TW202023042A - 攝像元件、半導體元件及電子機器 - Google Patents

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Abstract

本發明之攝像元件具備：光電轉換層，其包含化合物半導體材料；接觸層，其積層配置於上述光電轉換層，且於選擇性區域具有第1導電型之雜質之擴散區域；第1絕緣層，其隔著上述接觸層而與上述光電轉換層對向設置，且於與上述擴散區域對向之位置具有第1開口；及第2絕緣層，其隔著上述第1絕緣層而與上述接觸層對向設置，且具有連通於上述第1開口且小於上述第1開口之第2開口。

Description

攝像元件、半導體元件及電子機器
本發明係關於一種使用化合物半導體材料之攝像元件及半導體元件、以及具備該攝像元件或半導體元件之電子機器。
近年來，不斷開發使用化合物半導體材料之影像感測器(攝像元件)(例如，參照專利文獻1)。於此種攝像元件，例如針對每像素設置電極，並經由該電極針對每像素讀取光電轉換信號。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特表2014-521216號公報
於此種攝像元件，期望提高設計之自由度。例如，可藉由縮短電極間之間隔，進行像素之微細化。
因此，期望提供一種可提高設計之自由度之攝像元件及半導體元件、以及具備該攝像元件或半導體元件之電子機器。
本發明之一實施形態之攝像元件具備：光電轉換層，其包含化合物半導體材料；接觸層，其積層配置於光電轉換層，且於選擇性區域具有第1導電型之雜質之擴散區域；第1絕緣層，其隔著接觸層而與光電轉換層對向設置，且於與擴散區域對向之位置具有第1開口；第2絕緣層，其隔著第1絕緣層而與接觸層對向設置，且具有連通於第1開口且小於第1開口之第2開口。
本發明之一實施形態之第1電子機器係具備上述本發明之一實施形態之攝像元件者。
本發明之一實施形態之半導體元件具備：半導體層，其包含化合物半導體材料，且具有於選擇性區域設置第1導電型之雜質之擴散區域之接觸層；第1絕緣層，其與接觸層相接且作為半導體層積層，且於與擴散區域對向之位置具有第1開口；及第2絕緣層，其隔著第1絕緣層而與接觸層對向設置，且具有連通於第1開口且小於第1開口之第2開口。
本發明之第2電子機器係具備上述本發明之一實施形態之攝像元件者。
於本發明之一實施形態之攝像元件、半導體元件及第1、第2電子機器，因自接觸層側依序積層有第1絕緣層及第2絕緣層，且於第2絕緣層設置小於第1開口(第1絕緣層)之第2開口，故容易縮短相鄰之第2開口之間隔。
另，上述內容係本發明之一例。本發明之效果並不限定於稍後敍述者，可為其他不同之效果，亦可進而包含其他效果。
以下，針對本發明之實施形態，參照圖式進行詳細說明。另，說明之順序如下述。 1.實施形態(具有第1絕緣層及第2絕緣層之攝像元件之例) 2.應用例(電子機器之例) 3.應用例1(對內視鏡手術系統之應用例) 4.應用例2(對移動體之應用例)
＜實施形態＞ [攝像元件1之整體構成] 圖1A、圖1B係表示本發明之第1實施形態之攝像元件(攝像元件1)之模式構成者。圖1A顯示攝像元件1之平面構成，圖1B顯示沿圖1A之B-B'線之剖面構成。該攝像元件1係應用於使用例如III-V族半導體等之化合物半導體材料之紅外線感測器等者，於例如可視區域(例如380 nm以上且未達780 nm)～短紅外線區域(例如780 nm以上且未達2400 nm)之波長之光，具有光電轉換功能。於該攝像元件1，設置例如2維配置之複數個受光單位區域P(像素P)(圖1B)。該攝像元件1對應於本發明之攝像元件及半導體元件之一具體例。
攝像元件1具有中央部之元件區域R1及設置於元件區域R1之外側並包圍元件區域R1之周邊區域R2(圖1A)。攝像元件1具有自元件區域R1遍及周邊區域R2設置之導電膜15B。該導電膜15B於與元件區域R1之中央部對向之區域具有開口。
攝像元件1具有元件基板10及讀取電路基板20之積層構造(圖1B)。元件基板10之一面為光入射面(光入射面S1)，且與光入射面S1相反之面(另一面)為與讀取電路基板20之接合面(接合面S2)。
元件基板10自靠近讀取電路基板20之位置起，依序具有配線層10W、第1電極11、半導體層10S(第1半導體層)、第2電極15及鈍化膜16。半導體層10S中之與配線層10W之對向面及端面(側面)藉由絕緣膜17覆蓋。讀取電路基板20係所謂ROIC(Readout integrated circuit：讀取積體電路)，且具有；與元件基板10之接合面S2相接之配線層20W及多層配線層22C；及隔著該配線層20W及多層配線層22C而與元件基板10對向之半導體基板21。第1電極11對應於本發明之「電極」之一具體例。
元件基板10於元件區域R1具有半導體層10S。換言之，設置半導體層10S之區域為攝像元件1之元件區域R1。元件區域R1中自導電膜15B露出之區域(與導電膜15B之開口對向之區域)為受光區域。元件區域R1中由導電膜15B覆蓋之區域為OPB(Optical Black：光學黑色)區域R1B。OPB區域R1B係以包圍受光區域之方式設置。OPB區域R1B係用於獲得黑位準之像素信號。元件基板10於周邊區域R2具有絕緣膜17及嵌入層18。於周邊區域R2，設置貫通元件基板10且到達讀取電路基板20之孔H1、H2。於攝像元件1，自元件基板10之光入射面S1，經由鈍化膜16、第2電極15及第2接觸層14對半導體層10S入射光。由半導體層10S進行光電轉換之信號電荷經由第1電極11及配線層10W移動，並由讀取電路基板20讀取。以下，對各部之構成進行說明。
配線層10W遍及元件區域R1及周邊區域R2設置，且具有與讀取電路基板20之接合面S2。於攝像元件1，該元件基板10之接合面S2設置於元件區域R1及周邊區域R2，且例如元件區域R1之接合面S2與周邊區域R2之接合面S2構成同一平面。如後所述，於攝像元件1，藉由設置嵌入層18形成周邊區域R2之接合面S2。
配線層10W於例如層間絕緣膜19A、19B中，具有接觸電極19E及虛設電極19ED。例如，於讀取電路基板20側配置層間絕緣膜19B，於第1接觸層12側配置層間絕緣膜19A，且該等層間絕緣膜19A、19B積層設置。層間絕緣膜19A、19B藉由例如無機絕緣材料構成。作為該無機絕緣材料，列舉例如氮化矽(SiN)、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化矽(SiO2 )及氧化鉿(HfO2 )等。亦可藉由相同之無機絕緣材料構成層間絕緣膜19A、19B。
接觸電極19E設置於例如元件區域R1。該接觸電極19E係用於將第1電極11與讀取電路基板20電性連接者，於元件區域R1設置於每像素P。相鄰之接觸電極19E藉由嵌入層18及層間絕緣膜19A、19B電性分離。接觸電極19E藉由例如銅(Cu)焊墊構成，且於接合面S2露出。虛設電極19ED設置於例如周邊區域R2。虛設電極19ED連接於稍後敍述之配線層20W之虛設電極22ED。藉由設置該虛設電極19ED及虛設電極22ED，可使周邊區域R2之強度提高。虛設電極19ED係由例如與接觸電極19E同一步驟形成。虛設電極19ED藉由例如銅(Cu)焊墊構成，且於接合面S2露出。
設置於接觸電極19E與半導體層10S之間之第1電極11係供給用於讀取由光電轉換層13產生之信號電荷(電洞或電子，以下為方便說明，將信號電荷作為電洞進行說明。)之電壓之電極(陽極)，且於像素區域R1設置於每像素P。第1電極11係以嵌入絕緣膜17之開口(稍後敍述之圖2之第1開口171M、第2開口172M)之方式設置，且與半導體層10S(更具體而言，為稍後敍述之擴散區域12A)相接。第1電極11大於例如絕緣膜17之開口(更具體而言，稍後敍述之第1開口171M、第2開口172M)，且第1電極11之一部分設置於嵌入層18。即，第1電極11之上表面(半導體層10S側之面)與擴散區域12A相接，且第1電極11之下表面及側面之一部分與嵌入層18相接。相鄰之第1電極11藉由絕緣膜17及嵌入層18電性分離。
第1電極11藉由例如鈦(Ti)、鎢(W)、氮化鈦(TiN)、鉑(Pt)、金(Au)、鍺(Ge)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、鎳(Ni)及鋁(Al)中之任一者之單體，或包含該等中之至少1種之合金構成。第1電極11可為此種構成材料之單膜，或亦可為使2種以上組合而成之積層膜。例如，第1電極11藉由鈦及鎢之積層膜構成。第1電極11之厚度為例如數十nm～數百nm。
半導體層10S例如自靠近配線層10W之位置起，包含第1接觸層12、光電轉換層13及第2接觸層14。第1接觸層12、光電轉換層13及第2接觸層14具有彼此相同之平面形狀，且各者之端面於俯視下配置於相同之位置。第1接觸層12對應於本發明之「接觸層」之一具體例。
第1接觸層12共通地設置於例如所有像素P，且配置於絕緣膜17與光電轉換層13之間。即，第1接觸層12係構成半導體層10S之表面之層。該第1接觸層12係用於將相鄰之像素P電性分離者，且於第1接觸層12，設置例如複數個擴散區域12A。藉由於第1接觸層12，使用帶隙較構成光電轉換層13之化合物半導體材料更大之帶隙之化合物半導體材料，亦可抑制暗電流。於第1接觸層12，可使用例如n型(第2導電型)之InP(磷化銦)。於第1接觸層12，亦可使用n型之GaX1 In(1-X1) P(其中，0≦X1≦1)。第1接觸層12亦可藉由本徵(i型)化合物半導體材料構成。
設置於第1接觸層12之擴散區域12A彼此分離配置。擴散區域12A配置於每像素P，且於各者之擴散區域12A連接第1電極11。於OPB區域R1B亦設置擴散區域12A。擴散區域12A係用以於每像素P讀取由光電轉換層13產生之信號電荷，且包含例如p型(第1導電型)雜質。作為p型雜質，可列舉例如Zn(鋅)。如此，於擴散區域12A與擴散區域12A以外之第1接觸層12之間形成pn接合界面，且將相鄰之像素P電性分離。擴散區域12A設置於例如第1接觸層12之厚度方向，亦設置於光電轉換層13之厚度方向之一部分。
第1電極11與第2電極15之間，更具體而言，第1接觸層12與第2接觸層14之間之光電轉換層13共通地設置於例如所有像素P。該光電轉換層13係吸收特定之波長之光，並使信號電荷產生者，且藉由例如i型之III-V族半導體等之化合物半導體材料構成。作為構成光電轉換層13之化合物半導體材料，可列舉例如InGaAs(銦鎵砷)、InGaN(氮化銦鎵)、InAlN(氮化銦鋁)、InAsSb(銦砷銻)、InAs(銦砷)、InSb(銦銻)及HgCdTe(汞鎘碲)等。亦可藉由鍺(Ge)構成光電轉換層13。於光電轉換層13，例如自可視區域進行短紅外線區域之波長之光之光電轉換。
於光電轉換層13與第1接觸層12之間，亦可設置進行該等間之晶格匹配之層(未圖示)。該層藉由例如AlGaAs等構成。
第2接觸層14共通地設置於例如所有像素P。該第2接觸層14設置於光電轉換層13與第2電極15之間，且與該等相接。第2接觸層14係自第2電極15排出之電荷移動之區域，且藉由例如包含n型雜質之化合物半導體構成。於第2接觸層14，可使用例如n型之InP(銦磷)。於第2接觸層14，亦可使用n型之GaX2 In(1-X2) P(其中，0≦X2≦1)。第2接觸層14亦可藉由本徵(i型)化合物半導體材料構成。
第2電極15作為於例如各像素P共通之電極，以與第2接觸層14相接之方式設置於第2接觸層14上(光入射側)。第2電極15係用於將由光電轉換層13產生之電荷中，未用作信號電荷之電荷排出者(陰極)。例如，於將電洞作為信號電荷自第1電極11讀取之情形時，可通過該第2電極15排出例如電子。第2電極15藉由可透過例如紅外線等之入射光之導電膜構成。於第2電極15，可使用例如ITO(Indium Tin Oxide：銦錫氧化物)或ITiO(In2 O3 -TiO2 )等。第2電極15亦可以例如分割相鄰之像素P之方式，設置為格子狀。於該第2電極15，可使用光透過性較低之導電材料。
鈍化膜16自光入射面S1側覆蓋第2電極15。鈍化膜16亦可具有抗反射功能。於鈍化膜16，可使用例如氮化矽(SiN)、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化矽(SiO2 )及氧化鉭(Ta2 O3 )等。鈍化膜16於OPB區域R1B具有開口16H。開口16H設置為例如包圍受光區域之框緣狀(圖1A)。開口16H於例如俯視下亦可為四角形狀或圓狀之孔。藉由該鈍化膜16之開口16H，將導電膜15B電性連接於第2電極15。
絕緣膜17設置於第1接觸層12與嵌入層18之間，且覆蓋第1接觸層12之端面、光電轉換層13之端面、第2接觸層14之端面及第2電極15之端面，於周邊區域R2與鈍化膜16相接。該絕緣膜17具有積層構造，且自第1接觸層12側起包含第1絕緣層171及第2絕緣層172。於設置於該第1絕緣層171及第2絕緣層172之開口(稍後敍述之圖2之第1開口171M、第2開口172M)埋設第1電極11。針對絕緣膜17之詳細構成予以後述。
導電膜15B自OPB區域R1B遍及周邊區域R2之孔H1而設置。該導電膜15B以設置於OPB區域R1B之鈍化膜16之開口16H與第2電極15相接，且介隔孔H1與讀取電路基板20之配線(稍後敍述之配線22CB)相接。藉此，將電壓自讀取電路基板20經由導電膜15B供給至第2電極15。導電膜15B作為向此種第2電極15之電壓供給路徑發揮功能，且具有作為遮光膜之功能，形成OPB區域R1B。導電膜15B藉由包含例如鎢(W)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鉭(Ta)或銅(Cu)之金屬材料構成。亦可於導電膜15B上設置鈍化膜。
亦可於第2接觸層14之端部與第2電極15之間設置接著層B。該接著層B如後所述，係形成攝像元件1時所使用者，且發揮將半導體層10S接合於臨時基板(稍後敍述之圖4C之臨時基板33)之作用。接著層B藉由例如四乙氧基矽烷(TEOS)或氧化矽(SiO2 )等構成。接著層B較例如半導體層10S之端面加寬設置，且與半導體層10S一起由嵌入層18所覆蓋。於接著層B與嵌入層18之間設置絕緣膜17。
嵌入層18係於攝像元件1之製造步驟中，用於填埋臨時基板(稍後敍述之圖4C之臨時基板33)與半導體層10S之階差者。藉由形成該嵌入層18，抑制起因於半導體層10S與臨時基板33之階差所致之製造步驟之不良之產生。
周邊區域R2之嵌入層18設置於配線層10W與絕緣膜17之間、及配線層10W與鈍化膜16之間，且具有例如半導體層10S之厚度以上之厚度。此處，因該嵌入層18包圍半導體層10S設置，故形成半導體層10S之周圍之區域(周邊區域R2)。藉此，可於該周邊區域R2設置與讀取電路基板20之接合面S2。若於周邊區域R2形成接合面S2，則雖可縮小嵌入層18之厚度，但較佳為嵌入層18遍及厚度方向覆蓋半導體層10S，且半導體層10S之整個端面係由嵌入層18覆蓋。嵌入層18介隔絕緣膜17覆蓋半導體層10S之整個端面，藉此可有效地抑制水分向半導體層10S之浸入。元件區域R1之嵌入層18係以覆蓋第1電極11之方式，設置於半導體層10S與配線層10W之間。
將接合面S2側之嵌入層18之面為平坦化，且於周邊區域R2，於經該平坦化之嵌入層18之面設置配線層10W。於嵌入層18，可使用例如氧化矽(SiOX )、氮化矽(SiN)、氮氧化矽(SiON)、含碳氧化矽(SiOC)及碳化矽(SiC)等無機絕緣材料。
此處，雖對攝像元件1具有嵌入層18之例進行說明，但攝像元件1可不具有嵌入層18，且元件基板10之周邊區域R2亦可不具有與讀取電路基板20之接合面S2。
於嵌入層18，設置貫通嵌入層18之孔H1、H2。該孔H1、H2與嵌入層18一起貫通配線層10W，並到達讀取電路基板20。孔H1、H2具有例如四邊形狀之平面形狀，且以包圍元件區域R1之方式設置各者之複數個孔H1、H2(圖1A)。孔H1設置於較孔H2更靠近元件區域R1之位置，且孔H1之側壁及底面係由導電膜15B覆蓋。該孔H1係用於連接第2電極15(導電膜15B)與讀取電路基板20之配線(稍後敍述之配線22CB)者，且貫通鈍化膜16、嵌入層18及配線層10W而設置。
孔H2設置於例如較孔H1更靠近晶片端E之位置。該孔H2貫通鈍化膜16、嵌入層18及配線層10W，並到達讀取電路基板20之焊墊電極(稍後敍述之焊墊電極22P)。介隔該孔H2，進行外部與攝像元件1之電性連接。孔H1、H2亦可未到達讀取電路基板20。例如，孔H1、H2亦可到達配線層10W之配線，且該配線連接於讀取電路基板20之配線22CB、焊墊電極22P。
由光電轉換層13產生之電洞及電子自第1電極11及第2電極15讀取。為了高速地進行該讀取動作，較佳為將第1電極11與第2電極15之間之距離設為足夠進行光電轉換之距離且未過於分離之距離。即，較佳為縮小元件基板10之厚度。例如，第1電極11與第2電極15之間之距離或元件基板10之厚度為10 μm以下，進而為7 μm以下，進而為5 μm以下。
讀取電路基板20之半導體基板21係隔著配線層20W及多層配線層22C而與元件基板10對向。該半導體基板21藉由例如矽(Si)構成。於半導體基板21之表面(配線層20W側之面)附近，設置複數個電晶體。例如，使用該等複數個電晶體，於每像素P，構成讀取電路(Read Out Circuit)。配線層20W自例如元件基板10側，依序具有層間絕緣膜22A及層間絕緣膜22B，該等層間絕緣膜22A、22B積層設置。例如於層間絕緣膜22A中，設置接觸電極22E及虛設電極22ED。多層配線層22C係隔著配線層20W而與元件基板10對向設置。例如於該多層配線層22C中，設置焊墊電極22P及複數根配線22CB。層間絕緣膜22A、22B係藉由例如無機絕緣材料構成。作為該無機絕緣材料，列舉例如氮化矽(SiN)、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化矽(SiO2 )及氧化鉿(HfO2 )等。
接觸電極22E係用於電性連接第1電極11與配線22CB者，且於像素區域R1，設置於每像素P。該接觸電極22E係以元件基板10之接合面S2與接觸電極19E相接。相鄰之接觸電極22E藉由層間絕緣膜22A電性分離。
設置於周邊區域R2之虛設電極22ED係以元件基板10之接合面S2與虛設電極19ED相接。該虛設電極22ED由例如與接觸電極22E同一步驟形成。接觸電極22E及虛設電極22ED藉由例如銅(Cu)焊墊構成，且於讀取電路基板20之與元件基板10之對向面露出。即，接觸電極19E與接觸電極22E之間，及虛設電極19ED與虛設電極22ED之間進行例如CuCu接合。雖詳細情況予以後述，但藉此，可將像素P微細化。
連接於接觸電極19E之配線22CB連接於半導體基板21之表面附近所設置之電晶體，且於每像素P，連接第1電極11與讀取電路。介隔孔H1連接於導電膜15B之配線22CB連接於例如特定之電位。如此，由光電轉換層13產生之電荷之一者(例如，電洞)自第1電極11，經由接觸電極19E、22E讀取至讀取電路，且由光電轉換層13產生之電荷之另一者(例如，電子)自第2電極15經由導電膜15B排出至特定之電位。
設置於周邊區域R2之焊墊電極22P係用於與外部進行電性連接者。於攝像元件1之晶片端E附近，設置貫通元件基板10且到達焊墊電極22P之孔H2，經由該孔H2與外部進行電性連接。連接係藉由例如金屬線接合或凸塊等之方法進行。例如，亦可將特定之電位自配置於孔H2內之外部端子，經由孔H2之讀取電路基板20之配線22CB及導電膜15B供給至第2電極15。根據光電轉換層13之光電轉換之結果，亦可將自第1電極11讀取之信號電壓經由接觸電極19E、22E，讀取至半導體基板21之讀取電路，且經由該讀取電路輸出至配置於孔H2內之外部端子。信號電壓與讀取電壓一起亦可經由例如讀取電路基板20所包含之其他電路輸出至外部端子。其他電路係例如信號處理電路及輸出電路等。
讀取電路基板20之厚度較佳為大於元件基板10之厚度。例如，讀取電路基板20之厚度較佳為比元件基板10之厚度大2倍以上，進而較佳為大5倍以上，進而較佳為大10倍以上。或，讀取電路基板20之厚度為例如100 μm以上，或150 μm以上，或200 μm以上。藉由具有此種大小之厚度之讀取電路基板20，確保攝像元件1之機械強度。另，該讀取電路基板20可為僅包含1層形成電路之半導體基板21者，亦可除形成電路之半導體基板21以外，進而具備支持基板等基板。
[絕緣層17之構成] 圖2(A)係表示與1個像素P對應之區域之半導體層10S及絕緣層17之剖面構成者，且圖2(B)顯示半導體層10S及絕緣層17之平面構成。以下，使用該圖2(A)、(B)，說明絕緣層17之詳細之構成。於圖2(A)，使圖1B之上下方向(Z軸方向)逆轉顯示。
隔著第1接觸層12而與光電轉換層13對向之第1絕緣層171與例如第1接觸層12及第2絕緣層172相接。於該第1絕緣層171，於與擴散區域12A對向之位置設置第1開口171M。第1開口171M具有例如大致圓形之平面(圖2(B)之XY平面)形狀，並設置於每像素P。擴散區域12A自與該第1開口171M對向之區域向第1開口171M之外側擴展設置。第1開口171M之剖面形狀為例如大致矩形。該矩形之短邊(圖2(A)之Z軸方向之邊)亦可彎曲。
該第1開口171M使用例如化學蝕刻形成。化學蝕刻係例如濕式蝕刻或自由基蝕刻等。雖詳細情況予以後述，但藉由於第1接觸層12與第2絕緣層172之間之第1絕緣層171，設置由此種化學蝕刻形成之第1開口171M，可抑制起因於異向性蝕刻所致之第1接觸層12之表面(第1絕緣層171側之面)附近之劣化。
第1絕緣層171藉由可化學蝕刻之材料構成，包含例如氧化鋁(Al2 O3 )、氮化矽(SiN)、氧化鉿(Hf2 O)、氧化矽(SiO2 )、氮氧化矽(SiON)、原矽酸四乙酯(TEOS：Tetra Ethyl Ortho Silicate)或氧化鑭(La2 O3 )等。
隔著第1絕緣層171而與第1接觸層12對向之第2絕緣層172與例如第1絕緣層171及第2接觸層12相接。於該第2絕緣層172，設置連通於第1絕緣層171之第1開口171M之第2開口172M。第2開口172M具有例如大致圓形之平面(圖2(B)之XY平面)形狀，且設置於每像素P。第2開口172M之平面形狀之大小相應於第1電極11之配置(像素P之大小)而規定。於本實施形態，該第2開口172M之平面形狀小於第1開口171M之平面形狀。雖詳細情況予以後述，但藉此，因可縮短相鄰之第2開口172M之間，故可容易地將像素P微細化。
第2開口172M於例如俯視(圖2(B)之XY平面)下，配置於與第1開口171M重疊之位置。該第2開口172M之直徑小於第1開口171M之直徑。例如，於俯視下，第2開口172M配置於第1開口171M之內側。
該第2開口172M使用例如異向性蝕刻形成。藉由使用異向性蝕刻形成第2開口172M，而於蝕刻選擇性相對較高之條件下容易形成第2開口172M。
圖3顯示第2開口172M之剖面形狀之其他例。第2開口172M亦可具有例如錐形狀。該第2開口172M隨著遠離例如第1絕緣層171而慢慢變細。另，第2開口172M之大小為第1電極11側之面(圖3之紙面上方向之面)之第2開口172M之大小。
第2絕緣層172藉由可異向性蝕刻之材料構成，且較佳為藉由於特定之異向性蝕刻之條件下較第1絕緣層171之構成材料更容易異向性蝕刻之材料構成。即，較佳為第2絕緣層172之構成材料與第1絕緣層171之構成材料不同。例如，第2絕緣層172包含原矽酸四乙酯(TEOS)等。
[攝像元件1之製造方法] 攝像元件1係可例如以下述方式製造。圖4A～圖6C係按步驟順序顯示攝像元件1之製造步驟者。
首先，如圖4A所示，於包含例如InP之成長基板31上，使半導體層10S磊晶成長。成長基板31之厚度為例如數百μm，且半導體層10S之厚度為例如數μm。之後，如圖4B所以，將接著層B成膜於半導體層10S上。成長基板31之口徑為例如6吋以下。半導體層10S之形成係使例如構成第1接觸層12之n型之InP、構成光電轉換層13之i型之InGaAs及構成第2接觸層14之n型之InP依序磊晶成長而進行。於成長基板31上，亦可於形成例如緩衝層及終止層之後，形成半導體層10S。
其次，如圖4C所示，隔著接著層B，於臨時基板33接合形成有半導體層10S之成長基板31。臨時基板33具有例如絕緣層(絕緣層33IA)與基板33S。絕緣層33IA配置於例如接著層B與基板33S之間。作為臨時基板33，使用口徑大於成長基板31者，作為基板33S，使用例如矽(Si)基板。臨時基板33之口徑為例如8吋～12吋。藉由使小口徑之成長基板31接合於大口徑之臨時基板33，於形成元件基板10時可使用大口徑之基板用之各種裝置。藉此，例如將讀取電路基板20與元件基板10之接合設為CuCu接合，可使像素P微細化。成長基板31向臨時基板33之接合亦可藉由電漿活性化接合、常溫接合或使用接著劑之接合(接著劑接合)等進行。如此，例如將晶圓狀之半導體層10S接合於臨時基板33。臨時基板33之厚度為例如數百μm。
於將形成有半導體層10S之成長基板31接合於臨時基板33之後，如圖5A所示，去除成長基板31。成長基板31之去除可藉由機械研削、CMP (Chemical Mechanical Polishing：化學機械研磨)、濕式蝕刻或乾蝕刻等進行。此時，亦可留下一部分成長基板31。又，亦可蝕刻一部分半導體層10S。
繼而，如圖5B所示，例如相應於臨時基板33之標記將半導體層10S蝕刻為特定之大小。藉此，形成複數個晶片裝置之半導體層10S。於該圖5B，圖示複數個晶片狀態之半導體層10S中之2個半導體層10S。
於形成半導體層10S之後，如圖6A所示，於半導體層10S(第1接觸層12)上，將第1絕緣層171及第2絕緣層172依序成膜。另，於圖6A～圖6C，圖示與1個半導體層10S中之1個像素P對應之區域，並省略臨時基板33及接著層B之圖示。第1絕緣層171及第2絕緣層172係以例如覆蓋1個晶片狀態之半導體層10S之上表面及側面之方式成膜。
於將第2絕緣層172成膜後，如圖6B所示，於第2絕緣層172，使用異向性蝕刻形成第2開口172M。於該異向性蝕刻之條件下，難以蝕刻第1絕緣層171。藉由使用異向性蝕刻，於蝕刻選擇性相對較高之條件下可容易形成第2開口172M。
於形成第2開口172M之後，如圖6C所示，於第1絕緣層171形成大於第2開口172M之第1開口171M。第1開口171M係藉由介隔第2開口172M將第1絕緣層171化學蝕刻而形成。此處，於較第2絕緣層172更靠近第1接觸層12之第1絕緣層171，使用化學蝕刻形成第1開口171M，因此可抑制起因於異向性蝕刻所致之第1接觸層12之劣化。
於形成第1開口171M之後，於第1接觸層12形成擴散區域12A。擴散區域12A藉由例如介隔第1開口171M之p型雜質之氣相擴散而形成。藉此，於第1接觸層12之選擇性區域形成擴散區域12A。擴散深度為例如數百nm，且大致等方向擴散。
於在半導體層10S設置擴散區域12A之後，於第2絕緣層172上形成第1電極11。例如，第1電極11係藉由於設置於第2絕緣層172之第2開口172M，利用CVD(Chemical Vapor Deposition：化學氣相沈積)法、PVD(Physical Vapor Deposition：物理氣相沈積)法、ALD(Atomic Layer Deposition：原子層沈積)法或蒸鍍法等將鈦(Ti)/鎢(W)之積層膜成膜之後，使用光微影及蝕刻將該積層膜圖案化而形成。此處，因使用異向性蝕刻，形成較小之第2開口172M，故可縮短相鄰之第1電極11之間隔。
於形成第1電極11之後，依序形成嵌入層18、配線層10W及讀取電路基板20。繼而，去除臨時基板33及接著層B。其次，於第2接觸層14上依序形成第2電極15及鈍化膜16。之後，形成孔H1及導電膜15B。藉此，將第2電極15與讀取電路基板20電性連接。
最後，形成貫通元件基板10且到達讀取電路基板20之焊墊電極22P之孔H2。藉此，完成圖1A、圖1B所示之攝像元件1。
[攝像元件1之動作] 於攝像元件1，若經由鈍化膜16、第2電極15及第2接觸層14，向光電轉換層13入射光(例如可視區域及紅外線區域之波長之光)，則該光於光電轉換層13被吸收。藉此，於光電轉換層13產生(被光電轉換)電洞(hole)及電子之對。此時，若對例如第1電極11施加特定之電壓，則於光電轉換層13產生電位梯度，且產生之電荷中之一電荷(例如電洞)作為信號電荷移動至擴散區域12A，並自擴散區域12A向第1電極11收集。該信號電荷通過接觸電極19E、22E移動至半導體基板21，並於每像素P被讀取。
[攝像元件1之作用、效果] 於本實施形態之攝像元件1，絕緣膜17具有自第1接觸層12側依序積層第1絕緣層171及第2絕緣層172之構造。於距接觸層12較遠之第2絕緣層172，設置小於第1絕緣層171之第1開口171M之第2開口172M。藉此，可容易調整相鄰之第2開口172M之間隔，例如可容易進行像素P之微細化。以下，使用比較例，對該作用效果進行說明。
圖7係模式性顯示比較例之攝像元件(攝像元件100)之要部之剖面構成者。於圖7，顯示與1個像素對應之部分之半導體層10S及絕緣膜117。該攝像元件100於第1接觸層12上具有絕緣膜117。於該絕緣膜117，設置有上表面至下表面具有特定之大小之開口(開口117M)。以於俯視(圖7之XY平面)下自該開口117M擴展之方式，於第1接觸層12設置擴散區域12A。於開口117M，例如嵌入電極(參照圖1B之第1電極11)。該開口117M藉由例如化學蝕刻形成。因此，難以於每像素，形成較小之開口117M。
隨著像素之微細化，需形成較小之開口117M。例如藉由使用異向性蝕刻形成開口117M，而可進一步縮小開口117M。然而，若對與第1接觸層12相接之絕緣膜117實施異向性蝕刻，則有起因於異向性蝕刻導致第1接觸層12之表面劣化之虞。例如，於第1接觸層12之表面，形成起因於異向性蝕刻所致之變質層。該變質層阻礙形成擴散區域12A時之雜質擴散。藉此，於擴散區域12A附近容易產生暗電流，並產生雜訊。又，起因於異向性蝕刻，導致於第1接觸層12磷(P)容易脫落。進而，於不易受到此種異向性蝕刻之影響之第1接觸層12，難以縮小其厚度。
相對於此，於攝像元件1，絕緣膜17具有第1絕緣層171及第2絕緣層172之積層構造。藉此，使用異向性蝕刻，可縮小第1絕緣層171之第1開口171M而形成，且可藉由將與第1接觸層12相接之第2絕緣層172之第2開口172M進行化學蝕刻而形成。
使用異向性蝕刻形成之第1開口171M之大小可相應於例如第1電極11之設計(間距)而容易地縮小。因而，可容易將像素P微細化。又，因對第1接觸層12影響較大之第2開口172M使用化學蝕刻而形成，故可抑制起因於異向性蝕刻導致之第1接觸層12之劣化。因此，可抑制暗電流之產生，並降低雜訊。又，可抑制第1接觸層12之磷(P)之脫落。進而，可縮小第1接觸層12之厚度。
如上所說明般，於本實施形態之攝像元件1，因於第2絕緣層172設置小於第1開口171M之第2開口172M，故可容易調整相鄰之第2開口172M之間隔。因而，可提高設置之自由度，例如容易進行像素P之微細化。
＜應用例＞ 上述攝像元件可應用於例如可拍攝紅外線區域之相機等各種類型之電子機器(攝像裝置)。於圖8，作為其一例，顯示電子機器3(相機)之概略構成。該電子機器3係可攝影例如靜態圖像或動態圖像之相機，且具有攝像元件1、光學系統(光學透鏡)310、快門裝置311、驅動攝像元件1及快門裝置311之驅動部313、及信號處理部312。
光學系統310係將來自被攝體之像光(入射光)向攝像元件1導入者。該光學系統310亦可由複數個光學透鏡構成。快門裝置311係控制向攝像元件1之光照射期間及遮光期間者。驅動部313係控制攝像元件1之傳送動作及快門裝置311之快門動作者。信號處理部312係對自攝像元件4輸出之信號進行各種信號處理者。信號處理後之影像信號Dout記憶於記憶體等記憶媒體，或輸出至監視器等。
＜對體內資訊取得系統之應用例＞ 再者，本發明之技術(本技術)可應用於各種製品。例如，本發明之技術亦可應用於內視鏡手術系統。
圖9係表示使用可應用本發明之技術(本技術)之膠囊型內視鏡之患者之體內資訊取得系統之概略構成之一例之方塊圖。
體內資訊取得系統10001係由膠囊型內視鏡10100與外部控制裝置10200構成。
膠囊型內視鏡10100係於檢查時由患者吞入。膠囊型內視鏡10100具有攝像功能及無線通信功能，於直到從患者自然排出之期間，一面藉由蠕動運動等於胃及腸等臟器之內部移動，一面以特定間隔依序拍攝該臟器之內部之圖像(以下，亦稱為體內圖像)，且將關於該體內圖像之資訊依序無線發送至體外之外部控制裝置10200。
外部控制裝置10200統括控制體內資訊取得系統10001之動作。又，外部控制裝置10200接收關於自膠囊型內視鏡10100發送而來之體內圖像之資訊，並基於關於接收到之體內圖像之資訊，產生用於將該體內圖像顯示於顯示裝置(未圖示)之圖像資料。
於體內資訊取得系統10001，以此種方式，於膠囊型內視鏡10100被吞入至排出之期間，可隨時獲得拍攝患者之體內之狀況之體內圖像。
對膠囊型內視鏡10100與外部控制裝置10200之構成及功能更詳細地進行說明。
膠囊型內視鏡10100具有膠囊型之框體10101，於其框體10101內，收納有光源部10111、攝像部10112、圖像處理部10113、無線通信部10114、饋電部10115、電源部10116、及控制部10117。
光源部10111係由例如LED(light emitting diode：發光二級體)等光源構成，對攝像部10112之攝像視野照射光。
攝像部10112係由攝像元件、及設置於該攝像元件之前段之包含複數個透鏡之光學系統構成。照射至作為觀察對象之人體組織之光的反射光(以下，稱為觀察光)藉由該光學系統聚光而入射至該攝像元件。攝像部10112中，於攝像元件，將入射至此處之觀察光進行光電轉換，產生對應於該觀察光之圖像信號。將藉由攝像部10112產生之圖像信號向圖像處理部10113提供。
圖像處理部10113由CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)及GPU(Graphics Processing Unit：圖形處理單元)等之處理器構成，對藉由攝像部10112產生之圖像信號進行各種信號處理。圖像處理部10113將實施了信號處理之圖像信號作為RAW資料向無線通信部10114提供。
無線通信部10114藉由圖像處理部10113對實施了信號處理之圖像信號進行調變處理等特定之處理，將該圖像信號經由天線10114A發送至外部控制裝置10200。又，無線通信部10114自外部控制裝置10200經由天線10114A接收與膠囊型內視鏡10100之驅動控制相關之控制信號。無線通信部10114將自外部控制裝置10200接收到之控制信號向控制部10117提供。
饋電部10115係由受電用之天線線圈、自該天線線圈所產生之電流再生電力之電力再生電路、及升壓電路等構成。於饋電部10115，使用所謂非接觸充電之原理產生電力。
電源部10116由二次電池構成，將由饋電部10115產生之電力進行蓄電。圖9中，為避免圖式變得複雜，故省略表示來自電源部10116之電力之供給源之箭頭等之圖示，但蓄電於電源部10116之電力係被供給至光源部10111、攝像部10112、圖像處理部10113、無線通信部10114、及控制部10117，可用於該等之驅動。
控制部10117由CPU等處理器構成，根據自外部控制裝置10200發送之控制信號而適當控制光源部10111、攝像部10112、圖像處理部10113、無線通信部10114、及饋電部10115之驅動。
外部控制裝置10200係由混載CPU、GPU等之處理器、或處理器與記憶體等之記憶元件之微電腦或控制基板等構成。外部控制裝置10200藉由將控制信號經由天線10200A對膠囊型內視鏡10100之控制部10117發送，控制膠囊型內視鏡10100之動作。於膠囊型內視鏡10100，根據來自外部控制裝置10200之控制信號，可變更光源部10111之對於觀察對象之光照射條件。又，根據來自外部控制裝置10200之控制信號，可變更攝像條件(例如攝像部10112之圖框速率、曝光值等)。又，亦可藉由來自外部控制裝置10200之控制信號，變更圖像處理部10113之處理之內容、或無線通信部10114發送圖像信號之條件(例如發送間隔、發送圖像數等)。
又，外部控制裝置10200對自膠囊型內視鏡10100發送之圖像信號，實施各種圖像處理，產生用於將拍攝到之體內圖像顯示於顯示裝置之圖像資料。作為該圖像處理，可進行例如顯影處理(去馬賽克處理)、高畫質化處理(頻帶強調處理、超解析處理、NR(Noise reduction：雜訊降低)處理及/或手震修正處理等)、以及/或擴大處理(電子變焦處理)等各種信號處理。外部控制裝置10200控制顯示裝置之驅動，並基於產生之圖像資料使攝像之體內圖像顯示。或，外部控制裝置10200亦可使產生之圖像資料記錄於記錄裝置(未圖示)，或使印刷裝置(未圖示)印刷輸出。
以上，對可應用本發明之技術之體內資訊取得系統之一例進行了說明。本發明之技術於以上說明之構成中，可應用於例如攝像部10112。藉此，檢測精度提高。
＜對內視鏡手術系統之應用例＞ 本發明之技術(本技術)可應用於各種產品。例如，本發明之技術亦可應用於內視鏡手術系統。
圖10係表示可應用本發明之技術(本技術)之內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。
圖10中，圖示手術者(醫生)11131使用內視鏡手術系統11000，對病床11133上之患者11132進行手術之情況。如圖所示，內視鏡手術系統11000係由內視鏡11100、氣腹管11111及能量處置器具11112等其他術具11110、支持內視鏡11100之支持臂裝置11120、及搭載用於內視鏡下手術之各種裝置之手推車11200構成。
內視鏡11100係由以下者構成：鏡筒11101，其將自前端起特定長度之區域插入患者11132之體腔內；及攝像頭11102，其連接於鏡筒11101之基端。圖示之例中，雖圖示構成為具有硬性之鏡筒11101之所謂硬性鏡之內視鏡11100，但內視鏡11100亦可構成為具有軟性之鏡筒之所謂軟性鏡。
於鏡筒11101之前端，設置有嵌入對物透鏡之開口部。於內視鏡111000連接光源裝置11203，由該光源裝置11203產生之光藉由延伸設置於鏡筒11101之內部之光導件而被導光至該鏡筒之前端，經由對物透鏡朝向患者11132之體腔內之觀察對象照射。另，內視鏡11100可為直視鏡，亦可為斜視鏡或側視鏡。
於攝像頭11102之內部設有光學系統及攝像元件，將來自觀察對象之反射光(觀察光)藉由該光學系統聚光於該攝像元件。觀察光藉由該攝像元件光電轉換，產生對應於觀察光之電性信號，即對應於觀察像之圖像信號。將該圖像信號作為RAW資料發送至相機控制器單元(CCU：Camera Control Unit)11201。
CCU11201由CPU(Central Processing Unit)或GPU(Graphics Processing Unit)等構成，統括控制內視鏡11100及顯示裝置11202之動作。進而，CCU11201自攝像頭11102接收圖像信號，對該圖像信號實施例如顯影處理(去馬賽克處理)等之用於顯示基於該圖像信號之圖像之各種圖像處理。
顯示裝置11202根據來自CCU11201之控制，顯示基於藉由該CCU11201實施了圖像處理之圖像信號的圖像。
光源裝置11203係由例如LED(light emitting diode)等光源構成，將攝影術部手術部等時之照射光供給至內視鏡11100。
輸入裝置11204係針對內視鏡手術系統11000之輸入介面。使用者可經由輸入裝置11204，對內視鏡手術系統11000進行各種資訊之輸入及指示輸入。例如，使用者輸入變更內視鏡11100之攝像條件(照射光之種類、倍率及焦點距離等)之意旨之指示等。
處置器具控制裝置11205控制用於組織之燒灼、切開或封閉血管等之能量處置器具11112之驅動。氣腹裝置11206基於確保內視鏡11100之視野及確保手術者之作業空間之目的，為了擴張患者11132之體腔，經由氣腹管11111將氣體送入該體腔內。記錄器11207係可記錄與手術相關之各種資訊之裝置。印表機11208係能夠以文本、圖像或圖表等各種形式列印與手術相關之各種資訊之裝置。
另，對內視鏡11100供給攝影手術部時之照射光之光源裝置11203可由例如由LED、雷射光源或該等之組合所構成之白色光源構成。於藉由RGB雷射光源之組合構成白色光源之情形時，因可高精度地控制各色(各波長)之輸出強度及輸出時序，故可於光源裝置11203中進行攝像圖像之白平衡之調整。又，於此情形時，亦可藉由將來自RGB雷射光源各者之雷射光分時照射至觀察對象，與該照射時序同步地控制攝像頭11102之攝像元件之驅動，而分時攝像對應於RGB各者之圖像。根據該方法，即使不於該攝像元件設置彩色濾光片，亦可獲得彩色圖像。
又，光源裝置11203亦可以於每特定時間變更輸出之光之強度的方式控制其之驅動。藉由與該光之強度變更時序同步地控制攝像頭11102之攝像元件之驅動而分時取得圖像，且合成該圖像，可產生沒有所謂之泛黑及泛白之高動態範圍之圖像。
又，光源裝置11203亦可構成為可供給對應於特殊光觀察之特定波長頻帶之光。於特殊光觀察中，利用例如人體組織對光之吸收之波長依存性，照射與通常之觀察時之照射光(即，白色光)相比較窄頻帶之光，藉此進行以高對比度攝影黏膜表層之血管等特定組織之所謂窄頻光觀察(Narrow Band Imaging)。或，於特殊光觀察中，亦可進行藉由利用照射激發光而產生之螢光所得之圖像之螢光觀察。於螢光觀察，可進行對人體組織照射激發光並觀察來自該人體組織之螢光(自發螢光觀察)，或將吲哚菁綠(ICG)等試藥局部注射至人體組織並對該人體組織照射對應於該試藥之螢光波長之激發光而獲得螢光像等。光源裝置11203可構成為可供給對應於此種特殊光觀察之窄頻帶光及/或激發光。
圖11係表示圖10所示之攝像頭11102及CCU11201之功能構成之一例之方塊圖。
攝像頭11102具有透鏡單元11401、攝像部11402、驅動部11403、通信部11404、及攝像頭控制部11405。CCU11201具有通信部11411、圖像處理部11412、及控制部11413。攝像頭11102與CCU11201藉由傳送纜線11400可相互通信地連接。
透鏡單元11401係設置於與鏡筒11101之連接部之光學系統。將自鏡筒11101之前端擷取之觀察光導入至攝像頭11102，入射至該透鏡單元11401。透鏡單元11401係組合包含變焦透鏡及聚焦透鏡之複數個透鏡而構成。
構成攝像部11402之攝像元件1可為1個(所謂單板式)，亦可為複數個(所謂多板式)。於攝像部11402以多板式構成之情形時，亦可藉由例如各攝像元件產生分別對應於RGB之圖像信號，且藉由將該等合成而獲得彩色圖像。或者，攝像部11402亦可構成為具有用於分別取得對應於3D(dimensional：維)顯示之右眼用及左眼用之圖像信號之1對攝像元件。藉由進行3D顯示，手術者11131可更準確地掌握手術部之生體組織之進深。另，於攝像部11402以多板式構成之情形時，透鏡單元11401亦可對應於各攝像元件而設置複數個系統。
又，攝像部11402亦可不必設置於攝像頭11102。例如，攝像部11402於鏡筒11101之內部，亦可設置於對物透鏡之後。
驅動部11403由致動器構成，根據來自攝像頭控制部11405之控制，使透鏡單元11401之變焦透鏡及聚焦透鏡沿光軸僅移動特定距離。藉此，可適當調整攝像部11402之攝像圖像拍攝之倍率及焦點。
通信部11404由在與CCU11201之間用於收發各種資訊之通信裝置構成。通信部11404將自攝像部11402獲得之圖像信號作為RAW資料經由傳送纜線11400發送至CCU11201。
又，通信部11404自CCU11201接收用於控制攝像頭11102之驅動之控制信號，且供給至攝像頭控制部11405。於該控制信號中，包含例如指定攝像圖像之圖框速率之意旨之資訊、指定攝像時之曝光值之意旨之資訊、及/或指定攝像圖像之倍率及焦點之意旨之資訊等與攝像條件相關之資訊。
另，上述之圖框速率及曝光值、倍率、焦點等攝像條件可由使用者適當指定，亦可基於取得之圖像信號而由CCU11201之控制部11413自動地設定。若為後者，會於內視鏡11100搭載所謂AE(Auto Exposure：自動曝光)功能、AF(Auto Focus：自動對焦)功能及AWB(Auto White Balance：自動白平衡)功能。
攝像頭控制部11405基於經由通信部11404接收到之來自CCU11201之控制信號，控制攝像頭11102之驅動。
通信部11411由在與攝像頭11102之間用於收發各種資訊之通信裝置構成。通信部11411自攝像頭11102接收經由傳送纜線11400發送之圖像信號
又，通信部11411對攝像頭11102發送用於控制攝像頭11102之驅動之控制信號。圖像信號或控制信號可藉由電性通信、光通信等發送。
圖像處理部11412對自攝像頭11102發送之RAW資料即圖像信號實施各種圖像處理。
控制部11413進行與內視鏡11100對手術部等之攝像、及藉由手術部等之攝像而得之攝像圖像之顯示相關之各種控制。例如，控制部11413產生用於控制攝像頭11102之驅動之控制信號。
又，控制部11413基於藉由圖像處理部11412實施了圖像處理之圖像信號，使反映手術部等之攝像圖像顯示於顯示裝置11202。此時，控制部11413亦可使用各種圖像辨識技術，辨識攝像圖像內之各種物體。例如，控制部11413可藉由檢測攝像圖像中所含之物體之邊緣之形狀、顏色等，而辨識鉗子等術具、特定之生體部位、出血、能量處置器具11112使用時之霧等。控制部11413於使顯示裝置11202顯示攝像圖像時，亦可使用其辨識結果，使各種手術支援資訊重疊顯示於該手術部之圖像。藉由重疊顯示手術支援資訊，並向手術者11131提示，可減輕手術者11131之負擔，手術者11131可確實地進行手術。
連接攝像頭11102及CCU11201之傳送纜線11400係對應於電性信號之通信之電性信號纜線、對應於光通信之光纖、或該等之複合纜線。
此處，於圖示之例中，使用傳送纜線11400以有線進行通信，但攝像頭11102與CCU11201之間之通信亦可以無線進行。
以上，對可應用本發明之技術之內視鏡手術系統之一例進行說明。本發明之技術可應用於以上說明之構成中之攝像部11402。藉由將本發明之技術應用於攝像部11402，檢測精度提高。
另，此處，雖對作為一例之內視鏡手術系統進行說明，但本發明之技術除此以外亦可應用於例如顯微鏡手術系統等。
＜對移動體之應用例＞ 本發明之技術可應用於各種製品。例如，本發明之技術亦可實現作為搭載於汽車、電動汽車、油電混合電動汽車、機車、自行車、個人移動載具、飛機、無人機、船、機器人、建設機械、農業機械(曳引機)等任一種移動體之裝置。
圖12係表示可應用本發明之技術之移動體控制系統之一例即車輛控制系統之概略構成例之方塊圖。
車輛控制系統12000具備經由通信網路12001連接之複數個電子控制單元。於圖12所示之例中，車輛控制系統12000具備驅動系統控制單元12010、車體系統控制單元12020、車外資訊檢測單元12030、車內資訊檢測單元12040、及綜合控制單元12050。又，作為綜合控制單元12050之功能構成，圖示出微電腦12051、聲音圖像輸出部12052、及車載網路I/F(interface：介面)12053。
驅動系統控制單元12010依照各種程式，控制與車輛之驅動系統關聯之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元12010作為內燃機或驅動用馬達等用於產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用於將驅動力傳遞至車輪之驅動力傳遞機構、調節車輛之舵角之轉向機構、及產生車輛之制動力之制動裝置等控制裝置發揮功能。
車體系統控制單元12020依照各種程式，控制車體所裝備之各種裝置之動作。例如，車體系統控制單元12020作為免鑰匙門禁系統、智慧鑰匙系統、電動車窗裝置、或者頭燈、尾燈、煞車燈、方向燈或霧燈等各種燈具之控制裝置發揮功能。該情形時，可對車體系統控制單元12020輸入自替代鑰匙之可攜式機發送之電波或各種開關之信號。車體系統控制單元12020受理該等電波或信號之輸入，控制車輛之門鎖裝置、電動車窗裝置、燈具等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載有車輛控制系統12000之車輛之外部之資訊。例如，於車外資訊檢測單元12030連接攝像部12031。車外資訊檢測單元12030使攝像部12031拍攝車外之圖像，並接收拍攝到之圖像。車外資訊檢測單元12030亦可基於接收到之圖像，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等之物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接收光且輸出與該光之受光量對應之電性信號之光感測器。攝像部12031可將電性信號作為圖像輸出，亦可作為測距之資訊輸出。又，攝像部12031接收之光可為可見光，亦可為紅外線等不可見光。
車內資訊檢測單元12040檢測車內之資訊。於車內資訊檢測單元12040，連接例如檢測駕駛者之狀態之駕駛者狀態檢測部12041。駕駛者狀態檢測部12041包含例如拍攝駕駛者之相機，車內資訊檢測單元12040可基於自駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，算出駕駛者之疲勞度或集中度，亦可判別駕駛者是否打瞌睡。
微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040取得之車內外之資訊，運算驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以實現包含回避車輛碰撞或緩和衝擊、基於車間距離之追隨行駛、維持車速行駛、車輛之碰撞警告或車輛之偏離車道警告等之ADAS(Advanced Driver Assistance System：先進駕駛輔助系統)之功能為目的之協調控制。
又，微電腦12051可藉由基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040所取得之車輛之周圍之資訊，控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，而進行以不受限於駕駛者之操作而自律地行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
又，微電腦12051可基於由車外資訊檢測單元12030取得之車外之資訊，對車體系統控制單元12020輸出控制指令。例如，微電腦12051可根據由車外資訊檢測單元12030檢測到之前方車或對向車之位置而控制前照燈，進行將遠光切換為近光等以謀求防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052向可對車輛之搭乘者或車外視覺性或聽覺性地通知資訊之輸出裝置，發送聲音及圖像中之至少一者之輸出信號。於圖12之例中，作為輸出裝置，例示擴音器12061、顯示部12062及儀錶板12063。顯示部12062亦可包含例如車載顯示器及抬頭顯示器之至少一者。
圖13係表示攝像部12031之設置位置之例之圖。
圖13中，具有攝像部12101、12102、12103、12104、12105作為攝像部12031。
攝像部12101、12102、12103、12104、12105設置於例如車輛12100之前保險桿、側鏡、後保險桿、後門及車廂內之擋風玻璃之上部等位置。保險桿所裝備之攝像部12101及車廂內之擋風玻璃之上部所裝備之攝像部12105主要取得車輛12100之前方之圖像。側鏡所裝備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100之側方之圖像。後保險桿或後門所裝備之攝像部12104主要取得車輛12100之後方之圖像。由車廂內之擋風玻璃之上部所裝備之12105主要用於檢測前方車輛或行人、障礙物、信號機、交通標識或車道線等。
另，圖13中顯示攝像部12101至12104之攝影範圍之一例。攝像範圍12111表示設置於前保險桿之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113表示分別設置於側鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114表示設置於後保險桿或後門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由將由攝像部12101至12104拍攝到之圖像資料重合，可獲得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104之至少1者亦可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少1者可為由複數個攝像元件構成之攝錄影機，亦可為具有相位差檢測用之像素之攝像元件。
例如，微電腦12051基於自攝像部12101至12104取得之距離資訊，求得與攝像範圍12111至12114內之各立體物相隔之距離、及該距離之時間變化(相對於車輛12100之相對速度)，藉此可尤其將位於車輛12100之行進路上最近之立體物、且為在與車輛12100大致相同之方向以特定速度(例如，0 km/h以上)行駛之立體物擷取作為前方車。進而，微電腦12051可設定前方車於近前應確保之車間距離，進行自動煞車控制(亦包含停止追隨控制)、自動加速控制(亦包含追隨起步控制)等。如此可進行以不受限於駕駛者之操作而自律地行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
例如，微電腦12051可基於自攝像部12101至12104取得之距離資訊，將與立體物相關之立體物資料分類為機車、普通車輛、大型車輛、行人、電線桿等其他立體物而擷取，用於自動回避障礙物。例如，微電腦12051可將車輛12100周邊之障礙物識別為車輛12100之駕駛可視認之障礙物與難視認之障礙物。且，微電腦12051判斷表示與各障礙物碰撞之危險度之碰撞風險，當碰撞風險為設定值以上而有碰撞可能性之狀況時，經由擴音器12061或顯示部12062向駕駛者輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或回避轉向，藉此可進行用於避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104之至少1者亦可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判定攝像部12101至12104之攝像圖像中是否存在行人而辨識行人。該行人之辨識係藉由例如擷取作為紅外線相機之攝像部12101至12104之攝像圖像中之特徵點之步驟、及對表示物體輪廓之一連串特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為行人之步驟而進行。若微電腦12051判定攝像部12101至12104之攝像圖像中存在行人，且辨識出行人，則聲音圖像輸出部12052以對該辨識出之行人重合顯示用於強調之方形輪廓線之方式控制顯示部12062。又，聲音圖像輸出部12052亦可以將表示行人之圖標等顯示於所期望之位置之方式控制顯示部12062。
以上，對可應用本發明之技術之車輛控制系統之一例進行了說明。本發明之技術可應用於以上說明之構成中之攝像部12031。因藉由將本發明之技術應用於攝像部12031，而可獲得更容易觀察之攝影圖像，故可減輕駕駛者之疲勞。
再者，本實施形態等所說明之攝像元件1亦可應用於監視相機、生體認證系統及熱像儀等電子機器。監視相機係例如夜視觀測系統(夜視)者。藉由將攝像元件1應用於監視相機，可較遠辨識夜間之行人及動物等。又，若應用攝像元件1作為車載相機，則不易受頭燈或天氣之影響。例如可不受煙及霧之影響，獲得攝影圖像。進而，亦可辨識物體之形狀。又，於熱像儀，可非接觸地測定溫度。於熱像儀，亦可檢測溫度分佈及發熱。此外，攝像元件1亦可應用於檢測火、水分或氣體等之電子機器。
以上，已列舉實施形態及應用例進行了說明，但本發明內容並非限定於上述實施形態等者，可進行各種變化。例如，上述實施形態所說明之受光元件之層構成為一例，亦可進而具備其他層。又，各層之材料或厚度亦為一例，並非限定於上述者。例如，於上述實施形態等，雖對藉由第1接觸層12、光電轉換層13及第2接觸層14構成半導體層10S之情形進行了說明，但半導體層10S可不包含例如第2接觸層14，或亦可包含其他層。
又，上述實施形態等之攝像元件1亦可進而具有彩色濾光片層及單片透鏡等。
又，於上述實施形態等，為方便起見，對信號電荷為電洞之情形進行說明，但信號電荷亦可為電子。例如，擴散區域亦可包含n型之雜質。
又，於圖3，雖例示隨著遠離第1接觸層12，而緩慢變細之第2開口172M，但如圖14所示，第2開口172M亦可隨著靠近第1接觸層12，而緩慢地變細。
又，上述實施形態等所示之化合物之化學式為一例，且各元素之組成亦可與該化學式不同。
此外，於上述實施形態等，說明本技術之半導體元件之一具體例之攝像元件，但本技術之半導體元件亦可為攝像元件以外。例如，本技術之半導體元件亦可為發光元件。
又，上述實施形態等所說明之效果為一例，但可為其他效果，亦可進而包含其他效果。
另，本發明亦可為以下之構成。因根據本發明之攝像元件、半導體元件及第1、第2電子機器，於第2絕緣層設置小於第1開口(第1絕緣層)之第2開口，故可容易調整相鄰之第2開口之間隔。因而，可提高設計之自由度。 (1) 一種攝像元件，其具備： 光電轉換層，其包含化合物半導體材料； 接觸層，其積層配置於上述光電轉換層，且於選擇性區域具有第1導電型之雜質之擴散區域； 第1絕緣層，其隔著上述接觸層而與上述光電轉換層對向設置，且於與上述擴散區域對向之位置具有第1開口；及 第2絕緣層，其隔著上述第1絕緣層而與上述接觸層對向設置，且具有連通於上述第1開口且小於上述第1開口之第2開口。 (2) 如上述(1)之攝像元件，其中上述第1絕緣層之構成材料與上述第2絕緣層之構成材料不同。 (3) 如上述(1)或(2)之攝像元件，其中上述第2絕緣層包含於特定之條件下較上述第1絕緣層之構成材料更容易蝕刻之材料。 (4) 如上述(1)至(3)中任一項之攝像元件，其中上述第1絕緣層包含氧化鋁、氮化矽、氧化鉿、氧化矽、氮氧化矽、原矽酸四乙酯或氧化鑭中之至少一者。 (5) 如上述(1)至(4)中任一項之攝像元件，其進而包含電極，該電極設置於上述第1開口及上述第2開口，且電性連接於上述擴散區域。 (6) 如上述(1)至(5)中任一項之攝像元件，其中上述接觸層之除上述擴散區域以外之部分為第2導電型。 (7) 如上述(1)至(6)中任一項之攝像元件，其中上述化合物半導體材料為III-V族化合物半導體。 (8) 如上述(1)至(6)中任一項之攝像元件，其中上述化合物半導體材料為InGaAs、InGaN、InAlN、InAsSb、InAs、InSb及HgCdTe中之任一者。 (9) 一種半導體元件，其具備： 半導體層，其包含化合物半導體材料，且具有於選擇性區域設置第1導電型之雜質之擴散區域之接觸層； 第1絕緣層，其與上述接觸層相接且作為上述半導體層積層，且於與上述擴散區域對向之位置具有第1開口；及 第2絕緣層，其隔著上述第1絕緣層而與上述接觸層對向設置，且具有連通於上述第1開口且小於上述第1開口之第2開口。 (10) 如上述(9)之半導體元件，其中上述第1絕緣層之構成材料與上述第2絕緣層之構成材料不同。 (11) 如上述(9)或(10)之半導體元件，其中上述第2絕緣層包含於特定之條件下較上述第1絕緣層之構成材料更容易蝕刻之材料。 (12) 如上述(9)至(11)中任一項之半導體元件，其中上述第1絕緣層包含氧化鋁、氮化矽、氧化鉿、氧化矽、氮氧化矽、原矽酸四乙酯或氧化鑭中之至少一者。 (13) 如上述(9)至(12)中任一項之半導體元件，其進而包含電極，該電極設置於上述第1開口及上述第2開口，且電性連接於上述擴散區域。 (14) 如上述(9)至(13)中任一項之半導體元件，其中上述接觸層之除上述擴散區域以外之部分為第2導電型。 (15) 如上述(9)至(14)中任一項之半導體元件，其中上述化合物半導體材料為III-V族化合物半導體。 (16) 如上述(9)至(14)中任一項之半導體元件，其中上述化合物半導體材料為InGaAs、InAsSb、InAs、及InSb中之任一者。 (17) 一種電子機器，其具備攝像元件，該攝像元件包含： 光電轉換層，其包含化合物半導體材料； 接觸層，其積層配置於上述光電轉換層，且於選擇性區域具有第1導電型之雜質之擴散區域； 第1絕緣層，其隔著上述接觸層而與上述光電轉換層對向設置，且於與上述擴散區域對向之位置具有第1開口；及 第2絕緣層，其隔著上述第1絕緣層而與上述接觸層對向設置，且具有連通於上述第1開口且小於上述第1開口之第2開口。 (18) 一種電子機器，其具備半導體元件，該半導體元件包含： 半導體層，其包含化合物半導體材料，且具有於選擇性區域設置第1導電型之雜質之擴散區域之接觸層； 第1絕緣層，其與上述接觸層相接且作為上述半導體層積層，且於與上述擴散區域對向之位置具有第1開口；及 第2絕緣層，其隔著上述第1絕緣層而與上述接觸層對向設置，且具有連通於上述第1開口且小於上述第1開口之第2開口。
本申請案係基於2018年9月19日向日本專利廳申請之日本專利申請案號第2018-174635號而主張優先權者，藉由參照將該申請案之全部內容引用至本申請案中。
若為本領域之技術人員，則可根據設計上之要件或其他原因，而想到各種修正、組合、次組合(sub combination)及變更，但應瞭解，該等亦均為包含於附加之申請專利範圍或其均等物之範圍內者。
1:攝像元件 3:電子機器 10:元件基板 10S:半導體層 10W:配線層 11:第1電極 12:第1接觸層 12A:擴散區域 13:光電轉換層 14:第2接觸層 15:第2電極 15B:導電膜 16:鈍化膜 16H:開口 17:絕緣膜 18:嵌入層 19A:層間絕緣膜 19B:層間絕緣膜 19E:接觸電極 19ED:虛設電極 20:讀取電路基板 20W:配線層 21:半導體基板 22A:層間絕緣膜 22B:層間絕緣膜 22C:多層配線層 22CB:配線 22E:接觸電極 22ED:虛設電極 22P:焊墊電極 31:成長基板 33:臨時基板 33IA:絕緣層 33S:基板 100:攝像元件 117:絕緣膜 117M:開口 171:第1絕緣層 171M:第1開口 172:第2絕緣層 172M:第2開口 310:光學系統 311:快門裝置 312:信號處理部 313:驅動部 10001:體內資訊取得系統 10100:膠囊型內視鏡 10101:框體 10111:光源部 10112:攝像部 10113:圖像處理部 10114:無線通信部 10114A:天線 10115:饋電部 10116:電源部 10117:控制部 10200:外部控制裝置 10200A:天線 11000:內視鏡手術系統 11100:內視鏡 11101:鏡筒 11102:攝像頭 11110:術具 11111:氣腹管 11112:能量處置器具 11120:支持臂裝置 11131:手術者 11132:患者 11133:病床 11200:手推車 11201:CCU 11202:顯示裝置 11203:光源裝置 11204:輸入裝置 11205:處置器具控制裝置 11206:氣腹裝置 11207:記錄器 11208:印表機 11400:傳送纜線 11401:透鏡單元 11402:攝像部 11403:驅動部 11404:通信部 11405:攝像頭控制部 11411:通信部 11412:圖像處理部 11413:控制部 12000:車輛控制系統 12001:通信網路 12010:驅動系統控制單元 12020:車體系統控制單元 12030:車外資訊檢測單元 12031:攝像部 12040:車內資訊檢測單元 12041:駕駛者狀態檢測部 12050:綜合控制單元 12051:微電腦 12052:聲音圖像輸出部 12053:車載網路I/F 12061:音頻揚聲器 12062:顯示部 12063:儀錶板 12100:車輛 12101:攝像部 12102:攝像部 12103:攝像部 12104:攝像部 12105:攝像部 12111:攝像範圍 12112:攝像範圍 12113:攝像範圍 12114:攝像範圍 B:接著層 B-B':線 Dout:影像信號 E:晶片端 H1:孔 H2:孔 P:像素 R1:元件區域 R2:周邊區域 R1B:OPB區域 S1:光入射面 S2:接合面 X:方向 Y:方向 Z:方向
圖1A係表示本發明之一實施形態之攝像元件之概略構成之平面模式圖。 圖1B係表示沿圖1A之B-B'線之剖面構成之模式圖。 圖2(A)係表示圖1B所示之半導體層及絕緣膜之構成之一例的剖面模式圖，(B)係對應於(A)之平面模式圖。 圖3係表示圖2所示之第2開口之構成之其他例(1)之剖面模式圖。 圖4A係用於說明圖1所示之攝像元件之製造方法之一步驟之剖面模式圖。 圖4B係表示緊接圖4A之步驟之剖面模式圖。 圖4C係表示緊接圖4B之步驟之剖面模式圖。 圖5A係表示緊接圖4C之步驟之剖面模式圖。 圖5B係表示緊接圖5A之步驟之剖面模式圖。 圖6A係表示緊接圖5B之步驟之剖面模式圖。 圖6B係表示緊接圖6A之步驟之剖面模式圖。 圖6C係表示緊接圖6B之步驟之剖面模式圖。 圖7係表示比較例之攝像元件之要部之構成之剖面模式圖。 圖8係表示使用圖1A等所示之攝像元件之攝像裝置(電子機器)之一例之功能方塊圖。 圖9係表示體內資訊取得系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖10係表示內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。 圖11係表示攝像頭及CCU之功能構成之一例之方塊圖。 圖12係表示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖13係表示車外資訊檢測部及攝像部之設置位置之一例之說明圖。 圖14係表示圖2所示之第2開口之構成之其他例(2)之剖面模式圖。
10S:半導體層
12:第1接觸層
12A:擴散區域
13:光電轉換層
14:第2接觸層
17:絕緣膜
171:第1絕緣層
171M:第1開口
172:第2絕緣層
172M:第2開口
P:像素
X:方向
Y:方向
Z:方向

Claims (18)

  1. 一種攝像元件，其具備： 光電轉換層，其包含化合物半導體材料； 接觸層，其積層配置於上述光電轉換層，且於選擇性區域具有第1導電型之雜質之擴散區域； 第1絕緣層，其隔著上述接觸層而與上述光電轉換層對向設置，且於與上述擴散區域對向之位置具有第1開口；及 第2絕緣層，其隔著上述第1絕緣層而與上述接觸層對向設置，且具有連通於上述第1開口且小於上述第1開口之第2開口。
  2. 如請求項1之攝像元件，其中上述第1絕緣層之構成材料與上述第2絕緣層之構成材料不同。
  3. 如請求項1之攝像元件，其中上述第2絕緣層包含於特定之條件下較上述第1絕緣層之構成材料更容易被蝕刻之材料。
  4. 如請求項1之攝像元件，其中上述第1絕緣層包含氧化鋁、氮化矽、氧化鉿、氧化矽、氮氧化矽、原矽酸四乙酯或氧化鑭中之至少一者。
  5. 如請求項1之攝像元件，其進而包含電極，該電極設置於上述第1開口及上述第2開口，且電性連接於上述擴散區域。
  6. 如請求項1之攝像元件，其中上述接觸層之除上述擴散區域以外之部分為第2導電型。
  7. 如請求項1之攝像元件，其中上述化合物半導體材料為III-V族化合物半導體。
  8. 如請求項1之攝像元件，其中上述化合物半導體材料為InGaAs、InGaN、InAlN、InAsSb、InAs、InSb及HgCdTe中之任一者。
  9. 一種半導體元件，其具備： 半導體層，其包含化合物半導體材料，且具有於選擇性區域設置第1導電型之雜質之擴散區域之接觸層； 第1絕緣層，其與上述接觸層相接且作成上述半導體層積層，且於與上述擴散區域對向之位置具有第1開口；及 第2絕緣層，其隔著上述第1絕緣層而與上述接觸層對向設置，且具有連通於上述第1開口且小於上述第1開口之第2開口。
  10. 如請求項9之半導體元件，其中上述第1絕緣層之構成材料與上述第2絕緣層之構成材料不同。
  11. 如請求項9之半導體元件，其中上述第2絕緣層包含於特定之條件下較上述第1絕緣層之構成材料更容易被蝕刻之材料。
  12. 如請求項9之半導體元件，其中上述第1絕緣層包含氧化鋁、氮化矽、氧化鉿、氧化矽、氮氧化矽、原矽酸四乙酯或氧化鑭中之至少一者。
  13. 如請求項9之半導體元件，其進而包含電極，該電極設置於上述第1開口及上述第2開口，且電性連接於上述擴散區域。
  14. 如請求項9之半導體元件，其中上述接觸層之除上述擴散區域以外之部分為第2導電型。
  15. 如請求項9之半導體元件，其中上述化合物半導體材料為III-V族化合物半導體。
  16. 如請求項9之半導體元件，其中上述化合物半導體材料為InGaAs、InAsSb、InAs、及InSb中之任一者。
  17. 一種電子機器，其具備攝像元件，該攝像元件包含： 光電轉換層，其包含化合物半導體材料； 接觸層，其積層配置於上述光電轉換層，且於選擇性區域具有第1導電型之雜質之擴散區域； 第1絕緣層，其隔著上述接觸層而與上述光電轉換層對向設置，且於與上述擴散區域對向之位置具有第1開口；及 第2絕緣層，其隔著上述第1絕緣層而與上述接觸層對向設置，且具有連通於上述第1開口且小於上述第1開口之第2開口。
  18. 一種電子機器，其具備半導體元件，該半導體元件包含： 半導體層，其包含化合物半導體材料，且具有於選擇性區域設置第1導電型之雜質之擴散區域之接觸層； 第1絕緣層，其與上述接觸層相接且作成上述半導體層積層，且於與上述擴散區域對向之位置具有第1開口；及 第2絕緣層，其隔著上述第1絕緣層而與上述接觸層對向設置，且具有連通於上述第1開口且小於上述第1開口之第2開口。
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