화소 신호의 판독 속도를 보다 고속화하는 것이 가능해진다.
또한, 도 55에 예시한 바와 같이 광전 변환막(1613)을 축적 전극(115)의 측벽측까지 돌출시킴으로써 광전 변환에 의해 발생한 전하의 이동 거리를 최소화하는 것이 가능해지기 때문에 각 단위 화소(3110)로부터의 화소 신호의 판독 속도를 더욱 고속화하는 것이 가능해진다.
단, 광전 변환막(1613)은 축적 전극(115)의 개구 영역 내까지 돌출하고 있을 필요는 없고, 예를 들면, 도 56에 예시하는 바와 같이 적어도 일부가 축적 전극(115)측에 돌출하고 있으면 된다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
16.1 변형례
또한, 도 57에 도시하는 바와 같이 광전 변환막(1613)에 더하여 공통 전극(1612)의 일부도 축적 전극(115)을 향하여 돌출시켜도 좋다. 이에 의해, 광전 변환막(1613)의 돌출 부분에서의 광전 변환의 발생 확률을 높이는 것이 가능해지기 때문에 광전 변환에 의해 발생한 전하의 평균적인 이동 거리가 더욱 단축화된다. 그 결과, 각 단위 화소(3110)로부터의 화소 신호의 판독 속도를 더욱 고속화하는 것이 가능해진다.
17. 제17 실시 형태
다음으로 제17 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 58은 제17 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 58에 도시하는 바와 같이 제17 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 제3 실시 형태에서 도 21 등을 이용하여 설명한 유기 광전 변환 소자(PD3)와 같은 구성에서 복수의 축적 전극(제5 전극)(115)이 기판 두께 방향으로 다단으로 배치된 구조를 구비한다.
이와 같은 구조에 의하면, 축적 전극(115)의 개구 영역에서의 반도체층(114)의 포텐셜을 전하의 전송 경로를 따라 효율적으로 변조하는 것이 가능해지기 때문에 예를 들면, CCD(Charge Coupling Device)의 전송 방향을 기판 두께 방향으로 한 경우와 같이 기판 두께 방향으로 순조롭게 축적 전하(120)를 전송하는 것이 가능해진다. 그에 의해, 예를 들면, 광전 변환에 의해 발생한 전하의 전송 거리가 길어져도 축적 전하(120)의 순조로운 전송에 의해 판독 속도의 고속화를 도모하는 것이 가능해진다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
18. 제18 실시 형태
다음으로 제18 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 59는 제18 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 59에 도시하는 바와 같이 제18 실시 형태에 관한 이미지 센서(100)는 예를 들면, 제2 실시 형태에서 도 18 등을 이용하여 설명한 이미지 센서(100)와 같은 구성에서 온 칩 렌즈(133)와 유기 광전 변환 소자(PD3) 사이로서 평탄화막(132) 중에 컬러 필터(1833)가 배치된 구조를 구비한다.
이와 같이 제2 실시 형태로 한하지 않고 상술한 실시 형태에서 세로로 쌓인 유기 광전 변환 소자(PD3), 포토 다이오드(PD1 및 PD2)에 대해 컬러 필터(1833)를 조합시킴으로써 단위 화소(3110)의 분광 특성을 보다 향상시켜서 화질을 향상하는 것이 가능해진다.
또한, 컬러 필터(1833)는 도 59에 도시한 바와 같이 유기 광전 변환 소자(PD3), 포토 다이오드(PD1 및 PD2)의 세로로 쌓은 구조에 대해 광 입사측(이하, 상류측이라고 한다)에 배치되어도 좋고, 도 60에 도시하는 바와 같이 유기 광전 변환 소자(PD3), 포토 다이오드(PD1 및 PD2)의 세로로 쌓은 구조에 대해 하류측의 예를 들어 절연층(111) 중에 배치되어도 좋다.
또한, 본 설명에서의 컬러 필터란 예를 들면, 특정한 파장대의 광을 투과시키는 투과 스펙트럼을 구비하는 필터라도 좋다. 또한, 컬러 필터(1833)에는 유기 재료를 이용한 것이나 패터닝된 금속 박막에 의한 플라즈몬 공명을 이용한 것이나 유전체 적층막에 의한 파브리 페로 간섭을 이용한 것 등의 여러 가지 컬러 필터를 이용할 수 있다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
19. 제19 실시 형태
다음으로 제19 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 61은 제19 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 61에 도시하는 바와 같이 제19 실시 형태에 관한 이미지 센서(100)는 예를 들면, 제2 실시 형태에서 도 18 등을 이용하여 설명한 이미지 센서(100)와 같은 구성에서 유기 광전 변환 소자(PD3)를 포함하는 절연층(111)으로부터 평탄화막(132)까지의 층구조(T1 및 T2)가 2층 이상으로 세로로 쌓인 구조를 구비한다.
또한, 이에 의해 만들어진 2개 이상의 유기 광전 변환 소자(PD3)는 예를 들면, 동일한 판독 회로(도 6 참조)에 병렬로 접속되어도 좋다.
이와 같이 유기 광전 변환 소자(PD3)를 광의 입사축을 따라 세로로 쌓음으로써 단위 화소(3110)의 분광 특성을 향상하는 것이 가능해진다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
20. 제20 실시 형태
다음으로 제20 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서 상술한 실시 형태와 같은 구성 및 동작에 관해서는 그것을 인용함으로써 그 중복되는 설명을 생략한다.
예를 들면, 상술한 제3 실시 형태와 같이 반도체층(114)에서의 판독 전극(117)측을 절연막(316)으로 복수의 볼록부로 분할한 구조에서는 개개의 볼록부를 1개의 유기 광전 변환 소자로서 기능시키는 것도 가능하다. 그래서 제20 실시 형태에서는 반도체층(114)에서의 개개의 볼록부를 각각 개별의 유기 광전 변환 소자로 하는 경우에 관해 예를 들어 설명한다.
도 62는 제20 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자 및 그 주변 부분의 개략 구성례를 도시하는 단면도이다. 도 63은 제20 실시 형태에 관한 판독 전극의 평면 레이아웃례를 도시하는 평면도이다.
도 62에 도시하는 바와 같이 제20 실시 형태에서는 반도체층(114)에서의 절연막(316)으로 구획된 볼록부(114A) 각각에 유기 광전 변환 소자(PD203)가 형성되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서는 도 62 및 도 63에 예시하는 바와 같이 예를 들면, 제3 실시 형태에 관한 유기 광전 변환 소자(PD3)가 3×3의 행렬형상으로 배열하는 9개의 유기 광전 변환 소자(PD203)로 분할되어 있다. 또한, 유기 광전 변환 소자(PD3)의 분할수는 예시한 9로 한정되지 않고 2 이상이라도 좋다.
그래서 본 실시 형태에서는 예를 들면, 제3 실시 형태에서 도 21 등을 이용하여 설명한 구조와 같은 구조에서 제3 실시 형태에서의 축적 전극(115) 및 판독 전극(117)이 유기 광전 변환 소자(PD203) 각각의 축적 전극(2015) 및 판독 전극(2017)으로 치환되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 제3 실시 형태에서의 온 칩 렌즈(133)가 유기 광전 변환 소자(PD203) 각각의 온 칩 렌즈(2033)로 치환되어 있다.
도 63에 도시하는 바와 같이 판독 전극(2017)은 각 유기 광전 변환 소자(PD203)에 대해 개별적으로 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는 예를 들면, 각 판독 전극(2017)에 대해 도 6에 예시한 판독 회로가 접속된다. 그 경우, 각 유기 광전 변환 소자(PD203)에 대한 전하 판독 동작이 각 판독 전극(2017)을 통하여 개별적으로 실행된다.
이와 같이 본 실시 형태에서는 반도체층(114)의 볼록부(114A) 각각에 대해 개별적인 유기 광전 변환 소자(PD203)를 형성한다. 그에 의해, 예를 들어 종래의 실리콘을 재료로 한 경우의 프로세스 정밀도로는 도달할 수 없는 레벨의 화소의 미세화가 가능해진다. 그 결과, 단위 면적당의 단위 화소(3110)의 수, 즉 화소 밀도(해상도라고도 한다)를 대폭적으로 증가시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는 상술한 제3 실시 형태를 베이스로 한 경우를 예시했지만 이것으로 한정되지 않고 다른 실시 형태를 베이스로 한 경우에 대해서도 본 실시 형태를 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 구성에서는 1개의 볼록부(114A)로 1개의 유기 광전 변환 소자(PD203)를 구성한 경우를 예시했지만 이것으로 한정되지 않고 2 이상의 볼록부(114A)로 1개의 유기 광전 변환 소자(PD203)를 구성하는 것도 가능하다. 예를 들면, 9개로 분할된 유기 광전 변환 소자(PD203) 중의 1개로 HDR(High Dynamic Range)용의 단위 화소(3110)를 구성하고 나머지 8개로 LDR(Low Dynamic Range)용의 단위 화소(3110)를 구성해도 좋다. 그와 같은 경우, 동일한 유기 광전 변환 소자(PD203)를 구성하는 2 이상의 볼록부(114A)에 대한 축적 전극(2015) 및 판독 전극(2017)은 분할되어 있지 않아도 좋다.
또한, 온 칩 렌즈(2033)는 각 유기 광전 변환 소자(PD203)에 대해 1 대 1로 마련되어 있을 필요는 없고, 복수의 유기 광전 변환 소자(PD203)에 대해 1개의 온 칩 렌즈(2033)가 마련되어 있어도 좋다.
그 외의 구성, 동작 및 효과는 상술한 실시 형태와 같아도 좋기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
20.1 변형례 1
상술한 제20 실시 형태에서는 축적 전극(2015)을 유기 광전 변환 소자(PD203)마다 개별적으로 마련하는 경우를 예시했지만 이것으로 한정되지 않고 예를 들면, 도 64에 예시하는 바와 같이 복수 또는 모든 유기 광전 변환 소자(PD203)마다 공통의 축적 전극(2015)이 마련되어도 좋다.
20.2 변형례 2
또한, 예를 들면, 도 65에 예시하는 바와 같이 축적 전극(2015)의 후단(판독 전극(2014)측)에 메모리 전극(2016)을 마련하고 축적 전극(2015)의 근방에 축적한 축적 전하(120)를 일단, 메모리 전극(2016) 주위에서 유지하도록 구성하는 것도 가능하다.
21. 응용례 1
본 개시에 관한 기술은 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 66은 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템(5000)의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 66에서는 수술자(의사)(5067)가 내시경 수술 시스템(5000)을 이용하여 환자 베드(5069)상의 환자(5071)에게 수술을 행하고 있는 상태가 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이 내시경 수술 시스템(5000)은 내시경(5001)과, 그 외의 수술구(5017)와, 내시경(5001)을 지지하는 지지암 장치(5027)와, 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(5037)로 구성된다.
내시경 수술에서는 복벽을 자르고 개복하는 대신에 트로카(5025a∼5025d)라고 불리는 통형상의 개공 기구가 복벽에 복수 천자(穿刺)된다. 그리고, 트로카(5025a∼5025d)로부터, 내시경(5001)의 경통(5003)이나 그 외의 수술구(5017)가 환자(5071)의 체강 내에 삽입된다. 도시하는 예에서는 그 외의 수술구(5017)로서, 기복 튜브(5019), 에너지 처치구(5021) 및 겸자(5023)가 환자(5071)의 체강 내에 삽입되어 있다. 또한, 에너지 처치구(5021)는 고주파 전류나 초음파 진동에 의해, 조직의 절개 및 박리, 또는 혈관의 봉지 등을 행하는 처치구이다. 단, 도시하는 수술구(5017)는 어디까지나 한 예이고, 수술구(5017)로서는 예를 들어 섭자(攝子), 레트랙터 등 일반적으로 내시경하 수술에서 이용되는 각종의 수술구가 이용되어도 좋다.
내시경(5001)에 의해 촬영된 환자(5071)의 체강 내의 수술부의 화상이 표시 장치(5041)에 표시된다. 수술자(5067)는 표시 장치(5041)에 표시된 수술부의 화상을 리얼타임으로 보면서, 에너지 처치구(5021)나 겸자(5023)를 이용하여 예를 들어 환부를 절제하는 등의 처치를 행한다. 또한, 도시는 생략하고 있는데 기복 튜브(5019), 에너지 처치구(5021) 및 겸자(5023)는 수술 중에 수술자(5067) 또는 조수 등에 의해 지지된다.
(지지암 장치)
지지암 장치(5027)는 베이스부(5029)로부터 연신하는 암(arm)부(5031)를 구비한다. 도시하는 예에서는 암부(5031)는 관절부(5033a, 5033b, 5033c) 및 링크(5035a, 5035b)로 구성되어 있고, 암 제어 장치(5045)로부터의 제어에 의해 구동된다. 암부(5031)에 의해 내시경(5001)이 지지되고, 그 위치 및 자세가 제어된다. 이에 의해, 내시경(5001)의 안정적인 위치의 고정이 실현될 수 있다.
(내시경)
내시경(5001)은 선단으로부터 소정 길이의 영역이 환자(5071)의 체강 내에 삽입되는 경통(5003)과, 경통(5003)의 기단에 접속되는 카메라 헤드(5005)로 구성된다. 도시하는 예에서는 경성의 경통(5003)을 갖는 이른바 경성경으로서 구성되는 내시경(5001)을 도시하고 있는데 내시경(5001)은 연성의 경통(5003)을 갖는 이른바 연성경으로서 구성되어도 좋다.
경통(5003)의 선단에는 대물 렌즈가 감입된 개구부가 마련되어 있다. 내시경(5001)에는 광원 장치(5043)가 접속되어 있고, 당해 광원 장치(5043)에 의해 생성된 광이 경통(5003)의 내부에 연설되는 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통하여 환자(5071)의 체강 내의 관찰 대상을 향하여 조사된다. 또한, 내시경(5001)은 직시경이라도 좋고, 사시경 또는 측시경이라도 좋다.
카메라 헤드(5005)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)(5039)에 송신되다. 또한, 카메라 헤드(5005)에는 그 광학계를 적절히 구동시킴에 의해, 배율 및 초점 거리를 조정하는 기능이 탑재된다.
또한, 예를 들어 입체시(3D 표시) 등에 대응하기 위해, 카메라 헤드(5005)에는 촬상 소자가 복수 마련되어도 좋다. 이 경우, 경통(5003)의 내부에는 당해 복수의 촬상 소자의 각각에 관찰광을 도광하기 위해, 릴레이 광학계가 복수 계통 마련된다.
(카트에 탑재되는 각종의 장치)
CCU(5039)는 CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등에 의해 구성되고, 내시경(5001) 및 표시 장치(5041)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 구체적으로는 CCU(5039)는 카메라 헤드(5005)로부터 수취한 화상 신호에 대해 예를 들어 현상 처리(디모자이크 처리) 등의, 당해 화상 신호에 의거하는 화상을 표시하기 위한 각종의 화상 처리를 시행한다. CCU(5039)는 당해 화상 처리를 시행한 화상 신호를 표시 장치(5041)에 제공한다. 또한, CCU(5039)는 카메라 헤드(5005)에 대해 제어 신호를 송신하고 그 구동을 제어한다. 당해 제어 신호에는 배율이나 초점 거리 등 촬상 조건에 관한 정보가 포함될 수 있다.
표시 장치(5041)는 CCU(5039)로부터의 제어에 의해, 당해 CCU(5039)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하는 화상을 표시한다. 내시경(5001)이 예를 들어 4K(수평 화소수 3840×수직 화소수 2160) 또는 8K(수평 화소수 7680×수직 화소수 4320) 등의 고해상도의 촬영에 대응한 것인 경우, 및/또는 3D 표시에 대응한 것인 경우에는 표시 장치(5041)로서는 각각에 대응하여 고해상도의 표시가 가능한 것, 및/또는 3D 표시 가능한 것이 이용될 수 있다. 4K 또는 8K 등의 고해상도의 촬영에 대응한 것인 경우, 표시 장치(5041)로서 55인치 이상의 사이즈의 것을 이용함으로써 한층 더 몰입감을 얻을 수 있다. 또한, 용도에 응하여 해상도, 사이즈가 다른 복수의 표시 장치(5041)가 마련되어도 좋다.
광원 장치(5043)는 예를 들어 LED(light emitting diode) 등의 광원으로 구성되고, 수술부를 촬영할 때의 조사광을 내시경(5001)에 공급한다.
암 제어 장치(5045)는 예를 들어 CPU 등의 프로세서에 의해 구성되고, 소정의 프로그램에 따라 동작함에 의해, 소정의 제어 방식에 따라 지지암 장치(5027)의 암부(5031)의 구동을 제어한다.
입력 장치(5047)는 내시경 수술 시스템(5000)에 대한 입력 인터페이스이다. 유저는 입력 장치(5047)를 통하여 내시경 수술 시스템(5000)에 대해 각종의 정보의 입력이나 지시 입력을 행할 수 있다. 예를 들면, 유저는 입력 장치(5047)를 통하여 환자의 신체 정보나 수술의 수술방식에 관한 정보 등 수술에 관한 각종의 정보를 입력한다. 또한, 예를 들면, 유저는 입력 장치(5047)를 통하여 암부(5031)를 구동시키는 취지의 지시나 내시경(5001)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)을 변경하는 취지의 지시, 에너지 처치구(5021)를 구동시키는 취지의 지시 등을 입력한다.
입력 장치(5047)의 종류는 한정되지 않고 입력 장치(5047)는 각종의 공지의 입력 장치라도 좋다. 입력 장치(5047)로서는 예를 들면, 마우스, 키보드, 터치 패널, 스위치, 풋 스위치(5057) 및/또는 레버 등이 적용될 수 있다. 입력 장치(5047)로서 터치 패널이 이용되는 경우에는 당해 터치 패널은 표시 장치(5041)의 표시면상에 마련되어도 좋다.
또는 입력 장치(5047)는 예를 들어 안경형의 웨어러블 디바이스나 HMD(Head Mounted Display) 등의, 유저에 의해 장착되는 디바이스이고, 이들 디바이스에 의해 검출되는 유저의 제스처나 시선에 응하여 각종의 입력이 행해진다. 또한, 입력 장치(5047)는 유저의 움직임을 검출 가능한 카메라를 포함하고 당해 카메라에 의해 촬상된 영상으로부터 검출된 유저의 제스처나 시선에 응하여 각종의 입력이 행해진다. 또한, 입력 장치(5047)는 유저의 소리를 수음 가능한 마이크로폰을 포함하고 당해 마이크로폰을 통하여 음성에 의해 각종의 입력이 행해진다. 이와 같이 입력 장치(5047)가 비접촉으로 각종의 정보를 입력 가능하게 구성됨에 의해, 특히 청결역에 속하는 유저(예를 들어 수술자(5067))가 불결역에 속하는 기기를 비접촉으로 조작하는 것이 가능해진다. 또한, 유저는 소지하고 있는 수술구로부터 손을 떼는 일 없이 기기를 조작하는 것이 가능해지기 때문에 유저의 편리성이 향상한다.
처치구 제어 장치(5049)는 조직의 소작(燒灼), 절개 또는 혈관의 봉지 등을 위한 에너지 처치구(5021)의 구동을 제어한다. 기복 장치(5051)는 내시경(5001)에 의한 시야의 확보 및 수술자의 작업 공간의 확보의 목적으로 환자(5071)의 체강을 팽창시키기 위해, 기복 튜브(5019)를 통하여 당해 체강 내에 가스를 보낸다. 레코더(5053)는 수술에 관한 각종의 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(5055)는 수술에 관한 각종의 정보를 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종의 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
이하, 내시경 수술 시스템(5000)에서 특히 특징적인 구성에 관해 더욱 상세히 설명한다.
(지지암 장치)
지지암 장치(5027)는 기대인 베이스부(5029)와, 베이스부(5029)로부터 연신하는 암부(5031)를 구비한다. 도시하는 예에서는 암부(5031)는 복수의 관절부(5033a, 5033b, 5033c)와, 관절부(5033b)에 의해 연결되는 복수의 링크(5035a, 5035b)로 구성되어 있는데 도 66에서는 간단을 위해, 암부(5031)의 구성을 간략화하여 도시하고 있다. 실제로는 암부(5031)가 소망하는 자유도를 갖도록, 관절부(5033a∼5033c) 및 링크(5035a, 5035b)의 형상, 수 및 배치, 및 관절부(5033a∼5033c)의 회전축의 방향 등이 적절히 설정될 수 있다. 예를 들면, 암부(5031)는 알맞게, 6 자유도 이상의 자유도를 갖도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 암부(5031)의 가동 범위 내에서 내시경(5001)을 자유롭게 이동시키는 것이 가능해지기 때문에 소망하는 방향으로부터 내시경(5001)의 경통(5003)을 환자(5071)의 체강 내에 삽입하는 것이 가능해진다.
관절부(5033a∼5033c)에는 액추에이터가 마련되어 있고, 관절부(5033a∼5033c)는 당해 액추에이터의 구동에 의해 소정의 회전축 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다. 당해 액추에이터의 구동이 암 제어 장치(5045)에 의해 제어됨에 의해, 각 관절부(5033a∼5033c)의 회전 각도가 제어되고, 암부(5031)의 구동이 제어된다. 이에 의해, 내시경(5001)의 위치 및 자세의 제어가 실현될 수 있다. 이때, 암 제어 장치(5045)는 힘 제어 또는 위치 제어 등 각종의 공지의 제어 방식에 의해 암부(5031)의 구동을 제어할 수 있다.
예를 들면, 수술자(5067)가 입력 장치(5047)(풋 스위치(5057)를 포함한다)를 통하여 적절히 조작 입력을 행함에 의해, 당해 조작 입력에 응하여 암 제어 장치(5045)에 의해 암부(5031)의 구동이 적절히 제어되고, 내시경(5001)의 위치 및 자세가 제어되어도 좋다. 당해 제어에 의해, 암부(5031)의 선단의 내시경(5001)을 임의의 위치로부터 임의의 위치까지 이동시킨 후, 그 이동 후의 위치에서 고정적으로 지지할 수 있다. 또한, 암부(5031)는 이른바 마스터-슬레이브 방식으로 조작되어도 좋다. 이 경우, 암부(5031)는 수술실로부터 떨어진 장소에 마련되는 입력 장치(5047)를 통하여 유저에 의해 원격 조작될 수 있다.
또한, 힘 제어가 적용되는 경우에는 암 제어 장치(5045)는 유저로부터의 외력을 받아, 그 외력을 따라 순조롭게 암부(5031)가 이동하도록, 각 관절부(5033a∼5033c)의 액추에이터를 구동시키는 이른바 파워 어시스트 제어를 행해도 좋다. 이에 의해, 유저가 직접 암부(5031)에 접촉하면서 암부(5031)를 이동시킬 때에 비교적 가벼운 힘으로 당해 암부(5031)를 이동시킬 수 있다. 따라서, 보다 직감적으로 보다 간이한 조작으로 내시경(5001)을 이동시키는 것이 가능해지고 유저의 편리성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 일반적으로 내시경하 수술에서는 스코피스트라고 불리는 의사에 의해 내시경(5001)이 지지되어 있었다. 이에 대해 지지암 장치(5027)를 이용함에 의해, 사람 손에 의하지 않고 내시경(5001)의 위치를 보다 확실하게 고정하는 것이 가능해지기 때문에 수술부의 화상을 안정적으로 얻을 수 있고, 수술을 원활히 행하는 것이 가능해진다.
또한, 암 제어 장치(5045)는 반드시 카트(5037)에 마련되지 않아도 좋다. 또한, 암 제어 장치(5045)는 반드시 1개의 장치가 아니어도 좋다. 예를 들면, 암 제어 장치(5045)는 지지암 장치(5027)의 암부(5031)의 각 관절부(5033a∼5033c)에 각각 마련되어도 좋으며, 복수의 암 제어 장치(5045)가 서로 협동함에 의해, 암부(5031)의 구동 제어가 실현되어도 좋다.
(광원 장치)
광원 장치(5043)는 내시경(5001)으로 수술부를 촬영할 때의 조사광을 공급한다. 광원 장치(5043)는 예를 들어 LED, 레이저 광원 또는 이들 조합에 의해 구성되는 백색 광원으로 구성된다. 이때, 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(5043)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(5005)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(5043)는 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 좋다. 그 광의 강도의 변경의 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(5005)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(5043)는 특수광 관찰에 대응한 소정 파장대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 좋다. 특수광 관찰에서는 예를 들면, 체조직에서의 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하여 통상의 관찰시에서의 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 체조직으로부터의 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 등이 행해질 수 있다. 광원 장치(5043)는 이와 같은 특수광 관찰에 대응한 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
(카메라 헤드 및 CCU)
도 67을 참조하여 내시경(5001)의 카메라 헤드(5005) 및 CCU(5039)의 기능에 관해 보다 상세히 설명한다. 도 67은 도 66에 도시하는 카메라 헤드(5005) 및 CCU(5039)의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
도 67을 참조하면, 카메라 헤드(5005)는 그 기능으로서, 렌즈 유닛(5007)과, 촬상부(5009)와, 구동부(5011)와, 통신부(5013)와, 카메라 헤드 제어부(5015)를 가진다. 또한, CCU(5039)는 그 기능으로서, 통신부(5059)와, 화상 처리부(5061)와, 제어부(5063)를 가진다. 카메라 헤드(5005)와 CCU(5039)는 전송 케이블(5065)에 의해 쌍방향으로 통신 가능하게 접속되어 있다.
우선, 카메라 헤드(5005)의 기능 구성에 관해 설명한다. 렌즈 유닛(5007)은 경통(5003)과의 접속부에 마련되는 광학계이다. 경통(5003)의 선단으로부터 취입된 관찰광은 카메라 헤드(5005)까지 도광되고, 당해 렌즈 유닛(5007)에 입사한다. 렌즈 유닛(5007)은 줌 렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다. 렌즈 유닛(5007)은 촬상부(5009)의 촬상 소자의 수광면상에 관찰광을 집광하도록, 그 광학 특성이 조정되어 있다. 또한, 줌렌즈 및 포커스 렌즈는 촬상 화상의 배율 및 초점의 조정을 위해, 그 광축상의 위치가 이동 가능하게 구성된다.
촬상부(5009)는 촬상 소자에 의해 구성되고, 렌즈 유닛(5007)의 후단에 배치된다. 렌즈 유닛(5007)을 통과한 관찰광은 당해 촬상 소자의 수광면에 집광되고, 광전 변환에 의해, 관찰상에 대응한 화상 신호가 생성된다. 촬상부(5009)에 의해 생성된 화상 신호는 통신부(5013)에 제공된다.
촬상부(5009)를 구성하는 촬상 소자로서는 예를 들어 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 타입의 이미지 센서이고, Bayer 배열을 갖는 컬러 촬영 가능한 것이 이용된다. 또한, 당해 촬상 소자로서는 예를 들어 4K 이상의 고해상도의 화상의 촬영에 대응 가능한 것이 이용되어도 좋다. 수술부의 화상이 고해상도로 얻어짐에 의해, 수술자(5067)는 당해 수술부의 상태를 보다 상세히 파악할 수 있고, 수술을 보다 원활하게 진행하는 것이 가능해진다.
또한, 촬상부(5009)를 구성하는 촬상 소자는 3D 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 한 쌍의 촬상 소자를 갖도록 구성된다. 3D 표시가 행해짐에 의해, 수술자(5067)는 수술부에서의 생체 조직의 깊이를 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 촬상부(5009)가 다판식으로 구성되는 경우에는 각 촬상 소자에 대응하여 렌즈 유닛(5007)도 복수 계통 마련된다.
또한, 촬상부(5009)는 반드시 카메라 헤드(5005)에 마련되지 않아도 좋다. 예를 들면, 촬상부(5009)는 경통(5003)의 내부에 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 좋다.
구동부(5011)는 액추에이터에 의해 구성되고, 카메라 헤드 제어부(5015)로부터의 제어에 의해, 렌즈 유닛(5007)의 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 광축을 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이에 의해, 촬상부(5009)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정될 수 있다.
통신부(5013)는 CCU(5039)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(5013)는 촬상부(5009)로부터 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(5065)을 통하여 CCU(5039)에 송신한다. 이때, 수술부의 촬상 화상을 낮은 레이턴시로 표시하기 위해, 당해 화상 신호는 광통신에 의해 송신되는 것이 바람직하다. 수술 시에는 수술자(5067)가 촬상 화상에 의해 환부의 상태를 관찰하면서 수술을 행하기 때문에 보다 안전하고 확실한 수술을 위해서는 수술부의 동화상이 가능한 한 리얼타임으로 표시되는 것이 요구되기 때문이다. 광통신이 행해지는 경우에는 통신부(5013)에는 전기 신호를 광신호로 변환하는 광전 변환 모듈이 마련된다. 화상 신호는 당해 광전 변환 모듈에 의해 광신호로 변환된 후, 전송 케이블(5065)을 통하여 CCU(5039)에 송신된다.
또한, 통신부(5013)는 CCU(5039)로부터, 카메라 헤드(5005)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 수신한다. 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. 통신부(5013)는 수신한 제어 신호를 카메라 헤드 제어부(5015)에 제공한다. 또한, CCU(5039)로부터의 제어 신호도 광통신에 의해 전송되어도 좋다. 이 경우, 통신부(5013)에는 광신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환 모듈이 마련되고, 제어 신호는 당해 광전 변환 모듈에 의해 전기 신호로 변환된 후, 카메라 헤드 제어부(5015)에 제공된다.
또한, 상기 프레임 레이트나 노출치, 배율, 초점 등의 촬상 조건은 취득된 화상 신호에 의거하여 CCU(5039)의 제어부(5063)에 의해 자동적으로 설정된다. 즉, 이른바 AE(Auto Exposure) 기능, AF(Auto Focus) 기능 및 AWB(Auto White Balance) 기능이 내시경(5001)에 탑재된다.
카메라 헤드 제어부(5015)는 통신부(5013)를 통하여 수신한 CCU(5039)로부터의 제어 신호에 의거하여 카메라 헤드(5005)의 구동을 제어한다. 예를 들면, 카메라 헤드 제어부(5015)는 촬상 화상의 프레임 레이트를 지정하는 취지의 정보 및/또는 촬상 시의 노광을 지정하는 취지의 정보에 의거하여 촬상부(5009)의 촬상 소자의 구동을 제어한다. 또한, 예를 들면, 카메라 헤드 제어부(5015)는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보에 의거하여 구동부(5011)를 통하여 렌즈 유닛(5007)의 줌 렌즈 및 포커스 렌즈를 적절히 이동시킨다. 카메라 헤드 제어부(5015)는 또한, 경통(5003)이나 카메라 헤드(5005)를 식별하기 위한 정보를 기억하는 기능을 구비해도 좋다.
또한, 렌즈 유닛(5007)이나 촬상부(5009) 등의 구성을 기밀성 및 방수성이 높은 밀폐 구조 내에 배치함으로써 카메라 헤드(5005)에 관해 오토클레이브 멸균 처리에 대한 내성을 갖게 할 수 있다.
다음으로 CCU(5039)의 기능 구성에 관해 설명한다. 통신부(5059)는 카메라 헤드(5005)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(5059)는 카메라 헤드(5005)로부터, 전송 케이블(5065)을 통하여 송신되는 화상 신호를 수신한다. 이때, 상기와 같이 당해 화상 신호는 알맞게 광통신에 의해 송신될 수 있다. 이 경우, 광통신에 대응하여 통신부(5059)에는 광신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환 모듈이 마련된다. 통신부(5059)는 전기 신호로 변환한 화상 신호를 화상 처리부(5061)에 제공한다.
또한, 통신부(5059)는 카메라 헤드(5005)에 대해 카메라 헤드(5005)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 송신한다. 당해 제어 신호도 광통신에 의해 송신되어도 좋다.
화상 처리부(5061)는 카메라 헤드(5005)로부터 송신된 RAW 데이터인 화상 신호에 대해 각종의 화상 처리를 시행한다. 당해 화상 처리로서는 예를 들어 현상 처리, 고화질화 처리(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 공지의 신호 처리가 포함된다. 또한, 화상 처리부(5061)는 AE, AF 및 AWB를 행하기 위한, 화상 신호에 대한 검파 처리를 행한다.
화상 처리부(5061)는 CPU나 GPU 등의 프로세서에 의해 구성되고, 당해 프로세서가 소정의 프로그램에 따라 동작함에 의해, 상술한 화상 처리나 검파 처리가 행해질 수 있다. 또한, 화상 처리부(5061)가 복수의 GPU에 의해 구성되는 경우에는 화상 처리부(5061)는 화상 신호에 관한 정보를 적절히 분할하고 이들 복수의 GPU에 의해 병렬적으로 화상 처리를 행한다.
제어부(5063)는 내시경(5001)에 의한 수술부의 촬상, 및 그 촬상 화상의 표시에 관한 각종의 제어를 행한다. 예를 들면, 제어부(5063)는 카메라 헤드(5005)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다. 이때, 촬상 조건이 유저에 의해 입력되어 있는 경우에는 제어부(5063)는 당해 유저에 의한 입력에 의거하여 제어 신호를 생성한다. 또는 내시경(5001)에 AE 기능, AF 기능 및 AWB 기능이 탑재되어 있는 경우에는 제어부(5063)는 화상 처리부(5061)에 의한 검파 처리의 결과에 응하여 최적인 노출치, 초점 거리 및 화이트 밸런스를 적절히 산출하고 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(5063)는 화상 처리부(5061)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하여 수술부의 화상을 표시 장치(5041)에 표시시킨다. 이때, 제어부(5063)는 각종의 화상 인식 기술을 통하여 수술부 화상 내에서의 각종의 물체를 인식한다. 예를 들면, 제어부(5063)는 수술부 화상에 포함되는 물체의 에지의 형상이나 색 등을 검출함에 의해, 겸자 등의 수술구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(5021) 사용 시의 미스트 등을 인식할 수 있다. 제어부(5063)는 표시 장치(5041)에 수술부의 화상을 표시시킬 때에 그 인식 결과를 이용하여 각종의 수술 지원 정보를 당해 수술부의 화상에 중첩 표시시킨다. 수술 지원 정보가 중첩 표시되고, 수술자(5067)에게 제시됨에 의해, 보다 안전하고 확실하게 수술을 진행하는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(5005) 및 CCU(5039)를 접속하는 전송 케이블(5065)은 전기 신호의 통신에 대응한 전기 신호 케이블, 광통신에 대응한 광파이버, 또는 이들의 복합 케이블이다.
여기서, 도시하는 예에서는 전송 케이블(5065)을 이용하여 유선으로 통신이 행해지고 있었는데 카메라 헤드(5005)와 CCU(5039) 사이의 통신은 무선으로 행해져도 좋다. 양자 사이의 통신이 무선으로 행해지는 경우에는 전송 케이블(5065)을 수술실 내에 부설할 필요가 없어지기 때문에 수술실 내에서의 의료 스텝의 이동이 당해 전송 케이블(5065)에 의해 방해되는 사태가 해소될 수 있다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템(5000)의 한 예에 관해 설명하였다. 또한, 여기서는 한 예로서 내시경 수술 시스템(5000)에 관해 설명했지만 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 시스템은 이러한 예로 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은 검사용 연성 내시경 시스템이나 현미경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
본 개시에 관한 기술은 이상 설명한 구성 중, 촬상부(5009)에 알맞게 적용될 수 있다. 촬상부(5009)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 화상 데이터의 판독 속도를 고속화할 수 있기 때문에 수술을 보다 안전하게 또한 보다 확실하게 행하는 것이 가능해진다.
22. 응용례 2
또한, 본 개시에 관한 기술(본 기술)은 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 등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 좋다.
도 68은 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 68에 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 이들 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 제어하여 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 68의 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 69는 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 69에서는 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 차실 내의 프런트글라스의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실 내의 프런트글라스의 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. 차실 내의 프런트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는 주로 선행 차량 또는 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.
또한, 도 69에는 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 동일 방향으로 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, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은 이상 설명한 구성 중, 촬상부(12031), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 운전자 상태 검출부(12041) 등에 적용될 수 있다. 이들에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 화상 데이터가 판독 속도를 고속화할 수 있기 때문에 드라이버의 운전을 보다 알맞게 서포트하는 등의 효과를 얻는 것이 가능해진다.
이상, 본 개시의 실시 형태에 관해 설명했지만 본 개시의 기술적 범위는 상술한 실시 형태 그대로로 한정되는 것이 아니고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다. 또한, 다른 실시 형태 및 변형례에 걸치는 구성 요소를 적절히 조합시켜도 좋다.
또한, 본 명세서에 기재된 각 실시 형태에서의 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니라, 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 행렬형상으로 배열하는 복수의 광전 변환 소자를 구비하는 고체 촬상 장치로서,
상기 광전 변환 소자 각각은,
주평면이 서로 대향하도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 광전 변환막과,
상기 광전 변환막과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 제1면이 상기 광전 변환막에 접촉함과 함께, 상기 제1면과 반대측의 제2면의 적어도 일부가 상기 제2 전극에 접촉하는 반도체층과,
상기 반도체층 내에 배치된 절연막과,
상기 절연막 내에 배치된 제3 전극을 구비하는 고체 촬상 장치.
(2) 상기 제3 전극에는 복수의 개구부가 마련되어 있고,
상기 개구부 각각의 내부에는 상기 반도체층의 일부가 연재되어 있는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3) 상기 제3 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 절연막의 막두께는 상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이의 상기 절연막의 막두께보다도 얇은 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4) 상기 제3 전극의 측벽측에 위치하는 상기 절연막의 상기 주평면과 평행한 방향의 막두께는 상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이의 상기 절연막의 막두께보다도 얇은 상기 (1)∼(3)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(5) 상기 제3 전극의 측벽측에 위치하는 상기 절연막의 상기 주평면과 평행한 방향의 막두께는 상기 제3 전극의 상부측으로부터 하부측을 향함에 따라 얇게 되어 있는 상기 (1)∼(4)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(6) 상기 광전 변환 소자 각각은 상기 절연막 내로서 상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이에 배치된 제4 전극을 더 구비하는 상기 (1)∼(5)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(7) 상기 제3 전극의 측벽측에 위치하는 상기 절연막의 상기 주평면과 평행한 방향의 막두께는 상기 제4 전극의 측벽측에 위치하는 상기 절연막의 막두께보다도 얇은 상기 (6)에 기재된 고체 촬상 장치.
(8) 상기 제2 전극은 각각 다른 영역에서 상기 제1 전극과 대향하는 복수의 전극으로 분할되어 있는 상기 (1)∼(7)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(9) 상기 제2 전극의 상기 주평면과 평행한 방향의 폭은 상기 제3 전극의 상기 주평면과 평행한 방향의 폭보다도 좁은 상기 (1)∼(8)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(10) 상기 반도체층의 상기 주평면과 평행한 방향의 폭은 상기 제1 전극측으로부터 상기 제2 전극측을 향함에 따라 가늘게 되어 있는 상기 (1)∼(9)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(11) 상기 제3 전극은 상기 주평면과 수직 방향으로 배열하는 복수의 제5 전극을 포함하는 상기 (1)∼(10)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(12) 상기 제3 전극은 상기 주평면과 수직 방향에서 복수의 영역으로 분할되어 있는 상기 (1)∼(11)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(13) 상기 광전 변환막에서의 상기 제2 전극과 대향하는 면의 일부는 상기 제2 전극을 향하여 돌출하고 있는 상기 (1)∼(12)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(14) 상기 제1 전극에서의 상기 제2 전극과 대향하는 면의 일부는 상기 제2 전극을 향하여 돌출하고 있는 상기 (13)에 기재된 고체 촬상 장치.
(15) 상기 반도체층의 상기 주평면과 수직 방향의 조성은 상기 제2 전극으로부터의 거리에 응하여 다른 상기 (1)∼(14)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(16) 상기 제1 전극을 끼워서 상기 제2 전극과 반대측에 배치된 온 칩 렌즈와,
상기 온 칩 렌즈에 대해 상기 주평면과 수직 방향에 배치되고, 소정 파장의 광을 투과하는 컬러 필터를 더 구비하는 상기 (1)∼(15)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(17) 상기 광전 변환막과 상기 반도체층의 적어도 일부는 동일한 재료를 포함하는 상기 (1)∼(16)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(18) 상기 주평면과 수직 방향에 배치된 복수의 상기 광전 변환 소자를 구비하는 상기 (1)∼(17)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(19) 상기 광전 변환막은 유기막인 상기 (1)∼(18)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(20) 고체 촬상 장치와,
입사광을 상기 고체 촬상 장치의 수광면에 결상하는 광학계와,
상기 고체 촬상 장치를 제어하는 프로세서를 구비하고,
상기 고체 촬상 장치는 행렬형상으로 배열하는 복수의 광전 변환 소자를 구비하고,
상기 광전 변환 소자 각각은,
주평면이 서로 대향하도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 광전 변환막과,
상기 광전 변환막과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 제1면이 상기 광전 변환막에 접촉함과 함께, 상기 제1면과 반대측의 제2면의 적어도 일부가 상기 제2 전극에 접촉하는 반도체층과,
상기 반도체층 내에 배치된 절연막과,
상기 절연막 내에 배치된 제3 전극을 구비하는 전자 기기.
(21) 반도체 기판의 제1 면상에 제1 절연막을 형성하는 공정과,
상기 제1 절연막상의 제1 영역에 판독 전극을 형성하는 공정과,
상기 제1 전극상에 제2 절연막을 형성하는 공정과,
상기 제2 절연막상에 제1 투명 전극 재료막을 형성하는 공정과,
상기 제1 투명 전극 재료막상에 제3 절연막을 형성하는 공정과,
상기 제3 절연막상에 제2 투명 전극 재료막을 형성하는 공정과,
상기 제2 투명 전극 재료막상에 제4 절연막을 형성하는 공정과,
상기 제2∼제4 절연막 및 상기 제1 및 제2 투명 전극 재료막에 상기 판독 전극의 일부를 노출시키는 개구를 형성하는 공정과,
상기 제4 절연막상 및 상기 개구 내에 반도체층을 형성하는 공정과,
상기 반도체층상에 광전 변환막을 형성하는 공정과,
상기 광전 변환막상에 공통 전극을 형성하는 공정을 포함하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(22) 행렬형상으로 배열하는 복수의 광전 변환 소자를 구비하는 고체 촬상 장치로서,
상기 광전 변환 소자 각각은,
주평면이 서로 대향하도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 광전 변환막과,
상기 광전 변환막과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 제1면이 상기 광전 변환막에 접촉함과 함께, 상기 제1면과 반대측의 제2면이 상기 제2 전극에 접촉하는 반도체층과,
상기 반도체층 내에 배치된 제1 절연막과,
상기 제1 절연막 내에 배치된 제3 전극을 구비하는 고체 촬상 장치.
(23) 상기 제3 전극에는 복수의 개구부가 마련되어 있고,
상기 개구부 각각의 내부에는 상기 반도체층의 일부가 연재되어 있는 상기 (22)에 기재된 고체 촬상 장치.
(24) 상기 제3 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 제1 절연막의 막두께는 상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이의 상기 제1 절연막의 막두께보다도 얇은 상기 (22) 또는 (23)에 기재된 고체 촬상 장치.
(25) 상기 제3 전극의 측벽측에 위치하는 상기 제1 절연막의 상기 주평면과 평행한 방향의 막두께는 상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이의 상기 제1 절연막의 막두께보다도 얇은 상기 (22)∼(24)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(26) 상기 제3 전극의 측벽측에 위치하는 상기 제1 절연막의 상기 주평면과 평행한 방향의 막두께는 상기 제3 전극의 상부측으로부터 하부측을 향함에 따라 얇게 되어 있는 상기 (22)∼(25)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(27) 상기 제2 전극은 각각 다른 영역에서 상기 제1 전극과 대향하는 복수의 전극으로 분할되어 있는 상기 (22)∼(26)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(28) 상기 제2 전극의 상기 주평면과 평행한 방향의 폭은 상기 제3 전극의 상기 주평면과 평행한 방향의 폭보다도 좁은 상기 (22)∼(27)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(29) 상기 반도체층의 상기 주평면과 평행한 방향의 폭은 상기 제1 전극측으로부터 상기 제2 전극측을 향함에 따라 가늘게 되어 있는 상기 (22)∼(28)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(30) 상기 제3 전극과 상기 제2 전극 사이로서 상기 제2 전극과 접촉하는 영역에 배치된 제2 절연막과,
상기 제2 절연막 내에 배치된 제4 전극을 더 구비하는 상기 (22)∼(29)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(31) 상기 반도체층의 상기 제2 전극측의 면의 적어도 일부는 상기 주평면에 대해 경사한 경사 영역이고,
상기 반도체층 외로서 상기 경사 영역에 근접하여 배치된 제5 전극을 더 구비하는 상기 (29)에 기재된 고체 촬상 장치.
(32) 상기 제3 전극은 상기 주평면과 수직 방향으로 배열하는 복수의 제5 전극을 포함하는 상기 (22)∼(31)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(33) 상기 제3 전극은 상기 주평면과 수직 방향에서 복수의 영역으로 분할되어 있는 상기 (22)∼(32)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(34) 상기 광전 변환막에서의 상기 제2 전극과 대향하는 면의 일부는 상기 제2 전극을 향하여 돌출하고 있는 상기 (22)∼(33)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(35) 상기 제1 전극에서의 상기 제2 전극과 대향하는 면의 일부는 상기 제2 전극을 향하여 돌출하고 있는 상기 (34)에 기재된 고체 촬상 장치.
(36) 상기 반도체층의 상기 주평면과 수직 방향의 조성은 상기 제2 전극으로부터의 거리에 응하여 다른 상기 (22)∼(35)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(37) 상기 제1 전극을 끼워서 상기 제2 전극과 반대측에 배치된 온 칩 렌즈와,
상기 온 칩 렌즈에 대해 상기 주평면과 수직 방향으로 배치되고, 소정 파장의 광을 투과하는 컬러 필터를 더 구비하는 상기 (22)∼(36)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(38) 상기 광전 변환막과 상기 반도체층의 적어도 일부는 동일한 재료를 포함하는 상기 (22)∼(37)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(39) 상기 주평면과 수직 방향으로 배치된 복수의 상기 광전 변환 소자를 구비하는 상기 (22)∼(38)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(40) 상기 광전 변환막은 유기막인 상기 (22)∼(39)의 어느 한 항에 기재된 고체 촬상 장치.
(41) 고체 촬상 장치와,
입사광을 상기 고체 촬상 장치의 수광면에 결상하는 광학계와,
상기 고체 촬상 장치를 제어하는 프로세서를 구비하고,
상기 고체 촬상 장치는 행렬형상으로 배열하는 복수의 광전 변환 소자를 구비하고,
상기 광전 변환 소자 각각은,
주평면이 서로 대향하도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 광전 변환막과,
상기 광전 변환막과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 제1면이 상기 광전 변환막에 접촉함과 함께, 상기 제1면과 반대측의 제2면이 상기 제2 전극에 접촉하는 반도체층과,
상기 반도체층 내에 배치된 제1 절연막과,
상기 제1 절연막 내에 배치된 제3 전극을 구비하는 전자 기기.
(42) 반도체 기판의 제1 면상에 제1 절연막을 형성하는 공정과,
상기 제1 절연막상의 제1 영역에 판독 전극을 형성하는 공정과,
상기 판독 전극상에 제1 반도체층을 형성하는 공정과,
상기 제1 반도체층상에 제2 절연막을 형성하는 공정과,
상기 제2 절연막상에 투명 전극 재료막을 형성하는 공정과,
상기 투명 전극 재료막상에 제3 절연막을 형성하는 공정과,
상기 제2 및 제3 절연막 및 상기 투명 전극 재료막에 상기 판독 전극의 일부를 노출시키는 개구를 형성하는 공정과,
상기 제3 절연막상 및 상기 개구 내를 덮는 제4 절연막을 형성하는 공정과,
상기 제3 절연막상의 상기 제4 절연막상 및 상기 개구 내의 상기 제4 절연막상에 제2 반도체층을 형성하는 공정과,
상기 제2 반도체층상에 광전 변환막을 형성하는 공정과,
상기 광전 변환막상에 공통 전극을 형성하는 공정을 포함하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
100: 고체 촬상 장치(이미지 센서) 101: 반도체 기판
102, 104: P형 반도체 영역 103, 105: N형 반도체 영역
106: 절연막 111: 절연층
112, 1612: 공통 전극 113, 1613: 광전 변환막
114, 114A, 514, 524, 914, 1514, 1514a, 1514b, 1514c: 반도체층
114A: 볼록부
115, 215, 615, 715A, 715B, 815A, 815B, 2015: 축적 전극
115A, 315A: 투명 전극 재료막
116, 116A, 116B, 116C, 216, 316, 316A, 316B, 316C, 516: 절연막
117, 417, 517, 617A, 617B, 817A, 817B, 2014: 판독 전극
118, 122: 배선 119: 관통 전극
120: 축적 전하 121: 배선층
131: 보호막 132: 평탄화막
133: 온 칩 렌즈 315: 실드 전극
515: 포집 전극 525: 변조 전극
615A, 615B: 영역 1116, 2016: 메모리 전극
1833: 컬러 필터 3000: 전자 기기
3020: 촬상 렌즈 3030: 기억부
3040: 프로세서 3101: 화소 어레이부
3102: 수직 구동 회로 3102A: 전압 인가 회로
3103, 3103A, 3103B: 칼럼 처리 회로 3104: 수평 구동 회로
3105: 시스템 제어부 3108: 신호 처리부
3109: 데이터 격납부 3110: 단위 화소
3110B, 3110G, 3110R: 화소 3121: 수광 칩
3122: 회로 칩 A1, A2, A3, A4: 개구
AMP1, AMP2, AMP3: 증폭 트랜지스터 FD1, FD2, FD3: 부유 확산 영역
LD: 화소 구동선 PD1, PD2: 포토 다이오드
PD3, PD203: 유기 광전 변환 소자 RST1, RST2, RST3: 리셋 트랜지스터
S1, S2: 계통 SEL1, SEL2, SEL3: 선택 트랜지스터
TRG1, TRG2: 전송 트랜지스터 VSL: 수직 신호선
102, 104: P형 반도체 영역 103, 105: N형 반도체 영역
106: 절연막 111: 절연층
112, 1612: 공통 전극 113, 1613: 광전 변환막
114, 114A, 514, 524, 914, 1514, 1514a, 1514b, 1514c: 반도체층
114A: 볼록부
115, 215, 615, 715A, 715B, 815A, 815B, 2015: 축적 전극
115A, 315A: 투명 전극 재료막
116, 116A, 116B, 116C, 216, 316, 316A, 316B, 316C, 516: 절연막
117, 417, 517, 617A, 617B, 817A, 817B, 2014: 판독 전극
118, 122: 배선 119: 관통 전극
120: 축적 전하 121: 배선층
131: 보호막 132: 평탄화막
133: 온 칩 렌즈 315: 실드 전극
515: 포집 전극 525: 변조 전극
615A, 615B: 영역 1116, 2016: 메모리 전극
1833: 컬러 필터 3000: 전자 기기
3020: 촬상 렌즈 3030: 기억부
3040: 프로세서 3101: 화소 어레이부
3102: 수직 구동 회로 3102A: 전압 인가 회로
3103, 3103A, 3103B: 칼럼 처리 회로 3104: 수평 구동 회로
3105: 시스템 제어부 3108: 신호 처리부
3109: 데이터 격납부 3110: 단위 화소
3110B, 3110G, 3110R: 화소 3121: 수광 칩
3122: 회로 칩 A1, A2, A3, A4: 개구
AMP1, AMP2, AMP3: 증폭 트랜지스터 FD1, FD2, FD3: 부유 확산 영역
LD: 화소 구동선 PD1, PD2: 포토 다이오드
PD3, PD203: 유기 광전 변환 소자 RST1, RST2, RST3: 리셋 트랜지스터
S1, S2: 계통 SEL1, SEL2, SEL3: 선택 트랜지스터
TRG1, TRG2: 전송 트랜지스터 VSL: 수직 신호선
Claims (20)
- 행렬형상으로 배열하는 복수의 광전 변환 소자를 구비하는 고체 촬상 장치로서,
상기 광전 변환 소자 각각은,
주평면이 서로 대향하도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 광전 변환막과,
상기 광전 변환막과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 제1면이 상기 광전 변환막에 접촉함과 함께, 상기 제1면과 반대측의 제2면의 적어도 일부가 상기 제2 전극에 접촉하는 반도체층과,
상기 반도체층 내에 배치된 절연막과,
상기 절연막 내에 배치된 제3 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제3 전극에는 복수의 개구부가 마련되어 있고,
상기 개구부 각각의 내부에는 상기 반도체층의 일부가 연재되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제3 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 절연막의 막두께는 상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이의 상기 절연막의 막두께보다도 얇은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제3 전극의 측벽측에 위치하는 상기 절연막의 상기 주평면과 평행한 방향의 막두께는 상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이의 상기 절연막의 막두께보다도 얇은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제3 전극의 측벽측에 위치하는 상기 절연막의 상기 주평면과 평행한 방향의 막두께는 상기 제3 전극의 상부측으로부터 하부측을 향함에 따라 얇게 되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광전 변환 소자 각각은 상기 절연막 내로서 상기 제3 전극과 상기 제1 전극 사이에 배치된 제4 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제3 전극의 측벽측에 위치하는 상기 절연막의 상기 주평면과 평행한 방향의 막두께는 상기 제4 전극의 측벽측에 위치하는 상기 절연막의 막두께보다도 얇은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전극은 각각 다른 영역에서 상기 제1 전극과 대향하는 복수의 전극으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전극의 상기 주평면과 평행한 방향의 폭은 상기 제3 전극의 상기 주평면과 평행한 방향의 폭보다도 좁은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 반도체층의 상기 주평면과 평행한 방향의 폭은 상기 제1 전극측으로부터 상기 제2 전극측을 향함에 따라 가늘게 되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제3 전극은 상기 주평면과 수직 방향으로 배열하는 복수의 제5 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제3 전극은 상기 주평면과 수직 방향에서 복수의 영역으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광전 변환막에서의 상기 제2 전극과 대향하는 면의 일부는 상기 제2 전극을 향하여 돌출하고 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제1 전극에서의 상기 제2 전극과 대향하는 면의 일부는 상기 제2 전극을 향하여 돌출하고 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 반도체층의 상기 주평면과 수직 방향의 조성은 상기 제2 전극으로부터의 거리에 응하여 다른 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극을 끼워서 상기 제2 전극과 반대측에 배치된 온 칩 렌즈와,
상기 온 칩 렌즈에 대해 상기 주평면과 수직 방향으로 배치되고, 소정 파장의 광을 투과하는 컬러 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광전 변환막과 상기 반도체층의 적어도 일부는 동일한 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 주평면과 수직 방향으로 배치된 복수의 상기 광전 변환 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광전 변환막은 유기막인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치. - 고체 촬상 장치와,
입사광을 상기 고체 촬상 장치의 수광면에 결상하는 광학계와,
상기 고체 촬상 장치를 제어하는 프로세서를 구비하고,
상기 고체 촬상 장치는 행렬형상으로 배열하는 복수의 광전 변환 소자를 구비하고,
상기 광전 변환 소자 각각은,
주평면이 서로 대향하도록 배치된 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 광전 변환막과,
상기 광전 변환막과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 제1면이 상기 광전 변환막에 접촉함과 함께, 상기 제1면과 반대측의 제2면의 적어도 일부가 상기 제2 전극에 접촉하는 반도체층과,
상기 반도체층 내에 배치된 절연막과,
상기 절연막 내에 배치된 제3 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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