KR20240038971A - 촬상 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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KR20240038971A
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히로카즈 오카베
히로후미 야마시타
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
소니그룹주식회사
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Abstract

전하 전송 효율의 저하를 억제한다. 실시 형태에 따른 촬상 장치는 2차원 격자상으로 배열되는 복수의 화소(2)를 구비하고, 상기 화소 각각은 입사광을 광전 변환하는 광전 변환부(PD)와, 상기 광전 변환부에 축적되어 있는 전하를 전송하는 게이트 전극(108)과, 상기 광전 변환부로부터 전송된 상기 전하의 유입처가 되는 확산 영역(FD)을 구비하고, 상기 광전 변환부와 상기 게이트 전극과 상기 확산 영역은, 반도체 기판(11) 내에 있어서 당해 반도체 기판의 기판 두께 방향을 따라 배열된다.

Description

촬상 장치 및 전자 기기
본 개시는 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
종래, CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)형 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)에서는, 화소부의 광전 변환을 행하는 포토다이오드에 축적할 수 있는 전하량을 증가시키기 위해서, 깊은 영역까지 전하를 축적할 수 있는 포텐셜을 형성하는 경우가 있다. 이러한 경우, 통상의 전송 게이트가 아니고, 실리콘 중에 삽입된 종형 게이트 전극을 사용함으로써, 깊은 영역까지 변조하고, 전계를 인가하여 읽어내기를 행한다. 또한, 그 변조력을 증가시키기 위해서, 복수의 종형 게이트 전극을 채용하는 구조도 제안되어 있다.
일본특허공개 제2018-190797호 공보
그러나, 종래의 소자 구조에서는, 설계 상의 제약에 의해 광전 변환부로부터 전하를 인발할 때의 경로를 직선적으로 하는 것이 곤란하고, 전하의 전송 효율이 저하되어버린다라고 하는 과제가 존재했다.
그래서 본 개시에서는, 전하 전송 효율의 저하를 억제하는 것이 가능한 촬상 장치 및 전자 기기를 제안한다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 개시에 관한 일 형태의 촬상 장치는 2차원 격자상으로 배열되는 복수의 화소를 구비하고, 상기 화소 각각은 입사광을 광전 변환하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에 축적되어 있는 전하를 전송하는 게이트 전극과, 상기 광전 변환부로부터 전송된 상기 전하의 유입처가 되는 확산 영역을 구비하고, 상기 광전 변환부와 상기 게이트 전극과 상기 확산 영역은 반도체 기판 내에 있어서 당해 반도체 기판의 기판 두께 방향을 따라 배열된다.
도 1은 본 개시의 각 실시 형태에 적용되는 촬상 장치의 개략 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 각 실시 형태에 적용되는 촬상 장치의 석항 구조예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 화소 및 읽어내기 회로의 일례를 도시하는 회로도이다.
도 4는 본 개시의 각 실시 형태에 적용되는 전자 기기에 탑재되는 촬상 장치의 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 화소의 개략 구성예를 나타내는 상시도이다.
도 6은 도 5에 있어서의 A-A' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 7은 도 5에 있어서의 B-B' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 8은 도 5에 있어서의 C-C' 단면의 구조예를 나타내는 수평 단면도이다.
도 9는 도 5에 있어서의 D-D' 단면의 구조예를 나타내는 수평 단면도이다.
도 10은 제1 실시 형태에 따른 화소의 제조 공정 예를 나타내는 프로세스 단면도이다(그 1).
도 11은 제1 실시 형태에 따른 화소의 제조 공정 예를 나타내는 프로세스 단면도이다(그 2).
도 12는 제1 실시 형태에 따른 화소의 제조 공정 예를 나타내는 프로세스 단면도이다(그 3).
도 13은 제1 실시 형태에 따른 화소의 제조 공정 예를 나타내는 프로세스 단면도이다(그 4).
도 14는 제1 실시 형태에 따른 화소의 제조 공정 예를 나타내는 프로세스 단면도이다(그 5).
도 15는 제1 실시 형태에 따른 화소의 제조 공정 예를 나타내는 프로세스 단면도이다(그 6).
도 16은 제1 실시 형태에 따른 화소의 제조 공정 예를 나타내는 프로세스 단면도이다(그 7).
도 17은 제2 실시 형태에 따른 화소의 개략 구성예를 나타내는 상시도이다.
도 18은 도 17에 있어서의 A-A' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 19는 도 17에 있어서의 B-B' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 20은 제3 실시 형태에 따른 화소의 개략 구성예를 나타내는 상시도이다.
도 21은 도 20에 있어서의 A-A' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 22는 도 20에 있어서의 B-B' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 23은 제4 실시 형태에 따른 화소의 개략 구성예를 나타내는 상시도이다.
도 24는 도 23에 있어서의 A-A' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 25는 도 23에 있어서의 B-B' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 26은 제5 실시 형태에 따른 화소의 개략 구성예를 나타내는 상시도이다.
도 27은 도 26에 있어서의 A-A' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 28은 도 26에 있어서의 B-B' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 29는 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 30은 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 31은 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 32는 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 일례를 도시하는 블록도이다.
이하에, 본 개시의 일 실시 형태에 대해서 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에 있어서, 동일한 부위에는 동일한 번호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.
또한, 이하에 나타내는 항목 순서에 따라 본 개시를 설명한다.
1. 공통 구성
1.1 촬상 장치의 개략 구성예
1.2 촬상 장치의 적층 구조예
1.3 전자 기기의 개략 구성예
2. 제1 실시 형태
2.1 화소 구성예
2.2 제조 공정예
2.3 정리
3. 제2 실시 형태
4. 제3 실시 형태
5. 제4 실시 형태
6. 제5 실시 형태
7. 이동체에의 응용예
8. 내시경 수술 시스템에의 응용예
1. 공통 구성
먼저, 이하의 실시 형태에서 공통의 촬상 장치 및 전자 기기의 구성에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
1.1 촬상 장치의 개략 구성예
도 1은 본 개시의 각 실시 형태에 적용되는 촬상 장치의 개략 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 촬상 장치(1)는 반도체 기판(ST)(예를 들어 실리콘 기판)에 복수의 광전 변환 소자를 포함하는 화소(2)가 규칙적으로 2차원적으로 배열된 화소 어레이부(소위 촬상 영역)(3)와, 주변 회로부를 갖고 구성된다. 화소(2)는 광전 변환 소자가 되는 예를 들어 포토다이오드와, 복수의 화소 트랜지스터(소위 MOS 트랜지스터)를 갖고 이루어진다. 복수의 화소 트랜지스터는, 예를 들어 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터 및 증폭 트랜지스터의 3개의 트랜지스터로 구성할 수 있다. 기타, 선택 트랜지스터를 추가해서 4개의 트랜지스터로 구성할 수도 있다. 단위 화소의 등가 회로는 통상과 마찬가지이므로, 상세 설명은 생략한다. 화소(2)는 공유 화소 구조로 할 수도 있다. 이 화소 공유 구조는, 복수의 포토다이오드와, 복수의 전송 트랜지스터와, 공유하는 1개의 플로팅 디퓨전과, 공유하는 1개씩의 다른 화소 트랜지스터로 구성된다.
주변 회로부는 수직 구동 회로(4)와, 칼럼 신호 처리 회로(5)와, 수평 구동 회로(6)와, 출력 회로(7)와, 제어 회로(8) 등을 갖고 구성된다.
제어 회로(8)는 입력 클럭과, 동작 모드 등을 명령하는 데이터를 수취하고,또한 촬상 장치의 내부 정보 등의 데이터를 출력한다. 즉, 제어 회로(8)에서는 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클럭에 기초하여, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등의 동작의 기준이 되는 클럭 신호나 제어 신호를 생성한다. 그리고, 이들 신호를 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등에 입력한다.
수직 구동 회로(4)는, 예를 들어 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 화소 구동 배선을 선택하고, 선택된 화소 구동 배선에 화소를 구동하기 위한 펄스를 공급하고, 행 단위로 화소를 구동한다. 즉, 수직 구동 회로(4)는 화소 어레이부(3)의 각 화소(2)를 행 단위로 순차 수직 방향으로 선택 주사하고, 수직 신호선(24)을 통해서 각 화소(2)의 광전 변환 소자가 되는 예를 들어 포토다이오드에 있어서 수광량에 따라서 생성한 신호 전하에 기초한 화소 신호를 칼럼 신호 처리 회로(5)에 공급한다.
칼럼 신호 처리 회로(5)는, 화소(2)의 예를 들어 열마다 배치되어 있고, 1행분의 화소(2)로부터 출력되는 신호를 화소열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 즉 칼럼 신호 처리 회로(5)는, 화소(2) 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling: CDS)이나, 신호 증폭, AD 변환 등의 신호 처리를 행한다. 칼럼 신호 처리 회로(5)의 출력단에는 수평 선택 스위치(도시하지 않음)가 수평 신호선(HL)과의 사이에 접속되어 마련된다.
수평 구동 회로(6)는, 예를 들어 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차 출력함으로써, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각을 차례로 선택하고, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 화소 신호를 수평 신호선(HL)에 출력시킨다.
출력 회로(7)는 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 수평 신호선(HL)을 통해서 순차적으로 공급되는 신호에 대하여, 신호 처리를 행하여 출력한다. 예를 들어, 버퍼링만 하는 경우도 있고, 흑색 레벨 조정, 열 변동 보정, 각종 디지털 신호 처리 등이 행해지는 경우도 있다. 입출력 단자 I/O는 외부와 신호의 주고받기를 한다.
1.2 촬상 장치의 적층 구조예
이어서, 본 개시의 각 실시 형태에 적용되는 촬상 장치(1)의 적층 구조예에 대해서 설명한다. 도 2는 본 개시의 각 실시 형태에 적용되는 촬상 장치의 석항 구조(seat term structure)예를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 촬상 장치(1)는, 3개의 기판(제1 기판(10), 제2 기판(20), 제3 기판(30))을 접합해서 구성된 3차원 구조로 할 수 있다. 제1 기판(10), 제2 기판(20) 및 제3 기판(30)은, 이 순서대로 적층되어 있다.
제1 기판(10)은 반도체 기판(11)에, 광전 변환을 행하는 복수의 화소(2)를 갖고 있다. 복수의 화소(2)는, 제1 기판(10)에 있어서의 화소 어레이부(3) 내에 행렬상으로 마련되어 있다. 제2 기판(20)은 반도체 기판(21)에, 화소(2)로부터 출력된 전하에 기초한 화소 신호를 출력하는 읽어내기 회로(22)를 4개의 화소(2)마다 1개씩 갖고 있다. 제2 기판(20)은, 행 방향으로 연장되는 복수의 화소 구동선(23)과, 열방향으로 연장되는 복수의 수직 신호선(24)을 갖고 있다. 제3 기판(30)은, 반도체 기판(31)에, 화소 신호를 처리하는 로직 회로(32)를 갖고 있다. 로직 회로(32)는, 예를 들어 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5), 수평 구동 회로(6) 및 제어 회로(8)를 갖고 있다. 로직 회로(32)(구체적으로는 수평 구동 회로(6))는 화소(2)마다의 출력 전압 Vout를 외부에 출력한다. 로직 회로(32)에서는, 예를 들어 소스 전극 및 드레인 전극과 접하는 불순물 확산 영역의 표면에, CoSi2나 NiSi 등의 살리사이드(Self-Aligned Silicide) 프로세스를 사용해서 형성된 실리사이드로 이루어지는 저저항 영역이 형성되어 있어도 된다.
수직 구동 회로(4)는, 예를 들어 복수의 화소(2)를 행 단위로 순서대로 선택한다. 칼럼 신호 처리 회로(5)는, 예를 들어 수직 구동 회로(4)에 의해 선택된 행의 각 화소(2)로부터 출력되는 화소 신호에 대하여, CDS 처리를 실시한다. 칼럼 신호 처리 회로(5)는, 예를 들어 CDS 처리를 실시함으로써, 화소 신호의 신호 레벨을 추출하고, 각 화소(2)의 수광량에 따른 화소 데이터를 유지한다. 수평 구동 회로(6)는, 예를 들어 칼럼 신호 처리 회로(5)에 유지되어 있는 화소 데이터를 순차, 외부에 출력한다. 제어 회로(8)는, 예를 들어 로직 회로(32) 내의 각 블록(수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6))의 구동을 제어한다.
도 3은 화소(2) 및 읽어내기 회로(22)의 일례를 나타낸 것이다. 이하에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 4개의 화소(2)가 1개의 읽어내기 회로(22)를 공유하고 있는 경우에 대해서 설명한다. 여기서, 「공유」란, 4개의 화소(2)의 출력이 공통의 읽어내기 회로(22)에 입력되는 것을 가리키고 있다.
각 화소(2)는, 서로 공통의 구성 요소를 갖고 있다. 도 3에는, 각 화소(2)의 구성 요소를 서로 구별하기 위해서, 각 화소(2)의 구성 요소의 부호의 말미에 식별 번호(1, 2, 3, 4)가 부여되어 있다. 이하에서는, 각 화소(2)의 구성 요소를 서로 구별할 필요가 있는 경우에는, 각 화소(2)의 구성 요소의 부호의 말미에 식별 번호를 부여하지만, 각 화소(2)의 구성 요소를 서로 구별할 필요가 없는 경우에는, 각 화소(2)의 구성 요소의 부호 말미 식별 번호를 생략하는 것으로 한다.
각 화소(2)는, 예를 들어 포토다이오드 PD와, 포토다이오드 PD와 전기적으로 접속된 전송 트랜지스터 TR과, 전송 트랜지스터 TR을 통해 포토다이오드 PD로부터 출력된 전하를 일시적으로 유지하는 부유 확산 영역 FD를 갖고 있다. 포토다이오드 PD는, 본 개시의 「광전 변환부」의 일 구체예에 상당한다. 포토다이오드 PD는, 광전 변환을 행하여 수광량에 따른 전하를 발생한다. 포토다이오드 PD의 캐소드가 전송 트랜지스터 TR의 소스에 전기적으로 접속되어 있고, 포토다이오드 PD의 애노드가 기준 전위선(예를 들어 그라운드)에 전기적으로 접속되어 있다. 전송 트랜지스터 TR의 드레인이 부유 확산 영역 FD에 전기적으로 접속되고, 전송 트랜지스터 TR의 게이트는 화소 구동선(23)에 전기적으로 접속되어 있다. 전송 트랜지스터 TR은, 예를 들어 CMOS 트랜지스터이다.
1개의 읽어내기 회로(22)를 공유하는 각 화소(2)의 부유 확산 영역 FD는, 서로 전기적으로 접속됨과 함께, 공통의 읽어내기 회로(22)의 입력 단에 전기적으로 접속되어 있다. 읽어내기 회로(22)는, 예를 들어 리셋 트랜지스터 RST와, 선택 트랜지스터 SEL과, 증폭 트랜지스터 AMP를 갖고 있다. 또한, 선택 트랜지스터 SEL은, 필요에 따라 생략해도 된다. 리셋 트랜지스터 RST의 소스(읽어내기 회로(22)의 입력 단)가 부유 확산 영역 FD에 전기적으로 접속되어 있고, 리셋 트랜지스터 RST의 드레인이 전원선 VDD 및 증폭 트랜지스터 AMP의 드레인에 전기적으로 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터 RST의 게이트는 화소 구동선(23)(도 2 참조)에 전기적으로 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터 AMP의 소스가 선택 트랜지스터 SEL의 드레인에 전기적으로 접속되어 있고, 증폭 트랜지스터 AMP의 게이트가 리셋 트랜지스터 RST의 소스에 전기적으로 접속되어 있다. 선택 트랜지스터 SEL의 소스(읽어내기 회로(22)의 출력 단)가 수직 신호선(24)에 전기적으로 접속되어 있고, 선택 트랜지스터 SEL의 게이트가 화소 구동선(23)(도 2 참조)에 전기적으로 접속되어 있다.
1.3 전자 기기의 개략 구성예
또한, 상술한 바와 같은 촬상 장치(1)는, 예를 들어 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 촬상 시스템, 촬상 기능을 구비한 휴대 전화기, 또는 촬상 기능을 구비한 것 외의 기기와 같은 각종 전자 기기에 적용할 수 있다.
도 4는 전자 기기에 탑재되는 촬상 장치의 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 전자 기기(1001)는, 광학계(1002), 촬상 장치(1003), DSP(Digital Signal Processor)(1004)를 구비하고 있고, 버스(1007)를 통해, DSP(1004), 표시 장치(1005), 조작계(1006), 메모리(1008), 기록 장치(1009) 및 전원계(1010)가 접속되어 구성되고, 정지 화상 및 동화상을 촬상 가능하다.
광학계(1002)는 1매 또는 복수매의 렌즈를 갖고 구성되고, 피사체로부터의 상 광(입사광)을 촬상 장치(1003)로 유도하고, 촬상 장치(1003)의 수광면(센서부)에 결상시킨다.
촬상 장치(1003)로서는, 상술한 어느 것의 구성예의 촬상 장치(1)가 적용된다. 촬상 장치(1003)에는, 광학계(1002)를 통해 수광면에 결상되는 상에 따라, 일정 기간, 전자가 축적된다. 그리고, 촬상 장치(1003)에 축적된 전자에 따른 신호가 DSP(1004)에 공급된다.
DSP(1004)는 촬상 장치(1003)로부터의 신호에 대하여 각종 신호 처리를 실시해서 화상을 취득하고, 그 화상의 데이터를, 메모리(1008)에 일시적으로 기억시킨다. 메모리(1008)에 기억된 화상의 데이터는, 기록 장치(1009)에 기록되거나, 표시 장치(1005)에 공급되어 화상이 표시된다. 또한, 조작계(1006)는 유저에 의한 각종 조작을 접수해서 전자 기기(1001)의 각 블록에 조작 신호를 공급하고, 전원계(1010)는 전자 기기(1001)의 각 블록의 구동에 필요한 전력을 공급한다.
이와 같이 구성되어 있는 전자 기기(1001)에서는, 촬상 장치(1003)로서, 상술한 바와 같은 촬상 장치(1)를 적용함으로써, 메탈층(58)의 층수의 삭감을 보다 유효하게 행할 수 있고, 비용 절감을 도모할 수 있다.
2. 제1 실시 형태
먼저, 제1 실시 형태에 따른 촬상 장치 및 전자 기기에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 화소(100)는, 상술한 공통 구성예에 있어서의 제1 기판(10)에 마련된 화소(2)에 대응하는 구성이어도 된다.
2.1 화소 구성예
도 5는 본 실시 형태에 따른 화소의 개략 구성예를 나타내는 상시도이다. 도 6은 도 5에 있어서의 A-A' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다. 도 7은 도 5에 있어서의 B-B' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다. 도 8은 도 5에 있어서의 C-C' 단면의 구조예를 나타내는 수평 단면도이다. 도 9는 도 5에 있어서의 D-D' 단면의 구조예를 나타내는 수평 단면도이다.
도 5 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 반도체 기판(101)을 구획하는 화소 분리부(109)에 의해 2차원 격자상으로 구획된 각 화소 영역에, 1개의 화소(100)가 마련되어 있다.
화소(100)는 반도체 기판(101)의 예를 들어 이면측(도면 중, 하면측)에 치우쳐서 마련된 광전 변환부(102)와, 기판 두께 방향에 있어서 광전 변환부(102)에 근접 배치된 매립 게이트 전극(103)과, 매립 게이트 전극(103)에 접하도록 반도체 기판(101)의 상면 상에 마련된 전송 게이트 전극(108)과, 매립 게이트 전극(103)의 상부의 적어도 일부에 마련된 매립 절연막(107)과, 반도체 기판(101)의 상층에 있어서의 화소 영역의 네 코너 중 하나에 마련된 부유 확산 영역(105)과, 화소 영역의 대략 중앙으로부터 부유 확산 영역(105)까지를 접속하도록 반도체 기판(101)의 상층에 마련된 확산 영역(104)과, 반도체 기판(101)의 상층에 있어서의 화소 영역의 네 코너 중 부유 확산 영역(105)이 마련된 코너와 대각에 위치하는 코너에 마련된 접지 콘택트(106)를 구비한다.
상기 구성에 있어서, 매립 게이트 전극(103)은, 예를 들어 화소 영역의 하나의 코너에 마련된 부유 확산 영역(105)으로부터 화소 영역의 중앙을 향해서 돌출되는 확산 영역(104)의 하방의 영역(제1 영역이라고도 한다)에 적어도 한쪽으로부터 근접하도록 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 매립 게이트 전극(103)이 역ㄷ자 모양의 형상(특히, 도 5, 도 8 및 도 9 참조)을 가짐으로써, 확산 영역(104)의 하방 영역을 세 방향으로부터 근접해서 둘러싸도록 배치되어 있다.
이와 같이, 광전 변환부(102)와 매립 게이트 전극(103)과 확산 영역(104)을 세로 방향(기판 두께 방향)을 따라 배열하는 것으로, 전송 게이트 전극(108)을 통해 매립 게이트 전극(103)에 전압을 인가한 경우, 매립 게이트 전극(103)의 하방에 위치하는 광전 변환부(102)로부터 상방에 위치하는 확산 영역(104)까지를 직선적으로 연결하는 채널이 기판 두께 방향을 따라 형성된다. 그에 의해, 광전 변환부(102)로부터 확산 영역(104) 및 거기에 접속된 부유 확산 영역(105)으로의 전하의 전송 효율을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 상기 구성에 있어서, 매립 게이트 전극(103) 상에는, 매립 절연막(107)이 마련되어 있다.
이와 같이, 매립 게이트 전극(103)의 상부를 매립 절연막(107) 등의 절연물로 치환하는 것으로, 부유 확산 영역(105)으로부터 매립 게이트 전극(103)까지의 거리를 확보하는 것이 가능해진다. 그에 의해, 매립 게이트 전극(103)과 부유 확산 영역(105) 사이에 전계가 집중하는 것으로 발생하는 전자 눈사태의 발생을 억제하는 것이 가능해지기 때문에, 화소 신호의 진폭이 포화하는 것으로 발생하는 백점 등의 화질 열화의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
마찬가지로, 매립 게이트 전극(103)의 상부를 매립 절연막(107) 등의 절연물로 치환하는 것으로, 접지 콘택트(106)로부터 매립 게이트 전극(103)까지의 거리를 확보하는 것도 가능해지기 때문에, 전자 눈사태의 발생을 억제해서 백점 등의 화질 열화의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
2.2 제조 공정 예
이어서, 본 실시 형태에 따른 화소(100)의 제조 공정의 예에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 10 내지 도 16은 본 실시 형태에 따른 화소의 제조 공정 예를 나타내는 프로세스 단면도이다. 또한, 도 10은 도 5에 있어서의 A-A' 단면 및 B-B' 단면의 양쪽에 대응하는 프로세스 단면도를 도시하고, 도 11, 도 13 및 도 15는 도 5에 있어서의 A-A' 단면에 대응하는 프로세스 단면도를 도시하고, 도 12, 도 14 및 도 16은 도 5에 있어서의 B-B' 단면에 대응하는 프로세스 단면도를 도시한다.
본 제조 공정 예에서는, 먼저, 도 10에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판 등의 반도체 기판(101)에 대하여, 상면측으로부터 N형의 도펀트를 소정의 주입 에너지로 이온 주입하고, 이에 의해 주입된 도펀트를 열 확산함으로써, 반도체 기판(101)의 이면측에 치우친 영역에, N-형의 확산 영역인 광전 변환부(102)를 형성한다. 반도체 기판(101)에는, 예를 들어 P-형의 반도체 기판이 사용되어도 되고, P형의 도펀트가 얇게 확산되어도 된다. 또한, 본 설명에 있어서, N-형이란, 자유 전자의 양이 적은 N형을 말하고, N+형이란, 자유 전자의 양이 많은 N형을 말한다. 마찬가지로, P-형이란, 홀의 양이 적은 P형을 말하고, P+형이란 홀의 양이 많은 P형을 말한다.
계속해서, 반도체 기판(101)을 개개의 화소 영역으로 구획하기 위한 화소 분리부(109)를 형성하는 영역에, 상면측으로부터 이면측까지 달하는 트렌치를 형성하고, 이에 의해 형성된 트렌치 내를 예를 들어 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 절연체로 매립하는 것으로, 반도체 기판(101)을 개개의 화소 영역으로 구획하는 화소 분리부(109)를 형성한다.
또한, 본 예에서는, 화소 분리부(109)로서, 반도체 기판(101)의 상면으로부터 이면까지 달하는, 소위 FFTI(Front Full Trench Isolation)형의 화소 분리부를 예시하지만, 이것에 한정되지 않고, 반도체 기판(101)을 이면측으로부터 관통하는 FTI(Full Trench Isolation)형이나, 반도체 기판(101)의 표면 또는 이면으로부터 중간에 걸쳐서 형성된 DTI(Deep Trench Isolation)형 또는 RDTI(Reverse Deep Trench Isolation)형의 화소 분리부를 채용하는 것도 가능하다.
또한, 화소 분리부(109)에 광의 가둠 효과를 갖게 하는 경우, 반도체 기판(101)에 형성한 트렌치 내에는, 텅스텐(W) 등의 반사성 재료가 매립되어도 된다. 그 때, 도전성의 반사성 재료를 매립하는 경우에는, 반도체 기판(101)과의 사이에 절연층을 마련하면 된다.
이어서, 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(101)을 표면측으로부터 광전 변환부(102)에 달하지 않을 정도로 새겨 넣는 것으로, 매립 게이트 전극(103)을 형성하기 위한 역ㄷ자 모양의 트렌치(103a)를 형성한다. 트렌치(103a)의 형성에는, 예를 들어 포토리소그래피 및 건식 에칭을 사용할 수 있고, 건식 에칭에는, 예를 들어 RIE(Reactive Ion Etching) 등의 이방성 건식 에칭을 사용할 수 있다. 단, 이것에 한정되지 않고, 다양한 방법으로 트렌치(103a)가 형성되어도 된다.
이어서, 트렌치(103a) 내부의 반도체 기판(101) 표면에 게이트 절연막(도시하지 않음)을 형성한다. 게이트 절연막의 형성에는, 산소 리치 조건 하에서의 어닐링 등을 사용할 수 있다. 단, 이에 한정되지 않고, 스퍼터법이나 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등을 사용해서 게이트 절연막이 형성되어도 된다. 또한, 트렌치(103a)의 내부 이외이며 반도체 기판(101)의 상면 상에 형성된 절연막은, CMP(Chemical Mechanical Polishing)나 습식 에칭 등으로 제거되어도 된다.
이어서, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 트렌치(103a)의 내부에, 매립 게이트 전극(103)을 형성한다. 트렌치(103a) 내에서의 매립 게이트 전극(103)의 높이는, 후속 공정에서 형성되는 부유 확산 영역(105) 및/또는 접지 콘택트(106)로부터의 거리가 전계의 집중을 저감할 수 있을 정도의 거리로 유지되는 정도의 높이여도 된다. 예를 들어, 트렌치(103a) 내에서의 매립 게이트 전극(103)의 높이는, 트렌치(103a)의 깊이의 절반 정도여도 된다.
또한, 매립 게이트 전극(103)의 재료에는, 불순물을 포함함으로써 도전성을 갖는 폴리실리콘이나 아몰퍼스 실리콘 등이 사용되어도 된다. 단, 이것에 한정되지 않고, 금속이나 합금 등의 다른 도전성 재료가 사용되어도 된다.
매립 게이트 전극(103)의 형성에는, 예를 들어 스퍼터법이나 CVD법 등이 사용되어도 된다. 구체적으로는, 반도체 기판(101)의 상면으로부터 트렌치(103a) 내가 채워지도록 도전성 재료를 퇴적하고, 반도체 기판(101)의 상면 상에 퇴적한 도전성 재료를 CMP나 습식 에칭 등으로 제거하고, 그 후 매립 절연막(107)을 형성하기 위한 트렌치를, 예를 들어 포토리소그래피 및 건식 에칭을 사용해서 트렌치(103a) 내에 형성함으로써, 트렌치(103a) 내의 바닥측에 매립 게이트 전극(103)이 형성되어도 된다. 그 때, 트렌치(103a) 저부의 매립 게이트 전극(103)과 반도체 기판(101) 상의 전송 게이트 전극(108)을 접촉시키기 위해서, 트렌치(103a) 내의 일부 매립 게이트 전극(103)은 트렌치(103a)의 개구부(즉, 반도체 기판(101)의 상면)까지 남겨져도 된다.
이어서, 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 매립 게이트 전극(103)이 형성된 트렌치(103a) 내에, 매립 절연막(107)을 형성한다. 매립 절연막(107)의 형성에는, 예를 들어 스퍼터법이나 CVD법 등이 사용되어도 된다. 구체적으로는, 반도체 기판(101)의 상면으로부터 트렌치(103a) 내의 나머지 공동이 메워지도록 절연성 재료를 퇴적하고, 반도체 기판(101)의 상면 상에 퇴적한 절연성 재료를 CMP나 습식 에칭 등으로 제거함으로써, 트렌치(103a) 내의 상측에 매립 절연막(107)이 형성되어도 된다. 또한, 매립 절연막(107)의 절연성 재료에는, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등이 사용되어도 된다.
계속해서, 반도체 기판(101) 상에 매립 게이트 전극(103)에 접촉하는 전송 게이트 전극(108)을 형성한다. 전송 게이트 전극(108)의 재료에는, 불순물을 포함함으로써 도전성을 갖는 폴리실리콘이나 아몰퍼스 실리콘 등이 사용되어도 된다. 단, 이것에 한정되지 않고, 금속이나 합금 등의 다른 도전성 재료가 사용되어도 된다. 또한, 전송 게이트 전극(108)의 형성에서는, 예를 들어 스퍼터법이나 CVD법 등에 의한 성막 공정과, 포토리소그래피 및 에칭에 의한 패터닝 공정이 실행되어도 된다.
이어서, 반도체 기판(101)의 상층 부분에 있어서의 매립 절연막(107)로 둘러싸인 영역에, 확산 영역(104)을 형성한다. 확산 영역(104)의 형성에서는, 반도체 기판(101)의 상면에 화소 영역의 중앙 부분으로부터 네 코너 중 하나(부유 확산 영역(105)이 형성되는 코너)에 걸쳐서 개구된 마스크를 형성하고, 이 마스크에서 개구된 영역에 N형의 도펀트를 소정의 주입 에너지로 이온 주입함으로써, N-형의 확산 영역인 확산 영역(104)을 형성한다.
이어서, 반도체 기판(101)의 상층 부분에 있어서의 화소 영역의 네 코너 중 하나에 N+형의 확산 영역인 부유 확산 영역(105)을 형성하고, 이 코너와 대각에 위치하는 코너에 P+형의 확산 영역인 접지 콘택트(106)를 형성함으로써, 도 5 내지 도 9에 도시한 화소 구조가 형성된다. 또한, 부유 확산 영역(105)과 접지 콘택트(106)의 형성에는, 상술한 확산 영역(104)과 마찬가지 공정이 사용되어도 된다. 단, 부유 확산 영역(105)과 접지 콘택트(106)에 이온 주입 후, 반도체 기판(101)의 상면에 어닐링을 실시함으로써, 주입한 도펀트가 안정화되어도 된다.
2.3 정리
이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 광전 변환부(102)와 매립 게이트 전극(103)과 확산 영역(104)이 세로 방향(기판 두께 방향)을 따라 배열되어 있기 때문에, 광전 변환부(102)의 전하를 직선적으로 확산 영역(104)으로 인발하는 것이 가능해진다. 그에 의해, 광전 변환부(102)로부터의 전하의 전송 효율을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 매립 게이트 전극(103)과 부유 확산 영역(105)/접지 콘택트(106) 사이에 매립 절연막(107)이 개재하기 때문에, 매립 게이트 전극(103)과 부유 확산 영역(105)/접지 콘택트(106) 사이에 전계가 집중하는 것으로 발생하는 전자 눈사태의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 화소 신호의 진폭이 포화하는 것으로 발생하는 백점 등의 화질 열화의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
3. 제2 실시 형태
다음에, 제2 실시 형태에 따른 촬상 장치 및 전자 기기에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 화소(200)는, 상술한 공통 구성예에 있어서의 제1 기판(10)에 마련된 화소(2)에 대응하는 구성이어도 된다. 또한, 상술한 실시 형태와 마찬가지 구성, 동작, 제조 공정 및 효과에 대해서는, 그들을 인용함으로써, 중복된 설명을 생략한다.
도 17은 본 실시 형태에 따른 화소의 개략 구성예를 나타내는 상시도이다. 도 18은 도 17에 있어서의 A-A' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다. 도 19는 도 17에 있어서의 B-B' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 17 내지 도 19에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 화소(200)는, 제1 실시 형태에 있어서 도 5 내지 도 9를 사용해서 설명한 화소(100)와 마찬가지 구성에 있어서, 확산 영역(104)이 생략되고, 부유 확산 영역(105)이 화소 영역의 대략 중앙에 위치하는 부유 확산 영역(205)으로 치환된 구조를 구비한다.
이와 같이, 부유 확산 영역(105)이 화소 영역의 대략 중앙에 위치하는 구조로 한 경우에도, 광전 변환부(102)와 매립 게이트 전극(103)과 부유 확산 영역(205)이 세로 방향(기판 두께 방향)을 따라 배열되어 있기 때문에, 광전 변환부(102)의 전하를 직선적으로 부유 확산 영역(205)으로 인발하는 것이 가능해진다. 그에 의해, 광전 변환부(102)로부터의 전하의 전송 효율을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 따른 구조에서도, 매립 게이트 전극(103)과 부유 확산 영역(205)/접지 콘택트(106) 사이에 매립 절연막(107)이 개재하기 때문에, 매립 게이트 전극(103)과 부유 확산 영역(205)/접지 콘택트(106) 사이에 전계가 집중하는 것으로 발생하는 전자 눈사태의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 화소 신호의 진폭이 포화하는 것으로 발생하는 백점 등의 화질 열화의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
기타 구성, 동작, 제조 공정 및 효과는, 상술한 실시 형태와 마찬가지여도 되기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
4. 제3 실시 형태
다음에, 제3 실시 형태에 따른 촬상 장치 및 전자 기기에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 화소(300)는 상술한 공통 구성예에 있어서의 제1 기판(10)에 마련된 화소(2)에 대응하는 구성이어도 된다. 또한, 상술한 실시 형태와 마찬가지 구성, 동작, 제조 공정 및 효과에 대해서는, 그들을 인용함으로써, 중복된 설명을 생략한다.
도 20은 본 실시 형태에 따른 화소의 개략 구성예를 나타내는 상시도이다. 도 21은 도 20에 있어서의 A-A' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다. 도 22는 도 20에 있어서의 B-B' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 20 내지 도 21에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 화소(300)는, 제1 실시 형태에 있어서 도 5 내지 도 9를 사용해서 설명한 화소(100)와 마찬가지 구성에 있어서, 매립 게이트 전극(103) 및 매립 절연막(107)이, 매립 게이트 전극(303) 및 매립 절연막(307)으로 치환된 구조를 구비한다.
매립 게이트 전극(303)은, 도 5 내지 도 9에 나타낸 매립 게이트 전극(103)의 역ㄷ자 모양의 구조 중, 부유 확산 영역(105)으로부터 연장되는 확산 영역(104)의 연장 방향으로 위치하는 부분과, 전송 게이트 전극(108)이 마련되어 있지 않은 측의 부분이 생략된 구조를 구비한다. 바꿔 말하면, 매립 게이트 전극(303)은, 확산 영역(104) 아래의 영역의 편측(전송 게이트 전극(108)이 마련된 측)에만 배치된 구조를 갖는다. 이에 따라, 본 실시 형태에 있어서, 매립 절연막(307)은, 확산 영역(104) 아래의 영역의 편측(전송 게이트 전극(108)이 마련된 측)에만 배치되어 있다.
이와 같이, 매립 게이트 전극(303)을 확산 영역(104) 아래의 영역의 편측에만 배치한 구조로 함으로써, 화소 영역을 축소하는 것이 가능해진다. 그에 의해, 해상도의 향상이나 촬상 장치(1)의 소형화 등의 효과를 발휘하는 것이 가능해진다.
또한, 매립 게이트 전극(303)을 확산 영역(104) 아래의 영역의 편측에 배치한 구조로 한 경우에도, 광전 변환부(102)와 매립 게이트 전극(303)과 확산 영역(104)이 세로 방향(기판 두께 방향)을 따라 배열되어 있기 때문에, 광전 변환부(102)의 전하를 직선적으로 확산 영역(104)으로 인발하는 것이 가능해진다. 그에 의해, 광전 변환부(102)로부터의 전하의 전송 효율을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 따른 구조에서도, 매립 게이트 전극(303)과 부유 확산 영역(105)/접지 콘택트(106) 사이에 매립 절연막(307)이 개재하기 때문에, 매립 게이트 전극(303)과 부유 확산 영역(105)/접지 콘택트(106) 사이에 전계가 집중하는 것으로 발생하는 전자 눈사태의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 화소 신호의 진폭이 포화하는 것으로 발생하는 백점 등의 화질 열화의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태를 베이스로 한 경우를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 제2 실시 형태 등, 다른 실시 형태를 베이스로 하는 것도 가능하다. 또한, 기타 구성, 동작, 제조 공정 및 효과는, 상술한 실시 형태와 마찬가지여도 되기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
5. 제4 실시 형태
다음에, 제4 실시 형태에 따른 촬상 장치 및 전자 기기에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 화소(400)는, 상술한 공통 구성예에 있어서의 제1 기판(10)에 마련된 화소(2)에 대응하는 구성이어도 된다. 또한, 상술한 실시 형태와 마찬가지 구성, 동작, 제조 공정 및 효과에 대해서는, 그들을 인용함으로써, 중복된 설명을 생략한다.
도 23은 본 실시 형태에 따른 화소의 개략 구성예를 나타내는 상시도이다. 도 24는 도 23에 있어서의 A-A' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다. 도 25는 도 23에 있어서의 B-B' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 23 내지 도 25에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 화소(400)는, 제1 실시 형태에 있어서 도 5 내지 도 9를 사용해서 설명한 화소(100)와 마찬가지 구성에 있어서, 전송 게이트 전극(108), 매립 게이트 전극(103) 및 매립 절연막(107)이, 2개의 전송 게이트 전극(408a 및 408b)과, 2개로 분리한 매립 게이트 전극(403a 및 403b)과, 2개로 분리한 매립 절연막(407a 및 407b)으로 치환된 구조를 구비한다.
매립 게이트 전극(403a 및 403b)은, 도 5 내지 도 9에 나타낸 매립 게이트 전극(103)의 역ㄷ자 모양의 구조 중, 부유 확산 영역(105)으로부터 연장되는 확산 영역(104)의 연장 방향으로 위치하는 부분이 생략된 구조를 구비한다. 바꿔 말하면, 매립 게이트 전극(403a 및 403b)은, 확산 영역(104) 아래의 영역을 양측으로부터 끼워 넣는 구조를 갖는다. 이에 따라, 본 실시 형태에 있어서, 매립 절연막(407a 및 407b)은 확산 영역(104) 아래의 영역을 양측으로부터 끼워 넣도록 배치되어 있다.
또한, 2개의 매립 게이트 전극(403a 및 403b) 중, 매립 게이트 전극(403a)은, 전송 게이트 전극(408a)에 접속되고, 매립 게이트 전극(403b)은, 전송 게이트 전극(408a)과 대각에 위치하는 전송 게이트 전극(408b)에 접속된다.
이와 같이, 매립 게이트 전극(403a 및 403b)를 확산 영역(104) 아래의 영역을 양측으로부터 끼워 넣는 구조로 한 경우에도, 광전 변환부(102)와 매립 게이트 전극(403a 및 403b)과 확산 영역(104)이 세로 방향(기판 두께 방향)을 따라 배열되어 있기 때문에, 광전 변환부(102)의 전하를 직선적으로 확산 영역(104)으로 인발하는 것이 가능해진다. 그에 의해, 광전 변환부(102)로부터의 전하의 전송 효율을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 따른 구조에서도, 매립 게이트 전극(403a 및 403b)과 부유 확산 영역(105)/접지 콘택트(106) 사이에 매립 절연막(407a 및 407b)이 개재하기 때문에, 매립 게이트 전극(403a 및 403b)과 부유 확산 영역(105)/접지 콘택트(106) 사이에 전계가 집중하는 것으로 발생하는 전자 눈사태의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 화소 신호의 진폭이 포화하는 것으로 발생하는 백점 등의 화질 열화의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태를 베이스로 한 경우를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 제2 실시 형태 등, 다른 실시 형태를 베이스로 하는 것도 가능하다. 또한, 기타 구성, 동작, 제조 공정 및 효과는, 상술한 실시 형태와 마찬가지여도 되기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
6. 제5 실시 형태
다음에, 제5 실시 형태에 따른 촬상 장치 및 전자 기기에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 화소(500)는 상술한 공통 구성예에 있어서의 제1 기판(10)에 마련된 화소(2)에 대응하는 구성이어도 된다. 또한, 상술한 실시 형태와 마찬가지 구성, 동작, 제조 공정 및 효과에 대해서는, 그들을 인용함으로써, 중복된 설명을 생략한다.
도 26은 본 실시 형태에 따른 화소의 개략 구성예를 나타내는 상시도이다. 도 27은 도 26에 있어서의 A-A' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다. 도 28은 도 26에 있어서의 B-B' 단면의 구조예를 나타내는 수직 단면도이다.
도 26 내지 도 28에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 화소(500)는, 제1 실시 형태에 있어서 도 5 내지 도 9를 사용해서 설명한 화소(100)와 마찬가지 구성에 있어서, 매립 게이트 전극(103) 및 매립 절연막(107)이, L자 모양의 매립 게이트 전극(503) 및 L자 모양의 매립 절연막(507)으로 치환된 구조를 구비한다.
매립 게이트 전극(503)은, 도 5 내지 도 9에 나타낸 매립 게이트 전극(103)의 역ㄷ자 모양의 구조 중, 전송 게이트 전극(108)이 마련되어 있지 않은 측의 부분이 생략된 구조를 구비한다. 바꿔 말하면, 매립 게이트 전극(503)은, 확산 영역(104) 아래의 영역을, 전송 게이트 전극(108)이 마련된 측과, 접지 콘택트(106)가 마련된 측으로부터 둘러싸는 구조를 갖는다. 이에 따라, 본 실시 형태에 있어서, 매립 절연막(507)은 확산 영역(104) 아래의 영역을 전송 게이트 전극(108)이 마련된 측과 접지 콘택트(106)가 마련된 측으로부터 둘러싸도록 배치되어 있다.
이와 같이, 매립 게이트 전극(503)을 확산 영역(104) 아래의 영역을 전송 게이트 전극(108)이 마련된 측과 접지 콘택트(106)가 마련된 측으로부터 둘러싸는 구조로 한 경우에도, 광전 변환부(102)와 매립 게이트 전극(503)과 확산 영역(104)이 세로 방향(기판 두께 방향)을 따라 배열되어 있기 때문에, 광전 변환부(102)의 전하를 직선적으로 확산 영역(104)으로 인발하는 것이 가능해진다. 그에 의해, 광전 변환부(102)로부터의 전하의 전송 효율을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 따른 구조에서도, 매립 게이트 전극(503)과 부유 확산 영역(105)/접지 콘택트(106) 사이에 매립 절연막(507)이 개재하기 때문에, 매립 게이트 전극(503)과 부유 확산 영역(105)/접지 콘택트(106) 사이에 전계가 집중하는 것으로 발생하는 전자 눈사태의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 화소 신호의 진폭이 포화하는 것으로 발생하는 백점 등의 화질 열화의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태를 베이스로 한 경우를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 제2 실시 형태 등, 다른 실시 형태를 베이스로 하는 것도 가능하다. 또한, 기타 구성, 동작, 제조 공정 및 효과는, 상술한 실시 형태와 마찬가지여도 되기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
7. 이동체에의 응용예
본 개시에 관한 기술(본 기술)은 여러 제품에 응용할 수 있다. 예를 들어, 본 개시에 관한 기술은 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 것의 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 된다.
도 29는 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 일례인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성예를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은 통신 네트워크(12001)를 통해 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 29에 나타낸 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, 이들의 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 차외의 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 차내의 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)에서 취득되는 차내외의 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 기초한 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)에서 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)에서 취득되는 차외의 정보에 기초하여, 보디계 제어 유닛(12020)에 대하여 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들어, 마이크로컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행 차 또는 대향 차의 위치에 따라서 헤드 램프를 제어하고, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현을 도모할 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
음성 화상 출력부(12052)는 차량의 탑승자 또는 차외에 대하여, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중 적어도 한쪽의 출력 신호를 송신한다. 도 29의 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 30은 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 나타내는 도면이다.
도 30에서는, 차량(12100)은 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 글래스의 상부 등의 위치에 마련된다. 프론트 노즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실 내의 프론트 글래스의 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 후방의 화상을 취득한다. 촬상부(12101 및 12105)에서 취득되는 전방의 화상은 주로 선행 차량 또는 보행자, 장해물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.
또한, 도 30에는 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 일례가 나타나 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 소자로 이루어지는 스테레오 카메라여도 되고, 위상차 검출용 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 입체물이고, 차량(12100)과 대략 동일한 방향으로 소정의 속도(예를 들어, 0km/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행 차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로컴퓨터(12051)는 선행 차의 앞쪽에 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, 이륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전주 등 기타 입체물로 분류해서 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 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황일 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통해 드라이버에 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통해 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 존재하는지 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 관한 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 일례에 대해서 설명했다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(12031)에 적용될 수 있다. 촬상부(12031)에 본 개시에 관한 기술을 적용함으로써, 화질이 양호한 화상을 취득하는 것이 가능해지기 때문에, 각종 검출 처리의 정밀도를 높이는 것이 가능해지는 등, 여러 효과를 발휘하는 것이 가능해진다.
8. 내시경 수술 시스템에의 응용예
본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 여러 제품에 응용할 수 있다. 예를 들어, 본 개시에 관한 기술은 내시경 수술 시스템에 적용되어도 된다.
도 31은 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 31에서는, 시술자(의사)(11131)가, 내시경 수술 시스템(11000)을 사용하여, 환자 침대(11133) 위의 환자(11132)에게 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, 기타 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 내부로 연장 설치되는 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통해 환자(11132)의 체강 내 관찰 대상을 향해서 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 컨트롤 유닛(CCU: Camera Control Unit)(11201)으로 송신된다.
CCU(11201)는 CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등으로 구성되고, 내시경(11100) 및 표시 장치(11202)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(11201)는 카메라 헤드(11102)로부터 화상 신호를 수취하고, 그 화상 신호에 대하여, 예를 들어 현상 처리(디모자이크 처리) 등의, 당해 화상 신호에 기초한 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 기초한 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원으로 구성되어, 수술 부위 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 통해, 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 변경하는 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 확보 목적으로, 환자(11132)의 체강을 부풀리기 위해서, 기복 튜브(11111)를 통해 당해 체강 내로 가스를 보낸다. 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 수술 부위를 촬영할 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(11203)는, 예를 들어 LED, 레이저 광원 또는 이들의 조합에 의해 구성되는 백색 광원으로 구성할 수 있다. RGB 레이저 광원의 조합에 의해 백색 광원이 구성되는 경우에는, 각 색(각 파장)의 출력 강도 및 출력 타이밍을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 광원 장치(11203)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 동기해서 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 않아도, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 된다. 그 광의 강도의 변경의 타이밍에 동기해서 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자 구동을 제어해서 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 흡수 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 조사하고 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 조사하고 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 32는 도 31에 나타내는 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 도광되고, 당해 렌즈 유닛(11401)에 입사한다. 렌즈 유닛(11401)은 줌 렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다.
촬상부(11402)는 촬상 소자로 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 생성되고, 그들이 합성됨으로써 컬러 화상이 얻어져도 된다. 혹은, 촬상부(11402)는 3D(Dimensional) 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 한 쌍의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 된다. 3D 표시가 행해짐으로써, 시술자(11131)는 수술 부위에 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 마련되지 않아도 된다. 예를 들어, 촬상부(11402)는, 경통(11101)의 내부에, 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 된다.
구동부(11403)는, 액추에이터에 의해 구성되고, 카메라 헤드 제어부(11405)로부터의 제어에 의해, 렌즈 유닛(11401)의 줌 렌즈 및 포커스 렌즈를 광축을 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이에 의해, 촬상부(11402)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정될 수 있다.
통신부(11404)는 CCU(11201) 사이에서 각종 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11404)는 촬상부(11402)로부터 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(11400)을 통해 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 지정하는 취지의 정보, 촬상 시의 노출값을 지정하는 취지의 정보, 그리고/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등, 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기의 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 통해 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 통해 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 광 통신 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 수술 부위 등의 촬상 및 수술 부위 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, 수술 부위 등이 비친 촬상 화상을 표시 장치(11202)에 표시시킨다. 이때, 제어부(11413)는 각종 화상 인식 기술을 사용해서 촬상 화상 내에 있어서의 각종 물체를 인식해도 된다. 예를 들어, 제어부(11413)는 촬상 화상에 포함되는 물체의 에지 형상이나 색 등을 검출함으로써, 겸자 등의 수술도구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(11112)의 사용시 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 수술 부위의 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, 광 통신에 대응한 광 파이버, 또는 이들의 복합 케이블이다.
여기서, 도시하는 예에서는, 전송 케이블(11400)을 사용해서 유선으로 통신이 행해지고 있었지만, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201) 사이의 통신은 무선으로 행해져도 된다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 일례에 대해서 설명했다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 예를 들어 내시경(11100)이나, 카메라 헤드(11102)(의 촬상부(11402)), CCU(11201)(의 화상 처리부(11412)) 등에 적용될 수 있다. 이들 구성에 본 개시에 관한 기술을 적용함으로써, 보다 선명한 수술 부위 화상을 얻을 수 있기 때문에, 시술자가 수술 부위를 확실하게 확인하는 것이 가능해진다.
또한, 여기에서는, 일례로서 내시경 수술 시스템에 대해서 설명했지만, 본 개시에 관한 기술은, 기타, 예를 들어 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 된다.
이상, 본 개시의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 개시의 기술적 범위는, 상술한 실시 형태 그대로 한정되는 것이 아니라, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경이 가능하다. 또한, 다른 실시 형태 및 변형예에 걸치는 구성 요소를 적절히 조합해도 된다.
또한, 본 명세서에 기재된 각 실시 형태에 있어서의 효과는 어디까지나 예시이며 한정되는 것이 아니고, 다른 효과가 있어도 된다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
2차원 격자상으로 배열되는 복수의 화소를 구비하고,
상기 화소 각각은,
입사광을 광전 변환하는 광전 변환부와,
상기 광전 변환부에 축적되어 있는 전하를 전송하는 게이트 전극과,
상기 광전 변환부로부터 전송된 상기 전하의 유입처가 되는 확산 영역
을 구비하고,
상기 광전 변환부와 상기 게이트 전극과 상기 확산 영역은, 반도체 기판 내에 있어서 당해 반도체 기판의 기판 두께 방향을 따라 배열되는
촬상 장치.
(2)
상기 반도체 기판의 적어도 상면을 2차원 격자상으로 배열되는 복수의 화소 영역으로 구획하는 화소 분리부를 더 구비하고,
상기 화소 각각은, 상기 화소 영역 각각에 일대일로 마련되고,
상기 확산 영역은, 상기 반도체 기판의 상기 상면에 있어서의 상기 화소 영역의 대략 중앙에 배치되고,
상기 게이트 전극은, 상기 기판 두께 방향에 있어서 상기 확산 영역 아래의 제1 영역에 근접해서 배치되고,
상기 광전 변환부는, 상기 기판 두께 방향에 있어서 상기 확산 영역의 하방이며 상기 반도체 기판의 이면측에 근접한 제2 영역에 배치되는
상기 (1)에 기재된 촬상 장치.
(3)
상기 게이트 전극은, 상기 제1 영역에 적어도 일방향으로부터 근접하는
상기 (2)에 기재된 촬상 장치.
(4)
상기 게이트 전극은, 상기 상면측으로부터 보고 L자 모양의 형상을 갖고, 상기 제1 영역에 두 방향으로부터 근접하는
상기 (2)에 기재된 촬상 장치.
(5)
상기 게이트 전극은,
상기 제1 영역에 대하여 제1 방향으로부터 근접하는 제1 게이트 전극과,
상기 제1 영역을 사이에 두고 상기 제1 방향과는 반대측의 제2 방향으로부터 근접하는 제2 게이트 전극
을 포함하는 상기 (2)에 기재된 촬상 장치.
(6)
상기 게이트 전극은, 상기 상면측으로부터 보아 역ㄷ자 모양의 형상을 갖고, 상기 제1 영역에 세 방향으로부터 근접하는
상기 (2)에 기재된 촬상 장치.
(7)
상기 화소 영역의 네 코너 중 1개에 마련되고, 상기 광전 변환부로부터 전송된 상기 전하를 축적하는 부유 확산 영역을 더 구비하고,
상기 확산 영역은, 상기 화소 영역의 상기 대략 중앙으로부터 상기 부유 확산 영역까지 연장되는
상기 (2) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
(8)
상기 확산 영역은, 상기 광전 변환부로부터 전송된 상기 전하를 축적하는 부유 확산 영역인
상기 (2) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
(9)
상기 화소 각각은, 상기 게이트 전극과 상기 확산 영역과의 사이에 배치된 매립 절연막을 더 구비하는
상기 (1) 내지 (8)의 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
(10)
상기 반도체 기판의 적어도 상면을 2차원 격자상으로 배열되는 복수의 화소 영역으로 구획하는 화소 분리부를 더 구비하고,
상기 화소 각각은, 상기 화소 영역 각각에 일대일로 마련되고,
상기 화소 각각은,
상기 화소 영역의 네 코너 중 1개에 마련되고, 상기 광전 변환부로부터 전송된 상기 전하를 축적하는 부유 확산 영역과,
상기 게이트 전극과 상기 부유 확산 영역과의 사이에 배치된 매립 절연막
을 더 구비하는
상기 (1) 내지 (8)의 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
(11)
상기 화소 각각은, 상기 화소 영역의 네 코너 중 1개에 마련되고, 상기 반도체 기판을 접지하는 접지 콘택트를 더 구비하고,
상기 매립 절연막은, 상기 게이트 전극과 상기 접지 콘택트 사이에 더욱 배치되어 있는
상기 (10)에 기재된 촬상 장치.
(12)
상기 매립 절연막은, 상기 반도체 기판의 상면으로부터 상기 게이트 전극의 상면에 걸쳐서 배치되어 있는
상기 (9) 내지 (11)의 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
(13)
상기 (1) 내지 (12)의 어느 하나에 기재된 촬상 장치를 구비하는 전자 기기.
1, 1003: 촬상 장치
2, 100, 200, 300, 400, 500: 화소
3: 화소 어레이부
4: 수직 구동 회로
5: 칼럼 신호 처리 회로
6: 수평 구동 회로
7: 출력 회로
8: 제어 회로
10: 제1 기판
11, 21, 31, 101: 반도체 기판
20: 제2 기판
22: 읽어내기 회로
23: 화소 구동선
24: 수직 신호선
30: 제3 기판
32: 로직 회로
102: 광전 변환부
103, 303, 403a, 403b, 503: 매립 게이트 전극
104: 확산 영역
105, 205, FD: 부유 확산 영역
106: 접지 콘택트
107, 307, 407a, 407b, 507: 매립 절연막
108, 408a, 408b: 전송 게이트 전극
109: 화소 분리부
1001: 전자 기기
1002: 광학계
1004: DSP
1005: 표시 장치
1006: 조작계
1007: 버스
1008: 메모리
1009: 기록 장치
1010: 전원계
AMP: 증폭 트랜지스터
PD: 포토다이오드
RST: 리셋 트랜지스터
SEL: 선택 트랜지스터
TR: 전송 트랜지스터

Claims (13)

  1. 2차원 격자상으로 배열되는 복수의 화소를 구비하고,
    상기 화소 각각은,
    입사광을 광전 변환하는 광전 변환부와,
    상기 광전 변환부에 축적되어 있는 전하를 전송하는 게이트 전극과,
    상기 광전 변환부로부터 전송된 상기 전하의 유입처가 되는 확산 영역
    을 구비하고,
    상기 광전 변환부와 상기 게이트 전극과 상기 확산 영역은, 반도체 기판 내에 있어서 당해 반도체 기판의 기판 두께 방향을 따라 배열되는
    촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 적어도 상면을 2차원 격자상으로 배열되는 복수의 화소 영역으로 구획하는 화소 분리부를 더 구비하고,
    상기 화소 각각은, 상기 화소 영역 각각에 일대일로 마련되고,
    상기 확산 영역은, 상기 반도체 기판의 상기 상면에 있어서의 상기 화소 영역의 대략 중앙에 배치되고,
    상기 게이트 전극은, 상기 기판 두께 방향에 있어서 상기 확산 영역 아래의 제1 영역에 근접해서 배치되고,
    상기 광전 변환부는, 상기 기판 두께 방향에 있어서 상기 확산 영역의 하방이며 상기 반도체 기판의 이면측에 근접한 제2 영역에 배치되는, 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 게이트 전극은, 상기 제1 영역에 적어도 일방향으로부터 근접하는, 촬상 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 게이트 전극은, 상기 상면측으로부터 보아 L자 모양의 형상을 갖고, 상기 제1 영역에 두 방향으로부터 근접하는, 촬상 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 게이트 전극은,
    상기 제1 영역에 대하여 제1 방향으로부터 근접하는 제1 게이트 전극과,
    상기 제1 영역을 사이에 두고 상기 제1 방향과는 반대측의 제2 방향으로부터 근접하는 제2 게이트 전극
    을 포함하는, 촬상 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 게이트 전극은, 상기 상면측으로부터 보아 역ㄷ자 모양의 형상을 갖고, 상기 제1 영역에 세 방향으로부터 근접하는, 촬상 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 화소 영역의 네 코너 중 1개에 마련되고, 상기 광전 변환부로부터 전송된 상기 전하를 축적하는 부유 확산 영역을 더 구비하고,
    상기 확산 영역은, 상기 화소 영역의 상기 대략 중앙으로부터 상기 부유 확산 영역까지 연장되는, 촬상 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 확산 영역은, 상기 광전 변환부로부터 전송된 상기 전하를 축적하는 부유 확산 영역인, 촬상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 화소 각각은, 상기 게이트 전극과 상기 확산 영역과의 사이에 배치된 매립 절연막을 더 구비하는, 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 적어도 상면을 2차원 격자상으로 배열되는 복수의 화소 영역으로 구획하는 화소 분리부를 더 구비하고,
    상기 화소 각각은, 상기 화소 영역 각각에 일대일로 마련되고,
    상기 화소 각각은,
    상기 화소 영역의 네 코너 중 1개에 마련되고, 상기 광전 변환부로부터 전송된 상기 전하를 축적하는 부유 확산 영역과,
    상기 게이트 전극과 상기 부유 확산 영역과의 사이에 배치된 매립 절연막
    을 더 구비하는, 촬상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 화소 각각은, 상기 화소 영역의 네 코너 중 1개에 마련되고, 상기 반도체 기판을 접지하는 접지 콘택트를 더 구비하고,
    상기 매립 절연막은, 상기 게이트 전극과 상기 접지 콘택트와의 사이에 더 배치되어 있는, 촬상 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 매립 절연막은, 상기 반도체 기판의 상면으로부터 상기 게이트 전극의 상면에 걸쳐서 배치되어 있는, 촬상 장치.
  13. 제1항에 기재된 촬상 장치를 구비하는, 전자 기기.
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