KR20240042421A - 광 검출 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

광 검출 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

화소간의 차광성과 각 화소의 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 가능한 광 검출 장치 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 개시의 광 검출 장치는, 기판과, 상기 기판 내에 마련된 복수의 광전 변환부와, 상기 기판 내에서 적어도 상기 광전 변환부 사이에 마련된 차광막을 구비하고, 상기 차광막은, 상기 기판 내에 마련된 제1 막과, 상기 기판 내에 상기 제1 막을 통해 마련된 제2 막을 포함하고, 상기 제2 막의 광 흡수율은, 상기 제1 막의 광 흡수율보다도 높다.

Description

광 검출 장치 및 그 제조 방법
본 개시는, 광 검출 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
SPAD(Single Photon Avalanche Diode) 소자 등의 광전 변환부를 구비하는 광 검출 장치에서는, 광전 변환부를 포함하는 기판 내에 트렌치를 형성하고, 트렌치 내에 차광막을 매립함으로써 화소간에서의 광의 누설을 저감시켜 혼색을 억제하고 있다.
일본 특허 공개 제2018-201005호 공보 일본 특허 공개 제2020-080418호 공보 일본 특허 공개 제2020-077650호 공보
차광막은 예를 들어, W(텅스텐)막이나 Al(알루미늄)막 등의 금속막에 의해 형성할 수 있다. 그러나, 차광막이 W막인 경우에는, W막은 광의 흡수율(방사율)이 높다는 점에서, 광이 W막에 의해 흡수됨으로써, 광전 변환부의 광전 변환 효율이 저하되어 버린다. 이것은, SPAD 소자와 같이 근적외광의 광전 변환을 행하는 광전 변환부를 사용하는 경우에는 큰 단점이 된다.
한편, 차광막이 Al막인 경우에는, Al막은 광의 흡수율이 낮기 때문에, 광전 변환 효율의 저하를 억제할 수 있다. 그러나, Al막은, 결정립계(그레인 바운더리)를 포함하도록 형성되고, 결정립계의 부분에서는, 충분히 Al막이 형성되지 않는다. 그 때문에, 차광막이 Al막인 경우에는, 어떤 화소 내의 광이, Al막 내의 결정립계를 통해 다른 화소에 누출될 가능성이 있다. 그 결과, 이들 화소간에서 혼색이 일어날 가능성이 있다.
이에, 본 개시는, 화소간의 차광성과 각 화소의 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 가능한 광 검출 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 개시의 제1 측면의 광 검출 장치는, 기판과, 상기 기판 내에 마련된 복수의 광전 변환부와, 상기 기판 내에서 적어도 상기 광전 변환부 사이에 마련된 차광막을 구비하고, 상기 차광막은, 상기 기판 내에 마련된 제1 막과, 상기 기판 내에 상기 제1 막을 통해 마련된 제2 막을 포함하고, 상기 제2 막의 광 흡수율은, 상기 제1 막의 광 흡수율보다도 높다. 이에 의해 예를 들어, 제1 막에 의해 차광막에서의 광의 흡수를 저감시키고, 또한 제1 막을 투과한 광을 제2 막으로 흡수함으로써, 화소간의 차광성과 각 화소의 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 제1 막은, 금속막을 포함하고 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 제1 막의 차광성을 금속막에 의해 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 제1 막은 Al(알루미늄) 또는 Cu(구리)를 포함하고 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 제1 막의 광 흡수율을 낮게 설정하는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 제1 막의 막 두께는 5㎚ 이상이어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 제1 막에 입사한 광을 제1 막으로 적합하게 반사시키는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 제2 막은 금속막을 포함하고 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 제2 막의 차광성을 금속막에 의해 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 제2 막은 W(텅스텐), Ti(티타늄) 또는 Cr(크롬)을 포함하고 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 제2 막의 광 흡수율을 높게 설정하는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 제2 막은, 상기 기판 내에서 상기 제1 막의 상면 및 측면에 마련되어 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 제2 막의 하면 및 측면을 제1 막으로 덮는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 차광막은, 상기 기판을 관통하도록 상기 기판 내에 마련되어 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 관통 트렌치 내의 차광막에 의해, 화소간의 차광성과 각 화소의 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 차광막은, 상기 기판을 관통하지 않도록 상기 기판 내에 마련되어 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 비관통 트렌치 내의 차광막에 의해, 화소간의 차광성과 각 화소의 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 차광막은, 상기 제1 막과 상기 제2 막의 사이에 마련된 제3 막을 더 포함하고 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 제1 막과 제2 막이 접촉하는 것을 회피하는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 제3 막은, 절연막 또는 금속막을 포함하고 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 적합한 특성을 갖는 제3 막에 의해, 제1 막과 제2 막의 접촉을 회피하는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 차광막은, 제4 막과 제5 막을 더 포함하고, 상기 제1 막은, 상기 기판 내에 상기 제4 막을 통해 마련되어 있으며, 상기 제5 막은, 상기 제1 막과 상기 제2 막의 사이에 마련되어 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 트렌치에 노출된 재료와 제1 막이 접촉하는 것이나, 제1 막과 제2 막이 접촉하는 것을 회피하는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 제4 막 및 상기 제5 막의 각각은, 배리어 금속막으로서 기능해도 된다. 이에 의해 예를 들어, 제1 막이나 제2 막으로부터 금속 원자가 확산하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 기판은, 상기 복수의 광전 변환부를 포함하는 제1 영역과, 상기 제1 영역을 환형으로 포위하는 제2 영역을 포함하고, 상기 차광막은, 상기 기판 내에서 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 사이에 마련된 제1 부분과, 상기 기판 외에서 상기 제2 영역 위에 마련된 제2 부분을 더 포함하고 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 제1 영역 내의 화소간에서의 광의 누설에 기인하는 혼색뿐만 아니라, 제2 영역에서의 광의 반사에 기인하는 혼색도 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 제1 부분은, 상기 기판 내에 마련된 상기 제1 막과, 상기 기판 내에 상기 제1 막을 통해 마련된 상기 제2 막을 포함하고, 상기 제2 부분은, 상기 기판 위에 마련된 상기 제1 막과, 상기 기판 위에 상기 제1 막을 통해 마련된 상기 제2 막을 포함하고 있어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 기판 내의 차광막도 기판 외의 차광막도 제1 막 및 제2 막에 의해 형성하는 것이 가능해진다.
본 개시의 제2 측면의 광 검출 장치의 제조 방법은, 기판 내에 복수의 광전 변환부를 형성하고, 상기 기판 내에서 적어도 상기 광전 변환부 사이에 차광막을 형성하는 것을 포함하고, 상기 차광막은, 상기 기판 내에 제1 막을 형성하고, 상기 기판 내에 상기 제1 막을 통해 제2 막을 형성함으로써 형성되고, 상기 제2 막의 광 흡수율은, 상기 제1 막의 광 흡수율보다도 높다. 이에 의해 예를 들어, 제1 막에 의해 차광막에서의 광의 흡수를 저감시키고, 또한 제1 막을 투과한 광을 제2 막으로 흡수함으로써, 화소간의 차광성과 각 화소의 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 이 제2 측면에 있어서, 상기 차광막은, 상기 기판을 관통하도록 상기 기판 내에 형성된 트렌치 내에 형성되어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 관통 트렌치 내의 차광막에 의해, 화소간의 차광성과 각 화소의 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 이 제2 측면에 있어서, 상기 차광막은, 상기 기판을 관통하지 않도록 상기 기판 내에 형성된 트렌치 내에 형성되어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 비관통 트렌치 내의 차광막에 의해, 화소간의 차광성과 각 화소의 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 이 제2 측면에 있어서, 상기 차광막은, 상기 기판 내에 상기 제1 막, 제3 막 및 상기 제2 막을 순서대로 형성함으로써 형성되어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 제1 막과 제2 막이 접촉하는 것을 회피하는 것이 가능해진다.
또한, 이 제2 측면에 있어서, 상기 차광막은, 상기 기판 내에 제4 막, 상기 제1 막, 제5 막 및 상기 제2 막을 순서대로 형성함으로써 형성되어도 된다. 이에 의해 예를 들어, 트렌치에 노출된 재료와 제1 막이 접촉하는 것이나, 제1 막과 제2 막이 접촉하는 것을 회피하는 것이 가능해진다.
도 1은 제1 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 횡단면도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 다른 종단면도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 2개의 비교예의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 광 검출 장치의 제조 방법을 나타내는 종단면도(1/2)이다.
도 6은 제1 실시 형태의 광 검출 장치의 제조 방법을 나타내는 종단면도(2/2)이다.
도 7은 제1 실시 형태의 변형예 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 8은 제2 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 9는 제3 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 10은 제3 실시 형태의 변형예의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 11은 제4 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 12는 제4 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 13은 전자 기기의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 14는 이동체 제어 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 15는 도 14의 촬상부의 설정 위치의 구체예를 나타내는 평면도이다.
도 16은 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 17은 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
이하, 본 개시의 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 제1 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다. 도 1은, 광 검출 장치 내의 하나의 화소(1)와, 이 화소(1) 내에 하나의 광전 변환부(2)를 나타내고 있다. 광전 변환부(2)는 예를 들어 SPAD 소자이다.
도 1은, 서로 수직인 X축, Y축 및 Z축을 나타내고 있다. X 방향 및 Y 방향은 가로 방향(수평 방향)에 상당하고, Z 방향은 세로 방향(수직 방향)에 상당한다. 또한, +Z 방향은 상측 방향에 상당하고, -Z 방향은 하측 방향에 상당한다. -Z 방향은, 엄밀하게 중력 방향에 일치하고 있어도 되고, 엄밀하게는 중력 방향에 일치하지 않아도 된다.
본 실시 형태의 광 검출 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 센서 기판(10)과, 센서 기판(10)의 하측에 마련된 회로 기판(20)과, 센서 기판(10)의 상측에 마련된 적층막(30)을 구비하고 있다. 센서 기판(10)은 반도체 기판(11)과, 층간 절연막(12)과, 복수의 콘택트 플러그(13)와, 배선층(14)과, 복수의 비아 플러그(15)와, 복수의 금속 패드(16)와, 차광막(17)을 구비하고 있다. 회로 기판(20)은 반도체 기판(21)과, 층간 절연막(22)과, 복수의 콘택트 플러그(23)와, 배선층(24)과, 복수의 비아 플러그(25)와, 복수의 금속 패드(26)를 구비하고 있다. 적층막(30)은 평탄화막(31)과, 각 화소(1)의 필터(32)와, 각 화소(1)의 온 칩 렌즈(33)를 구비하고 있다.
도 2는, 제1 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 횡단면도이다. 도 2는, 광 검출 장치 내의 4개의 화소(1)와, 이들 화소(1) 내의 4개의 광전 변환부(2)를 나타내고 있다. 도 2는, 도 1에 도시한 Ⅰ-Ⅰ'선을 따른 횡단면을 나타내고 있다.
이하, 본 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를, 도 1을 참조하여 설명한다. 이 설명 중에서, 도 2도 적절히 참조한다.
반도체 기판(11)은 예를 들어 Si(실리콘) 기판이다. 도 1은, 반도체 기판(11)의 표면(하면) S1과, 반도체 기판(11)의 이면(상면) S2를 나타내고 있다. 본 실시 형태의 광 검출 장치는 이면 조사형으로 되어 있으며, 이면 S2가 광의 수광면이 된다. 본 실시 형태의 각 화소(1)는 도 1에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11) 내에 웰 영역(11a), p형 반도체 영역(11b), n형 반도체 영역(11c), 홀 축적 영역(11d) 및 p형 반도체 영역(11e)을 구비하고 있다. 본 실시 형태의 각 화소(1) 내의 광전 변환부(2)는 이들 영역(11a 내지 11e) 사이의 pn 접합에 의해, 반도체 기판(11) 내에 형성되어 있다.
웰 영역(11a)은 예를 들어, 저농도의 n형 불순물 원자 또는 p형 불순물 원자를 포함하는 n형 반도체 영역 또는 p형 반도체 영역이다. p형 반도체 영역(11b)은 웰 영역(11a) 아래에 형성되어 있다. n형 반도체 영역(11c)은 웰 영역(11a) 및 p형 반도체 영역(11b) 아래에 형성되어 있으며, 광전 변환부(2)의 캐소드로서 기능한다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 웰 영역(11a)은 p형 반도체 영역(11b) 및 n형 반도체 영역(11c)의 측면에도 형성되어 있다.
홀 축적 영역(11d)은 웰 영역(11a) 위에 형성된 부분과, 웰 영역(11a)의 측면에 형성된 부분을 포함하고 있다. p형 반도체 영역(11e)은 홀 축적 영역(11d) 아래에서 웰 영역(11a)의 측면에 형성되어 있으며, 광전 변환부(2)의 애노드로서 기능한다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, p형 반도체 영역(11e)은 평면에서 볼 때 환형의 형상을 갖고 있으며, 웰 영역(11a)을 통해 n형 반도체 영역(11c)의 측면을 포위하고 있다. 마찬가지로, 홀 축적 영역(11d) 내의 후자의 부분은, 평면에서 볼 때 환형의 형상을 갖고 있고, 웰 영역(11a)을 통해 p형 반도체 영역(11b) 및 n형 반도체 영역(11c)의 측면을 포위하고 있다. 홀 축적 영역(11d)은 예를 들어, p형 반도체 영역이며, 암전류의 발생을 억제하는 기능을 갖고 있다.
본 실시 형태의 광 검출 장치는, 복수의 화소(1)를 구비하고 있다. 도 1은, 이들 화소(1) 중 하나를 나타내고, 도 2는, 이들 화소(1) 중 4개를 나타내고 있다. 각 화소(1)는 광을 전하로 변환하는 광전 변환부(2)를 구비하고 있다. 광전 변환부(2)는 반도체 기판(11)의 이면 S2 측으로부터 광을 수광하고, 수광한 광의 광량에 따른 신호 전하를 생성한다. 본 실시 형태의 광 검출 장치는, 각 화소(1)에 입사한 광을, 이 신호 전하에 의해 검출할 수 있다.
층간 절연막(12)은 반도체 기판(11)의 표면 S1, 즉, 반도체 기판(11) 아래에 형성되어 있다. 콘택트 플러그(13), 배선층(14), 비아 플러그(15) 및 금속 패드(16)는 층간 절연막(12) 내에서 반도체 기판(11) 아래에 순서대로 형성되어 있다.
도 1은, 2개의 콘택트 플러그(13)를 나타내고 있다. 한쪽의 콘택트 플러그(13)는 n형 반도체 영역(11c)(캐소드) 아래에 형성되고, 다른 쪽의 콘택트 플러그(13)는 p형 반도체 영역(11e)(애노드) 아래에 형성되어 있다. 도 1은 또한, 배선층(14) 내의 2개의 배선을 나타내고 있다. 한쪽의 배선은, n형 반도체 영역(11c)(캐소드)용 콘택트 플러그(13) 아래에 형성되고, 다른 쪽의 배선은, p형 반도체 영역(11e)(애노드)용 콘택트 플러그(13) 아래에 형성되어 있다. 비아 플러그(15) 및 금속 패드(16)는 이들 배선 아래에 순서대로 형성되어 있다.
차광막(17)은 반도체 기판(11) 내에 형성되고, 광을 차광하는 기능을 갖고 있다. 차광막(17)은 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 평면에서 볼 때 그리드형(메쉬형)의 형상을 갖고, 서로 인접하는 광전 변환부(2) 사이에 개재되어 있다. 본 실시 형태의 차광막(17)은 반도체 기판(11) 내에 트렌치를 형성하고, 트렌치 내에 차광막(17)을 매립함으로써 형성된다. 본 실시 형태에서는, 트렌치가 반도체 기판(11)을 관통하고 있기 때문에, 차광막(17)도 반도체 기판(11)을 관통하고 있다. 차광막(17)은 트렌치 내에 절연막(예를 들어 산화 실리콘막)을 통해 형성되어 있어도 된다. 이 절연막은 예를 들어, 차광막(17)과 함께, 서로 인접하는 화소(1)끼리(광전 변환부(2)끼리)를 분리하는 화소 분리막으로서 기능한다. 차광막(17)의 추가적인 상세에 대해서는, 후술한다.
반도체 기판(21)은 반도체 기판(11)의 하방에 배치되어 있다. 반도체 기판(21)은 예를 들어 Si 기판이다. 층간 절연막(22)은 반도체 기판(21) 위에 형성되고, 또한 층간 절연막(12) 아래에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 층간 절연막(22)의 상면이, 층간 절연막(12)의 하면과 접합되어 있다. 콘택트 플러그(23), 배선층(24), 비아 플러그(25) 및 금속 패드(26)는 층간 절연막(22) 내에서 반도체 기판(21) 위에 순서대로 형성되어 있다.
도 1은, 2개의 금속 패드(26)와, 2개의 금속 패드(16)를 나타내고 있다. 한쪽의 금속 패드(26)는 n형 반도체 영역(11c)(캐소드)과 전기적으로 접속된 금속 패드(16)와 접합되어 있으며, 다른 쪽의 금속 패드(26)는 p형 반도체 영역(11e)(애노드)과 전기적으로 접속된 금속 패드(16)와 접합되어 있다. 도 1은 또한, 배선층(24) 내의 2개의 배선을 나타내고 있다. 한쪽의 배선은, n형 반도체 영역(11c)(캐소드)과 전기적으로 접속된 비아 플러그(25) 아래에 형성되고, 다른 쪽의 배선은, p형 반도체 영역(11e)(애노드)과 전기적으로 접속된 비아 플러그(25) 아래에 형성되어 있다. 콘택트 플러그(23)는 이들 배선과 반도체 기판(21)의 사이에 형성되어 있다.
회로 기판(20)은 예를 들어, 센서 기판(10)으로부터 다양한 신호를 수신하거나, 센서 기판(10)에 다양한 신호를 출력하는 회로를 구비하고 있다. 이 회로는 예를 들어, 반도체 기판(21) 위에 형성된 다양한 MOS 트랜지스터나, 배선층(24) 내에 포함되는 다양한 배선에 의해 형성되어 있다.
평탄화막(31)은 반도체 기판(11)의 이면 S2, 즉, 반도체 기판(11) 위에 형성되어 있다. 본 실시 형태의 평탄화막(31)은 반도체 기판(11) 및 차광막(17) 위에 형성되어 있고, 이에 의해, 반도체 기판(11)의 이면 S2의 상방면이 평탄하게 되어 있다. 평탄화막(31)은 예를 들어, 수지막 등의 유기막이다.
필터(32)는 평탄화막(31) 위에 형성되고, 소정의 파장의 광을 투과시키는 작용을 갖고 있다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색용 필터(32)가 각각, 적색, 녹색 및 청색의 화소(1) 내의 광전 변환부(2)의 상방에 배치되어 있어도 된다. 또한, 적외광용 필터(32)가 적외광의 화소(1) 내의 광전 변환부(2)의 상방에 배치되어 있어도 된다. 한편, 광전 변환부(2)에 입사시키는 광의 파장을 한정할 필요가 없는 경우에는, 평탄화막(31)과 온 칩 렌즈(33)의 사이에 필터(32)를 형성하지 않아도 된다. 각 필터(32)를 투과한 광은, 평탄화막(31)을 통해 광전 변환부(2)에 입사한다.
온 칩 렌즈(33)는 필터(32) 위에 형성되고, 입사한 광을 집광하는 작용을 갖고 있다. 온 칩 렌즈(33)에 의해 집광된 광은, 필터(32)와 평탄화막(31)을 통해 광전 변환부(2)에 입사한다.
도 3은, 제1 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 다른 종단면도이다. 도 3은, 광 검출 장치 내의 2개의 화소(1)와, 이들 화소(1) 내의 2개의 광전 변환부(2)와, 이들 광전 변환부(2) 사이의 차광막(17)을 나타내고 있다. 도 3은, 이하의 설명을 알기 쉽게 하기 위해서, 반도체 기판(11) 내의 영역(11a 내지 11e)의 도시를 생략하였다(이하의 도면에서도 동일).
본 실시 형태의 차광막(17)은 도 3에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11) 내나 반도체 기판(11) 위에 순서대로 형성된 저흡수율막(41)과 고흡수율막(42)을 포함하고 있다. 저흡수율막(41)은 반도체 기판(11)의 트렌치 내에서 외측의 영역에 형성되어 있으며, 고흡수율막(42)은 반도체 기판(11)의 트렌치 내에서 내측의 영역에 형성되어 있다. 저흡수율막(41)은 본 개시의 제1 막의 예이다. 고흡수율막(42)은 본 개시의 제2 막의 예이다.
저흡수율막(41)은 반도체 기판(11)의 측면, 층간 절연막(12)의 상면 및 반도체 기판(11)의 상면(이면 S2)에 형성되어 있다. 저흡수율막(41)은 광의 흡수율(방사율)이 낮은 막이다. 저흡수율막(41)은 예를 들어, Al(알루미늄) 또는 Cu(구리)를 포함하는 금속막이다. 이와 같은 금속막의 예는, Al막이나 Cu막이다. 본 실시 형태의 저흡수율막(41)은 예를 들어 Al막이며, 바람직하게는 5㎚ 이상의 막 두께를 갖고 있다.
고흡수율막(42)은 반도체 기판(11)의 측면, 층간 절연막(12)의 상면 및 반도체 기판(11)의 상면(이면 S2)에, 저흡수율막(41)을 통해 형성되어 있다. 따라서, 고흡수율막(42)은 반도체 기판(11) 내에서 저흡수율막(41)의 상면 및 측면에 형성되고, 반도체 기판(11) 밖에서 저흡수율막(41)의 상면에 형성되어 있다. 고흡수율막(42)은 광의 흡수율이 높은 막이며, 고흡수율막(42)의 광 흡수율이, 저흡수율막(41)의 광 흡수율보다 높게 되어 있다. 그 때문에, 고흡수율막(42)이 있는 파장의 광을 흡수하는 흡수율은, 저흡수율막(41)이 그 파장의 광을 흡수하는 흡수율보다 높게 되어 있다. 고흡수율막(42)은 예를 들어, W(텅스텐), Ti(티타늄) 또는 Cr(크롬)을 포함하는 금속막이다. 이와 같은 금속막의 예는, W막이나 Ti막이나 Cr막이다. 본 실시 형태의 고흡수율막(42)은 예를 들어 W막이며, 이 경우에는 근적외광을 흡수하기 쉽다.
본 실시 형태의 각 광전 변환부(2)는 예를 들어, 근적외광을 전하로 변환하여 근적외광을 검출하기 위해서 사용된다. 예를 들어, 900㎚의 파장을 갖는 광에 관하여, Al막이나 Cu막의 방사율은 0.01 내지 0.3 정도이고, W막이나 Ti막이나 Cr막의 방사율은 0.3 내지 0.7 정도이다.
도 3은, 저흡수율막(41)에 입사한 광 L1과, 저흡수율막(41)으로 반사한 광 L2(반사광)를 나타내고 있다. 저흡수율막(41)의 광 흡수율은 낮기 때문에, 저흡수율막(41)의 광 반사율은 높고, 광 L1의 많은 부분이, 저흡수율막(41)에서는 흡수되지 않고, 반사광 L2가 된다. 이에 의해, 각 화소(1) 내의 광전 변환부(2)의 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 예를 들어, 저흡수율막(41)을 Al막으로 하고, 저흡수율막(41)의 막 두께를 5㎚ 이상으로 하면, 광 L1을 저흡수율막(41)에서 효과적으로 반사시킬 수 있다.
도 3은, 고흡수율막(42)에 입사한 광 L3과, 고흡수율막(42)을 투과한 광 L4(투과광)을 추가로 나타내고 있다. 저흡수율막(41)이 Al막인 경우와 같이, 저흡수율막(41)이 결정립계를 포함하도록 형성되면, 결정립계의 부분에서는 충분히 저흡수율막(41)이 형성되지 않는다. 이 경우, 저흡수율막(41)에 입사한 광 L1이, 결정립계를 통해 저흡수율막(41)을 투과할 가능성이 있다. 그 결과, 광 L1의 일부가 저흡수율막(41)을 투과하고, 광 L3으로서 고흡수율막(42)에 입사한다. 광 L3이 차광막(17)을 투과하면, 화소(1)간에서 광의 누설이 발생하여 화소(1)간에서 혼색이 일어나 버린다.
그러나, 고흡수율막(42)의 광 흡수율은 높기 때문에, 광 L3의 많은 부분이 고흡수율막(42)으로 흡수된다. 따라서, 고흡수율막(42)은 광 L3이 고흡수율막(42)을 투과하는 것을 효과적으로 차단할 수 있어, 투과광 L4의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 이에 의해, 화소(1)간의 차광성을 향상시키는 것이 가능해진다. 그 때문에, 도 3은, 투과광 L4를 나타내는 화살표를, 점선으로 나타내고 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 저흡수율막(41) 및 고흡수율막(42)에 의해 차광막(17)을 형성함으로써, 화소(1)간의 차광성과 각 화소(1)의 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 즉, 본 실시 형태에 따르면, 저흡수율막(41)의 장점과 고흡수율막(42)의 장점을 얻는 것이 가능해진다.
도 4는, 제1 실시 형태의 2개의 비교예의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 4의 A는, 제1 비교예의 광 검출 장치를 나타내고 있다. 본 비교예의 차광막(17)은 고흡수율막(42)만을 포함하고 있다. 이 경우, 고흡수율막(42)의 광 흡수율은 높기 때문에, 광 L1의 많은 부분이 고흡수율막(42)으로 흡수되어 버린다. 그 때문에, 도 4의 A는, 반사광 L2를 나타내는 화살표를 점선으로 나타내고 있다. 본 비교예에 의하면, 각 화소(1) 내의 광전 변환부(2)의 광전 변환 효율이 저하되어 버린다.
도 4의 B는, 제2 비교예의 광 검출 장치를 나타내고 있다. 본 비교예의 차광막(17)은 저흡수율막(41)만을 포함하고 있다. 이 경우, 저흡수율막(41)의 광 흡수율은 낮기 때문에, 제1 비교예의 문제는 해결할 수 있다. 그러나, 저흡수율막(41)이 Al막인 경우와 같이, 저흡수율막(41)이 결정립계를 포함하도록 형성되면, 광 L3의 일부가 저흡수율막(41)을 투과하고, 투과광 L4로서 누출되어 버린다. 본 비교예에 의하면, 차광막(17)의 차광성이 저하되고, 화소(1)간에서 혼색이 일어나 버린다.
한편, 본 실시 형태에 따르면, 저흡수율막(41) 및 고흡수율막(42)에 의해 차광막(17)을 형성함으로써, 제1 비교예의 문제뿐만 아니라, 제2 비교예의 문제도 해결하는 것이 가능해진다.
도 5 및 도 6은, 제1 실시 형태의 광 검출 장치의 제조 방법을 나타내는 종단면도이다.
우선, 반도체 기판(11) 내에 복수의 광전 변환부(2)를 형성하고, 반도체 기판(11)의 표면 S1에 층간 절연막(12)을 형성하고, 반도체 기판(11)의 이면 S2로부터 건식 에칭에 의해 반도체 기판(11) 내에 트렌치 T1을 형성한다(도 5의 A). 본 실시 형태의 트렌치 T1은, 반도체 기판(11)의 이면 S2를 상향으로 한 상태에서, 층간 절연막(12)을 에칭 스토퍼로서 사용하여, 반도체 기판(11)을 관통하도록 형성된다. 또한, 본 실시 형태의 트렌치 T1은, 평면에서 볼 때 그리드형(메쉬형)의 형상을 갖도록, 서로 인접하는 광전 변환부(2) 사이에 형성된다.
한편, 본 실시 형태의 광전 변환부(2)나 층간 절연막(12)은 반도체 기판(11)의 표면 S1을 상향으로 한 상태에서 형성된다. 광전 변환부(2)는 반도체 기판(11) 내에 영역(11a 내지 11e)을 형성함으로써 형성된다(도 1을 참조). 또한, 콘택트 플러그(13), 배선층(14), 비아 플러그(15) 및 금속 패드(16)는 층간 절연막(12)과 마찬가지로, 반도체 기판(11)의 표면 S1에 형성된다. 마찬가지로, 층간 절연막(22), 콘택트 플러그(23), 배선층(24), 비아 플러그(25) 및 금속 패드(26)는 반도체 기판(21) 위에 형성된다. 그 후, 센서 기판(10)과 회로 기판(20)이 접합된다. 본 실시 형태의 트렌치 T1은 예를 들어, 이 접합 후에 형성된다.
다음으로, 반도체 기판(11)의 전체면에, 저흡수율막(41)을 형성한다(도 5의 B). 그 결과, 저흡수율막(41)이 트렌치 T1 내의 반도체 기판(11)의 측면, 트렌치 T1 내의 층간 절연막(12)의 상면 및 반도체 기판(11)의 상면(이면 S2)에 형성된다. 또한, 본 실시 형태의 저흡수율막(41)은 트렌치 T1이 완전하게는 메워지지 않도록 형성된다.
다음으로, 반도체 기판(11)의 전체면에, 고흡수율막(42)을 형성한다(도 6의 A). 그 결과, 고흡수율막(42)이 트렌치 T1 내의 반도체 기판(11)의 측면, 트렌치 T1 내의 층간 절연막(12)의 상면 및 반도체 기판(11)의 상면(이면 S2)에, 저흡수율막(41)을 통해 형성된다. 또한, 본 실시 형태의 고흡수율막(42)은 트렌치 T1이 완전하게 메워지도록 형성된다.
이와 같이, 본 실시 형태의 저흡수율막(41) 및 고흡수율막(42)은 반도체 기판(11) 내 및 반도체 기판(11) 위에 순서대로 형성된다. 반도체 기판(11) 내에 상술한 절연막을 통해 차광막(17)을 형성하는 경우에는, 도 5의 B 및 도 6의 A의 공정에서는, 상술한 절연막, 저흡수율막(41) 및 고흡수율막(42)이 반도체 기판(11) 내 및 반도체 기판(11) 위에 순서대로 형성된다.
다음으로, 반도체 기판(11) 밖의 일부의 저흡수율막(41) 및 고흡수율막(42)을 에칭에 의해 제거한다(도 6의 B). 구체적으로는, 각 화소(1) 내의 광전 변환부(2)의 상방 저흡수율막(41) 및 고흡수율막(42)을 제거하고, 각 화소(1) 내의 광전 변환부(2)에 광을 입사시키기 위한 개구부를 저흡수율막(41) 및 고흡수율막(42) 내에 형성한다. 그 결과, 저흡수율막(41) 및 고흡수율막(42)을 포함하는 차광막(17)이 반도체 기판(11) 내 및 반도체 기판(11) 위에 형성된다.
그 후, 반도체 기판(11)의 이면 S2에, 적층막(30)의 평탄화막(31), 필터(32) 및 온 칩 렌즈(33)를 순서대로 형성한다(도 1을 참조). 이와 같이 하여, 본 실시 형태의 광 검출 장치가 제조된다.
또한, 트렌치 T1은, 본 실시 형태에서는 반도체 기판(11)의 이면 S2로부터 반도체 기판(11) 내에 형성되지만, 그 대신에 반도체 기판(11)의 표면 S1로부터 반도체 기판(11) 내에 형성되어도 된다. 마찬가지로, 차광막(17)은 본 실시 형태에서는 반도체 기판(11)의 이면 S2로부터 트렌치 T1 내에 형성되지만, 그 대신에 반도체 기판(11)의 표면 S1로부터 트렌치 T1 내에 형성되어도 된다.
도 7은, 제1 실시 형태의 변형예 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
본 변형예의 광 검출 장치는, 센서 기판(10) 및 적층막(30)을 구비하고 있지만, 회로 기판(20)을 구비하고 있지 않다. 본 변형예의 반도체 기판(11)은 제1 실시 형태의 반도체 기판(11)과 동일한 구조를 갖고 있다. 단, 본 변형예의 광 검출 장치는, 표면 조사형으로 되어 있으며, 표면 S1이 광의 수광면이 된다. 따라서, 본 변형예의 광 검출 장치는, 반도체 기판(11)의 표면 S1 측에 적층막(30)을 구비하고 있다. 본 변형예에서는, 센서 기판(10)이 비아 플러그(15) 및 금속 패드(16)를 구비하고 있지 않고, 적층막(30)이 평탄화막(31)을 구비하고 있지 않다.
본 변형예의 광 검출 장치는, 제1 실시 형태의 광 검출 장치와 마찬가지로, 반도체 기판(11) 내에 차광막(17)을 구비하고 있다. 본 변형예의 차광막(17)은 제1 실시 형태의 차광막(17)과 마찬가지로, 도 3에 도시한 구조를 갖고 있고, 도 5 및 도 6에 도시한 방법으로 제조 가능하다. 따라서, 본 변형예에 의하면, 제1 실시 형태의 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 차광막(17)은 반도체 기판(11) 내에 마련된 저흡수율막(41)과, 반도체 기판(11) 내에 저흡수율막(41)을 통해 마련된 고흡수율막(42)을 포함하고 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따르면, 화소(1)간의 차광성과 각 화소(1)의 광전 변환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
(제2 실시 형태)
도 8은, 제2 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
제1 실시 형태의 차광막(17)과 마찬가지로, 본 실시 형태의 차광막(17)은 반도체 기판(11) 내에 트렌치를 형성하고, 트렌치 내에 차광막(17)을 매립함으로써 형성된다. 단, 본 실시 형태에서는, 트렌치가 반도체 기판(11)을 관통하고 있지 않기 때문에, 차광막(17)도 반도체 기판(11)을 관통하고 있지 않다. 따라서, 본 실시 형태의 차광막(17)의 하면은, 층간 절연막(12)에는 도달되어 있지 않고, 반도체 기판(11)에 접하고 있다.
본 실시 형태의 광 검출 장치는, 제1 실시 형태의 광 검출 장치와 마찬가지로, 도 5 및 도 6에 도시한 방법으로 제조 가능하다. 단, 본 실시 형태의 광 검출 장치를 제조할 때에는, 도 5의 A에 도시한 트렌치 T1을, 반도체 기판(11)을 관통하지 않도록 형성한다. 이에 의해, 반도체 기판(11)을 관통하지 않는 차광막(17)을 형성하는 것이 가능해진다.
(제3 실시 형태)
도 9는, 제3 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
본 실시 형태의 차광막(17)은 도 9에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11) 내나 반도체 기판(11) 위에 순서대로 형성된 저흡수율막(41), 중간막(43) 및 고흡수율막(42)을 포함하고 있다. 저흡수율막(41)은 반도체 기판(11)의 측면, 층간 절연막(12)의 상면 및 반도체 기판(11)의 상면에 형성되어 있다. 중간막(43)은 이들 측면 및 상면에, 저흡수율막(41)을 통해 형성되어 있다. 고흡수율막(42)은 이들 측면 및 상면에, 저흡수율막(41)과 중간막(43)을 통해 형성되어 있다. 따라서, 중간막(43)은 저흡수율막(41)과 고흡수율막(42)의 사이에 마련되어 있다. 중간막(43)은 본 개시의 제3 막의 예이다.
중간막(43)은 예를 들어, 저흡수율막(41)과 고흡수율막(42)의 접촉을 회피하고자 하는 경우나, 고흡수율막(42)의 막질을 향상시키고자 하는 경우 등에 형성된다. 중간막(43)은 예를 들어, 절연막이나 금속막이다. 이 절연막의 예는, 실리콘을 포함하는 절연막이나, 금속 원소를 포함하는 절연막이다. 한편, 이 금속막의 예는, 단체 금속을 포함하는 금속막이나, 금속 화합물을 포함하는 금속막이다.
본 실시 형태의 광 검출 장치는, 제1 실시 형태의 광 검출 장치와 마찬가지로, 도 5 및 도 6에 도시한 방법으로 제조 가능하다. 단, 본 실시 형태의 광 검출 장치를 제조할 때에는, 도 5의 B의 공정과 도 6의 A의 공정의 사이에, 반도체 기판(11)의 전체면에 중간막(43)을 형성한다. 이에 의해, 중간막(43)을 포함하는 차광막(17)을 형성하는 것이 가능해진다.
도 10은, 제3 실시 형태의 변형예의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다.
본 변형예의 차광막(17)은 도 10에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11) 내나 반도체 기판(11) 위에 순서대로 형성된 배리어 금속막(44), 저흡수율막(41), 배리어 금속막(45) 및 고흡수율막(42)을 포함하고 있다. 배리어 금속막(44)은 반도체 기판(11)의 측면, 층간 절연막(12)의 상면 및 반도체 기판(11)의 상면에 형성되어 있다. 저흡수율막(41)은 이들 측면 및 상면에, 배리어 금속막(44)을 통해 형성되어 있다. 배리어 금속막(45)은 이들 측면 및 상면에, 배리어 금속막(44) 및 저흡수율막(41)을 통해 형성되어 있다. 고흡수율막(42)은 이들 측면 및 상면에, 배리어 금속막(44), 저흡수율막(41) 및 배리어 금속막(45)을 통해 형성되어 있다. 따라서, 배리어 금속막(44)은 반도체 기판(11)과 저흡수율막(41)의 사이에 개재되어 있으며, 배리어 금속막(45)은 저흡수율막(41)과 고흡수율막(42)의 사이에 개재되어 있다. 배리어 금속막(44)은 본 개시의 제4 막의 예이다. 배리어 금속막(45)은 본 개시의 제5 막의 예이다.
배리어 금속막(44)은 예를 들어, 저흡수율막(41)으로부터 금속 원자(Al 원자)가 확산하는 것을 억제하고자 하는 경우 등에 형성된다. 배리어 금속막(44)은 예를 들어, Ti(티타늄) 또는 Ta(탄탈)을 포함하는 금속막이다.
배리어 금속막(45)은 예를 들어, 고흡수율막(42)으로부터 금속 원자(W 원자)가 확산하는 것을 억제하고자 하는 경우 등에 형성된다. 배리어 금속막(45)은 예를 들어, Ti 또는 Ta를 포함하는 금속막이다. 본 변형예에서는, 저흡수율막(41)과 배리어 금속막(45)의 사이에 중간막(43)(예를 들어 산화알루미늄막)을 형성해도 된다. 이에 의해, 예를 들어 저흡수율막(41)과 배리어 금속막(45)의 접촉을 회피하는 것이 가능해진다.
본 변형예의 광 검출 장치는, 제1 실시 형태의 광 검출 장치와 마찬가지로, 도 5 및 도 6에 도시한 방법으로 제조 가능하다. 단, 본 변형예의 광 검출 장치를 제조할 때에는, 도 5의 A의 공정과 도 5의 B의 공정의 사이에, 반도체 기판(11)의 전체면에 배리어 금속막(44)을 형성하고, 도 5의 B의 공정과 도 6의 A의 공정의 사이에, 반도체 기판(11)의 전체면에 배리어 금속막(45)을 형성한다. 이에 의해, 배리어 금속막(44, 45)을 포함하는 차광막(17)을 형성하는 것이 가능해진다.
(제4 실시 형태)
도 11은, 제4 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 11은, 반도체 기판(11) 내의 화소 어레이 영역 R1과 주변 영역 R2를 나타내고 있다. 화소 어레이 영역 R1은, 본 개시의 제1 영역의 예이다. 주변 영역 R2는, 본 개시의 제2 영역의 예이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 광 검출 장치는, 복수의 화소(1)를 포함하는 화소 어레이를 구비하고 있으며, 화소 어레이 영역 R1은, 이들 화소(1)를 포함하고 있다. 구체적으로는, 화소 어레이 영역 R1은, 반도체 기판(11) 내에서, 이들 화소(1)의 광전 변환부(2)를 포함하고 있다. 이들 화소(1)의 광전 변환부(2)에 대해서는, 도 12를 참조하여 후술한다.
주변 영역 R2는, 평면에서 볼 때 화소 어레이 영역 R1을 환형으로 포위하고 있다. 주변 영역 R2는, 상기 화소 어레이의 화소(1)를 포함하고 있지 않다. 화소 어레이 영역 R1 및 주변 영역 R2의 추가적인 상세에 대해서도, 도 12를 참조하여 후술한다.
도 12는, 제4 실시 형태의 광 검출 장치의 구조를 나타내는 종단면도이다. 도 12는, 광 검출 장치 내의 3개의 화소(1)와, 이들 화소(3) 내의 3개의 광전 변환부(2)와, 이들 광전 변환부(2) 사이의 차광막(17)을 나타내고 있다. 도 12는, 도 3 등과 마찬가지로, 반도체 기판(11) 내의 영역(11a 내지 11e)의 도시를 생략하였다.
도 12는, 상술한 화소 어레이 영역 R1 및 주변 영역 R2를 나타내고 있다. 도 12에 도시한 3개의 화소(1)(광전 변환부(2))는 화소 어레이 영역 R1에 포함되어 있다. 한편, 주변 영역 R2는, 화소(1)(광전 변환부(2))를 포함하고 있지 않다.
도 12는, 하나의 차광막(17)의 3개의 부분을 나타내고 있다. 본 실시 형태의 차광막(17)은 화소 어레이 영역 R1 내에 마련된 부분뿐만 아니라, 화소 어레이 영역 R1과 주변 영역 R2의 사이에 마련된 부분도 포함하고 있다. 전자의 부분은, 제1 내지 제3 실시 형태의 차광막(17)과 마찬가지로, 반도체 기판(11) 내에서 광전 변환부(2) 사이에 마련된 부분과, 반도체 기판(11) 밖에서 반도체 기판(11)의 이면 S2 위에 마련된 부분을 포함하고 있다. 한편, 후자의 부분은, 반도체 기판(11) 내에 화소 어레이 영역 R1과 주변 영역 R2의 사이에 마련된 부분 P1과, 반도체 기판(11) 밖에서 반도체 기판(11)의 이면 S2 위에 마련된 부분 P2를 포함하고 있다. 도 12에 도시한 바와 같이, 부분 P2는, 주변 영역 R2의 상면 전체에 형성되어 있다. 부분 P1은 본 개시의 제1 부분의 예이며, 부분 P2는 본 개시의 제2 부분의 예이다.
본 실시 형태의 차광막(17)은 제1 실시 형태의 차광막(17)과 마찬가지로, 반도체 기판(11) 내나 반도체 기판(11) 위에 순서대로 형성된 저흡수율막(41)과 고흡수율막(42)을 포함하고 있다. 예를 들어, 부분 P1은, 반도체 기판(11)의 측면 및 층간 절연막(12)의 상면에 형성된 저흡수율막(41)과, 이들 측면 및 상면에 저흡수율막(41)을 통해 형성된 고흡수율막(42)을 포함하고 있다. 마찬가지로, 부분 P2는, 반도체 기판(11)의 상면에 순서대로 형성된 저흡수율막(41)과 고흡수율막(42)을 포함하고 있다.
가령 본 실시 형태의 차광막(17)이 부분 P2를 포함하고 있지 않으면, 주변 영역 R2의 상면(반도체 기판(11)의 이면 S2)에 입사한 광이 반사되어, 플레어의 원인이 될 우려가 있다. 본 실시 형태에 따르면, 주변 영역 R2의 상면을 차광막(17)의 부분 P2로 덮음으로써, 주변 영역 R2의 상면에서의 광의 반사를 억제하여 플레어를 방지하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태의 광 검출 장치는, 제1 실시 형태의 광 검출 장치와 마찬가지로, 도 5 및 도 6에 도시한 방법으로 제조 가능하다. 단, 본 실시 형태의 광 검출 장치를 제조할 때에는, 도 5의 A의 공정에서 트렌치 T1을 화소 어레이 영역 R1과 주변 영역 R2의 사이에도 형성하고, 도 6의 B의 공정에서 저흡수율막(41) 및 고흡수율막(42)을 주변 영역 R2의 상면에도 잔존시킨다. 이에 의해, 부분 P1, P2를 포함하는 차광막(17)을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 차광막(17)은 제2, 제3 또는 제4 실시 형태의 차광막(17)과 동일한 구조를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 본 실시 형태의 차광막(17)의 부분 P1, P2는, 제2, 제3 또는 제4 실시 형태의 차광막(17)과 동일한 구조를 갖도록 형성된다.
(응용예)
도 13은, 전자 기기의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 13에 도시한 전기 기기는 카메라(100)이다.
카메라(100)는 렌즈군 등을 포함하는 광학부(101)와, 제1 내지 제4 실시 형태 중 어느 광 검출 장치인 촬상 장치(102)와, 카메라 신호 처리 회로인 DSP(Digital Signal Processor) 회로(103)와, 프레임 메모리(104)와, 표시부(105)와, 기록부(106)와, 조작부(107)와, 전원부(108)를 구비하고 있다. 또한, DSP 회로(103), 프레임 메모리(104), 표시부(105), 기록부(106), 조작부(107) 및 전원부(108)는 버스 라인(109)을 통해 서로 접속되어 있다.
광학부(101)는 피사체로부터의 입사광(상(像)광)을 도입하여, 촬상 장치(102)의 촬상면 위에 결상한다. 촬상 장치(102)는 광학부(101)에 의해 촬상면 위에 결상된 입사광의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여, 화소 신호로서 출력한다.
DSP 회로(103)는 촬상 장치(102)에 의해 출력된 화소 신호에 대하여 신호 처리를 행한다. 프레임 메모리(104)는 촬상 장치(102)로 촬상된 동화상 또는 정지 화상의 1화면을 기억해 두기 위한 메모리이다.
표시부(105)는 예를 들어 액정 패널이나 유기 EL 패널 등의 패널형 표시 장치를 포함하고 있으며, 촬상 장치(102)로 촬상된 동화상 또는 정지 화상을 표시한다. 기록부(106)는 촬상 장치(102)로 촬상된 동화상 또는 정지 화상을, 하드 디스크나 반도체 메모리 등의 기록 매체에 기록한다.
조작부(107)는 유저에 의한 조작 하에, 카메라(100)가 지닌 다양한 기능에 대하여 조작 지령을 발한다. 전원부(108)는 DSP 회로(103), 프레임 메모리(104), 표시부(105), 기록부(106) 및 조작부(107)의 동작 전원이 되는 각종 전원을, 이들 공급 대상에 대하여 적절히 공급한다.
촬상 장치(102)로서, 제1 내지 제4 실시 형태 중 어느 광 검출 장치를 사용함으로써, 양호한 화상의 취득을 기대할 수 있다.
당해 고체 촬상 장치는, 그 밖의 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들어, 당해 고체 촬상 장치는, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 다양한 이동체에 탑재되어도 된다.
도 14는, 이동체 제어 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 14에 도시한 이동체 제어 시스템은, 차량 제어 시스템(200)이다.
차량 제어 시스템(200)은 통신 네트워크(201)를 통해 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 14에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(200)은 구동계 제어 유닛(210)과, 보디계 제어 유닛(220)과, 차외 정보 검출 유닛(230)과, 차내 정보 검출 유닛(240)과, 통합 제어 유닛(250)을 구비하고 있다. 도 14는 또한, 통합 제어 유닛(250)의 구성부로서, 마이크로컴퓨터(251)와, 음성 화상 출력부(252)와, 차량 탑재 네트워크 I/F(Interface)(253)를 나타내고 있다.
구동계 제어 유닛(210)은 각종 프로그램에 따라서, 차량의 구동계에 관련된 장치의 동작을 제어한다. 예를 들어, 구동계 제어 유닛(210)은 내연 기관이나 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치나, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구나, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구나, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
보디계 제어 유닛(220)은 각종 프로그램에 따라서, 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들어, 보디계 제어 유닛(220)은 스마트 키 시스템, 키리스 엔트리 시스템, 파워 윈도우 장치, 각종 램프(예를 들어, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 방향지시등, 안개등) 등의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 보디계 제어 유닛(220)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 보디계 제어 유닛(220)은 이러한 전파 또는 신호의 입력을 접수하고, 차량의 도어록 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(230)은 차량 제어 시스템(200)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 차외 정보 검출 유닛(230)에는, 예를 들어 촬상부(231)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(230)은 촬상부(231)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 촬상부(231)로부터 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(230)은 수신한 화상에 기초하여, 사람, 차량, 장해물, 표지, 노면 위의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 된다.
촬상부(231)는 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 따른 전기 신호를 출력하는 광 센서이다. 촬상부(231)는 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 측거의 정보로서 출력할 수도 있다. 촬상부(231)가 수광하는 광은, 가시광이어도 되고, 적외선 등의 비가시광이어도 된다. 촬상부(231)는 제1 내지 제4 실시 형태 중 어느 광 검출 장치를 포함하고 있다.
차내 정보 검출 유닛(240)은 차량 제어 시스템(200)을 탑재한 차량의 내부 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(240)에는 예를 들어, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(241)가 접속된다. 예를 들어, 운전자 상태 검출부(241)는 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(240)은 운전자 상태 검출부(241)로부터 입력되는 검출 정보에 기초하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 되고, 운전자가 졸고 있지 않는지를 판별해도 된다. 이 카메라는, 제1 내지 제4 실시 형태 중 어느 광 검출 장치를 포함하고 있어도 되고, 예를 들어 도 13에 도시한 카메라(100)일 수도 있다.
마이크로컴퓨터(251)는 차외 정보 검출 유닛(230) 또는 차내 정보 검출 유닛(240)으로 취득되는 차 내외의 정보에 기초하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표값을 연산하고, 구동계 제어 유닛(210)에 대하여 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들어, 마이크로컴퓨터(251)는 차량의 충돌 회피, 충격 완화, 차간 거리에 기초하는 추종 주행, 차속 유지 주행, 충돌 경고, 레인 일탈 경고 등의 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로컴퓨터(251)는 차외 정보 검출 유닛(230) 또는 차내 정보 검출 유닛(240)으로 취득되는 차량의 주위 정보에 기초하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치를 제어함으로써, 운전자의 조작에 따르지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로컴퓨터(251)는 차외 정보 검출 유닛(230)으로 취득되는 차외의 정보에 기초하여, 보디계 제어 유닛(220)에 대하여 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들어, 마이크로컴퓨터(251)는 차외 정보 검출 유닛(230)으로 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 따라서 헤드 램프를 제어하고, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 눈부심 방지를 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
음성 화상 출력부(252)는 차량의 탑승자 또는 차외에 대하여 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치로 음성 및 화상 중 적어도 한쪽의 출력 신호를 송신한다. 도 14의 예에서는, 이러한 출력 장치로서, 오디오 스피커(261), 표시부(262) 및 인스트루먼트 패널(263)이 예시되어 있다. 표시부(262)는 예를 들어, 온보드 디스플레이 또는 헤드업 디스플레이를 포함하고 있어도 된다.
도 15는, 도 14의 촬상부(231)의 설정 위치의 구체예를 나타내는 평면도이다.
도 15에 도시한 차량(300)은 촬상부(231)로서, 촬상부(301, 302, 303, 304, 305)를 구비하고 있다. 촬상부(301, 302, 303, 304, 305)는 예를 들어, 차량(300)의 프론트 노즈, 사이드미러, 리어 범퍼, 백 도어, 차 실내의 프론트 글래스의 상부 등의 위치에 마련된다.
프론트 노즈에 구비되는 촬상부(301)는 주로 차량(300)의 전방의 화상을 취득한다. 좌측의 사이드미러에 구비되는 촬상부(302)와, 우측의 사이드미러에 구비되는 촬상부(303)는 주로 차량(300)의 측방 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(304)는 주로 차량(300)의 후방의 화상을 취득한다. 차실내의 프론트 글래스의 상부에 구비되는 촬상부(305)는 주로 차량(300)의 전방의 화상을 취득한다. 촬상부(305)는 예를 들어, 선행차량, 보행자, 장해물, 신호기, 교통 표지, 차선 등의 검출에 사용된다.
도 15는, 촬상부(301, 302, 303, 304)(이하 「촬상부(301 내지 304)」라고 표기함)의 촬상 범위의 예를 나타내고 있다. 촬상 범위(311)는 프론트 노즈에 마련된 촬상부(301)의 촬상 범위를 나타낸다. 촬상 범위(312)는 좌측의 사이드미러에 마련된 촬상부(302)의 촬상 범위를 나타낸다. 촬상 범위(313)는 우측의 사이드미러에 마련된 촬상부(303)의 촬상 범위를 나타낸다. 촬상 범위(314)는 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(304)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들어, 촬상부(301 내지 304)로 촬상된 화상 데이터를 중첩할 수 있음으로써, 차량(300)을 상방에서 본 부감 화상이 얻어진다. 이하, 촬상 범위(311, 312, 313, 314)를 「촬상 범위(311 내지 314)」라고 표기한다.
촬상부(301 내지 304) 중 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 된다. 예를 들어, 촬상부(301 내지 304) 중 적어도 하나는, 복수의 촬상 장치를 포함하는 스테레오 카메라여도 되고, 위상차 검출용 화소를 갖는 촬상 장치여도 된다.
예를 들어, 마이크로컴퓨터(251)(도 14)는, 촬상부(301 내지 304)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(311 내지 314) 내에 있어서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(300)에 대한 상대 속도)를 산출한다. 마이크로컴퓨터(251)는 이들 산출 결과에 기초하여, 차량(300)의 진행로 위에 있는 가장 가까운 입체물이고, 차량(300)과 거의 동일한 방향으로 소정의 속도(예를 들어, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로컴퓨터(251)는 선행차의 앞쪽에 미리 확보해야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함함)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함함) 등을 행할 수 있다. 이와 같이, 이 예에 의하면, 운전자의 조작에 따르지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
예를 들어, 마이크로컴퓨터(251)는 촬상부(301 내지 304)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 이륜차, 보통차량, 대형차량, 보행자, 전신주 등 그 밖의 입체물로 분류하여 추출하고, 장해물의 자동 회피에 사용할 수 있다. 예를 들어, 마이크로컴퓨터(251)는 차량(300)의 주변 장해물을, 차량(300)의 드라이버가 시인 가능한 장해물과, 시인 곤란한 장해물로 식별한다. 그리고, 마이크로컴퓨터(251)는 각 장해물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하여, 충돌 리스크가 설정값 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황일 때에는, 오디오 스피커(261)나 표시부(262)를 통해 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(210)을 통해 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수 있다.
촬상부(301 내지 304) 중 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라여도 된다. 예를 들어, 마이크로컴퓨터(251)는 촬상부(301 내지 304)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지 여부를 판정함으로써, 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은 예를 들어, 적외선 카메라로서의 촬상부(301 내지 304)의 촬상 화상에 있어서의 특징점을 추출하는 수순과, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지 여부를 판별하는 수순에 의해 행해진다. 마이크로컴퓨터(251)가 촬상부(301 내지 304)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(252)는 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(262)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(252)는 보행자를 나타내는 아이콘 등을 원하는 위치에 표시하도록 표시부(262)를 제어해도 된다.
도 16은, 본 개시에 따른 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 16에서는, 시술자(의사)(531)가, 내시경 수술 시스템(400)을 사용하여, 환자 베드(533) 위의 환자(532)에게 수술을 행하고 있는 모습이 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 내시경 수술 시스템(400)은 내시경(500)과, 기복 튜브(511)나 에너지 처치구(512) 등의, 기타 수술 도구(510)와, 내시경(500)을 지지하는 지지 암 장치(520)와, 내시경하 수술을 위한 각종 장치가 탑재된 카트(600)로 구성된다.
내시경(500)은 선단으로부터 소정의 길이의 영역이 환자(532)의 체강 내에 삽입되는 경통(501)과, 경통(501)의 기단에 접속되는 카메라 헤드(502)로 구성된다. 도시한 예에서는, 경성의 경통(501)을 갖는 소위 경성경으로서 구성되는 내시경(500)을 도시하고 있지만, 내시경(500)은 연성의 경통을 갖는 소위 연성경으로서 구성되어도 된다.
경통(501)의 선단에는, 대물 렌즈가 끼워진 개구부가 마련되어 있다. 내시경(500)에는 광원 장치(603)가 접속되어 있으며, 당해 광원 장치(603)에 의해 생성된 광이, 경통(501)의 내부에 연장 설치되는 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통해 환자(532)의 체강 내의 관찰 대상을 향해 조사된다. 또한, 내시경(500)은 직시경이어도 되고, 사시경 또는 측시경이어도 된다.
카메라 헤드(502)의 내부에는 광학계 및 촬상 소자가 마련되어 있으며, 관찰 대상으로부터의 반사광(관찰광)은 당해 광학계에 의해 당해 촬상 소자에 집광된다. 당해 촬상 소자에 의해 관찰광이 광전 변환되고, 관찰광에 대응하는 전기 신호, 즉 관찰 상에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 당해 화상 신호는, RAW 데이터로서 카메라 컨트롤 유닛(CCU: Camera Control Unit)(601)에 송신된다.
CCU(601)는, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등으로 구성되고, 내시경(500) 및 표시 장치(602)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(601)는, 카메라 헤드(502)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(602)는 CCU(601)로부터의 제어에 의해, 당해 CCU(601)에 의해 화상 처리가 실시된 화상 신호에 기초하는 화상을 표시한다.
광원 장치(603)는 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원으로 구성되고, 수술 부위 등을 촬영할 때의 조사광을 내시경(500)에 공급한다.
입력 장치(604)는 내시경 수술 시스템(11000)에 대한 입력 인터페이스이다. 유저는, 입력 장치(604)를 통해 내시경 수술 시스템(400)에 대하여 각종 정보의 입력이나 지시 입력을 행할 수 있다. 예를 들어, 유저는, 내시경(500)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)을 변경한다는 취지의 지시 등을 입력한다.
처치구 제어 장치(605)는 조직의 소작, 절개 또는 혈관의 밀봉 등을 위한 에너지 처치구(512)의 구동을 제어한다. 기복 장치(606)는 내시경(500)에 의한 시야의 확보 및 시술자의 작업 공간의 확보를 목적으로, 환자(532)의 체강을 부풀리기 위해서, 기복 튜브(511)를 통해 당해 체강 내로 가스를 보낸다. 레코더(607)는 수술에 관한 각종 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(608)는 수술에 관한 각종 정보를, 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
또한, 내시경(500)에 수술 부위를 촬영할 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(603)는 예를 들어 LED, 레이저 광원 또는 이들 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(603)에 있어서 촬상 화상의 화이트 밸런스의 조정을 행할 수 있다. 또한, 이 경우에는, RGB 레이저 광원 각각으로부터의 레이저광을 시분할로 관찰 대상으로 조사하고, 그 조사 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(502)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(603)는 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 된다. 그 광이 강도 변경의 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(502)의 촬상 소자 구동을 제어하여 시분할로 화상을 취득하고, 그 화상을 합성함으로써, 소위 흑색 포화 및 백색 날림이 없는 고 다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(603)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 고 콘트라스트로 촬영하는, 소위 협대역 광 관찰(Narrow Band Imaging)이 행해진다. 또는, 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 형광 상을 얻는 것 등을 행할 수 있다. 광원 장치(603)는, 이와 같은 특수 광 관찰에 대응한 협대역 광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 17은, 도 16에 도시한 카메라 헤드(502) 및 CCU(601)의 기능 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
카메라 헤드(502)는 렌즈 유닛(701)과, 촬상부(702)와, 구동부(703)와, 통신부(704)와, 카메라 헤드 제어부(705)를 갖는다. CCU(601)는, 통신부(711)와, 화상 처리부(712)와, 제어부(713)를 갖는다. 카메라 헤드(502)와 CCU(601)는, 전송 케이블(700)에 의해 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
렌즈 유닛(701)은 경통(501)과의 접속부에 마련되는 광학계이다. 경통(501)의 선단으로부터 도입된 관찰광은, 카메라 헤드(502)까지 도광되고, 당해 렌즈 유닛(701)에 입사한다. 렌즈 유닛(701)은, 줌 렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다.
촬상부(702)는 촬상 소자로 구성된다. 촬상부(702)를 구성하는 촬상 소자는, 1개(소위 단판식)여도 되고, 복수(소위 다판식)여도 된다. 촬상부(702)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 예를 들어 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고, 이들이 합성됨으로써 컬러 화상이 얻어져도 된다. 또는, 촬상부(702)는 3D(Dimensional) 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용 화상 신호를 각각 취득하기 위한 한 쌍의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 된다. 3D 표시가 행해짐으로써, 시술자(531)는 수술 부위에 있어서의 생체 조직의 깊이를 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 촬상부(702)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 각 촬상 소자에 대응하여, 렌즈 유닛(701)도 복수 계통 마련될 수 있다. 촬상부(702)는 예를 들어 제1 내지 제4 실시 형태 중 어느 광 검출 장치이다.
또한, 촬상부(702)는 반드시 카메라 헤드(502)에 마련되지 않아도 된다. 예를 들어, 촬상부(702)는 경통(501)의 내부에, 대물 렌즈의 바로 뒤에 마련되어도 된다.
구동부(703)는 액추에이터에 의해 구성되고, 카메라 헤드 제어부(705)로부터의 제어에 의해, 렌즈 유닛(701)의 줌 렌즈 및 포커스 렌즈를 광축을 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이에 의해, 촬상부(702)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정될 수 있다.
통신부(704)는 CCU(601)와의 사이에서 각종 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(704)는 촬상부(702)로부터 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(700)을 통해 CCU(601)에 송신한다.
또한, 통신부(704)는 CCU(601)로부터, 카메라 헤드(502)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하고, 카메라 헤드 제어부(705)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(601)의 제어부(713)에 의해 자동적으로 설정되어도 된다. 후자의 경우에는, 소위 AE(Auto Exposure) 기능, AF(Auto Focus) 기능 및 AWB(Auto White Balance) 기능이 내시경(500)에 탑재되어 있게 된다.
카메라 헤드 제어부(705)는 통신부(704)를 통해 수신한 CCU(601)로부터의 제어 신호에 기초하여, 카메라 헤드(502)의 구동을 제어한다.
통신부(711)는 카메라 헤드(502)와의 사이에서 각종 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(711)는 카메라 헤드(502)로부터, 전송 케이블(700)을 통해 송신되는 화상 신호를 수신한다.
또한, 통신부(711)는 카메라 헤드(502)에 대하여 카메라 헤드(502)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 송신한다. 화상 신호나 제어 신호는, 전기 통신이나 광통신 등에 의해 송신할 수 있다.
화상 처리부(712)는 카메라 헤드(502)로부터 송신된 RAW 데이터인 화상 신호에 대하여 각종 화상 처리를 실시한다.
제어부(713)는 내시경(500)에 의한 수술 부위 등의 촬상 및 수술 부위 등의 촬상에 의해 얻어지는 촬상 화상의 표시에 관한 각종 제어를 행한다. 예를 들어, 제어부(713)는 카메라 헤드(502)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(713)는 화상 처리부(712)에 의해 화상 처리가 실시된 화상 신호에 기초하여, 수술 부위 등이 찍힌 촬상 화상을 표시 장치(602)에 표시시킨다. 이때, 제어부(713)는 각종 화상 인식 기술을 이용하여 촬상 화상 내에 있어서의 각종 물체를 인식해도 된다. 예를 들어, 제어부(713)는 촬상 화상에 포함되는 물체의 에지 형상이나 색 등을 검출함으로써, 겸자 등의 수술 도구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(512)의 사용 시 미스트 등을 인식할 수 있다. 제어부(713)는 표시 장치(602)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(531)에게 제시됨으로써, 시술자(531)의 부담을 경감시키는 것이나, 시술자(531)가 확실하게 수술을 진행시키는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(502) 및 CCU(601)를 접속하는 전송 케이블(700)은, 전기 신호의 통신에 대응한 전기 신호 케이블, 광통신에 대응한 광 파이버, 또는 이들의 복합 케이블이다.
여기서, 도시한 예에서는, 전송 케이블(700)을 사용하여 유선으로 통신이 행해지고 있었지만, 카메라 헤드(502)와 CCU(601) 사이의 통신은 무선으로 행해져도 된다.
이상, 본 개시의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 개시의 실시 형태는, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 다양한 변경을 가하여 실시해도 된다. 예를 들어, 2개 이상의 실시 형태를 조합하여 실시해도 된다.
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성을 취할 수도 있다.
(1)
기판과,
상기 기판 내에 마련된 복수의 광전 변환부와,
상기 기판 내에서 적어도 상기 광전 변환부 사이에 마련된 차광막을 구비하고,
상기 차광막은, 상기 기판 내에 마련된 제1 막과, 상기 기판 내에 상기 제1 막을 통해 마련된 제2 막을 포함하고,
상기 제2 막의 광 흡수율은, 상기 제1 막의 광 흡수율보다도 높은, 광 검출 장치.
(2)
상기 제1 막은 금속막을 포함하는, (1)에 기재된 광 검출 장치.
(3)
상기 제1 막은 Al(알루미늄) 또는 Cu(구리)를 포함하는, (2)에 기재된 광 검출 장치.
(4)
상기 제1 막의 막 두께는 5㎚ 이상인, (1)에 기재된 광 검출 장치.
(5)
상기 제2 막은 금속막을 포함하는, (1)에 기재된 광 검출 장치.
(6)
상기 제2 막은 W(텅스텐), Ti(티타늄) 또는 Cr(크롬)을 포함하는, (5)에 기재된 광 검출 장치.
(7)
상기 제2 막은, 상기 기판 내에서 상기 제1 막의 상면 및 측면에 마련되어 있는, (1)에 기재된 광 검출 장치.
(8)
상기 차광막은, 상기 기판을 관통하도록 상기 기판 내에 마련되어 있는, (1)에 기재된 광 검출 장치.
(9)
상기 차광막은, 상기 기판을 관통하지 않도록 상기 기판 내에 마련되어 있는, (1)에 기재된 광 검출 장치.
(10)
상기 차광막은, 상기 제1 막과 상기 제2 막의 사이에 마련된 제3 막을 더 포함하는, (1)에 기재된 광 검출 장치.
(11)
상기 제3 막은 절연막 또는 금속막을 포함하는, (10)에 기재된 광 검출 장치.
(12)
상기 차광막은 제4 막과 제5 막을 더 포함하고,
상기 제1 막은, 상기 기판 내에 상기 제4 막을 통해 마련되어 있으며,
상기 제5 막은, 상기 제1 막과 상기 제2 막의 사이에 마련되어 있는, (1)에 기재된 광 검출 장치.
(13)
상기 제4 막 및 상기 제5 막의 각각은 배리어 금속막으로서 기능하는, (12)에 기재된 광 검출 장치.
(14)
상기 기판은, 상기 복수의 광전 변환부를 포함하는 제1 영역과, 상기 제1 영역을 환형으로 포위하는 제2 영역을 포함하고,
상기 차광막은, 상기 기판 내에서 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 사이에 마련된 제1 부분과, 상기 기판 외에서 상기 제2 영역 위에 마련된 제2 부분을 더 포함하는, (1)에 기재된 광 검출 장치.
(15)
상기 제1 부분은, 상기 기판 내에 마련된 상기 제1 막과, 상기 기판 내에 상기 제1 막을 통해 마련된 상기 제2 막을 포함하고,
상기 제2 부분은, 상기 기판 위에 마련된 상기 제1 막과, 상기 기판 위에 상기 제1 막을 통해 마련된 상기 제2 막을 포함하는, (14)에 기재된 광 검출 장치.
(16)
기판 내에 복수의 광전 변환부를 형성하고,
상기 기판 내에서 적어도 상기 광전 변환부 사이에 차광막을 형성하는
것을 포함하고,
상기 차광막은, 상기 기판 내에 제1 막을 형성하고, 상기 기판 내에 상기 제1 막을 통해 제2 막을 형성함으로써 형성되고,
상기 제2 막의 광 흡수율은, 상기 제1 막의 광 흡수율보다도 높은, 광 검출 장치의 제조 방법.
(17)
상기 차광막은, 상기 기판을 관통하도록 상기 기판 내에 형성된 트렌치 내에 형성되는, (16)에 기재된 광 검출 장치의 제조 방법.
(18)
상기 차광막은, 상기 기판을 관통하지 않도록 상기 기판 내에 형성된 트렌치 내에 형성되는, (16)에 기재된 광 검출 장치의 제조 방법.
(19)
상기 차광막은, 상기 기판 내에 상기 제1 막, 제3 막 및 상기 제2 막을 순서대로 형성함으로써 형성되는, (16)에 기재된 광 검출 장치의 제조 방법.
(20)
상기 차광막은, 상기 기판 내에 제4 막, 상기 제1 막, 제5 막 및 상기 제2 막을 순서대로 형성함으로써 형성되는, (16)에 기재된 광 검출 장치의 제조 방법.
1: 화소
2: 광전 변환부
10: 센서 기판
11: 반도체 기판
11a: 웰 영역
11b: p형 반도체 영역
11c: n형 반도체 영역
11d: 홀 축적 영역
11e: p형 반도체 영역
12: 층간 절연막
13: 콘택트 플러그
14: 배선층
15: 비아 플러그
16: 금속 패드
17: 차광막
20: 회로 기판
21: 반도체 기판
22: 층간 절연막
23: 콘택트 플러그
24: 배선층
25: 비아 플러그
26: 금속 패드
30: 적층막
31: 평탄화막
32: 필터
33: 온 칩 렌즈
41: 저흡수율막
42: 고흡수율막
43: 중간막
44: 배리어 금속막
45: 배리어 금속막

Claims (20)

  1. 기판과,
    상기 기판 내에 마련된 복수의 광전 변환부와,
    상기 기판 내에서 적어도 상기 광전 변환부 사이에 마련된 차광막을 구비하고,
    상기 차광막은, 상기 기판 내에 마련된 제1 막과, 상기 기판 내에 상기 제1 막을 통해 마련된 제2 막을 포함하고,
    상기 제2 막의 광 흡수율은, 상기 제1 막의 광 흡수율보다도 높은, 광 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 막은 금속막을 포함하는, 광 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 막은 Al(알루미늄) 또는 Cu(구리)를 포함하는, 광 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 막의 막 두께는 5㎚ 이상인, 광 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 막은 금속막을 포함하는, 광 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 막은 W(텅스텐), Ti(티타늄) 또는 Cr(크롬)을 포함하는, 광 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 막은, 상기 기판 내에서 상기 제1 막의 상면 및 측면에 마련되어 있는, 광 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 기판을 관통하도록 상기 기판 내에 마련되어 있는, 광 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 기판을 관통하지 않도록 상기 기판 내에 마련되어 있는, 광 검출 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 제1 막과 상기 제2 막의 사이에 마련된 제3 막을 더 포함하는, 광 검출 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3 막은 절연막 또는 금속막을 포함하는, 광 검출 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 차광막은 제4 막과 제5 막을 더 포함하고,
    상기 제1 막은, 상기 기판 내에 상기 제4 막을 통해 마련되어 있으며,
    상기 제5 막은, 상기 제1 막과 상기 제2 막의 사이에 마련되어 있는, 광 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제4 막 및 상기 제5 막의 각각은 배리어 금속막으로서 기능하는, 광 검출 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 복수의 광전 변환부를 포함하는 제1 영역과, 상기 제1 영역을 환형으로 포위하는 제2 영역을 포함하고,
    상기 차광막은, 상기 기판 내에서 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 사이에 마련된 제1 부분과, 상기 기판 외에서 상기 제2 영역 위에 마련된 제2 부분을 더 포함하는, 광 검출 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 부분은, 상기 기판 내에 마련된 상기 제1 막과, 상기 기판 내에 상기 제1 막을 통해 마련된 상기 제2 막을 포함하고,
    상기 제2 부분은, 상기 기판 위에 마련된 상기 제1 막과, 상기 기판 위에 상기 제1 막을 통해 마련된 상기 제2 막을 포함하는, 광 검출 장치.
  16. 기판 내에 복수의 광전 변환부를 형성하고,
    상기 기판 내에서 적어도 상기 광전 변환부 사이에 차광막을 형성하는
    것을 포함하고,
    상기 차광막은, 상기 기판 내에 제1 막을 형성하고, 상기 기판 내에 상기 제1 막을 통해 제2 막을 형성함으로써 형성되고,
    상기 제2 막의 광 흡수율은, 상기 제1 막의 광 흡수율보다도 높은, 광 검출 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 기판을 관통하도록 상기 기판 내에 형성된 트렌치 내에 형성되는, 광 검출 장치의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 기판을 관통하지 않도록 상기 기판 내에 형성된 트렌치 내에 형성되는, 광 검출 장치의 제조 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 기판 내에 상기 제1 막, 제3 막 및 상기 제2 막을 순서대로 형성함으로써 형성되는, 광 검출 장치의 제조 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 기판 내에 제4 막, 상기 제1 막, 제5 막 및 상기 제2 막을 순서대로 형성함으로써 형성되는, 광 검출 장치의 제조 방법.
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