KR20230169962A - 광 검출 장치, 광 검출 시스템, 전자 기기 및 이동체 - Google Patents

광 검출 장치, 광 검출 시스템, 전자 기기 및 이동체 Download PDF

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KR20230169962A
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고헤이 후쿠시마
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

높은 기능을 갖는 광 검출 장치를 제공한다. 이 광 검출 장치는, 제1 면을 따라서 확대되고, 제1 파장 영역의 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제1 광전 변환부를 갖는 유효 영역과, 제1 면을 따라서 유효 영역과 인접하는 주변 영역을 구비한다. 주변 영역은, 제1 광전 변환부와 이격하여 인접함과 함께 제1 광전 변환부의 전부 또는 제1 광전 변환부의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구조체를 포함한다.

Description

광 검출 장치, 광 검출 시스템, 전자 기기 및 이동체
본 개시는, 광전 변환을 행하는 광전 변환 소자를 구비한 광 검출 장치, 광 검출 시스템, 전자 기기 및 이동체에 관한 것이다.
지금까지, 본 출원인은, 광학 특성을 향상시킬 수 있는 촬상 소자 및 그것을 구비한 촬상 장치를 제안하였다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2019-16667호 공보
그런데, 촬상 장치에 사용되는 광 검출 장치에 대하여 더한층의 성능 향상이 요구되고 있다.
따라서, 높은 성능을 갖는 광 검출 장치를 제공할 것이 요망된다.
본 개시의 일 실시 형태로서의 광 검출 장치는, 제1 면을 따라서 확대되고, 제1 파장 영역의 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제1 광전 변환부를 갖는 유효 영역과, 제1 면을 따라서 유효 영역과 인접하는 주변 영역을 구비한다. 주변 영역은, 제1 광전 변환부와 이격하여 인접함과 함께 제1 광전 변환부의 전부 또는 제1 광전 변환부의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구조체를 포함한다.
본 개시의 일 실시 형태로서의 광 검출 장치에서는, 제1 광전 변환부를 갖는 유효 영역에 인접하는 주변 영역에 구조체를 마련하도록 하였다. 그 구조체는, 제1 광전 변환부와 이격하여 인접함과 함께 제1 광전 변환부의 전부 또는 제1 광전 변환부의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 예를 들어 건식 에칭에 의해 제1 광전 변환부를 패터닝할 때에 유효 영역의 단부면 근방에서의 잔사의 발생이 억제된다.
도 1a는 본 개시의 제1 실시 형태에 관계되는 고체 촬상 장치의 일례를 도시하는 개략 구성도이다.
도 1b는 도 1a에 도시한 화소부 및 그의 주변부의 일 구성예를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 2a는 도 1a에 도시한 화소부에 적용되는 촬상 소자의 개략 구성의 일례를 도시하는 수직 단면도이다.
도 2b는 도 1a에 도시한 화소부에 적용되는 촬상 소자의 개략 구성의 일례를 도시하는 수평 단면도이다.
도 2c는 도 1a에 도시한 화소부에 적용되는 촬상 소자의 개략 구성의 일례를 도시하는 다른 수평 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 고체 촬상 장치 중의, 화소부와 주변부의 경계의 근방을 확대하여 도시하는 수직 확대 단면도이다.
도 4는 도 2a에 도시한 iTOF 센서부의 읽어내기 회로의 일례를 도시하는 회로도이다.
도 5는 도 2a에 도시한 유기 광전 변환부의 읽어내기 회로의 일례를 도시하는 회로도이다.
도 6은 도 1에 도시한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 일 공정을 도시하는 단면도이다.
도 7a는 도 6에 이어지는 일 공정을 도시하는 단면도이다.
도 7b는 도 6에 이어지는 일 공정을 도시하는 평면도이다.
도 8은 도 7a 및 도 7b에 이어지는 일 공정을 도시하는 단면도이다.
도 9는 도 8에 이어지는 일 공정을 도시하는 단면도이다.
도 10은 참고예로서의 고체 촬상 장치 중의, 화소부와 주변부의 경계의 근방을 확대하여 도시하는 수직 확대 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 일 공정을 도시하는 단면도이다.
도 12는 도 11에 이어지는 일 공정을 도시하는 단면도이다.
도 13a는 도 1a에 도시한 고체 촬상 장치에 적용 가능한 제1 변형예로서의 촬상 소자의 개략 구성의 일례를 도시하는 수직 단면도이다.
도 13b는 도 13a에 도시한 제1 변형예로서의 촬상 소자의 개략 구성의 일례를 도시하는 수평 단면도이다.
도 14a는 도 1a에 도시한 고체 촬상 장치에 적용 가능한 제2 변형예로서의 촬상 소자의 개략 구성의 일례를 도시하는 수직 단면도이다.
도 14b는 도 14a에 도시된 제2 변형예로서의 촬상 소자의 개략 구성의 일례를 도시하는 수평 단면도이다.
도 15는 도 1a에 도시한 고체 촬상 장치에 적용 가능한 제3 변형예로서의 화소부의 개략 구성의 일례를 도시하는 수직 단면도이다.
도 16a는 본 개시의 제2 실시 형태에 관계되는 광 검출 시스템의 전체 구성의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 16b는 도 16a에 도시한 광 검출 시스템의 회로 구성의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 17은 전자 기기의 전체 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 18은 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 19는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 20은 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 21은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 22는 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 23은 본 개시의 제3 변형예로서의 고체 촬상 장치에 있어서의 화소부 및 그의 주변부의 일 구성예를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 24는 본 개시의 제4 변형예로서의 고체 촬상 장치에 있어서의 화소부 및 그의 주변부의 일 구성예를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 25는 본 개시의 제5 변형예로서의 고체 촬상 장치에 있어서의 화소부 및 그의 주변부의 일 구성예를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 26은 본 개시의 제6 변형예로서의 고체 촬상 장치에 있어서의 화소부 및 그의 주변부의 일 구성예를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 27은 본 개시의 제7 변형예로서의 고체 촬상 장치에 있어서의 화소부 및 그의 주변부의 일 구성예를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1 실시 형태
제1 광전 변환부 및 제2 광전 변환부를 갖는 세로 방향 분광형의 촬상 소자가 마련된 유효 영역을 둘러싸는 주변 영역에, 구조체를 배치하도록 한 고체 촬상 장치의 예.
2. 제1 변형예
3. 제2 변형예
4. 제3 변형예
5. 제2 실시 형태
발광 장치와 광 검출 장치를 구비한 광 검출 시스템의 예.
6. 전자 기기에의 적용예
7. 체내 정보 취득 시스템에의 응용예
8. 내시경 수술 시스템에의 응용예
9. 이동체에의 적용예
10. 기타의 변형예
<1. 제1 실시 형태>
[고체 촬상 장치(1)의 구성]
(전체 구성예)
도 1a는, 본 개시의 제1 실시 형태에 관계되는 고체 촬상 장치(1)의 전체 구성예를 도시하고 있다. 도 1b는, 화소부(100) 및 그 주변을 확대하여 도시한 모식도이다. 고체 촬상 장치(1)는 예를 들어, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서이다. 고체 촬상 장치(1)는 예를 들어 광학 렌즈계를 통하여 피사체로부터의 입사광(상광)을 도입하고, 촬상면 상에 결상된 입사광을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력하게 되어 있다. 고체 촬상 장치(1)는 예를 들어 반도체 기판(11) 상에 화소부(100)와, 화소부(100)와 인접하는 주변 영역으로서의 주변부(101)를 구비하고 있다. 화소부(100)에는, 유효 영역(110A)과, 유효 영역(110A)을 둘러싸는 옵티컬 블랙(OB) 영역(110B)이 마련되어 있다. 주변부(101)는 예를 들어 화소부(100)의 주위를 둘러싸도록 마련되어 있다. 주변부(101)에는, 도 1a에 도시한 바와 같이, 예를 들어 수직 구동 회로(111), 칼럼 신호 처리 회로(112), 수평 구동 회로(113), 출력 회로(114), 제어 회로(115) 및 입출력 단자(116) 등이 마련되어 있다.
또한, 고체 촬상 장치(1)는 본 개시의 「광 검출 장치」에 대응하는 일 구체예이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 화소부(100)의 유효 영역(110A)에는, 복수의 화소(P)가 예를 들어 행렬상으로 2차원 배치되어 있다. 유효 영역(110A)에는, 예를 들어 수평 방향(지면 가로 방향)으로 배열되는 복수의 화소(P)에 의해 구성되는 화소행과, 수직 방향(지면 세로 방향)으로 배열되는 복수의 화소(P)에 의해 구성되는 화소열이 각각 복수 마련되어 있다. 화소부(100)에는, 예를 들어, 화소행마다 하나의 화소 구동선 Lread(행 선택선 및 리셋 제어선)가 배선되고, 화소열마다 하나의 수직 신호선 Lsig가 배선되어 있다. 화소 구동선 Lread는, 각 화소(P)로부터의 신호 읽어내기를 위한 구동 신호를 전송하는 것이다. 복수의 화소 구동선 Lread의 단부는, 수직 구동 회로(111)의 각 화소행에 대응한 복수의 출력 단자에 각각 접속되어 있다.
OB 영역(110B)은 흑색 레벨의 기준이 되는 광학적 흑색을 출력하는 부분이다.
주변부(101)에는, 구조체(200)가 마련되어 있다. 또한, 주변부(101)의 일부에는, 콘택트층(57)(후술함)과 인출 배선(58)(후술함)이 접속되는 콘택트 영역(102)(도 1b)이 마련되어 있다.
수직 구동 회로(111)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되어 있고, 화소부(100)에 있어서의 각 화소(P)를, 예를 들어, 화소행 단위로 구동하는 화소 구동부이다. 수직 구동 회로(111)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 화소(P)로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선 Lsig의 각각을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(112)에 공급된다.
칼럼 신호 처리 회로(112)는 수직 신호선 Lsig마다 마련된 앰프나 수평 선택 스위치 등으로 구성되어 있다.
수평 구동 회로(113)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등으로 구성되어, 칼럼 신호 처리 회로(112)의 각 수평 선택 스위치를 주사하면서 차례로 구동하는 것이다. 이 수평 구동 회로(113)에 의한 선택 주사에 의해, 복수의 수직 신호선 Lsig의 각각을 통하여 전송되는 각 화소(P)의 신호가 차례로 수평 신호선(121)으로 출력되고, 그 수평 신호선(121)을 통하여 반도체 기판(11)의 외부로 전송되게 되어 있다.
출력 회로(114)는 칼럼 신호 처리 회로(112)의 각각으로부터 수평 신호선(121)을 통하여 순차 공급되는 신호에 대하여 신호 처리를 행하여 출력하는 것이다. 출력 회로(114)는 예를 들어, 버퍼링만을 행하는 경우도 있고, 흑색 레벨 조정, 열 변동 보정 및 각종 디지털 신호 처리 등이 행하여지는 경우도 있다.
수직 구동 회로(111), 칼럼 신호 처리 회로(112), 수평 구동 회로(113), 수평 신호선(121) 및 출력 회로(114)를 포함하는 회로 부분은, 반도체 기판(11) 상에 바로 형성되어 있어도 되고, 혹은 외부 제어 IC에 배치된 것이어도 된다. 또한, 그들 회로 부분은, 케이블 등에 의해 접속된 다른 기판에 형성되어 있어도 된다.
제어 회로(115)는 반도체 기판(11)의 외부로부터 부여되는 클럭이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, 촬상 소자인 화소(P)의 내부 정보 등의 데이터를 출력하는 것이다. 제어 회로(115)는 또한, 각종 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 갖고, 당해 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종 타이밍 신호를 기초로 수직 구동 회로(111), 칼럼 신호 처리 회로(112) 및 수평 구동 회로(113) 등의 주변 회로의 구동 제어를 행한다.
입출력 단자(116)는 외부와의 신호의 교환을 행하는 것이다.
(화소(P)의 단면 구성예)
도 2a는, 화소부(100)의 유효 영역(110A)에 있어서 행렬상으로 배열된 복수의 화소(P) 중 하나의 화소(P1)에 있어서의 두께 방향을 따른 수직 단면 구성의 일례를 모식적으로 도시하고 있다. 도 2b는, 도 2a에 있어서 화살표 IIB로 나타낸 Z축 방향의 높이 위치에 있어서의, 두께 방향과 직교하는 적층면 방향을 따른 수평 단면 구성의 일례를 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 도 2c는, 도 2a에 있어서 화살표 IIC로 나타낸 Z축 방향의 높이 위치에 있어서의, 두께 방향과 직교하는 적층면 방향을 따른 수평 단면 구성의 일례를 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 도 2a는, 도 2b 및 도 2c에 각각 나타낸 IIA-IIA선을 따른 화살표 방향의 단면에 상당한다. 또한, 도 3은, 고체 촬상 장치(1) 중, 화소부(100)와 주변부(101)의 경계(K)의 근방의 수직 단면 구성을 확대하여 도시하는 확대 단면도이다. 도 2a 내지 2c 및 도 3에서는, 화소(P1)의 두께 방향(적층 방향)을 Z축 방향으로 하고, 그 Z축 방향과 직교하는 적층면에 평행한 면 방향을 X축 방향 및 Y축 방향으로 하고 있다. 또한, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향은, 서로 직교하고 있다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 화소(P1)는, 예를 들어 하나의 제2 광전 변환부(10)와, 하나의 제1 광전 변환부(20)가 두께 방향인 Z축 방향에 있어서 적층된 구조를 갖는, 소위 세로 방향 분광형의 촬상 소자이다. 촬상 소자인 화소(P1)는, 본 개시의 「광 검출 소자」에 대응하는 일 구체예이다. 화소(P1)는, 제2 광전 변환부(10)와 제1 광전 변환부(20) 사이에 마련된 중간층(40)과, 제2 광전 변환부(10)로부터 보아서 제1 광전 변환부(20)와 반대측에 마련된 다층 배선층(30)을 더 갖고 있다. 또한, 제1 광전 변환부(20)로부터 보아서 제2 광전 변환부(10)와 반대측의 광 입사측에는, 예를 들어, 밀봉막(51)과, 저굴절률층(52)과, 복수의 컬러 필터(53)와, 복수의 컬러 필터(53)의 각각에 대응하여 마련된 온 칩 렌즈(OCL)를 포함하는 렌즈층(54)이 제1 광전 변환부(20)에 가까운 위치로부터 순서대로 Z축 방향을 따라서 적층되어 있다. 또한, 밀봉막(51) 및 저굴절률층(52)은 각각, 복수의 화소(P)에 있어서 공통으로 마련되어 있어도 된다. 밀봉막(51)은 예를 들어 AlOx 등의 투명한 절연막(51-1 내지 51-3)이 적층된 구성을 갖는다. 또한, 렌즈층(54)을 덮도록 반사 방지막(55)(후술하는 도 3a 등에 기재)이 마련되어 있어도 된다. 주변부(101)에는, 흑색 필터(56)가 마련되어 있어도 된다. 복수의 컬러 필터(53)에는, 예를 들어 적색을 주로 투과하는 컬러 필터, 녹색을 주로 투과하는 컬러 필터 및 청색을 주로 투과하는 컬러 필터를 각각 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태의 화소(P1)에서는, 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터(53)를 각각 구비하고, 제1 광전 변환부(20)에 있어서 적색광, 녹색광 및 청색광을 각각 수광하여 컬러의 가시광 화상을 취득하도록 하고 있다.
(제2 광전 변환부(10))
제2 광전 변환부(10)는 예를 들어 광 비행 시간(Time-of-Flight; TOF)에 의해, 거리 화상(거리 정보)을 획득하는 간접 TOF(이하, iTOF라고 함) 센서이다. 제2 광전 변환부(10)는 예를 들어, 반도체 기판(11)과, 광전 변환 영역(12)과, 고정 전하층(13)과, 한 쌍의 전송 트랜지스터(TG)(14A, 14B)와, 부유 확산 영역인 전하 전압 변환부(FD)(15A, 15B)와, 화소 간 영역 차광벽(16)과, 관통 전극(17)을 갖고 있다.
반도체 기판(11)은 표면(11A) 및 이면(11B)을 포함하는, 예를 들어, n형의 실리콘(Si) 기판이며, 소정 영역에 p웰을 갖고 있다. 표면(11A)은 다층 배선층(30)과 대향하고 있다. 이면(11B)은 중간층(40)과 대향하는 면이며, 미세한 요철 구조(RIG 구조)가 형성되어 있으면 된다. 반도체 기판(11)에 입사한, 제2 파장 영역으로서의 적외광 영역(예를 들어 파장 880㎚ 이상 1040㎚ 이하)의 파장을 갖는 광을 반도체 기판(11)의 내부에 가두는 데 효과적이기 때문이다. 또한, 표면(11A)에도 마찬가지의 미세한 요철 구조가 형성되어 있어도 된다.
광전 변환 영역(12)은 예를 들어 PIN(Positive Intrinsic Negative)형의 포토다이오드(PD)에 의해 구성되는 광전 변환 소자이며, 반도체 기판(11)의 소정 영역에 있어서 형성된 pn 접합을 포함하고 있다. 광전 변환 영역(12)은 피사체로부터의 광 중, 특히 적외광 영역의 파장을 갖는 광을 검출하여 수광하고, 수광량에 따른 전하를 광전 변환에 의해 생성하고, 축적하게 되어 있다.
고정 전하층(13)은 반도체 기판(11)의 이면(11B) 등을 덮도록 마련되어 있다. 고정 전하층(13)은 반도체 기판(11)의 수광면인 이면(11B)의 계면 준위에 기인하는 암전류의 발생을 억제하기 위해서, 예를 들어 부의 고정 전하를 갖고 있다. 고정 전하층(13)이 유기하는 전계에 의해, 반도체 기판(11)의 이면(11B)의 근방에 홀 축적층이 형성된다. 이 홀 축적층에 의해 이면(11B)으로부터의 전자의 발생이 억제된다. 또한, 고정 전하층(13)에는, 화소 간 영역 차광벽(16)과 광전 변환 영역(12) 사이에 있어서 Z축 방향으로 연장하는 부분도 포함되어 있다. 고정 전하층(13)은 절연 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 고정 전하층(13)의 구성 재료로서는, 예를 들어, 산화하프늄(HfOx), 산화알루미늄(AlOx), 산화지르코늄(ZrOx), 산화탄탈(TaOx), 산화티타늄(TiOx), 산화란탄(LaOx), 산화프라세오디뮴(PrOx), 산화세륨(CeOx), 산화네오디뮴(NdOx), 산화 프로메튬(PmOx), 산화사마륨(SmOx), 산화 유로퓸(EuOx), 산화가돌리늄(GdOx), 산화테르븀(TbOx), 산화디스프로슘(DyOx), 산화홀뮴(HoOx), 산화툴륨(TmOx), 산화이테르븀(YbOx), 산화루테튬(LuOx), 산화이트륨(YOx), 질화하프늄(HfNx), 질화알루미늄(AlNx), 산질화하프늄(HfOxNy) 및 산질화알루미늄(AlOxNy) 등을 들 수 있다.
한 쌍의 TG(14A, 14B)는, 각각, 예를 들어 표면(11A)으로부터 광전 변환 영역(12)에 이르기까지 Z축 방향으로 연장되어 있다. TG(14A), TG(14B)는, 인가되는 구동 신호에 따라서 광전 변환 영역(12)에 축적되어 있는 전하를 한 쌍의 FD(15A, 15B)로 전송하는 것이다.
한 쌍의 FD(15A, 15B)는, 각각, TG(14A, 14B)를 통하여 광전 변환 영역(12)으로부터 전송되어 온 전하를 전기 신호(예를 들어, 전압 신호)로 변환하여 출력하는 부유 확산 영역이다. FD(15A, 15B)에는, 후술된 도 4에 도시하는 바와 같이, 리셋 트랜지스터(RST)(143A, 143B)가 접속됨과 함께, 증폭 트랜지스터(AMP)(144A, 144B) 및 선택 트랜지스터(SEL)(145A, 145B)를 통하여 수직 신호선 Lsig(도 1a)가 접속되어 있다.
화소 간 영역 차광벽(16)은 예를 들어 XZ면을 따라서 확대되는 부분과 YZ면을 따라서 확대되는 부분을 포함하고 있고, 각 화소(P)의 광전 변환 영역(12)을 둘러싸도록 마련되어 있다. 또한, 화소 간 영역 차광벽(16)은 관통 전극(17)을 둘러싸도록 마련되어 있어도 된다. 이에 의해, 인접하는 화소(P)끼리의 사이에 있어서의 광전 변환 영역(12)에의 불필요광의 사입사를 억제하여, 혼색을 방지할 수 있다.
화소 간 영역 차광벽(16)은, 예를 들어 차광성을 갖는 단체 금속, 금속 합금, 금속 질화물 및 금속 실리사이드 중 적어도 1종을 포함하는 재료를 포함한다. 보다 구체적으로는, 화소 간 영역 차광벽(16)의 구성 재료로서는, Al(알루미늄), Cu(구리), Co(코발트), W(텅스텐), Ti(티타늄), Ta(탄탈), Ni(니켈), Mo(몰리브덴), Cr(크롬), Ir(이리듐), 백금 이리듐, TiN(질화티타늄) 또는 텅스텐 실리콘 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 화소 간 영역 차광벽(16)의 구성 재료는 금속 재료에 한정되지 않고, 그래파이트를 사용하여 구성해도 된다. 또한, 화소 간 영역 차광벽(16)은 도전성 재료에 한정되지 않고, 유기 재료 등의 차광성을 갖는 비도전성 재료에 의해 구성되어 있어도 된다. 또한, 화소 간 영역 차광벽(16)과 관통 전극(17) 사이에는, 예를 들어 SiOx(실리콘 산화물)나 산화알루미늄 등의 절연 재료를 포함하는 절연층이 마련되어 있어도 된다. 혹은, 화소 간 영역 차광벽(16)과 관통 전극(17) 사이에 공극을 마련함으로써, 화소 간 영역 차광벽(16)과 관통 전극(17)의 절연을 행하게 해도 된다. 또한, 화소 간 영역 차광벽(16)이 비도전성 재료에 의해 구성되어 있는 경우에는 절연층을 마련하지 않아도 된다. 또한, 화소 간 영역 차광벽(16)의 외측, 즉, 화소 간 영역 차광벽(16)과 고정 전하층(13) 사이에, 예를 들어 SiOx(실리콘 산화물)나 산화알루미늄 등의 절연 재료를 포함하는 절연층이 마련되어 있어도 된다. 혹은, 화소 간 영역 차광벽(16)과 고정 전하층(13) 사이에 공극을 마련함으로써, 화소 간 영역 차광벽(16)과 고정 전하층(13)의 절연을 행하게 해도 된다.
관통 전극(17)은 예를 들어, 반도체 기판(11)의 이면(11B) 측에 마련된 제1 광전 변환부(20)의 판독 전극(26)과, 반도체 기판(11)의 표면(11A)에 마련된 FD(131) 및 AMP(133)(후술하는 도 5 참조)를 전기적으로 접속하는 접속 부재이다. 관통 전극(17)은 예를 들어, 제1 광전 변환부(20)에 있어서 발생한 신호 전하의 전송이나, 전하 축적 전극(25)을 구동시키는 전압의 전송을 행하는 전송 경로가 되어 있다. 관통 전극(17)은 예를 들어 제1 광전 변환부(20)의 판독 전극(26)으로부터 반도체 기판(11)을 가로질러서 다층 배선층(30)에 이르기까지 Z축 방향으로 연장하도록 마련할 수 있다. 관통 전극(17)은 반도체 기판(11)의 이면(11B) 측에 마련된 제1 광전 변환부(20)에서 발생한 신호 전하를, 반도체 기판(11)의 표면(11A) 측에 양호하게 전송하는 것이 가능하게 되어 있다. 관통 전극(17)은 도 2b 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 화소 간 영역 차광벽(44)의 내부를 Z축 방향으로 가로지르고 있다. 즉, 관통 전극(17)의 주위에는, 고정 전하층(13) 및 전기 절연성을 갖는 화소 간 영역 차광벽(44)(후술함)이 마련되어 있고, 이에 의해, 관통 전극(17)과 반도체 기판(11)의 p웰 영역은 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 관통 전극(17)은 화소 간 영역 차광벽(44)의 내부를 Z축 방향으로 가로지르는 제1 관통 전극 부분(17-1)과, 화소 간 영역 차광벽(16)의 내부를 Z축 방향으로 가로지르는 제2 관통 전극 부분(17-2)을 포함하고 있다. 제1 관통 전극 부분(17-1)과, 제2 관통 전극 부분(17-2)은, 예를 들어 접속 전극 부분(17-3)을 통하여 연결되어 있다. 접속 전극 부분(17-3)에 있어서의 XY면 내 방향의 최대 치수는, 예를 들어, 제1 관통 전극 부분(17-1)에 있어서의 XY면 내 방향의 최대 치수 및 제2 관통 전극 부분(17-2)에 있어서의 면 내 방향의 최대 치수의 양쪽보다도 크다.
관통 전극(17)은 예를 들어, PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon) 등의 불순물이 도핑된 실리콘 재료 외에, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 하프늄(Hf) 및 탄탈(Ta) 등의 금속 재료 중 1종 또는 2종 이상을 사용하여 형성할 수 있다.
(다층 배선층(30))
도 2a에 도시된 다층 배선층(30)은 예를 들어, TG(14A, 14B)와 함께 읽어내기 회로를 구성하는 RST(143A, 143B), AMP(144A, 144B) 및 SEL(145A, 145B) 등을 갖는다.
(중간층(40))
중간층(40)은 예를 들어 절연층(41)과, 그 절연층(41)에 매설된 광학 필터(42)를 갖고 있어도 된다. 중간층(40)은 또한, 적어도 제2 파장 영역으로서의 적외광 영역(예를 들어 파장 880㎚ 이상 1040㎚ 이하)의 파장을 갖는 광을 차광하는 제1 차광 부재로서의 화소 간 영역 차광벽(44)을 갖고 있어도 된다. 절연층(41)은 예를 들어, 산화 실리콘(SiOx), 질화실리콘(SiNx) 및 산질화실리콘(SiON) 등의 무기 절연 재료 중 1종을 포함하는 단층막이거나, 혹은 이들 중에 2종 이상을 포함하는 적층막에 의해 구성되어 있다. 또한, 절연층(41)을 구성하는 재료로서, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐페놀(PVP), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리이미드, 폴리카르보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필 트리메톡시실란(AEAPTMS), 3-머캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS), 테트라에톡시실란(TEOS), 옥타데실트리클로로실란(OTS) 등의 유기 절연 재료를 사용해도 된다. 또한, 절연층(41)에는, 후술하는 전하 축적 전극(25) 등과 접속되는, 투명 도전 재료를 포함하는 각종 배선을 포함하는 배선층(M)이 매설되어 있다. 화소 간 영역 차광벽(44)은 주로 적외광 영역의 광을 차단하는 재료, 예를 들어, 산화 실리콘(SiOx), 질화실리콘(SiNx) 및 산질화실리콘(SiON) 등의 무기 절연 재료 중 1종을 포함하는 단층막이거나, 혹은 이들 중에 2종 이상을 포함하는 적층막에 의해 구성되어 있다. 화소 간 영역 차광벽(44)은 절연층(41)과 일체로 형성되어 있어도 된다. 화소 간 영역 차광벽(44)은 두께 방향(Z축 방향)과 직교하는 XY면에 있어서 광학 필터(42)와 적어도 일부가 중첩되도록 XY면을 따라서 광학 필터(42)를 둘러싸고 있다. 화소 간 영역 차광벽(44)은 화소 간 영역 차광벽(16)과 마찬가지로, 인접하는 화소(P1)끼리의 사이에 있어서의 광전 변환 영역(12)에의 불필요광의 사입사를 억제하여, 혼색을 방지하는 것이다.
광학 필터(42)는 광전 변환 영역(12)에 있어서 광전 변환이 행해지는 적외광 영역에 투과 밴드를 갖는다. 즉, 광학 필터(42)는 제1 파장 영역으로서의 가시광 영역(예를 들어 파장 400㎚ 이상 700㎚ 이하)의 파장을 갖는 광, 즉 가시광보다도 적외광 영역의 파장을 갖는 광, 즉 적외광 쪽이 투과하기 쉬운 것이다. 구체적으로는, 광학 필터(42)는 예를 들어 유기 재료에 의해 구성할 수 있는 것이며, 적외광 영역의 광을 선택적으로 투과시키면서, 가시광 영역의 파장의 광의 적어도 일부를 흡수하게 되어 있다. 광학 필터(42)는 예를 들어 프탈로시아닌 유도체 등의 유기 재료에 의해 구성된다. 또한, 화소부(100)에 마련된 복수의 광학 필터(42)는 서로, 실질적으로 동일한 형상이며 실질적으로 동일한 크기를 가지게 해도 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 광학 필터(42)의 이면, 즉, 제1 광전 변환부(20)와 대향하는 면에는 SiN층(45)이 마련되어 있어도 된다. 또한, 광학 필터(42)의 표면, 즉, 제2 광전 변환부(10)와 대향하는 면에는 SiN층(46)이 마련되어 있어도 된다. 또한, 반도체 기판(11)과 SiN층(46) 사이에는, 예를 들어 SiOx를 포함하는 절연층(47)이 마련되어 있어도 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 중간층(40)은 화소부(100)뿐만 아니라 주변부(101)에 이르기까지 XY면을 따라서 확대되어 있으면 된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 주변부(101) 중, 콘택트 영역(102)(도 1b)에서는, 중간층(40)에 각각 매설된 콘택트층(57)과 인출 배선(58)이 접속되어 있다.
(제1 광전 변환부(20))
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 광전 변환부(20)는 예를 들어 제2 광전 변환부(10)에 가까운 위치로부터 순서대로 적층된 판독 전극(26)과, 반도체층(21)과, 광전 변환층(22)과, 상부 전극(23)을 갖고 있다. 제1 광전 변환부(20)는 또한, 반도체층(21)의 하방에 마련된 절연층(24)과, 그 절연층(24)을 통하여 반도체층(21)과 대향하게 마련된 전하 축적 전극(25)을 갖고 있다. 전하 축적 전극(25) 및 판독 전극(26)은 서로 이격되어 있고, 예를 들어 동일한 계층에 마련되어 있다. 판독 전극(26)은 관통 전극(17)의 상단과 접하고 있다. 또한, 제1 광전 변환부(20)는 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 주변부(101)에 있어서 콘택트층(57)을 통하여 인출 배선(58)과 접속되어 있다. 또한, 상부 전극(23), 광전 변환층(22) 및 반도체층(21)은 각각, 화소부(100)에 있어서의 복수의 화소(P1) 중 일부의 몇 개의 화소(P1)에 있어서 공통으로 마련되고, 또는 화소부(100)에 있어서의 복수의 화소(P)의 모두에 있어서 공통으로 마련되어 있어도 된다. 이하에 설명하는 변형예에 있어서도 마찬가지이다.
또한, 광전 변환층(22)과 반도체층(21) 사이 및 광전 변환층(22)과 상부 전극(23) 사이에는, 다른 유기층이 마련되어 있어도 된다.
판독 전극(26), 상부 전극(23) 및 전하 축적 전극(25)은 광투과성을 갖는 도전막에 의해 구성되어 있다. 광투과성을 갖는 도전막의 구성 재료로서는, 예를 들어, ITO(인듐주석 산화물), 도펀트를 첨가한 산화주석(SnOx)계 재료, 또는 아연 산화물(ZnO)이 도펀트를 첨가하여 이루어지는 산화아연계 재료를 사용할 수 있다. 산화아연계 재료로서는, 예를 들어, 도펀트로서 알루미늄(Al)을 첨가한 알루미늄아연산화물(AZO), 갈륨(Ga) 첨가의 갈륨아연산화물(GZO), 인듐(In) 첨가의 인듐아연산화물(IZO)을 들 수 있다. 또한, 판독 전극(26), 상부 전극(23) 및 전하 축적 전극(25)의 구성 재료로서는, CuI, InSbO4, ZnMgO, CuInO2, MgIN2O4, CdO, ZnSnO3 또는 TiO2 등을 사용해도 된다. 또한, 스피넬형 산화물이나 YbFe2O4 구조를 갖는 산화물을 사용해도 된다.
광전 변환층(22)은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이며, 예를 들어, p형 반도체 및 n형 반도체로서 기능하는 유기 재료를 2종 이상 포함하여 형성되어 있다. p형 반도체는, 상대적으로 전자 공여체(도너)로서 기능하는 것이며, n형 반도체는, 상대적으로 전자 수용체(억셉터)로서 기능하는 n형 반도체로서 기능하는 것이다. 광전 변환층(22)은 층 내에, 벌크 헤테로 접합 구조를 갖고 있다. 벌크 헤테로 접합 구조는, p형 반도체 및 n형 반도체가 혼합됨으로써 형성된 p/n 접합면이며, 광을 흡수했을 때에 발생하는 여기자는, 이 p/n 접합 계면에 있어서 전자와 정공으로 분리한다. 또한, 광전 변환층(22)은 유기 재료를 포함하는 경우에 한정되는 것은 아니며, 유기 재료를 포함하지 않는 것이어도 된다.
광전 변환층(22)은 p형 반도체 및 n형 반도체 이외에, 또한, 소정의 파장 대역의 광을 광전 변환하는 한편, 다른 파장 대역의 광을 투과시키는, 소위 색소 재료의 3종류를 포함하여 구성되어 있어도 된다. p형 반도체, n형 반도체 및 색소 재료는, 서로 다른 흡수 극대 파장을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 가시광 영역의 파장을 넓은 범위에서 흡수하는 것이 가능하게 된다.
광전 변환층(22)은 예를 들어, 상기 각종 유기 반도체 재료를 혼합하고, 스핀 코팅 기술을 사용함으로써 형성할 수 있다. 이밖에, 예를 들어, 진공 증착법이나 프린트 기술 등을 사용하여 광전 변환층(22)을 형성하게 해도 된다.
반도체층(21)을 구성하는 재료로서는, 밴드 갭의 값이 커서(예를 들어, 3.0eV 이상의 밴드 갭의 값), 광전 변환층(22)을 구성하는 재료보다도 높은 이동도를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, IGZO 등의 산화물 반도체 재료; 전이 금속 다이칼코게나이드; 실리콘 카바이드; 다이아몬드; 그래핀; 카본 나노튜브; 축합 다환 탄화수소 화합물이나 축합 복소환 화합물 등의 유기 반도체 재료를 들 수 있다.
전하 축적 전극(25)은 절연층(24) 및 반도체층(21)과 함께 일종의 캐패시터를 형성하고, 광전 변환층(22)에 있어서 발생하는 전하를 반도체층(21)의 일부, 예를 들어 반도체층(21) 중 절연층(24)을 통하여 전하 축적 전극(25)에 대응한 영역 부분에 축적하게 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어, 1개의 컬러 필터(53) 및 1개의 온 칩 렌즈 각각에 대응하여, 1개의 전하 축적 전극(25)이 마련되어 있다. 전하 축적 전극(25)은 예를 들어 수직 구동 회로(111)와 접속되어 있다.
절연층(24)은 예를 들어 절연층(41)과 마찬가지의 무기 절연 재료 및 유기 절연 재료에 의해 형성 가능하다.
제1 광전 변환부(20)는 가시광 영역의 파장의 일부 또는 전부를 검출하는 것이다. 또한, 제1 광전 변환부(20)는 적외광 영역에 대한 감도를 갖지 않는 것인 것이 바람직하다.
제1 광전 변환부(20)에서는, 상부 전극(23) 측으로부터 입사한 광은, 광전 변환층(22)에서 흡수된다. 이에 의해 발생한 여기자(전자-정공쌍)는 광전 변환층(22)을 구성하는 전자 공여체와 전자 수용체의 계면으로 이동하여, 여기자 분리, 즉, 전자와 정공으로 해리된다. 여기서 발생한 전하, 즉 전자 및 정공은, 캐리어의 농도차에 따른 확산이나, 상부 전극(23)과 전하 축적 전극(25)의 전위차에 따른 내부 전계에 의해 상부 전극(23) 또는 반도체층(21)으로 이동하여, 광 전류로서 검출된다. 예를 들어, 판독 전극(26)을 정의 전위로 하고, 상부 전극(23)을 부의 전위로 한다. 그 경우, 광전 변환층(22)에 있어서의 광전 변환에 의해 발생한 정공은, 상부 전극(23)으로 이동한다. 광전 변환층(22)에 있어서의 광전 변환에 의해 발생한 전자는, 전하 축적 전극(25)에 끌어 당겨져서, 반도체층(21)의 일부, 예를 들어 반도체층(21) 중 절연층(24)을 통하여 전하 축적 전극(25)에 대응한 영역 부분에 축적된다.
반도체층(21) 중 절연층(24)을 통하여 전하 축적 전극(25)에 대응한 영역 부분에 축적된 전하(예를 들어 전자)는 다음과 같이 하여 읽어내진다. 구체적으로는, 판독 전극(26)에 전위 V26을 인가하고, 전하 축적 전극(25)에 전위 V25를 인가한다. 여기서, 전위 V25보다도 전위 V26을 높게 한다(V25<V26). 이와 같이 함으로써, 반도체층(21) 중 전하 축적 전극(25)에 대응한 영역 부분에 축적되어 있었던 전자는, 판독 전극(26)으로 전송된다.
이와 같이 광전 변환층(22)의 하층에 반도체층(21)을 마련하고, 반도체층(21) 중 절연층(24)을 통하여 전하 축적 전극(25)에 대응한 영역 부분에 전하(예를 들어 전자)를 축적함으로써, 이하와 같은 효과가 얻어진다. 즉, 반도체층(21)을 마련하지 않고 광전 변환층(22)에 전하(예를 들어 전자)를 축적하는 경우와 비교하여, 전하 축적 시의 정공과 전자의 재결합이 방지되어, 축적한 전하(예를 들어 전자)의 판독 전극(26)으로의 전송 효율을 증가시킬 수 있는 데다가, 암전류의 생성을 억제할 수 있다. 상기 설명에서는 전자의 읽어내기를 행하는 경우를 예시했지만, 정공의 읽어내기를 행하게 해도 된다. 정공의 읽어내기를 행하는 경우에는, 상기 설명에서의 전위는 정공이 느끼는 전위로서 설명된다.
(OB 영역(110B)의 단면 구성예)
도 3에 도시한 바와 같이, OB 영역(110B)에는, 중간층(40) 상에, 예를 들어 유효 영역(110A)으로부터 연장되는 제1 광전 변환부(20)와, 밀봉막(51)과, 흑색 필터(56)가 순서대로 마련되어 있다. OB 영역(110B)에 있어서, 밀봉막(51)에 매설된 콘택트층(57)이 제1 광전 변환부(20)의 상부 전극(23)과 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 또한, 제1 광전 변환부(20)는 OB 영역(110B)에 단부면(20T)을 갖고 있다.
(주변부(101)의 단면 구성예)
주변부(101)에는, 제1 광전 변환부(20)와 이격하여 인접하는, 구조체(200)가 마련되어 있다. 구조체(200)는 예를 들어 XY면을 따른 방향에 있어서, 제1 광전 변환부(20)의 단부면(20T)과 대향하도록 마련되어 있다. 즉, 제1 광전 변환부(20)와 구조체(200)는, 서로 동일한 계층에 마련되어 있다. 구조체(200)는 예를 들어 제1 광전 변환부(20)의 전부 또는 제1 광전 변환부(20)의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 여기에서 말하는 실질적으로 동일한 구성을 갖는다란, 예를 들어 구조체(200)가 단층 구조인 경우, 구조체(200)의 구성 재료 및 두께와 실질적으로 동일한 구성 재료 및 실질적으로 동일한 두께의 층을 제1 광전 변환부(20)가 포함하고 있다는 것이다. 또한, 구조체(200)가 다층 구조인 경우, 구조체(200)의 다층 구조를 구성하는 각 층의 구성 재료 및 두께와 실질적으로 동일한 구성 재료 및 실질적으로 동일한 두께의 각 층이 동일한 적층 순서로 적층되어 이루어지는 다층 구조를 제1 광전 변환부(20)가 포함하고 있다는 것이다. 또한, 실질적으로 동일하다란, 측정 오차나 제조 오차 등 의도하지 않고 발생시킬 수 있는 근소한 차이를 구별하지 않고, 동일로 간주한다는 것이다.
구체적으로는, 구조체(200)는 예를 들어 제1 광전 변환부(20)의 일부를 구성하는 반도체층(21)과 광전 변환층(22)과 상부 전극(23)이 Z축 방향으로 순서대로 적층되어 이루어지는 것이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 구조체(200)는 중간층(40) 상에, 유효 영역(110A)으로부터 연장되는 절연층(24)을 통하여 배치되어 있다. 구조체(200)는 예를 들어, 제1 광전 변환부(20)와 동시에 형성되는 것이다.
제1 광전 변환부(20)와 구조체(200) 사이에는, 화소부(100)와 주변부(101)의 경계(K)에 위치하는 슬릿(S)이 형성되어 있다. 여기서, 슬릿(S)의 Z축 방향의 깊이 H에 대한 슬릿(S)의 XY면을 따른 폭 W의 비는, 예를 들어 1 이하이면 된다. 예를 들어 제1 광전 변환부(20)와 구조체(200)를 분리하도록 슬릿(S)을 건식 에칭에 의해 형성할 때, 재부착물이나 잔사가 제1 광전 변환부(20)의 단부면(20T) 및 그 근방에 부착되는 것을 회피하기 쉽기 때문이다. 또한, 폭 W란, 슬릿(S)의 깊이 방향(Z축 방향)의 최하부에서의 슬릿(S)의 폭을 의미한다. 또한, 슬릿(S)의 깊이 H는, 바꾸어 말하면 구조체(200)의 두께이다.
또한, 슬릿(S)은, 예를 들어 밀봉막(51) 등의 절연 재료에 의해 매립되어 있으면 된다. 슬릿(S)을 매립하는 밀봉막(51)의 구성 재료로서 AlO를 사용하는 경우, 슬릿(S)의 폭 W는, 예를 들어 100㎚ 이상이면 된다. 슬릿(S)의 폭 W가 100㎚ 이상이면, 스퍼터링법이 의해 AlO를 포함하는 밀봉막(51)을 슬릿(S)에 충전시킬 수 있기 때문이다. 슬릿(S)의 폭 W가 100㎚ 미만이면, 스퍼터링법이 의해 AlO를 포함하는 밀봉막(51)을 형성했을 때에, 밀봉막(51)의 내부에 공극이 형성될 가능성이 있다. 슬릿(S)이 절연 재료에 의해 밀하게 충전되어 있지 않은 경우, 즉, 밀봉막(51)에 공극이 포함되는 경우, 공극에 존재하는 가스가 밀봉막(51)의 외부로 빠지는 것에 의해 광전 변환층(22)의 막질이나 광학 특성에 영향을 줄 가능성이 있다.
(제2 광전 변환부(10)의 읽어내기 회로)
도 4는, 도 2a에 도시된 화소(P)를 구성하는 제2 광전 변환부(10)의 읽어내기 회로의 일례를 도시하는 회로도이다.
제2 광전 변환부(10)의 읽어내기 회로는, 예를 들어, TG(14A, 14B)와, OFG(146)와, FD(15A, 15B)와, RST(143A, 143B)와, AMP(144A, 144B)와, SEL(145A, 145B)을 갖고 있다.
TG(14A, 14B)는, 광전 변환 영역(12)과 FD(15A, 15B) 사이에 접속되어 있다. TG(14A, 14B)의 게이트 전극에 구동 신호가 인가되고, TG(14A, 14B)가 액티브 상태로 되면, TG(14A, 14B)의 전송 게이트가 도통 상태로 된다. 그 결과, 광전 변환 영역(12)으로 변환된 신호 전하가, TG(14A, 14B)를 통하여 FD(15A, 15B)로 전송된다.
OFG(146)는, 광전 변환 영역(12)과 전원 사이에 접속되어 있다. OFG(146)의 게이트 전극에 구동 신호가 인가되고, OFG(146)가 액티브 상태로 되면, OFG(146)가 도통 상태로 된다. 그 결과, 광전 변환 영역(12)으로 변환된 신호 전하가 OFG(146)를 통하여 전원에 배출된다.
FD(15A, 15B)는, TG(14A, 14B)와, AMP(144A, 144B) 사이에 접속되어 있다. FD(15A, 15B)는, TG(14A, 14B)에 의해 전송되는 신호 전하를 전압 신호에 전하 전압 변환하고, AMP(144A, 144B)로 출력한다.
RST(143A, 143B)는, FD(15A, 15B)와 전원 사이에 접속되어 있다. RST(143A, 143B)의 게이트 전극에 구동 신호가 인가되고, RST(143A, 143B)가 액티브 상태로 되면, RST(143A, 143B)의 리셋 게이트가 도통 상태로 된다. 그 결과, FD(15A, 15B)의 전위가 전원의 레벨로 리셋된다.
AMP(144A, 144B)는, FD(15A, 15B)에 접속되는 게이트 전극과, 전원에 접속되는 드레인 전극을 각각 갖고 있다. AMP(144A, 144B)는, FD(15A, 15B)가 유지하고 있는 전압 신호의 읽어내기 회로, 소위 소스 폴로워 회로의 입력부가 된다. 즉, AMP(144A, 144B)는, 그 소스 전극이 SEL(145A, 145B)을 통하여 각각 수직 신호선 Lsig에 접속됨으로써, 수직 신호선 Lsig의 일단부에 접속되는 정전류원과 소스 폴로워 회로를 구성한다.
SEL(145A, 145B)은, 각각, AMP(144A, 144B)의 소스 전극과, 수직 신호선 Lsig 사이에 접속된다. SEL(145A, 145B)의 각 게이트 전극에 구동 신호가 인가되고, SEL(145A, 145B)이 액티브 상태로 되면, SEL(145A, 145B)이 도통 상태로 되고, 화소(P)가 선택 상태로 된다. 이에 의해, AMP(144A, 144B)로부터 출력되는 판독 신호(화소 신호)가 SEL(145A, 145B)을 통하여, 수직 신호선 Lsig로 출력된다.
고체 촬상 장치(1)에서는, 적외 영역의 광 펄스를 피사체에 조사하고, 그 피사체로부터 반사된 광 펄스를 제2 광전 변환부(10)의 광전 변환 영역(12)에서 수광한다. 광전 변환 영역(12)에서는, 적외 영역의 광 펄스 입사에 의해 복수의 전하가 발생한다. 광전 변환 영역(12)에 있어서 발생한 복수의 전하는, 한 쌍의 TG(14A, 14B)에 대하여 교대로 등시간에 걸쳐서 구동 신호를 공급함으로써, FD(15A)와 FD(15B)로 교대로 배분되게 되어 있다. TG(14A, 14B)에 인가하는 구동 신호의 셔터 위상을 조사하는 광 펄스에 대하여 바꿈으로써, FD(15A)에 있어서의 전하의 축적량 및 FD(15B)에 있어서의 전하의 축적량은, 위상 변조된 값이 된다. 이들을 복조함으로써 광 펄스의 왕복 시간이 추정되는 것으로부터, 고체 촬상 장치(1)와 피사체의 거리가 구해진다.
(제1 광전 변환부(20)의 읽어내기 회로)
도 5는, 도 2a에 도시된 화소(P1)를 구성하는 제1 광전 변환부(20)의 읽어내기 회로의 일례를 도시하는 회로도이다.
제1 광전 변환부(20)의 읽어내기 회로는, 예를 들어, FD(131)와, RST(132)와, AMP(133)와, SEL(134)을 갖고 있다.
FD(131)는, 판독 전극(26)과 AMP(133) 사이에 접속되어 있다. FD(131)는, 판독 전극(26)에 의해 전송되는 신호 전하를 전압 신호로 전하 전압 변환하여, AMP(133)로 출력한다.
RST(132)는, FD(131)와 전원 사이에 접속되어 있다. RST(132)의 게이트 전극에 구동 신호가 인가되고, RST(132)가 액티브 상태로 되면, RST(132)의 리셋 게이트가 도통 상태로 된다. 그 결과, FD(131)의 전위가 전원의 레벨로 리셋된다.
AMP(133)는, FD(131)에 접속되는 게이트 전극과, 전원에 접속되는 드레인 전극을 갖고 있다. AMP(133)의 소스 전극은, SEL(134)을 통하여 수직 신호선 Lsig에 접속되어 있다.
SEL(134)은, AMP(133)의 소스 전극과, 수직 신호선 Lsig 사이에 접속된다. SEL(134)의 게이트 전극에 구동 신호가 인가되고, SEL(134)이 액티브 상태로 되면, SEL(134)이 도통 상태로 되고, 화소(P1)가 선택 상태로 된다. 이에 의해, AMP(133)로부터 출력되는 판독 신호(화소 신호)가 SEL(134)을 통하여, 수직 신호선 Lsig로 출력된다.
[고체 촬상 장치(1)의 제조 방법]
도 6 내지 9는, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 제조 방법 중의 일 공정을 각각 도시하는 수직 단면도 또는 평면도이다. 여기에서는, 주로, 제1 광전 변환부(20) 및 구조체(200)를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 제2 광전 변환부(10)를 포함하는 반도체 기판(11) 상에, 접속 전극 부분(17-3)을 매설하는 절연층(47)과, SiN층(46)과, 화소 간 영역 차광벽(44) 및 광학 필터(42)와, SiN층(45)과, 배선층(M)을 매설하는 절연층(41)을 순서대로 형성함으로써, 중간층(40)을 형성한다. 이어서, 화소 간 영역에, Z축 방향으로 연장되는 관통 전극(17)을 형성한다.
그 뒤, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, 중간층(40) 상에 다층막(20Z)을 전면적으로 형성한다. 구체적으로는, 배선층(M)과 접속되는 전하 축적 전극(25)과, 절연층(24)과, 반도체층(21)과, 광전 변환층(22)과, 상부 전극(23)을 순서대로 형성한다. 절연층(24), 반도체층(21), 광전 변환층(22), 상부 전극(23)은 화소부(100)로부터 주변부(101)에 이르기까지 연장되도록 형성한다.
이어서, 예를 들어 도 7a 및 7b에 도시한 바와 같이, 다층막(20Z) 상에 레지스트막(R1, R2)을 선택적으로 형성한다. 또한, 도 7a는, 도 6에 이어지는 공정에서의 중간 생성물을 도시하는 수직 단면도이며, 도 7b는, 도 7a의 중간 생성물을 상방으로부터 바라본 평면도이다. 레지스트막(R1)은, 제1 광전 변환부(20)를 형성해야 할 영역을 덮도록 형성한다. 레지스트막(R2)은, 구조체(200)를 형성해야 할 영역을 덮도록, XY면 내에 있어서 레지스트막(R1)을 둘러싸도록 형성한다. 따라서, 레지스트막(R1)과 레지스트막(R2) 사이에는, 슬릿(S)이 형성되게 되는 위치의 바로 위에 슬릿(SS)이 형성된다.
계속해서, 다층막(20Z)에 대하여 레지스트막(R1, R2)을 마스크로서 사용한 건식 에칭을 행한다. 여기에서는, 예를 들어 절연층(24)이 노출될 때까지, 다층막(20Z) 중 레지스트막(R1, R2)에 의해 덮여 있지 않은 부분을 제거한다. 이에 의해, 도 8에 도시한 바와 같이, 슬릿(S)에 의해 서로 분리된 제1 광전 변환부(20)와 구조체(200)가 형성된다.
이어서, 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 광전 변환부(20) 및 구조체(200)를 덮음과 함께, 그들 사이의 슬릿(S)을 매립하도록, 밀봉막(51)을 형성한다. 밀봉막(51)은 예를 들어 스퍼터링법에 의해 형성하면 된다. 단, 슬릿(S)의 폭 W 및 깊이 H나 밀봉막(51)의 구성 재료에 따라서는 예를 들어 ALD법 등을 사용해도 된다. 밀봉막(51)을 형성하는 과정에서 콘택트층(57)을 형성한다.
이 후, 저굴절률층(52), 컬러 필터(53), 렌즈층(54), 반사 방지막(55), 흑색 필터(56) 등을 형성함으로써, 고체 촬상 장치(1)가 완성된다.
[고체 촬상 장치(1)의 작용 효과]
본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)는 화소부(100)에 마련된 제1 광전 변환부(20)와, 화소부(100)와 인접하는 주변부(101)에 마련되고, XY면을 따라서 제1 광전 변환부(20)와 이격하여 인접하는 구조체(200)를 구비하도록 하고 있다. 이 때문에, 주변부(101)에 형성되는 하지 절연막인 절연층(24) 혹은 절연층(41)의 노출 부분을, 더미 패턴인 구조체(200)에 의해 덮을 수 있다. 또한, 제1 광전 변환부(20)와 구조체(200)가 서로 분리되어 있다. 따라서, 예를 들어 건식 에칭에 의해 제1 광전 변환부(20)를 패터닝할 때에 제1 광전 변환부(20)의 단부면(20T) 및 그 근방에서의 잔사의 발생이 억제된다. 또한, 구조체(200)는 제1 광전 변환부(20)와 이격하여 마련되어 있는 것으로부터, 화소부(100) 이외의 영역인 주변부(101)에 배치된 구조체(200)가 수광하더라도, 제1 광전 변환부(20)의 동작에 영향을 줄 일은 없다.
이하, 도 10에 도시한 참고예로서의 고체 촬상 장치(9)를 참조하여, 고체 촬상 장치(1)의 작용 효과에 대하여 상세하게 설명한다. 도 10은, 참고예로서의 고체 촬상 장치(9)의 일부를 확대하여 도시하는 수직 단면도이며, 고체 촬상 장치(1)의 도 3에 상당한다. 고체 촬상 장치(9)의 구성은, 주변부(101)에 구조체(200)가 마련되어 있지 않은 것을 제외하고, 그 외는 고체 촬상 장치(1)의 구성과 실질적으로 동일하다.
도 10의 고체 촬상 장치(9)를 제작하는 경우, 예를 들어 도 11에 도시한 바와 같이, 다층막(20Z)을 형성한 뒤, 제1 광전 변환부(20)를 형성해야 할 영역에 대응한 영역에만 레지스트막(R)을 형성한다. 그 뒤, 도 12에 도시한 바와 같이, 예를 들어 건식 에칭에 의해, 다층막(20Z) 중 레지스트막(R)에 덮여 있지 않은 부분을 선택적으로 제거함으로써 제1 광전 변환부(20)를 얻는다. 그러나, 이 경우, 제거되어야 할 다층막(20Z)의 일부가 잔사(RS1)가 되어서 제1 광전 변환부(20)의 단부면(20T)의 근방에 재부착되는 경우가 많다. 잔사(RS1)는, 예를 들어 제1 광전 변환부(20)의 단부면(20T)의 근방의 상부에 벽상으로 형성된다. 또한, 그 벽상의 잔사(RS1)의 배후, 즉, 잔사(RS1)로부터 보아서 단부면(20T)과 반대측의 제1 광전 변환부(20)에는, 구멍(RH)이 형성되기 쉽다. 구멍(RH)은, 잔사(RS1)의 발생에 의해 제1 광전 변환부(20)의 일부가 국소적으로 에칭됨으로써 발생한다. 이 때문에, 구멍(RH)이 어느 정도 깊이 형성되면, 상부 전극(23)과 반도체층(21) 사이에서 단락이 발생해버릴 우려가 있다. 또한, 잔사(RS1)는 단부면(20T)에도 부착되기 쉬우므로, 역시, 상부 전극(23)과 반도체층(21) 사이에서 단락이 발생하기 쉽다고 할 수 있다. 이러한 현상은, 다층막(20Z) 중, 주변부(101)를 덮고 있었던 부분을 제거하는 것에 기인하고 있다. 또한, 다층막(20Z)에, 유기막과 함께 In(인듐), Zn(아연), 및 Ga(갈륨) 등을 포함하는 금속 산화물이 사용되고 있는 경우에는, 잔사(RS1)가 발생하기 쉽다. 건식 에칭에 의해 제거하기 어려운 재료종이기 때문이다. 예를 들어 레지스트막(R)의 단부면(RT)(도 11 참조)의 경사 각도를 조정함으로써, 잔사(RS1)의 발생을 억제할 수 있는 경우도 있다. 예를 들어 단부면(RT)의 경사 각도를 완만하게 하면, 즉, XY면을 따른 절연층(24)의 상면에 대하여 이루는 각도를 작게 하면, 잔사(RS1)를 저감할 수 있는 경향이 있다. 그러나, 이 경우, 도 12에 도시한 바와 같이, 바늘상의 잔사(RS2)가 절연층(24)의 상면에 잔존하기 쉬워져버린다. 바늘상의 잔사(RS2)가 잔존하면, 후공정에서 형성하는 밀봉막(51) 등의 막질이나 두께의 변동이 증대하는 등의 영향이 염려된다.
이 점, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에서는, 화소부(100)와 인접하는 주변부(101)에 구조체(200)를 마련하도록 하고 있다. 즉, 더미 패턴인 구조체(200)를 남기도록 다층막(20Z)을 패터닝할 수 있다. 이 때문에, 도 10에 도시한 참고예로서의 고체 촬상 장치(9)와 비교하여, 다층막(20Z) 중의 제거되는 부분의 총량을 삭감할 수 있다. 따라서, 잔사의 발생량을 저감시킬 수 있다. 또한, 구조체(200)를 경계(K)에 위치하는 슬릿(S)을 통하여 제1 광전 변환부(20)와 인접하도록 배치하도록 했으므로, 제1 광전 변환부(20)의 단부면(20T) 및 그 근방의 잔사의 부착을 억제할 수 있다. 특히, 슬릿(S)의 깊이에 대한 슬릿(S)의 폭 W의 비를 1 이하로 함으로써, 보다 효과적으로 제1 광전 변환부(20)의 단부면(20T) 및 그 근방의 잔사의 부착을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)는 입사 측으로부터 순서대로 적층된 가시광 영역의 파장을 갖는 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제1 광전 변환부(20)와, 적외광 영역에 투과 밴드를 갖는 광학 필터(42)와, 적외광 영역의 파장을 갖는 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제2 광전 변환부(10)를 갖는다. 이 때문에, 적색 화소(PR), 녹색 화소(PG) 및 청색 화소(PB)로부터 각각 얻어지는 적색광 신호, 녹색광 신호 및 청색광 신호에 의해 구성되는 가시광 화상과, 복수의 화소(P)의 모두로부터 얻어지는 적외광 신호를 사용한 적외광 화상을 동시에, XY면 내 방향에 있어서 동일 위치에서 취득할 수 있다. 따라서, XY면 내 방향에 있어서의 고집적화를 실현할 수 있다.
또한, 제2 광전 변환부(10)는 한 쌍의 TG(14A, 14B)와, FD(15A, 15B)를 갖도록 했으므로, 피사체와의 거리의 정보를 포함하는 거리 화상으로서의 적외광 화상을 취득할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 의하면, 고해상도의 가시광 화상의 취득과, 깊이 정보를 갖는 적외광 화상의 취득을 양립할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 화소(P1)에서는, 광학 필터(42)를 둘러싸는 화소 간 영역 차광벽(44)을 마련하도록 하고 있다. 이 때문에, 인접하는 다른 화소(P1)로부터의 누설광이나 주위로부터의 불필요광이 제2 광전 변환부(10)에 직접 또는 광학 필터(42)를 통하여 진입하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 제2 광전 변환부(10)가 받는 노이즈를 저감할 수 있어, 고체 촬상 장치(1)로서, S/N비, 해상도 및 측거 정밀도 등의 향상을 기대할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 화소(P1)에서는, 제1 광전 변환부(20)가 판독 전극(26)과 반도체층(21)과 광전 변환층(22)과 상부 전극(23)이 순서대로 적층된 구조에 추가로, 반도체층(21)의 하방에 마련된 절연층(24)과, 그 절연층(24)을 통하여 반도체층(21)과 대향하도록 마련된 전하 축적 전극(25)을 갖도록 하고 있다. 따라서, 광전 변환층(22)에 있어서 광전 변환에 의해 발생하는 전하를 반도체층(21)의 일부, 예를 들어 반도체층(21) 중 절연층(24)을 통하여 전하 축적 전극(25)에 대응한 영역 부분에 축적할 수 있다. 이 때문에, 예를 들어 노광 개시 시에 반도체층(21)에 있어서의 전하의 제거, 즉 반도체층(21)의 완전 공핍화를 실현할 수 있다. 그 결과, kTC 노이즈를 감소시킬 수 있으므로, 랜덤 노이즈에 의한 화질의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 반도체층(21)을 마련하지 않고 광전 변환층(22)에 전하(예를 들어 전자)를 축적하는 경우와 비교하여, 전하 축적 시의 정공과 전자의 재결합이 방지되어, 축적한 전하(예를 들어 전자)의 판독 전극(26)으로의 전송 효율을 증가시킬 수 있는 데다가, 암전류의 생성을 억제할 수 있다.
<2. 제1 변형예>
도 13a는, 상기 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 화소부(100)에 적용 가능한 제1 변형예(변형예 1)로서의 화소(P2)의 수직 단면 구성의 일례를 모식적으로 도시하고 있다. 도 13b는, 도 13a에 도시한 화소(P2)의 평면 구성의 일례를 모식적으로 도시한 것이다. 또한, 도 13a는, 도 13b에 도시된 XIII-XIII선에 있어서의 단면을 도시하고 있다. 화소(P2)는, 예를 들어, 제2 광전 변환부(232)와, 제1 광전 변환부(260)가 적층된 적층형의 촬상 소자이며, 이 화소(P2)를 구비한 고체 촬상 장치(1)의 화소부(100)에서는, 예를 들어 도 13b에 도시한 바와 같이, 예를 들어 2행×2열에서 배치된 4개의 서브 화소를 포함하는 서브 화소 유닛이 반복 단위로 결정되고, 행방향과 열방향을 포함하는 어레이상으로 반복하여 배치되어 있다.
화소(P2)에서는, 제1 광전 변환부(260)의 상방(광 입사측(S1))에는, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터(53)가 각각, 단위 화소(P2)마다 마련되어 있다. 구체적으로는, 2행×2열로 배치된 4개의 서브 화소를 포함하는 서브 화소 유닛에 있어서, 녹색광(G)을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터가 대각선 상에 2개 배치되고, 적색광(R) 및 청색광(B)을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터가, 직교하는 대각선 상에 하나씩 배치되어 있다. 각 컬러 필터가 마련된 단위 화소(Pr, Pg, Pb)에서는, 예를 들어, 제1 광전 변환부(260)에 있어서, 각각, 대응하는 색광이 검출되게 되어 있다. 즉, 화소부(100)에서는, 각각, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)을 검출하는 화소(Pr, Pg, Pb)가 베이어상으로 배열되어 있다.
제1 광전 변환부(260)는 예를 들어, 하부 전극(261), 층간 절연층(262), 반도체층(263), 광전 변환층(264) 및 상부 전극(265)을 포함한다. 제1 광전 변환부(260)는 상기 실시 형태에 있어서의 제1 광전 변환부(20)와 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 제2 광전 변환부(232)는 제1 광전 변환부(260)와는 다른 파장 영역의 광을 검출한다.
화소(P2)에서는, 컬러 필터(53)를 투과한 광 중, 가시광 영역의 광(적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B))은 각각, 각 컬러 필터가 마련된 서브 화소(Pr, Pg, Pb)의 제1 광전 변환부(260)에서 흡수되고, 그 이외의 광, 예를 들어, 적외광 영역(예를 들어, 700㎚ 이상 1000㎚ 이하)의 광(적외광(IR))은 제1 광전 변환부(260)를 투과한다. 이 제1 광전 변환부(260)를 투과한 적외광(IR)은 각 서브 화소(Pr, Pg, Pb)의 제2 광전 변환부(232)에 있어서 검출되고, 각 서브 화소(Pr, Pg, Pb)에서는 적외광(IR)에 대응하는 신호 전하가 생성된다. 즉, 화소(P2)를 구비한 고체 촬상 장치(1)에서는, 가시광 화상 및 적외광 화상의 양쪽을 동시에 생성 가능하게 되어 있다.
<3. 제2 변형예>
도 14a는, 상기 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 화소부(100)에 적용 가능한 제2 변형예(변형예 2)로서의 화소(P3)의 수직 단면 구성의 일례를 모식적으로 도시하고 있다. 도 14b는, 도 14a에 도시된 화소(P3)의 평면 구성의 일례를 모식적으로 도시한 것이다. 또한, 도 14a는, 도 14b에 도시된 XIV-XIV선에 있어서의 단면을 도시하고 있다. 상기 변형예 1에서는, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터(53)가 제1 광전 변환부(260)의 상방(광 입사측(S1))에 마련된 예를 나타냈다. 그러나, 예를 들어, 도 14a에 도시한 바와 같이, 제2 광전 변환부(232)와 제1 광전 변환부(260) 사이에 컬러 필터(253)를 마련하게 해도 된다.
화소(P3)에서는, 예를 들어, 컬러 필터(253)는 서브 화소 유닛 내에 있어서, 적어도 적색광(R)을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터(컬러 필터(253R)) 및 적어도 청색광(B)을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터(컬러 필터(253B))가 서로 대각선 상에 배치된 구성을 갖고 있다. 제1 광전 변환부(260)(광전 변환층(264))는 예를 들어 녹색광에 대응하는 파장을 선택적으로 흡수하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 제1 광전 변환부(260) 및 컬러 필터(253R, 253B)의 하방에 각각 배치된 제2 광전 변환부(제2 광전 변환부(232R), 232G)에 있어서 RGB에 대응하는 신호를 취득하는 것이 가능하게 된다. 화소(P3)에서는, 일반적인 베이어 배열을 갖는 촬상 소자보다도 RGB 각각의 제1 광전 변환부(260)의 면적을 확대할 수 있기 때문에, S/N비를 향상시키는 것이 가능하게 된다.
<4. 제3 변형예>
도 15는, 도 1a에 도시한 고체 촬상 장치(1)에 적용 가능한 제3 변형예로서의 화소부(100A)의 개략 구성의 일례를 도시하는 수직 단면도이다. 도 15에서는, 각 화소에 대하여 광이 입사하는 입사면이 위가 되도록 화소부(100A)가 도시되어 있다. 이하의 설명에 있어서는, 화소부(100A)의 하측에 위치하는 반도체 기판(300)으로부터, 반도체 기판(300)의 상방에 마련된 PD(500)(제2 광전 변환부), PD(500)의 상방에 마련된 PD(600)(제1 광전 변환부)를 향하는 순서에 따라서, 화소부(100A)의 적층 구조를 설명한다.
상세하게는, 도 15에 도시한 바와 같이, 화소부(100A)에 있어서는, 예를 들어 실리콘을 포함하는 반도체 기판(300)의 제1 도전형(예를 들어 P형)을 갖는 반도체 영역(310)에, 제2 도전형(예를 들어 N형)을 갖는 반도체 영역(410)이 마련되어 있다. 이러한 반도체 영역(410)에 의한 PN 접합에 의해, 광을 전하로 변환하는 PD(400)가 반도체 기판(300) 내에 형성된다. 또한, 본 변형예에서는, PD(400)는, 예를 들어, 적색광(예를 들어, 600㎚ 내지 700㎚의 파장을 갖는 광)을 흡수하여 전하를 발생하는 광전 변환 소자이다.
그리고, 본 실시 형태에 있어서는, 배선층(520) 상에는, 반도체층(501)과, 광전 변환막(504)이 마련되어 있다. 반도체층(501) 및 광전 변환막(504)은 인접하는 화소 사이에서 공유하는 공통 전극(상부 전극)(502)과, 광전 변환막(504)에서 발생한 전하를 읽어내는 읽어내기 전극(508)에 끼워지도록 하여 마련되어 있다. 공통 전극(502)과, 광전 변환막(504)과, 반도체층(501)과, 읽어내기 전극(508)은, 광을 전하로 변환하는 PD(500)(제2 광전 변환부)의 적층 구조의 일부를 구성한다. 본 변형예에서는, 당해 PD(500)는, 예를 들어, 녹색광(예를 들어 500㎚ 내지 600㎚의 파장을 갖는 광)을 흡수하여 전하를 발생(광전 변환)하는 광전 변환 소자이다.
또한, 본 변형예에서는, 배선층(620) 상에 광을 전하로 변환하는 PD(600)(제2 광전 변환부)가 마련되어 있다. 당해 PD(600)는, 예를 들어, 청색광(예를 들어, 400㎚로부터 500㎚의 파장을 갖는 광)을 흡수하여 전하를 발생(광전 변환)하는 광전 변환 소자이다. 상세하게는, PD(600)로서, 공통 전극(상부 전극)(602)과, 광전 변환막(604)과, 반도체층(601)과, 절연막(606)과, 읽어내기 전극(하부 전극)(608)과, 축적 전극(610)이 순차 적층되어 있다.
또한, 본 변형예에서는, PD(500) 및 PD(600)는, 각 층의 적층 순서가 상술한 순서가 아니어도 되고, 적층 방향에 있어서 대칭 관계가 되는 순서로 각 층이 적층되어 있어도 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 입사면의 상방으로부터 화소부(100A)를 본 경우, PD(500) 및 PD(600)의 읽어내기 전극(508, 608), 축적 전극(510, 610) 등이 서로 완전히 겹쳐 있지 않아도 된다. 즉, 본 실시 형태에 있어서는, 입사면의 상방으로부터 화소부(100A)를 본 경우, PD(500, 600)가 갖는 각 층의 레이아웃은 특별히 한정되는 것은 아니다.
이상과 같이, 본 변형예의 화소부(100A)는 3색의 광의 각각을 검출하는 PD(400), PD(500), PD(600)가 적층된 적층 구조를 갖는다. 즉, 상술한 화소부(100A)는 예를 들어, 청색광에 대해서는 반도체 기판(300)의 상방에 형성된 광전 변환막(604)(PD(600))에서 광전 변환하고, 녹색광에 대해서는, PD(600)의 하방에 마련된 광전 변환막(504)(PD(500))에서 광전 변환하고, 적색광에 대해서는 반도체 기판(300) 내에 마련된 PD(400)에서 광전 변환하는, 세로 방향 분광형의 고체 촬상 소자라고 할 수 있다. 또한, 본 변형예에서는, 상술한 화소부(100A)는 상술한 바와 같은 세로 방향 분광형의 적층 구조에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 녹색광에 대해서는 반도체 기판(300)의 상방에 형성된 광전 변환막(604)(PD(600))에서 광전 변환하고, 청색광에 대해서는, PD(600)의 하방에 마련된 광전 변환막(504)(PD(500))에서 광전 변환해도 된다.
<5. 제2 실시 형태>
도 16a는, 본 개시의 제2 실시 형태에 관계되는 광 검출 시스템(1301)의 전체 구성의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 16b는, 광 검출 시스템(1301)의 회로 구성의 일례를 도시하는 모식도이다. 광 검출 시스템(1301)은 광(L2)을 발하는 광원부로서의 발광 장치(1310)와, 광전 변환 소자를 갖는 수광부로서의 광 검출 장치(1320)를 구비하고 있다. 광 검출 장치(1320)로서는, 상술한 고체 촬상 장치(1)를 사용할 수 있다. 광 검출 시스템(1301)은 또한, 시스템 제어부(1330), 광원 구동부(1340), 센서 제어부(1350), 광원측 광학계(1360) 및 카메라측 광학계(1370)를 구비하고 있어도 된다.
광 검출 장치(1320)는 광(L1)과 광(L2)을 검출할 수 있다. 광(L1)은, 외부로부터의 환경광이 피사체(측정 대상물)(1300)(도 16a)에 있어서 반사된 광이다. 광(L2)은 발광 장치(1310)에 있어서 발광된 뒤, 피사체(1300)에 반사된 광이다. 광(L1)은 예를 들어 가시광이며, 광(L2)은 예를 들어 적외광이다. 광(L1)은, 광 검출 장치(1320)에 있어서의 유기 광전 변환부에 있어서 검출 가능하고, 광(L2)은, 광 검출 장치(1320)에 있어서의 광전 변환부에 있어서 검출 가능하다. 광(L1)으로부터 피사체(1300)의 화상 정보를 획득하고, 광(L2)으로부터 피사체(1300)와 광 검출 시스템(1301) 간의 거리 정보를 획득할 수 있다. 광 검출 시스템(1301)은 예를 들어 스마트폰 등의 전자 기기나, 차 등의 이동체에 탑재할 수 있다. 발광 장치(1310)는 예를 들어, 반도체 레이저, 면 발광 반도체 레이저, 수직 공진기형 면 발광 레이저(VCSEL)로 구성할 수 있다. 발광 장치(1310)로부터 발광된 광(L2)의 광 검출 장치(1320)에 의한 검출 방법으로서는, 예를 들어 iTOF 방식을 채용할 수 있지만, 이것에 한정될 일은 없다. iTOF 방식에서는, 광전 변환부는, 예를 들어 광 비행 시간(Time-of-Flight; TOF)에 의해 피사체(1300)와의 거리를 측정할 수 있다. 발광 장치(1310)로부터 발광된 광(L2)의 광 검출 장치(1320)에 의한 검출 방법으로서는, 예를 들어, 스트럭처드·라이트 방식이나 스테레오비전 방식을 채용할 수도 있다. 예를 들어 스트럭처드·라이트 방식에서는, 미리 정해진 패턴의 광을 피사체(1300)에 투영하고, 그 패턴의 변형 상태를 해석함으로써 광 검출 시스템(1301)과 피사체(1300)의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 스테레오비전 방식에 있어서는, 예를 들어 2 이상의 카메라를 사용하여, 피사체(1300)를 2 이상의 다른 시점에서 본 2 이상의 화상을 취득함으로써 광 검출 시스템(1301)과 피사체의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 발광 장치(1310)와 광 검출 장치(1320)는, 시스템 제어부(1330)에 의해 동기 제어할 수 있다.
<6. 전자 기기에의 적용예>
도 17은, 본 기술을 적용한 전자 기기(2000)의 구성예를 도시하는 블록도이다. 전자 기기(2000)는 예를 들어 카메라로서의 기능을 갖는다.
전자 기기(2000)는 렌즈군 등을 포함하는 광학부(2001), 상술한 고체 촬상 장치(1) 등(이하, 고체 촬상 장치(1) 등이라고 한다.)이 적용되는 광 검출 장치(2002) 및 카메라 신호 처리 회로인 DSP(Digital Signal Processor) 회로(2003)를 구비한다. 또한, 전자 기기(2000)는 프레임 메모리(2004), 표시부(2005), 기록부(2006), 조작부(2007) 및 전원부(2008)도 구비한다. DSP 회로(2003), 프레임 메모리(2004), 표시부(2005), 기록부(2006), 조작부(2007) 및 전원부(2008)는 버스 라인(2009)을 통하여 서로 접속되어 있다.
광학부(2001)는 피사체로부터의 입사광(상광)을 도입하여 광 검출 장치(2002)의 촬상면 상에 결상한다. 광 검출 장치(2002)는 광학부(2001)에 의해 촬상면 상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다.
표시부(2005)는 예를 들어, 액정 패널이나 유기 EL 패널 등의 패널형 표시 장치를 포함하고, 광 검출 장치(2002)로 촬상된 동화상 또는 정지 화상을 표시한다. 기록부(2006)는 광 검출 장치(2002)로 촬상된 동화상 또는 정지 화상을, 하드 디스크나 반도체 메모리 등의 기록 매체에 기록한다.
조작부(2007)는 유저에 의한 조작 하에, 전자 기기(2000)가 갖는 여러가지 기능에 대하여 조작 지령을 발한다. 전원부(2008)는 DSP 회로(2003), 프레임 메모리(2004), 표시부(2005), 기록부(2006) 및 조작부(2007)의 동작 전원이 되는 각종 전원을, 이들 공급 대상에 대하여 적절히 공급한다.
상술한 바와 같이, 광 검출 장치(2002)로서, 상술한 고체 촬상 장치(1) 등을 사용함으로써 양호한 화상의 취득을 기대할 수 있다.
<6. 체내 정보 취득 시스템에의 응용예>
본 개시에 관계되는 기술(본 기술)은 여러가지 제품에 응용할 수 있다. 예를 들어, 본 개시에 관계되는 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 된다.
도 18은, 본 개시에 관계되는 기술(본 기술)이 적용될 수 있는, 캡슐형 내시경을 사용한 환자의 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 일례를 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 갖고, 환자로부터 자연 배출될 때까지의 동안, 위나 장 등의 장기의 내부를 연동 운동 등에 의해 이동하면서, 당해 장기의 내부 화상(이하, 체내 화상이라고도 한다)을 소정의 간격으로 순차 촬상하고, 그 체내 화상에 관한 정보를 체외의 외부 제어 장치(10200)로 순차 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 기초하여, 표시 장치(도시하지 않음)에 당해 체내 화상을 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다.
체내 정보 취득 시스템(10001)에서는, 이와 같이 하여, 캡슐형 내시경(10100)이 삼켜지고 나서 배출될 때까지의 동안, 환자의 체내의 모습을 촬상한 체내 화상을 수시로 얻을 수 있다.
캡슐형 내시경(10100)과 외부 제어 장치(10200)의 구성 및 기능에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
캡슐형 내시경(10100)은, 캡슐형의 하우징(10101)을 갖고, 그 하우징(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 구성되어, 촬상부(10112)의 촬상 시야에 대하여 광을 조사한다.
촬상부(10112)는 촬상 소자 및 당해 촬상 소자의 전단에 마련되는 복수의 렌즈를 포함하는 광학계로 구성된다. 관찰 대상인 체조직에 조사된 광의 반사광(이하, 관찰광이라 함)은, 당해 광학계에 의해 집광되어, 당해 촬상 소자에 입사한다. 촬상부(10112)에서는, 촬상 소자에 있어서, 거기에 입사한 관찰광이 광전 변환되어, 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 구성되어, 촬상부(10112)에 의해 생성된 화상 신호에 대하여 각종 신호 처리를 행한다. 화상 처리부(10113)는 신호 처리를 실시한 화상 신호를, RAW 데이터로서 무선 통신부(10114)에 제공한다.
무선 통신부(10114)는 화상 처리부(10113)에 의해 신호 처리가 실시된 화상 신호에 대하여 변조 처리 등의 소정의 처리를 행하고, 그 화상 신호를, 안테나(10114A)를 통하여 외부 제어 장치(10200)로 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, 소위 비접촉 충전의 원리를 사용하여 전력이 생성된다.
전원부(10116)는 이차 전지에 의해 구성되어, 급전부(10115)에 의해 생성된 전력을 축전한다. 도 22에서는, 도면이 번잡해지는 것을 피하기 위해서, 전원부(10116)로부터의 전력의 공급처를 나타내는 화살표 등의 도시를 생략하고 있지만, 전원부(10116)에 축전된 전력은, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114) 및 제어부(10117)에 공급되어, 이들의 구동에 사용될 수 있다.
제어부(10117)는 CPU 등의 프로세서에 의해 구성되어, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114) 및 급전부(10115)의 구동을, 외부 제어 장치(10200)로부터 송신되는 제어 신호에 따라서 적절히 제어한다.
외부 제어 장치(10200)는, CPU, GPU 등의 프로세서, 또는 프로세서와 메모리 등의 기억 소자가 혼재된 마이크로컴퓨터 혹은 제어 기판 등으로 구성된다. 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐형 내시경(10100)의 제어부(10117)에 대하여 제어 신호를, 안테나(10200A)를 통하여 송신함으로써, 캡슐형 내시경(10100)의 동작을 제어한다. 캡슐형 내시경(10100)에서는, 예를 들어, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 광원부(10111)에 있어서의 관찰 대상에 대한 광의 조사 조건이 변경될 수 있다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 촬상 조건(예를 들어, 촬상부(10112)에 있어서의 프레임 레이트, 노출값 등)이 변경될 수 있다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 화상 처리부(10113)에 있어서의 처리의 내용이나, 무선 통신부(10114)가 화상 신호를 송신하는 조건(예를 들어, 송신 간격, 송신 화상수 등)이 변경되어도 된다.
또한, 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐형 내시경(10100)으로부터 송신되는 화상 신호에 대하여 각종 화상 처리를 실시하고, 촬상된 체내 화상을 표시 장치에 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다. 당해 화상 처리로서는, 예를 들어 현상 처리(디모자이크 처리), 고화질화 처리(대역 강조 처리, 초해상 처리, NR(Noise reduction) 처리 및/또는 손떨림 보정 처리 등), 그리고/또는 확대 처리(전자 줌 처리) 등, 각종 신호 처리를 행할 수 있다. 외부 제어 장치(10200)는, 표시 장치의 구동을 제어하고, 생성된 화상 데이터에 기초하여 촬상된 체내 화상을 표시시킨다. 혹은, 외부 제어 장치(10200)는, 생성된 화상 데이터를 기록 장치(도시하지 않음)에 기록시키거나, 인쇄 장치(도시하지 않음)에 인쇄 출력시켜도 된다.
이상, 본 개시에 관계되는 기술이 적용될 수 있는 체내 정보 취득 시스템의 일례에 대하여 설명하였다. 본 개시에 관계되는 기술은, 이상 설명한 구성 중, 예를 들어 촬상부(10112)에 적용할 수 있다. 이 때문에, 소형이면서 높은 화상 검출 정밀도가 얻어진다.
<8. 내시경 수술 시스템에의 응용예>
본 개시에 관계되는 기술(본 기술)은 여러가지 제품에 응용할 수 있다. 예를 들어, 본 개시에 관계되는 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 된다.
도 19는, 본 개시에 관계되는 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 19에서는, 시술자(의사)(11131)가, 내시경 수술 시스템(11000)을 사용하여, 환자 베드(11133) 상의 환자(11132)에 수술을 행하고 있는 모습이 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 내시경 수술 시스템(11000)은, 내시경(11100)과, 기복 튜브(11111)나 에너지 처치구(11112) 등의, 기타의 수술 도구(11110)와, 내시경(11100)을 지지하는 지지 암 장치(11120)와, 내시경 하의 수술을 위한 각종 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 소위 경성경으로서 구성되는 내시경(11100)을 도시하고 있지만, 내시경(11100)은, 연성의 경통을 갖는 소위 연성경으로서 구성되어도 된다.
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 연장 설치되는 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되어, 대물 렌즈를 통하여 환자(11132)의 체강 내의 관찰 대상을 향하여 조사된다. 또한, 내시경(11100)은, 직시경이어도 되고, 사시경 또는 측시경이어도 된다.
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 변환되어, 관찰광에 대응하는 전기 신호, 즉 관찰상에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 당해 화상 신호는, RAW 데이터로서 카메라 콘트롤 유닛(CCU: Camera Control Unit)(11201)으로 송신된다.
CCU(11201)는, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등으로 구성되어, 내시경(11100) 및 표시 장치(11202)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(11201)는, 카메라 헤드(11102)로부터 화상 신호를 수취하고, 그 화상 신호에 대하여 예를 들어 현상 처리(디모자이크 처리) 등의, 당해 화상 신호에 기초하는 화상을 표시하기 위한 각종 화상 처리를 실시한다.
표시 장치(11202)는 CCU(11201)로부터의 제어에 의해, 당해 CCU(11201)에 의해 화상 처리가 실시된 화상 신호에 기초하는 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는 예를 들어 LED(light emitting diode) 등의 광원으로 구성되어, 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 대하여 각종 정보의 입력이나 지시 입력을 행할 수 있다. 예를 들어, 유저는, 내시경(11100)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)을 변경한다는 취지의 지시 등을 입력한다.
처치구 제어 장치(11205)는 조직의 소작, 절개 또는 혈관의 밀봉 등을 위한 에너지 처치구(11112)의 구동을 제어한다. 기복 장치(11206)는 내시경(11100)에 의한 시야의 확보 및 시술자의 작업 공간의 확보의 목적으로, 환자(11132)의 체강을 부풀리기 위해서, 기복 튜브(11111)를 통하여 당해 체강 내에 가스를 보내온다. 레코더(11207)는 수술에 관한 각종 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(11208)는 수술에 관한 각종 정보를, 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
또한, 내시경(11100)에 수술부를 촬영할 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(11203)는 예를 들어 LED, 레이저 광원 또는 이들의 조합에 의해 구성되는 백색광원으로 구성할 수 있다. RGB 레이저 광원의 조합에 의해 백색광원이 구성되는 경우에는, 각 색(각 파장)의 출력 강도 및 출력 타이밍을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 광원 장치(11203)에 있어서 촬상 화상의 화이트 밸런스 조정을 행할 수 있다. 또한, 이 경우에는, RGB 레이저 광원 각각으로부터의 레이저광을 시분할로 관찰 대상으로 조사하고, 그 조사 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자 구동을 제어함으로써, RGB 각각에 대응한 화상을 시분할로 촬상하는 것도 가능하다. 당해 방법에 의하면, 당해 촬상 소자에 컬러 필터를 마련하지 않더라도, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그의 구동이 제어되어도 된다. 그 광의 강도의 변경의 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자 구동을 제어하여 시분할로 화상을 취득하고, 그 화상을 합성함으로써, 소위 흑색 포화 및 백색 날림이 없는 고다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는 특수 광 관찰에 대응한 소정의 파장 대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 된다. 특수 광 관찰에서는, 예를 들어, 체조직에 있어서의 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하여, 통상의 관찰 시에 있어서의 조사광(즉, 백색광)에 비하여 협대역의 광을 조사함으로써, 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 고콘트라스트로 촬영하는, 소위 협대역 광 관찰(Narrow Band Imaging)이 행해진다. 혹은, 특수 광 관찰에서는, 여기광을 조사함으로써 발생하는 형광에 의해 화상을 얻는 형광 관찰이 행해져도 된다. 형광 관찰에서는, 체조직에 여기광을 조사하여 당해 체조직으로부터의 형광을 관찰하는 것(자가 형광 관찰), 또는 인도시아닌 그린(ICG) 등의 시약을 체조직에 국주함과 함께 당해 체조직에 그 시약의 형광 파장에 대응한 여기광을 조사하여 형광상을 얻는 것 등을 행할 수 있다. 광원 장치(11203)는 이러한 특수 광 관찰에 대응한 협대역 광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 20은, 도 19에 도시하는 카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)의 기능 구성의 일례를 도시하는 블록도이다.
카메라 헤드(11102)는 렌즈 유닛(11401)과, 촬상부(11402)와, 구동부(11403)와, 통신부(11404)와, 카메라 헤드 제어부(11405)를 갖는다. CCU(11201)는, 통신부(11411)와, 화상 처리부(11412)와, 제어부(11413)를 갖는다. 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)는, 전송 케이블(11400)에 의해 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
렌즈 유닛(11401)은 경통(11101)과의 접속부에 마련되는 광학계이다. 경통(11101)의 선단으로부터 도입된 관찰광은, 카메라 헤드(11102)까지 도광되어, 당해 렌즈 유닛(11401)에 입사한다. 렌즈 유닛(11401)은 줌 렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어서 구성된다.
촬상부(11402)를 구성하는 촬상 소자는, 1개(소위 단판식)여도 되고, 복수(소위 다판식)여도 된다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 예를 들어 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되어, 그들이 합성됨으로써 컬러 화상이 얻어져도 된다. 혹은, 촬상부(11402)는 3D(dimensional) 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 1대의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 된다. 3D 표시가 행해짐으로써, 시술자(11131)는 수술부에 있어서의 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 마련되지는 않아도 된다. 예를 들어, 촬상부(11402)는 경통(11101)의 내부에, 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 된다.
구동부(11403)는 액추에이터에 의해 구성되어, 카메라 헤드 제어부(11405)로부터의 제어에 의해, 렌즈 유닛(11401)의 줌 렌즈 및 포커스 렌즈를 광축을 따라서 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 각종 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)로 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 들어, 촬상 화상의 프레임 레이트를 지정한다는 취지의 정보, 촬상 시의 노출값을 지정한다는 취지의 정보, 그리고/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정한다는 취지의 정보 등, 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기 프레임 레이트나 노출값, 배율, 초점 등의 촬상 조건은, 유저에 의해 적절히 지정되어도 되고, 취득된 화상 신호에 기초하여 CCU(11201)의 제어부(11413)에 의해 자동적으로 설정되어도 된다. 후자의 경우에는, 소위 AE(Auto Exposure) 기능, AF(Auto Focus) 기능 및 AWB(Auto White Balance) 기능이 내시경(11100)에 탑재되어 있게 된다.
카메라 헤드 제어부(11405)는 통신부(11404)를 통하여 수신한 CCU(11201)로부터의 제어 신호에 기초하여, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어한다.
통신부(11411)는 카메라 헤드(11102)와의 사이에서 각종 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 대하여 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 대하여 각종 화상 처리를 실시한다.
제어부(11413)는 내시경(11100)에 의한 수술부 등의 촬상 및 수술부 등의 촬상에 의해 얻어지는 촬상 화상의 표시에 관한 각종 제어를 행한다. 예를 들어, 제어부(11413)는 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(11413)는 화상 처리부(11412)에 의해 화상 처리가 실시된 화상 신호에 기초하여, 수술부 등이 비친 촬상 화상을 표시 장치(11202)에 표시시킨다. 이때, 제어부(11413)는 각종 화상 인식 기술을 사용하여 촬상 화상 내에 있어서의 각종 물체를 인식해도 된다. 예를 들어, 제어부(11413)는 촬상 화상에 포함되는 물체의 에지 형상이나 색 등을 검출함으로써, 겸자 등의 수술 도구, 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 때, 그 인식 결과를 사용하여, 각종 수술 지원 정보를 당해 수술부의 화상에 중첩 표시시켜도 된다. 수술 지원 정보가 중첩 표시되고, 시술자(11131)에 제시됨으로써, 시술자(11131)의 부담을 경감하는 것이나, 시술자(11131)가 확실하게 수술을 진행시키는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)를 접속하는 전송 케이블(11400)은, 전기 신호의 통신에 대응한 전기 신호 케이블, 광통신에 대응한 광 파이버, 또는 이들의 복합 케이블이다.
여기서, 도시하는 예에서는, 전송 케이블(11400)을 사용하여 유선으로 통신이 행해지고 있었지만, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201) 사이의 통신은 무선으로 행해져도 된다.
이상, 본 개시에 관계되는 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 일례에 대하여 설명하였다. 본 개시에 관계되는 기술은, 이상 설명한 구성 중, 예를 들어 카메라 헤드(11102)의 촬상부(11402)에 적용될 수 있다. 촬상부(10402)에 본 개시에 관계되는 기술을 적용함으로써, 보다 선명한 수술부 화상을 얻을 수 있기 때문에, 시술자에 있어서의 수술부의 시인성이 향상된다.
또한, 여기에서는, 일례로서 내시경 수술 시스템에 대하여 설명했지만, 본 개시에 관계되는 기술은, 기타, 예를 들어, 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 된다.
<9. 이동체에의 응용예>
본 개시에 관계되는 기술(본 기술)은 여러가지 제품에 응용할 수 있다. 예를 들어, 본 개시에 관계되는 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 된다.
도 21은, 본 개시에 관계되는 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 일례인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성예를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)를 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 21에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 보디계 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, 마이크로컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052) 및 차량 탑재 네트워크 I/F(Interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라서 차량의 구동계에 관련하는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들어, 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.
보디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라서 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들어, 보디계 제어 유닛(12020)은, 키리스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 혹은, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 방향 지시등 또는 포그 램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 보디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 보디계 제어 유닛(12020)은, 이들 전파 또는 신호의 입력을 접수하고, 차량의 도어록 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들어, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차밖의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 기초하여, 사람, 차, 장해물, 표지 또는 노면 상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 된다.
촬상부(12031)는 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 따른 전기 신호를 출력하는 광 센서이다. 촬상부(12031)는 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 측거의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이어도 되고, 적외선 등의 비가시광이어도 된다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차 내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들어, 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 기초하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 되고, 운전자가 졸고 있지 않은지를 판별해도 된다.
마이크로컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)으로 취득되는 차 내외의 정보에 기초하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표값을 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대하여 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들어, 마이크로컴퓨터(12051)는 차량의 충돌 회피 혹은 충격 완화, 차간 거리에 기초하는 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, 마이크로컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)으로 취득되는 차량의 주위 정보에 기초하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함으로써, 운전자의 조작에 따르지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030)으로 취득되는 차밖의 정보에 기초하여, 보디계 제어 유닛(12030)에 대하여 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들어, 마이크로컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030)으로 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 따라서 헤드 램프를 제어하고, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현을 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
음성 화상 출력부(12052)는 차량의 탑승자 또는 차밖에 대하여 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중 적어도 한쪽의 출력 신호를 송신한다. 도 21의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는 예를 들어, 온보드 디스플레이 및 헤드업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다.
도 22는, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 22에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들어, 차량(12100)의 프론트 노즈, 사이드미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실 내의 프론트 글래스 상부 등의 위치에 마련된다. 프론트 노즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실 내의 프론트 글래스 상부에 구비되는 촬상부(12105)는 주로 차량(12100)의 전방 화상을 취득한다. 사이드미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는 주로 차량(12100)의 후방 화상을 취득한다. 차실 내의 프론트 글래스 상부에 구비되는 촬상부(12105)는 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장해물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.
또한, 도 22에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 일례가 나타내져 있다. 촬상 범위(12111)는 프론트 노즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드미러에 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 들어, 촬상부(12101 내지 12104)에서 촬상된 화상 데이터를 중첩할 수 있는 것에 의해, 차량(12100)을 상방으로부터 본 부감 화상이 얻어진다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 된다. 예를 들어, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자를 포함하는 스테레오 카메라여도 되고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자여도 된다.
예를 들어, 마이크로컴퓨터(12051)는 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에 있어서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함으로써, 특히 차량(12100)의 진행로 상에 있는 가장 가까운 입체물에서, 차량(12100)과 대략 동일한 방향으로 소정의 속도(예를 들어, 0km/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로컴퓨터(12051)는 선행차의 앞쪽으로 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 따르지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
예를 들어, 마이크로컴퓨터(12051)는 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 바탕으로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 2륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전주 등 기타의 입체물로 분류하여 추출하고, 장해물의 자동 회피에 사용할 수 있다. 예를 들어, 마이크로컴퓨터(12051)는 차량(12100)의 주변 장해물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장해물과 시인 곤란한 장해물로 식별한다. 그리고, 마이크로컴퓨터(12051)는 각 장해물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하여, 충돌 리스크가 설정값 이상이며 충돌 가능성이 있는 상황일 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에 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 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라여도 된다. 예를 들어, 마이크로컴퓨터(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 화상에 있어서의 특징점을 추출하는 수순과, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지 여부를 판별하는 수순에 의해 행해진다. 마이크로컴퓨터(12051)가 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는 당해 인식된 보행자에 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는 보행자를 나타내는 아이콘 등을 원하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어해도 된다.
이상, 본 개시에 관계되는 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 일례에 대하여 설명하였다. 본 개시에 관계되는 기술은, 이상 설명한 구성 중, 예를 들어, 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 촬상부(12031)에 본 개시에 관계되는 기술을 적용함으로써, 더 보기 쉬운 촬영 화상을 얻을 수 있기 때문에, 드라이버의 피로를 경감하는 것이 가능해진다.
<10. 기타의 변형예>
이상, 몇 가지의 실시 형태 및 변형예, 그리고 그들의 적용예 혹은 응용예(이하, 실시 형태 등이라고 한다.)를 들어 본 개시를 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 본 개시는, 이면 조사형 이미지 센서에 한정되는 것은 아니며, 표면 조사형 이미지 센서에도 적용 가능하다.
또한, 본 개시의 촬상 장치는, 촬상부와 신호 처리부 또는 광학계가 통합하여 패키징된 모듈의 형태를 이루고 있어도 된다.
또한, 상기 실시 형태 등에서는, 광학 렌즈계를 통하여 촬상면 상에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력하는 고체 촬상 장치, 및 그것에 탑재되는 촬상 소자를 예시하여 설명한 바와 같이 했지만, 본 개시의 광전 변환 소자는, 그러한 촬상 소자에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 피사체로부터의 광을 검출하여 수광하고, 수광량에 따른 전하를 광전 변환에 의해 생성하고, 축적하는 것이면 된다. 출력되는 신호는 화상 정보의 신호여도 되고, 측거 정보의 신호여도 된다.
또한, 상기 실시 형태 등에서는, 제2 광전 변환부(10)가 iTOF 센서인 경우를 예시하여 설명한 바와 같이 했지만, 본 개시는 이것에 한정되지 않는다. 즉, 제2 광전 변환부는, 적외광 영역의 파장을 갖는 광을 검출하는 것에 한정되지 않고, 다른 파장 영역의 파장광을 검출하는 것이어도 된다. 또한, 제2 광전 변환부(10)가 iTOF 센서가 아닐 경우, 전송 트랜지스터(TG)는 하나만 마련하게 해도 된다.
또한, 상기 실시 형태 등에서는, 본 개시의 광전 변환 소자로서, 광전 변환 영역(12)을 포함하는 제2 광전 변환부(10)와, 광전 변환층(22)을 포함하는 제1 광전 변환부(20)가 중간층(40)을 사이에 두고 적층된 촬상 소자를 예시하도록 했지만, 본 개시는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 개시의 광전 변환 소자는, 2개의 유기 광전 변환 영역이 적층된 구조를 갖는 것이어도 되고, 2개의 무기 광전 변환 영역이 적층된 구조를 갖는 것이어도 된다. 또한, 상기 실시 형태 등에서는, 제2 광전 변환부(10)에 있어서 주로 적외광 영역의 파장광을 검출하여 광전 변환을 행함과 함께, 제1 광전 변환부(20)에 있어서 주로 가시광 영역의 파장광을 검출하여 광전 변환을 행하도록 했지만, 본 개시의 광전 변환 소자는 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 광전 변환 소자에서는, 제1 광전 변환부 및 제2 광전 변환부에 있어서 감도를 나타내는 파장 영역은 임의로 설정 가능하다.
또한, 본 개시의 광전 변환 소자의 각 구성 요소의 구성 재료는, 상기 실시 형태 등에 있어서 든 재료에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 제1 광전 변환부 혹은 제2 광전 변환부가 가시광 영역의 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 경우에는, 제1 광전 변환부 혹은 제2 광전 변환부가 양자 도트를 포함하게 해도 된다.
또한, 상기 제1 실시 형태에서는, 평면으로 보아 화소부(100)를 둘러싸는 환상의 하나의 구조체(200)를 주변부(101)에 마련하도록 했지만, 본 개시는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 도 23에 도시한 제3 변형예로서의 고체 촬상 장치(1A)와 같이, 평면으로 보아 화소부(100)를 둘러싸는 환상의 구조체(200A)와, 또한 그 구조체(200A)를 둘러싸는 환상의 구조체(200B)를 주변부(101)에 마련하게 해도 된다. 즉, 유효 영역을 둘러싸도록, 주변 영역에 복수의 구조체를 다중으로 배치하도록 해도 된다. 이러한 고체 촬상 장치(1A)에서는, 예를 들어 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)와 비교하여, 제1 광전 변환부(20)의 패터닝 시에 제거되는 다층막(20Z)의 총량을 보다 저감할 수 있다. 따라서, 발생하는 잔사를 보다 저감할 수 있다. 또한, 고체 촬상 장치(1A)에서는, 예를 들어 구조체(200A)와 구조체(200B) 사이에 콘택트 영역(102)을 마련할 수 있다.
또한, 예를 들어 도 24에 도시한 제4 변형예로서의 고체 촬상 장치(1B)와 같이, 평면으로 보아 화소부(100)를 둘러싸는 환상의 구조체(200C)의 내부에 1 이상의 개구(200K)를 마련하게 해도 된다. 이 경우, 개구(200K)에 콘택트 영역(102)을 마련할 수 있다. 또한, 개구(200K)의 내부에 환상의 구조체(200D)를 더 마련하게 해도 된다. 이러한 고체 촬상 장치(1B)에 의하면, 예를 들어 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)와 비교하여, 제1 광전 변환부(20)의 패터닝 시에 제거되는 다층막(20Z)의 총량을 보다 한층 저감할 수 있다. 따라서, 발생하는 잔사를 보다 한층 저감할 수 있다.
또한, 상기 제1 실시 형태에서는, 유효 영역을 주변 영역이 둘러싸는 경우를 예시했지만, 본 개시의 광 검출 장치는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 도 25에 도시한 제5 변형예로서의 고체 촬상 장치(1C)와 같이, 주변 영역으로서의 주변부(101)가 화소부(100)의 2변과 대향하도록 배치되어 있어도 된다.
또한, 상기 제1 실시 형태에서는, 도 3에 도시한 것 같이 제1 광전 변환부(20)가 반도체층(21)을 포함하는 경우를 예시했지만, 본 개시는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 26에 도시한 제6 변형예로서의 고체 촬상 장치(1D)와 같이, 제1 광전 변환부(20)가 반도체층(21)을 포함하지 않는 것이어도 된다. 또한, 예를 들어 도 27에 도시한 제7 변형예로서의 고체 촬상 장치(1E)와 같이, 제1 광전 변환부(20)는 반도체층(21)과 절연층(24)을 포함하지 않고, 상부 전극(23)과 하부 전극(28) 사이에 광전 변환층(22)이 끼워져 있는 양태여도 된다. 하부 전극(28)에는, 두께 방향으로 연장되는 관통 전극(29)의 상단이 접속되어 있다. 관통 전극(29)의 하단은, 예를 들어 제2 광전 변환부(10)에 마련된 전하 유지부와 접속되어 있다.
본 개시의 일 실시 형태로서의 광 검출 장치에 의하면, 제1 광전 변환부로서, 유효 영역에 마련되는 유효 영역 부분에 추가로, 주변 영역에 주변 영역 부분을 마련하도록 하였다. 유효 영역 부분과 주변 영역 부분은 이격되어 있다. 따라서, 예를 들어 건식 에칭에 의해 제1 광전 변환부를 패터닝할 때에 유효 영역 부분의 단부면 근방에서의 잔사의 발생이 억제된다. 그 결과, 제1 광전 변환부에서의 단락을 회피할 수 있어, 높은 성능이 얻어진다.
또한, 본 명세서 중에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며 그 기재에 한정되는 것은 아니며, 다른 효과가 있어도 된다. 또한, 본 기술은 이하와 같은 구성을 취할 수 있는 것이다.
(1)
제1 면을 따라서 확대되고, 제1 파장 영역의 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제1 광전 변환부를 갖는 유효 영역과,
상기 제1 면을 따라서 상기 유효 영역과 인접하는 주변 영역
을 구비하고,
상기 주변 영역은, 상기 제1 광전 변환부와 이격하여 인접함과 함께 상기 제1 광전 변환부의 전부 또는 상기 제1 광전 변환부의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구조체를 포함하는
광 검출 장치.
(2)
상기 제1 광전 변환부 및 상기 구조체는, 각각, 제1 전극층과 광전 변환층과 제2 전극층이 상기 제1 면과 직교하는 제1 방향으로 순서대로 적층된 다층 구조를 갖는
상기 (1) 기재된 광 검출 장치.
(3)
상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 중 적어도 한쪽이 금속 산화물을 함유하는
상기 (2) 기재된 광 검출 장치.
(4)
상기 금속 산화물은, In(인듐), Zn(아연), 및 Ga(갈륨) 중 적어도 1종을 포함하는
상기 (3) 기재된 광 검출 장치.
(5)
상기 제1 광전 변환부와 상기 구조체 사이에는, 상기 유효 영역과 상기 주변 영역의 경계에 위치하는 슬릿이 형성되어 있고,
상기 슬릿의 상기 제1 면과 직교하는 제1 방향의 깊이에 대한 상기 슬릿의 상기 제1 면을 따른 폭의 비는, 1 이하인
상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 광 검출 장치.
(6)
상기 슬릿은, 절연 재료에 의해 매립되어 있는
상기 (5) 기재된 광 검출 장치.
(7)
상기 제1 광전 변환부와 상기 제1 면과 직교하는 제1 방향으로 중첩되도록 마련되고, 제2 파장 영역의 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제2 광전 변환부와,
상기 제1 광전 변환부와 상기 제2 광전 변환부 사이에 끼워져 있고, 상기 제1 파장 영역의 광보다도 상기 제2 파장 영역의 광이 투과하기 쉬운 광학 필터
를 더 구비하는
상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 광 검출 장치.
(8)
상기 제1 광전 변환부와 상기 구조체는, 서로 동일한 계층에 마련되어 있는
상기 (1) 내지 (7)의 어느 하나에 기재된 광 검출 장치.
(9)
광학부와, 신호 처리부와, 광 검출 장치를 구비하고,
상기 광 검출 장치는,
제1 면을 따라서 확대되고, 제1 파장 영역의 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제1 광전 변환부를 갖는 유효 영역과,
상기 제1 면을 따라서 상기 유효 영역과 인접하는 주변 영역
을 구비하고,
상기 주변 영역은, 상기 제1 광전 변환부와 이격하여 인접함과 함께 상기 제1 광전 변환부의 전부 또는 상기 제1 광전 변환부의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구조체를 포함하는
전자 기기.
(10)
조사광을 발하는 발광 장치와, 광 검출 장치를 갖는 광 검출 시스템을 구비하고,
상기 광 검출 장치는,
제1 면을 따라서 확대되고, 상기 조사광 중 제1 파장 영역의 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제1 광전 변환부를 갖는 유효 영역과,
상기 제1 면을 따라서 상기 유효 영역과 인접하는 주변 영역
을 구비하고,
상기 주변 영역은, 상기 제1 광전 변환부와 이격하여 인접함과 함께 상기 제1 광전 변환부의 전부 또는 상기 제1 광전 변환부의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구조체를 포함하는
이동체.
(11)
적외광을 발하는 발광 장치와, 광 검출 장치를 구비하고,
상기 광 검출 장치는,
제1 면을 따라서 확대되고, 외부로부터의 가시광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제1 광전 변환부 및 상기 적외광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제2 광전 변환부를 갖는 유효 영역과,
상기 제1 면을 따라서 상기 유효 영역과 인접하는 주변 영역
을 구비하고,
상기 주변 영역은, 상기 제1 광전 변환부와 이격하여 인접함과 함께 상기 제1 광전 변환부의 전부 또는 상기 제1 광전 변환부의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구조체를 포함하고,
상기 제1 광전 변환부와 상기 제2 광전 변환부는, 상기 제1 면에 직교하는 제1 방향으로 서로 중첩되도록 마련되어 있는
광 검출 시스템.
본 출원은, 일본 특허청에 있어서 2021년 4월 20일에 출원된 일본 특허 출원 번호 2021-070934호를 기초로서 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자이면 설계 상의 요건이나 다른 요인에 따라, 여러가지 수정, 콤비네이션, 서브 콤비네이션 및 변경을 상도할 수 있지만, 그들은 첨부의 청구범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것임이 이해된다.

Claims (11)

  1. 제1 면을 따라서 확대되고, 제1 파장 영역의 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제1 광전 변환부를 갖는 유효 영역과,
    상기 제1 면을 따라서 상기 유효 영역과 인접하는 주변 영역
    을 구비하고,
    상기 주변 영역은, 상기 제1 광전 변환부와 이격하여 인접함과 함께 상기 제1 광전 변환부의 전부 또는 상기 제1 광전 변환부의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구조체를 포함하는
    광 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 광전 변환부 및 상기 구조체는, 각각, 제1 전극층과 광전 변환층과 제2 전극층이 상기 제1 면과 직교하는 제1 방향으로 순서대로 적층된 다층 구조를 갖는
    광 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 중 적어도 한쪽이 금속 산화물을 함유하는
    광 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속 산화물은, In(인듐), Zn(아연), 및 Ga(갈륨) 중 적어도 1종을 포함하는
    광 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 광전 변환부와 상기 구조체 사이에는, 상기 유효 영역과 상기 주변 영역의 경계에 위치하는 슬릿이 형성되어 있고,
    상기 슬릿의 상기 제1 면과 직교하는 제1 방향의 깊이에 대한 상기 슬릿의 상기 제1 면을 따른 폭의 비는, 1 이하인
    광 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 슬릿은, 절연 재료에 의해 매립되어 있는
    광 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 광전 변환부와 상기 제1 면과 직교하는 제1 방향으로 중첩되도록 마련되고, 제2 파장 영역의 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제2 광전 변환부와,
    상기 제1 광전 변환부와 상기 제2 광전 변환부 사이에 끼워져 있고, 상기 제1 파장 영역의 광보다도 상기 제2 파장 영역의 광이 투과하기 쉬운 광학 필터
    를 더 구비하는
    광 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 광전 변환부와 상기 구조체는, 서로 동일한 계층에 마련되어 있는
    광 검출 장치.
  9. 광학부와, 신호 처리부와, 광 검출 장치를 구비하고,
    상기 광 검출 장치는,
    제1 면을 따라서 확대되고, 제1 파장 영역의 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제1 광전 변환부를 갖는 유효 영역과,
    상기 제1 면을 따라서 상기 유효 영역과 인접하는 주변 영역
    을 구비하고,
    상기 주변 영역은, 상기 제1 광전 변환부와 이격하여 인접함과 함께 상기 제1 광전 변환부의 전부 또는 상기 제1 광전 변환부의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구조체를 포함하는
    전자 기기.
  10. 조사광을 발하는 발광 장치와, 광 검출 장치를 갖는 광 검출 시스템을 구비하고,
    상기 광 검출 장치는,
    제1 면을 따라서 확대되고, 상기 조사광 중 제1 파장 영역의 광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제1 광전 변환부를 갖는 유효 영역과,
    상기 제1 면을 따라서 상기 유효 영역과 인접하는 주변 영역
    을 구비하고,
    상기 주변 영역은, 상기 제1 광전 변환부와 이격하여 인접함과 함께 상기 제1 광전 변환부의 전부 또는 상기 제1 광전 변환부의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구조체를 포함하는
    이동체.
  11. 적외광을 발하는 발광 장치와, 광 검출 장치를 구비하고,
    상기 광 검출 장치는,
    제1 면을 따라서 확대되고, 외부로부터의 가시광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제1 광전 변환부 및 상기 적외광을 검출하여 광전 변환을 행하는 제2 광전 변환부를 갖는 유효 영역과,
    상기 제1 면을 따라서 상기 유효 영역과 인접하는 주변 영역
    을 구비하고,
    상기 주변 영역은, 상기 제1 광전 변환부와 이격하여 인접함과 함께 상기 제1 광전 변환부의 전부 또는 상기 제1 광전 변환부의 일부와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구조체를 포함하고,
    상기 제1 광전 변환부와 상기 제2 광전 변환부는, 상기 제1 면에 직교하는 제1 방향으로 서로 중첩되도록 마련되어 있는
    광 검출 시스템.
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