TW202027144A - 半導體元件及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種半導體元件，其具備：元件基板，其設置有中央部之元件區域及上述元件區域之外側之周邊區域；及讀出電路基板，其與上述元件基板對向；上述元件基板包含：第1半導體層，其設置於上述元件區域，且包含化合物半導體材料；配線層，其設置於上述第1半導體層與上述讀出電路基板之間，將上述第1半導體層與上述讀出電路基板電性連接；第1鈍化膜，其設置於上述配線層與上述第1半導體層之間；及第2鈍化膜，其隔著上述第1半導體層而與上述第1鈍化膜對向；且上述元件基板之上述周邊區域具有與上述讀出電路基板之接合面。

Description

半導體元件及其製造方法
本發明係關於一種例如用於紅外線感測器等之半導體元件及其製造方法。
近年來，於紅外區域具有感度之影像感測器(紅外線感測器)已商品化。例如，如專利文獻1所記載般，於用於該紅外線感測器之半導體元件中，例如使用包含InGaAs(砷化銦鎵)等III-V族半導體之光電轉換層，於該光電轉換層中，藉由吸收紅外線而產生電荷(進行光電轉換)。 [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
於此種半導體元件，有III-V族半導體等化合物半導體材料例如受到來自水分等外部之影響而可靠性降低之虞。
因此，期望提供一種能夠保護化合物半導體材料而抑制可靠性降低之半導體元件及其製造方法。
本發明之一實施形態之半導體元件具備：元件基板，其設置有中央部之元件區域及元件區域之外側之周邊區域；及讀出電路基板，其與元件基板對向；元件基板包含：第1半導體層，其設置於元件區域，且包含化合物半導體材料；配線層，其設置於第1半導體層與讀出電路基板之間，將第1半導體層與讀出電路基板電性連接；第1鈍化膜，其設置於配線層與第1半導體層之間；及第2鈍化膜，其隔著第1半導體層而與第1鈍化膜對向；且元件基板之周邊區域具有與讀出電路基板之接合面。
於本發明之一實施形態之半導體元件，於第1鈍化膜與第2鈍化膜之間設置有第1半導體層，因此，至少第1半導體層自兩面(配線層側之面及與配線層為相反側之面)側受到保護。
本發明之一實施形態之半導體元件之製造方法係形成包含化合物半導體材料之半導體層，將半導體層接合於臨時基板，並於將半導體層接合於臨時基板之後，形成覆蓋半導體層之第1鈍化膜，形成填埋半導體層與臨時基板之階差之嵌埋層，於半導體層之與臨時基板之接合面的相反面形成配線層，使讀出電路基板隔著配線層而與半導體層對向，經由配線層將半導體層與讀出電路基板電性連接，將接合於半導體層之臨時基板去除之後，形成隔著半導體層而與第1鈍化膜對向之第2鈍化膜。
於本發明之一實施形態之半導體元件之製造方法中，形成隔著第1半導體層而對向之第1鈍化膜及第2鈍化膜，因此，至少第1半導體層自兩面(配線層側之面及與配線層為相反側之面)側受到保護。
再者，上述內容係本發明之一例。本發明之效果不限於係上述者，亦可為其他不同之效果，還可包含進而其他之效果。
以下，參照圖式對本發明之實施形態詳細地進行說明。再者，說明之順序如下所述。 1.第1實施形態(具有第1鈍化膜及第2鈍化膜之受光元件之例) 2.變化例1(第1鈍化膜隔著第1電極而覆蓋半導體層之例) 3.變化例2(具有第1嵌埋層及第2嵌埋層之例) 4.變化例3(具有彩色濾光片及晶載透鏡之例) 4.第2實施形態(於元件基板積層有包含矽之半導體層之受光元件之例) 5.應用例1(攝像元件之例) 6.應用例2(電子機器之例) 7.應用例1(對內視鏡手術系統之應用例) 8.應用例2(對移動體之應用例)
＜第1實施形態＞ [構成] 圖1A、圖1B係表示本發明之第1實施形態之半導體元件(受光元件1)之模式性構成者。圖1A表示受光元件1之平面構成，圖1B表示沿著圖1A之B-B’線之剖面構成。該受光元件1例如應用於使用III-V族半導體等化合物半導體材料之紅外線感測器等，例如對可見光區域(例如380 nm以上且未達780 nm)～短紅外區域(例如780 nm以上且未達2400 nm)之波長之光具有光電轉換功能。於該受光元件1設置有例如二維配置之複數個受光單位區域P(像素P)(圖1B)。
受光元件1具有中央部之元件區域R1、及設置於元件區域R1之外側且包圍元件區域R1之周邊區域R2(圖1A)。受光元件1具有自元件區域R1遍及周邊區域R2而設置之導電膜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。
受光元件1具有元件基板10及讀出電路基板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)，與光入射面S1相反之面(另一面)為與讀出電路基板20之接合面(接合面S2)。
元件基板10係自靠近讀出電路基板20之位置起依次具有配線層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之與配線層10W之對向面及端面(側面)係由鈍化膜17覆蓋。此處。鈍化膜17與本發明之「第1鈍化膜」及「第3鈍化膜」之一具體例對應，鈍化膜16與本發明之「第2鈍化膜」之一具體例對應。
讀出電路基板20係所謂ROIC(Readout integrated circuit，讀出積體電路)，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、以及隔著該配線層20W及多層配線層22C而與元件基板10對向之半導體基板21。
元件基板10於元件區域R1具有半導體層10S。換言之，設置有半導體層10S之區域為受光元件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覆蓋之區域係OPB(Optical Black，光學黑體)區域R1B。OPB區域R1B係以包圍受光區域之方式設置。OPB區域R1B用以獲取黑位準之像素信號。元件基板10係於元件區域R1及周邊區域R2具有鈍化膜17及嵌埋層18。於周邊區域R2設置有貫通元件基板10且到達至讀出電路基板20之孔H1、H2。於受光元件1，光自元件基板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入射至半導體層10S。於半導體層10S光電轉換後之信號電荷經由第1電極11及配線層10W移動，並由讀出電路基板20讀出。以下，對各部之構成進行說明。
配線層10W係遍及元件區域R1及周邊區域R2設置，且具有與讀出電路基板20之接合面S2。於受光元件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，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。如下所述，於受光元件1，藉由設置嵌埋層18而形成周邊區域R2之接合面S2。
配線層10W例如於層間絕緣膜19A、19B中具有接觸電極19E及虛設電極19ED。例如，於讀出電路基板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，該等層間絕緣膜19A、19B積層地設置。層間絕緣膜19A、19B例如包含無機絕緣材料。作為該無機絕緣材料，例如可列舉氮化矽(SiN)、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化矽(SiO2 )及氧化鉿(HfO2 )等。亦可利用相同之無機絕緣材料構成層間絕緣膜19A、19B。
接觸電極19E例如設置於元件區域R1。該接觸電極19E係用以將第1電極11與讀出電路基板20電性連接者，且針對每一像素P設置於元件區域R1。相鄰之接觸電極19E係藉由嵌埋層18及層間絕緣膜19A、19B而電性分離。接觸電極19E例如包括銅(Cu)焊墊，且於接合面S2露出。虛設電極19ED例如設置於周邊區域R2。該虛設電極19ED連接於下述配線層20W之虛設電極22ED。藉由設置該虛設電極19ED及虛設電極22ED，能夠使周邊區域R2之強度提高。虛設電極19ED例如與接觸電極19E於同一步驟中形成。虛設電極19ED例如包括銅(Cu)焊墊，且於接合面S2露出。
第1電極11設置於配線層10W與半導體層10S之間，更具體而言，設置於接觸電極19E與半導體層10S之間。該第1電極11係供給用以讀出光電轉換層13中產生之信號電荷(電洞或電子，以下，方便起見，作為信號電荷為電洞而進行說明)之電壓之電極(陽極)，且針對每一像素P設置於元件區域R1。第1電極11埋設於鈍化膜17之開口，且與半導體層10S(更具體而言，下述之擴散區域12A)相接。第1電極11例如較鈍化膜17之開口大，且第1電極11之一部分設置於嵌埋層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，第1電極11之下表面及側面之一部分與嵌埋層18相接。相鄰之第1電極11係藉由鈍化膜17及嵌埋層18而電性分離。
第1電極11例如包括鈦(Ti)、鎢(W)、氮化鈦(TiN)、鉑(Pt)、金(Au)、鍺(Ge)、鈀(Pd)、鋅(Zn)、鎳(Ni)及鋁(Al)中之任一種單體或包含其等中之至少1種之合金。第1電極11可為此種構成材料之單層膜，或者，亦可為將2種以上組合而成之積層膜。例如，第1電極11包括鈦及鎢之積層膜。第1電極11之厚度例如為數十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具有相互相同之平面形狀，且各自之端面係於俯視下配置於相同位置。
第1接觸層12例如針對所有像素P共通地設置，且配置於鈍化膜17與光電轉換層13之間。第1接觸層12係用以將相鄰之像素P電性分離者，於第1接觸層12例如設置有複數個擴散區域12A。藉由對第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之帶隙大之化合物半導體材料，亦能夠抑制暗電流。第1接觸層12可使用例如n型InP(磷化銦)。
設置於第1接觸層12之擴散區域12A係相互分開地配置。擴散區域12A係針對每一像素P而配置，且於各擴散區域12A連接有第1電極11。於OPB區域R1B亦設置有擴散區域12A。擴散區域12A係用以針對每一像素P讀出光電轉換層13中產生之信號電荷者，例如包含p型雜質。作為p型雜質，例如可列舉(鋅)等。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，將相鄰之像素P電性分離。擴散區域12A例如沿第1接觸層12之厚度方向設置，且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例如針對所有像素P共通地設置。該光電轉換層13係吸收特定波長之光並產生信號電荷者，例如包含i型III-V族半導體等化合物半導體材料。作為構成光電轉換層13之化合物半導體材料，例如可列舉InGaAs(砷化銦鎵)、InAsSb(銻砷化銦)、InAs(砷化銦)、InSb(銻化銦)及HgCdTe(碲鎘汞)等。亦可利用Ge(鍺)構成光電轉換層13。於光電轉換層13，例如進行可見光區域至短紅外區域之波長之光之光電轉換。
第2接觸層14例如針對所有像素P共通地設置。該第2接觸層14設置於光電轉換層13與第2電極15之間，且與其等相接。第2接觸層14係供自第2電極15放出之電荷移動之區域，例如包括包含n型雜質之化合物半導體。第2接觸層14例如可使用n型InP(磷化銦)。
第2電極15例如作為對各像素P而言共通之電極，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係用以將光電轉換層13中產生之電荷中不用作信號電荷之電荷放出者(陰極)。例如，於電洞以信號電荷之形式自第1電極11讀出之情形時，可通過該第2電極15例如放出電子。第2電極15例如包括能夠使紅外線等入射光透過之導電膜。第2電極15例如可使用ITO(Indium Tin Oxide，氧化銦錫)或ITiO(In2 O3 -TiO2 )等。此種第2電極15亦可具有鈍化功能。所謂鈍化功能是指抑制自外部對半導體層10S之影響之保護功能，例如包含抑制水分自外部滲入至半導體層10S之功能(防濕功能)。第2電極15例如亦可以將相鄰之像素P分隔之方式設置成格子狀。該第2電極15可使用透光性較低之導電材料。
鈍化膜16自光入射面S1側覆蓋第2電極15，且隔著半導體層10S而與鈍化膜17對向。該鈍化膜16亦可具有鈍化功能及抗反射功能。鈍化膜16例如可使用氮化矽(SiN)、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化矽(SiO2 )及氧化鉭(Ta2 O3 )等。鈍化膜16之厚度例如為100 nm～200 nm左右。鈍化膜16於OPB區域R1B具有開口16H。開口16H例如設置成包圍受光區域之邊框狀(圖1A)。開口16H例如亦可為於俯視下呈四邊形狀或圓狀之孔。藉由該鈍化膜16之開口16H，於第2電極15電性連接有導電膜15B。
鈍化膜17例如與半導體層10S相接地設置。該鈍化膜17係於元件區域R1中設置於第1接觸層12(半導體層10S)與配線層10W之間，並且設置於周邊區域R2之嵌埋層18與半導體層10S之間。鈍化膜17例如連續地覆蓋半導體層10S之與配線層10W之對向面、及半導體層10S各層之端面。半導體層10S各層之端面係遍及全周(遍及元件區域R1之緣全部)由鈍化膜17覆蓋。該鈍化膜17係遍及元件區域R1及周邊區域R2設置，且於周邊區域R2處與鈍化膜16相接。
於本實施形態中，如此，於鈍化膜17與鈍化膜16之間設置有半導體層10S。因此，半導體層10S之接合面S2側之面由鈍化膜17保護，半導體層10S之光入射面S1側之面由鈍化膜16保護。藉此，例如，可抑制水分之滲入等自外部對半導體層10S之影響。又，鈍化膜17自半導體層10S之與配線層10W之對向面起連續地覆蓋半導體層10S各層之端面，因此，可更有效地保護半導體層10S。進而，藉由該鈍化膜17於周邊區域R2處與鈍化膜16相接，可進一步提高半導體層10S之保護功能。
如上所述，鈍化膜17係於與第1接觸層12對向之區域具有埋設有第1電極11之複數個開口。於該鈍化膜17之開口，藉由第1電極11能夠抑制水分滲入至半導體層10S。
鈍化膜17具有鈍化功能，例如包含氮化矽(SiN)等。鈍化膜17亦可包含氧化矽(SiOX )或氧化鋁(Al2 O3 )等氧化物而構成。亦可以包括複數個膜之積層構造構成鈍化膜17。鈍化膜17例如亦可由氮氧化矽(SiON)、含碳氧化矽(SiOC)及碳化矽(SiC)等矽(Si)系絕緣材料構成。鈍化膜17之厚度例如為100 nm～200 nm左右。
導電膜15B係自OPB區域R1B遍及周邊區域R2之孔H1而設置。該導電膜15B係於設置於OPB區域R1B之鈍化膜16之開口16H與第2電極15相接，並且經由孔H1與讀出電路基板20之配線(下述配線22CB)相接。藉此，自讀出電路基板20經由導電膜15B對第2電極15供給電壓。導電膜15B作為此種對第2電極15之電壓供給路徑發揮功能，並且具有作為遮光膜之功能，形成OPB區域R1B。導電膜15B例如包括包含鎢(W)、鋁(Al)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉬(Mo)、鉭(Ta)或銅(Cu)之金屬材料。此種導電膜15B亦可具有鈍化功能，或者亦可於導電膜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。如下所述，該接著層B係於形成受光元件1時使用，負責將半導體層10S接合於臨時基板(下述之圖5C之臨時基板33)之職務。接著層B例如包含四乙氧基矽烷(TEOS)或氧化矽(SiO2 )等。接著層B例如相較半導體層10S之端面更寬地設置，與半導體層10S一起由嵌埋層18覆蓋。於接著層B與嵌埋層18之間設置有鈍化膜17。
圖2及圖3表示接著層B之構成之其他例。接著層B亦可遍及周邊區域R2之範圍較大之區域而設置，例如亦可自半導體層10S(元件區域R1)之緣附近延伸至孔H1與孔H2之間(圖2)。或者，接著層B亦可自半導體層10S(元件區域R1)之緣附近延伸至晶片端(晶片端E)。
嵌埋層18係用以於受光元件1之製造步驟中填埋臨時基板(下述之圖5C之臨時基板33)與半導體層10S之階差者。詳情將於下文進行敍述，於本實施形態中，由於形成該嵌埋層18，故可抑制因半導體層10S與臨時基板33之階差引起之製造步驟之缺陷之產生。
周邊區域R2之嵌埋層18係設置於配線層10W與鈍化膜17之間及配線層10W與鈍化膜16之間，例如具有半導體層10S之厚度以上之厚度。此處，該嵌埋層18包圍半導體層10S而設置，因此，形成半導體層10S之周圍之區域(周邊區域R2)。藉此，能夠於該周邊區域R2設置與讀出電路基板20之接合面S2。只要於周邊區域R2形成接合面S2，則亦可減小嵌埋層18之厚度，但較佳為嵌埋層18遍及厚度方向覆蓋半導體層10S，且半導體層10S之端面整面由嵌埋層18覆蓋。藉由嵌埋層18介隔鈍化膜17覆蓋半導體層10S之端面整面，可有效地抑制水分滲入至半導體層10S。元件區域R1之嵌埋層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。
接合面S2側之嵌埋層18之面平坦化，於周邊區域R2，於該經平坦化之嵌埋層18之面設置有配線層10W。嵌埋層18例如可使用氧化矽(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。
如下所述，於製造受光元件1之步驟中，形成嵌埋層18之後，於嵌埋層18之上方形成包含層間絕緣膜19A、19B與接觸電極19E之配線層10W(下述之圖15D)。於包含該配線層10W之元件基板10貼合包含配線層20W之讀出電路基板20(下述之圖15E)而形成受光元件1。此時，配線層10W之接觸電極19E與配線層20W之接觸電極22E連接。接觸電極19E、22E例如具有Cu焊墊，藉由該Cu焊墊之直接接合而接觸電極19E、22E連接。使用CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械研磨)法形成接觸電極19E時，對配置於研磨對象之銅膜之下方之嵌埋層18要求能夠耐受研磨時之應力之硬度。又，為了使接觸電極19E、22E之Cu焊墊彼此直接接合，必須將元件基板10及讀出電路基板20形成為極平坦。因此，配置於銅膜之下方之嵌埋層18較佳為具有能夠耐受研磨時之應力之硬度。具體而言，嵌埋層18之構成材料較佳為硬度較於一般之半導體封裝中配置於模具之周圍之密封劑或有機材料高之材料。作為此種具有較高之硬度之材料，例如可列舉無機絕緣材料。藉由將該無機絕緣材料例如利用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法、濺鍍法或塗佈法成膜，可形成嵌埋層18。
於周邊區域R2設置有貫通嵌埋層18之孔H1、H2。該孔H1、H2貫通嵌埋層18及配線層10W並到達至讀出電路基板20。孔H1、H2例如具有四邊形狀之平面形狀，且以包圍元件區域R1之方式分別設置有複數個孔H1、H2(圖1A)。孔H1設置於相較孔H2更靠近元件區域R1之位置，孔H1之側壁及底面由導電膜15B覆蓋。該孔H1係用以將第2電極15(導電膜15B)與讀出電路基板20之配線(下述之配線22CB)連接者，貫通鈍化膜16、嵌埋層18及配線層10W而設置。亦可代替孔H1而藉由設置於周邊區域R2之槽(例如，下述之圖4之槽G)將導電膜15B與讀出電路基板20之配線電性連接。
圖4表示用以將導電膜15B與讀出電路基板20之配線電性連接之槽G之平面構成之一例。該槽G係以包圍元件區域R1之方式設置。即，槽G設置成溝渠狀。槽G係與孔H1同樣地，例如貫通鈍化膜16、嵌埋層18及配線層10W而設置，且於槽G之側面及底面設置有導電膜15B。藉由設置溝渠狀之槽G，可更有效地抑制自外部對半導體層10S之影響。槽G或孔H1與本發明之「連接部」之一具體例對應。
孔H2例如設置於相較孔H1(或槽G)更靠近晶片端E之位置。該孔H2貫通鈍化膜16、嵌埋層18及配線層10W並到達至讀出電路基板20之焊墊電極(下述之焊墊電極22P)。經由該孔H2進行外部與受光元件1之電性連接。孔H1、H2亦可不到達至讀出電路基板20。例如，亦可為孔H1、H2到達至配線層10W之配線，且該配線連接於讀出電路基板20之配線22CB、焊墊電極22P。孔H1、H2亦可貫通接著層B(圖2、圖3)。
光電轉換層13中產生之電洞及電子自第1電極11及第2電極15讀出。為了高速地進行該讀出動作，較佳為將第1電極11與第2電極15之間之距離設為足以進行光電轉換之距離且不過度分開之距離。即，較佳為減小元件基板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7 μm以下、進而5 μm以下。
讀出電路基板20之半導體基板21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例如包含矽(Si)。於半導體基板21之表面(配線層20W側之面)附近設置有複數個電晶體。例如，使用該等複數個電晶體，針對每一像素P構成讀出電路(Read Out Circuit)。配線層20W例如自元件基板10側依次具有層間絕緣膜22A及層間絕緣膜22B，該等層間絕緣膜22A、22B係積層地設置。例如，於層間絕緣膜22A中設置有接觸電極22E及虛設電極22ED。多層配線層22C隔著配線層20W而與元件基板10對向地設置。例如，於該多層配線層22C中設置有焊墊電極22P及複數條配線22CB。層間絕緣膜22A、22B例如包含無機絕緣材料。作為該無機絕緣材料，例如可列舉氮化矽(SiN)、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化矽(SiO2 )及氧化鉿(HfO2 )等。
接觸電極22E係用以將第1電極11與配線22CB電性連接者，且針對每一像素P設置於元件區域R1。該接觸電極22E係於元件基板10之接合面S2處與接觸電極19E相接。相鄰之接觸電極22E係藉由層間絕緣膜22A而電性分離。
設置於周邊區域R2之虛設電極22ED係於元件基板10之接合面S2處與虛設電極19ED相接。該虛設電極22ED例如與接觸電極22E於同一步驟中形成。接觸電極22E及虛設電極22ED例如包括銅(Cu)焊墊，且於讀出電路基板20之與元件基板10之對向面露出。即，於接觸電極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。詳情將於下文進行敍述，藉此，可使像素P微細化。
連接於接觸電極19E之配線22CB係與設置於半導體基板21之表面附近之電晶體連接，且針對每一像素P將第1電極11與讀出電路連接。經由孔H1連接於導電膜15B之配線22CB例如連接於特定之電位。如此，光電轉換層13中產生之電荷之一者(例如電洞)自第1電極11經由接觸電極19E、22E被讀出電路讀出，光電轉換層13中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放出至特定之電位。
設置於周邊區域R2之焊墊電極22P係用以與外部進行電性連接者。於受光元件1之晶片端E附近，設置有貫通元件基板10並到達至焊墊電極22P之孔H2，經由該孔H2與外部進行電性連接。連接例如藉由打線接合或凸塊等方法進行。例如，亦可自配置於孔H2內之外部端子經由孔H2讀出電路基板20之配線22CB及導電膜15B對第2電極15供給特定之電位。於光電轉換層13進行光電轉換之結果，自第1電極11讀出之信號電壓亦可經由接觸電極19E、22E被半導體基板21之讀出電路讀出，並經由該讀出電路輸出至配置於孔H2內之外部端子。信號電壓亦可經由讀出電路及例如讀出電路基板20中包含之其他電路輸出至外部端子。其他電路例如是指信號處理電路及輸出電路等。
讀出電路基板20之厚度較佳為大於元件基板10之厚度。例如，讀出電路基板20之厚度較佳為較元件基板10之厚度大2倍以上、進而5倍以上、進而10倍以上。或者，讀出電路基板20之厚度例如為100 μm以上、150 μm以上或200 μm以上。藉由此種具有較大之厚度之讀出電路基板20，確保受光元件1之機械強度。再者，該讀出電路基板20可為僅包含1層形成電路之半導體基板21者，亦可除了具備形成電路之半導體基板21以外，進而具備支持基板等基板。
[受光元件1之製造方法] 受光元件1例如能夠以如下方式製造。圖5A～圖15J係按步驟順序表示受光元件1之製造步驟者。
首先，如圖5A所示，於例如包含InP之生長基板31上，使半導體層10S磊晶生長。生長基板31之厚度例如為數百μm，半導體層10S之厚度例如為數μm。其後，如圖5B所示，於半導體層10S上成膜接著層B。生長基板31之口徑例如為6英吋以下。半導體層10S之形成例如係使構成第1接觸層12之n型InP、構成光電轉換層13之i型InGaAs及構成第2接觸層14之n型InP依次磊晶生長而進行。亦可於生長基板31上形成例如緩衝層及終止層之後形成半導體層10S。
繼而，如圖5C所示，隔著接著層B將形成有半導體層10S之生長基板31接合於臨時基板33。臨時基板33例如具有絕緣層(絕緣層33IA)與基板33S。絕緣層33IA例如配置於接著層B與基板33S之間。臨時基板33使用口徑較生長基板31大者，基板33S例如使用矽(Si)基板。臨時基板33之口徑例如為8英吋～12英吋。藉由使小口徑之生長基板31接合於大口徑之臨時基板33，可於形成元件基板10時使用大口徑之基板用之各種裝置。藉此，例如可將讀出電路基板20與元件基板10之接合設為CuCu接合而使像素P微細化。生長基板31於臨時基板33之接合亦可藉由電漿活化接合、常溫接合或使用接著劑之接合(接著劑接合)等而進行。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之厚度例如為數百μm。
圖6及圖7表示臨時基板33及半導體層10S(生長基板31)之平面構成之一例。可將較臨時基板33小之晶圓狀態之半導體層10S接合於晶圓狀態之臨時基板33(圖6)，亦可以相互分開之狀態將複數個晶片狀態之半導體層10S接合於晶圓狀態之臨時基板33(圖7)。
或者，如圖8A、圖8B所示，亦可將與臨時基板33相同大小之晶圓狀態之半導體層10S接合於晶圓狀態之臨時基板33。圖8A表示臨時基板33及半導體層10S(生長基板31)之平面構成，圖8B表示沿著圖8A之B-B線之剖面構成。
將形成有半導體層10S之生長基板31接合於臨時基板33之後，如圖9A所示，將生長基板31去除。生長基板31之去除可藉由機械研削、CMP(Chemical Mechanical Polishing：化學機械研磨)、濕式蝕刻或乾式蝕刻等進行。此時，生長基板31亦可殘留一部分。又，亦可將半導體層10S蝕刻一部分
繼而，如圖9B所示，例如亦可對準臨時基板33之標記將半導體層10S蝕刻為特定之大小。藉此，形成複數個晶片狀態之半導體層10S。圖9B及圖9B之後之圖係圖示複數個晶片狀態之半導體層10S中之2個半導體層10S。
圖10A表示成形前之半導體層10S之平面構成之一例，圖10B表示繼圖10A後之成形後之半導體層10S之平面構成之一例。圖11A表示成形前之半導體層10S之平面構成之其他例，圖11B表示繼圖11A後之成形後之半導體層10S之平面構成之其他例。如此，較臨時基板33小(圖10A)或與臨時基板33相同大小(圖11A)之晶圓狀態之半導體層10S成形為複數個晶片狀態之半導體層10S。
或者，亦可如圖12A、圖12B所示，將晶片狀態之複數個半導體層10S成形為更小之晶片狀態之複數個半導體層10S。
於該半導體層10S之蝕刻時，接著層B例如與半導體層10S一起被蝕刻。接著層B亦可相較半導體層10S更寬地殘存，且接著層B可擴大至半導體層10S之周圍(圖9B)。
或者，亦可如圖13所示，接著層B較半導體層10S窄，於半導體層10S與臨時基板33之間產生空隙。接著層B亦可蝕刻為與半導體層10S相同之大小。
亦可如圖14所示，於半導體層10S之蝕刻時，接著層B不被蝕刻。
成形半導體層10S之後，如圖15A所示，於半導體層10S針對每一像素P形成擴散區域12A。藉此，進行元件分離。形成擴散區域12A時，例如將鈍化膜17用作硬罩。具體而言，以覆蓋半導體層10S之上表面(與臨時基板33之接合面的相反面)及側面之方式成膜鈍化膜17之後，藉由蝕刻於覆蓋半導體層10S之上表面之鈍化膜17形成開口。其後，將鈍化膜17作為硬罩而進行p型雜質之氣相擴散。藉此，於選擇性之區域形成擴散區域12A。擴散深度例如為數百nm，進行大致各向同性擴散。擴散區域12A亦可使用抗蝕劑遮罩藉由離子布植等而形成。此處，於大口徑之臨時基板33上所設置之半導體層10S形成擴散區域12A，因此，可使像素P微細化。
於半導體層10S設置擴散區域12A之後，如圖15B所示，於半導體層10S上形成第1電極11。例如，第1電極11係藉由利用CVD(Chemical Vapor Deposition)法、PVD(Physical Vapor Deposition，物理氣相沈積)法、ALD(Atomic Layer Deposition，原子層沈積)法或蒸鍍法等在設置於鈍化膜17之開口成膜鈦(Ti)/鎢(W)之積層膜之後，使用光微影及蝕刻將該積層膜圖案化而形成。
形成第1電極11之後，如圖15C所示，於臨時基板33之整面形成嵌埋層18。嵌埋層18例如係以將半導體層10S嵌埋之方式將絕緣材料成膜於臨時基板33之整面之後，藉由CMP(Chemical Mechanical Polishing)使之平坦化而形成。藉此，形成覆蓋半導體層10S之周圍(周邊區域R2)及半導體層10S之上表面(距離臨時基板33最遠之面)之嵌埋層18。詳情將於下文進行敍述，於本實施形態中，如此形成填埋半導體層10S與臨時基板33之階差之嵌埋層18，因此，可抑制因該等階差引起之製造步驟之缺陷之產生。
形成嵌埋層18之後，如圖15D所示，形成隔著嵌埋層18而與半導體層10S對向之配線層10W。例如，於嵌埋層18上依次成膜層間絕緣膜19A及層間絕緣膜19B之後，於層間絕緣膜19A、19B之與第1電極11對向之區域形成開口。於該層間絕緣膜19A、19B之開口利用蒸鍍法、PVD法或鍍覆法等成膜銅(Cu)膜之後，例如使用CMP法對銅膜之表面進行研磨，藉此形成接觸電極19E。例如，於與該接觸電極19E之形成步驟相同之步驟中，於周邊區域R2形成虛設電極19ED(圖1B)。此處，於大口徑之臨時基板33上形成配線層10W，因此，可使用大口徑之基板用之各種裝置。
形成配線層10W之後，如圖15E所示，隔著配線層10W於臨時基板33貼合讀出電路基板20。此時，於讀出電路基板20預先形成配線層20W。讀出電路基板20之配線層20W具有接觸電極22E、虛設電極22ED，將讀出電路基板20貼合於臨時基板33時，例如，配線層20W之接觸電極22E、虛設電極22ED與配線層10W之接觸電極19E、虛設電極19ED進行CuCu接合。更具體而言，於元件區域R1，形成接觸電極19E與接觸電極22E接合而成之接合面S2，於周邊區域R2形成虛設電極19ED與虛設電極22ED接合而成之接合面S2。此處，元件基板10之周邊區域R2亦接合於讀出電路基板20。
將讀出電路基板20貼合於臨時基板33之後，如圖15F所示，將臨時基板33去除。臨時基板33例如可藉由使用機械研削、濕式蝕刻或乾式蝕刻等而去除。
將臨時基板33去除之後，如圖15G所示，亦將接著層B等去除，使半導體層10S之表面露出。此時，亦可將半導體層10S之多餘之層去除。又，亦可使半導體層10S開口部以外之絕緣層33IA或鈍化膜17殘留一部分，或者，亦可將嵌埋層18刻蝕至中途為止。
繼而，如圖15H所示，於藉由去除臨時基板33而露出之半導體層10S之面(與設置有配線層10W之面相反之面)上依次形成第2電極15及鈍化膜16。其後，如圖15I所示，形成孔H1及導電膜15B。藉此，將第2電極15與讀出電路基板20電性連接。
最後，如圖15J所示，形成貫通元件基板10並到達至讀出電路基板20之焊墊電極22P之孔H2。藉此，圖1A、圖1B所示之受光元件1完成。
[受光元件1之動作] 於受光元件1，若光(例如可見光區域及紅外區域之波長之光)經由鈍化膜16、第2電極15及第2接觸層14入射至光電轉換層13，則該光於光電轉換層13被吸收。藉此，於光電轉換層13產生電洞(hole)及電子之對(進行光電轉換)。此時，例如若對第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，所產生之電荷中之一電荷(例如電洞)以信號電荷之形式移動至擴散區域12A，並自擴散區域12A收集至第1電極11。該信號電荷通過接觸電極19E、22E移動至半導體基板21，針對每一像素P被讀出。
[受光元件1之作用、效果] 本實施形態之受光元件1包含：鈍化膜17，其設置於半導體層10S與配線層10W之間；及鈍化膜16，其隔著半導體層10S而與鈍化膜17對向。
假設於半導體層10S與配線層10W之間設置不具有鈍化功能之絕緣膜而僅半導體層10S之光入射面S1側由鈍化膜16覆蓋之情形時，有無法充分保護半導體層10S之虞。例如若水分自外部侵入至半導體層10S，則受光元件之可靠性降低。
與此相對，於本實施形態中，半導體層10S之兩面(接合面S2側之面及光入射面S1側之面)由鈍化膜16、17覆蓋，因此，有效地保護半導體層10S。因此，可抑制自外部對半導體層10S之影響而抑制受光元件1之可靠性降低。
又，於受光元件1，鈍化膜17自半導體層10S之接合面S2側之面起連續地覆蓋半導體層10S各層之端面，因此，可更有效地保護半導體層10S。進而，鈍化膜17於周邊區域R2處與鈍化膜16相接，因此，半導體層10S之大致整面由鈍化膜16、17覆蓋。因此，可更有效地保護半導體層10S。
又，本實施形態之受光元件1於元件基板10之周邊區域R2具有嵌埋層18，於周邊區域R2亦設置有與讀出電路基板20之接合面S2。該嵌埋層18係用以於形成受光元件1時填埋半導體層10S與臨時基板33之階差者，藉由形成該嵌埋層18，可抑制因半導體層10S與臨時基板33之階差引起之製造步驟之缺陷之產生。以下，對此進行說明。
用以使半導體層10S磊晶生長之生長基板31之種類不受限制。用以使例如包含InGaAs之光電轉換層13生長之生長基板31中不存在大口徑者。使用該小口徑之生長基板31針對每一像素P形成擴散區域12A或形成配線層10W之情形時，受裝置之制約等而難以進行像素P之微細化。因此，可考慮使用大口徑之臨時基板33製造受光元件之方法。
然而，若不形成嵌埋層(圖15C之嵌埋層18)地製造受光元件，則於臨時基板33與半導體層10S之階差較大之狀態下於半導體層10S上形成配線層10W。因此，有於形成配線層10W時之光微影中產生散焦之虞。又，有於進行銅膜之CMP而形成接觸電極19E時銅殘留於階差部分之虞。進而，由於存在階差，故有當將讀出電路基板20貼合於臨時基板33時產生接合不良之虞。
與此相對，於受光元件1，藉由形成嵌埋層18，使半導體層10S與臨時基板33之階差減小或者消除階差之後，形成配線層10W，因此，能夠抑制上述之因製造受光元件時之階差引起之缺陷之產生。因此，不會受生長基板31之大小影響，可使用大口徑之基板用之各種裝置製造並進行像素之微細化等。
又，於受光元件1，可將用以連接第2電極15與讀出電路基板20之孔H1(或槽G)形成於周邊區域R2之嵌埋層18。因此，可不於半導體層10S設置孔H1而將第2電極15與讀出電路基板20電性連接。又，可使用現有之技術容易地於包含絕緣材料之嵌埋層18形成孔H1。
進而，藉由嵌埋層18，能夠以充分之厚度覆蓋半導體層10S之端面，因此，可抑制水分滲入至半導體層10S。因此，可抑制半導體層10S之劣化。
如以上所說明般，於本實施形態之受光元件1，設置有隔著半導體層10S而對向之鈍化膜17及鈍化膜16，因此，可有效地保護半導體層10S。因此，可保護半導體層10S而抑制可靠性降低。
又，於受光元件1，形成有嵌埋層18，因此，可抑制因半導體層10S與臨時基板33之階差引起之製造步驟之缺陷之產生。因此，可不受用以形成半導體層10S之生長基板31之大小影響而進行製造並進行例如像素P之微細化。於該受光元件1，藉由設置嵌埋層18，於元件基板10之周邊區域R2亦形成與讀出電路基板20之接合面S2。
又，藉由在形成嵌埋層18之前，於臨時基板33上將半導體層10S成形為特定大小之晶片形狀，可抑制後續步驟中之對準偏移之產生而容易地形成所需構造之受光元件1。
進而，藉由利用接觸電極19E、22E之CuCu接合將元件基板10與讀出電路基板20連接，可使像素P微細化。以下，對此進行說明。
提出有使用焊料凸塊或銦珠等將包含化合物半導體之元件基板與包含讀出電路之讀出電路基板連接之方法。於使用該等連接方法之情形時，於半導體裝置之組裝步驟中形成之凸塊或珠粒之直徑、及使其等接觸之電極墊之一邊之長度例如為數十μm或100 μm以上。另一方面，使用CuCu接合時，於半導體裝置之晶圓步驟中形成之Cu焊墊之一邊之長度為數μm。因此，於受光元件1，針對每一像素P設置之接觸電極19E、22E之大小縮小至焊料凸塊等之1/10左右。藉此，可減小像素P之大小。
以下，對上述實施形態之變化例及其他實施形態進行說明，於以下之說明中對與上述實施形態相同之構成部分標註相同符號並適當省略其說明。
＜變化例1＞ 圖16係表示上述第1實施形態之變化例1之受光元件(受光元件1A)之主要部分之剖面構成者。該受光元件1A具有覆蓋第1電極11及半導體層10S之鈍化膜(鈍化膜17A)。換言之，於半導體層10S與鈍化膜17A之間設置有第1電極11。除了該方面以外，受光元件1A具有與受光元件1同樣之構成及效果。
該受光元件1A具有絕緣膜117代替受光元件1之鈍化膜17。該絕緣膜117與半導體層10S相接，覆蓋半導體層10S之接合面S2側之面及半導體層10S各層之端面。絕緣膜117亦可不具有鈍化功能。
鈍化膜17A例如與第1電極11及絕緣膜117相接地設置。該鈍化膜17A係於元件區域R1設置於第1電極11或絕緣膜117與配線層10W之間，並且設置於周邊區域R2之嵌埋層18與絕緣膜117之間。即，鈍化膜17A係隔著第1電極11及絕緣膜117覆蓋半導體層10S之與配線層10W之對向面及半導體層10S各層之端面。該鈍化膜17A例如連續地覆蓋半導體層10S之與配線層10W之對向面及半導體層10S各層之端面。半導體層10S各層之端面係遍及全周由鈍化膜17A覆蓋。該鈍化膜17A係遍及元件區域R1及周邊區域R2而設置，且於周邊區域R2處與鈍化膜16相接。此處，鈍化膜17A與本發明之「第1鈍化膜」及「第3鈍化膜」之一具體例對應。
鈍化膜17A係於與第1電極11對向之區域具有開口，於該鈍化膜17A之開口埋設有用以將接觸電極19E與第1電極11連接之配線。配線例如包含導電性之金屬材料。於鈍化膜17A之開口，藉由該配線能夠抑制水分滲入至半導體層10S。
鈍化膜17A具有鈍化功能，例如包含與就上述鈍化膜17所說明之材料同樣之材料。鈍化膜17A之厚度例如為100 nm～200 nm左右。
此種鈍化膜17A例如以如下方式形成。首先，與上述第1實施形態中之說明同樣地，形成半導體層10S、絕緣膜117及第1電極11(圖15B)。此時，將絕緣膜117用作硬罩，形成擴散區域12A。
繼而，如圖17所示，以隔著第1電極11及絕緣膜117覆蓋半導體層10S之上表面及側面之方式形成鈍化膜17A。其後，使用與上述第1實施形態中說明之方法同樣之方法，形成嵌埋層18及配線層10W等，藉此，可形成受光元件1A。
此處，進行嵌埋層18之平坦化處理時，由於在嵌埋層18與第1電極11之間設置有鈍化膜17A，故鈍化膜17A可作為平坦化處理之終止層發揮功能而防止過度之研磨。又，於用以將接觸電極19E連接於第1電極11時之通孔(via)加工中亦作為終止層發揮功能。
亦可如本變化例般，設置於半導體層10S之接合面S2側之鈍化膜17A覆蓋第1電極11及半導體層10S。於該情形時，亦可獲得與上述第1實施形態同等之效果。
＜變化例2＞ 圖18、圖19及圖20分別表示上述第1實施形態之變化例2之受光元件(受光元件1B)之主要部分之剖面構成。該受光元件1B中，嵌埋層18包含經積層之第1嵌埋層18A及第2嵌埋層18B。除了該方面以外，受光元件1B具有與受光元件1同樣之構成及效果。
第1嵌埋層18A配置於周邊區域R2，且設置於相較第2嵌埋層18B更靠光入射面S1側。具體而言，第1嵌埋層18A配置於第2嵌埋層18B與鈍化膜16之間，且覆蓋半導體層10S之端面。
第2嵌埋層18B係遍及元件區域R1及周邊區域R2而設置。元件區域R1之第2嵌埋層18B係配置於配線層10W與半導體層10S之間，覆蓋第1電極11之下表面及側面以及半導體層10S之下表面(接合面S2側之面)。周邊區域R2之第2嵌埋層18B配置於配線層10W與第1嵌埋層18A之間。第1嵌埋層18A之構成材料及第2嵌埋層18B之構成材料可相同，亦可不同。第1嵌埋層18A之厚度與第2嵌埋層18B之厚度可相同，亦可不同。
於第1嵌埋層18A與第2嵌埋層18B之間，如圖18所示，例如設置有鈍化膜(鈍化膜17B)。
鈍化膜17B係遍及元件區域R1及周邊區域R2設置於大致同一平面上。該鈍化膜17B配置於元件區域R1之半導體層10S與第2嵌埋層18B之間，並且配置於周邊區域R2之第1嵌埋層18A與第2嵌埋層18B之間。鈍化膜17B與第1接觸層12相接，且覆蓋半導體層10S之與配線層10W之對向面。鈍化膜17B係於與第1接觸層12對向之區域具有複數個開口，於該等複數個開口分別埋設有第1電極11。
鈍化膜17B具有鈍化功能，例如包含與就上述鈍化膜17所說明之材料同樣之材料。鈍化膜17B之厚度例如為100 nm～200 nm左右。
半導體層10S之接合面S2側之面由此種鈍化膜17B覆蓋，半導體層10S各層之端面例如由鈍化膜17覆蓋。與受光元件1同樣地，鈍化膜17例如與半導體層10S相接地設置，且於周邊區域R2處與鈍化膜16相接。鈍化膜17B與鈍化膜17相接，半導體層10S之接合面S2側之面及半導體層10S各層之端面係無間隙地由鈍化膜17、17B覆蓋。此處，鈍化膜17B與本發明之「第1鈍化膜」之一具體例對應，鈍化膜17與本發明之「第3鈍化膜」之一具體例對應。
亦可如圖19所示，半導體層10S之接合面S2側之面及半導體層10S各層之端面由鈍化膜17覆蓋。與受光元件1同樣地，鈍化膜17連續地覆蓋半導體層10S之接合面S2側之面及半導體層10S各層之端面。
亦可如圖20所示，半導體層10S之接合面S2側之面與第1電極11一起由鈍化膜17A覆蓋。與受光元件1B同樣地，鈍化膜17A例如與第1電極11及絕緣膜117相接地設置。鈍化膜17A例如與絕緣膜117一起設置於第1嵌埋層18A與第2嵌埋層18B之間，且自元件區域R1延伸至周邊區域R2。半導體層10S各層之端面例如由鈍化膜17覆蓋。
此種受光元件1B例如可以如下方式製造。
首先，以與上述第1實施形態中之說明相同之方式，將臨時基板33上之半導體層10S成形為複數個晶片形狀(圖9B)。
繼而，如圖21所示，於臨時基板33之整面依次形成鈍化膜17及第1嵌埋層18A。鈍化膜17係以覆蓋半導體層10S之上表面及側面之方式形成於臨時基板33之整面。第1嵌埋層18A例如係以將半導體層10S嵌埋之方式將絕緣材料成膜於臨時基板33之整面之後，藉由CMP使之平坦化而形成。平坦化可以第1嵌埋層18A殘留於半導體層10S之正上方之方式進行，或者，亦可進行至半導體層10S上之鈍化膜17露出為止。藉此，形成覆蓋半導體層10S之上表面及側面之鈍化膜17、及隔著該鈍化膜17覆蓋半導體層10S之周圍之第1嵌埋層18A。
例如，進行第1嵌埋層18A之平坦化處理時，此處，由於在第1嵌埋層18A與半導體層10S之間設置有鈍化膜17，故鈍化膜17可作為平坦化處理之終止層發揮功能而防止過度之研磨。
形成第1嵌埋層18A之後，如圖22、圖23所示，形成擴散區域12A。擴散區域12A如圖22所示，例如使用由鈍化膜17B或絕緣膜117所形成之遮罩而形成。鈍化膜17B或絕緣膜117係於將半導體層10S之正上方之第1嵌埋層18A去除而使半導體層10S(第1接觸層12)露出之後，以覆蓋半導體層10S之方式形成。或者，亦可如圖23所示，使用由鈍化膜17所形成之遮罩而形成擴散區域12A。
於半導體層10S形成擴散區域12A之後，如圖24A所示，於鈍化膜17B或絕緣膜117之開口形成第1電極11。雖省略圖示，但亦可於鈍化膜17之開口(圖23)形成第1電極11。
形成第1電極11之後，如圖24B所示，以覆蓋第1電極11之方式於第1嵌埋層18A上形成第2嵌埋層18B。第2嵌埋層18B係於將絕緣材料成膜於臨時基板33之整面之後，藉由CMP使之平坦化而形成。
亦可於形成第2嵌埋層18B之前形成鈍化膜17A(參照圖17)。鈍化膜17A係與上述變化例1中之說明同樣地，於第2嵌埋層18B之平坦化處理等時作為終止層發揮功能。
形成第2嵌埋層18B之後，可經由與上述第1實施形態中之說明同樣之步驟(圖15D～圖15J)使受光元件1B完成。
亦可如本變化例般，藉由第1嵌埋層18A及第2嵌埋層18B之積層構造而構成嵌埋層18。於該情形時，亦可獲得與上述第1實施形態同等之效果。
＜變化例3＞ 圖25係表示上述第1實施形態之變化例3之受光元件(受光元件1C)之主要部分之剖面構成者。該受光元件1C係於元件基板10之光入射面S1(與讀出電路基板20之對向面的相反面)具有彩色濾光片層41及晶載透鏡(聚光透鏡)42。除了該方面以外，受光元件1C具有與受光元件1同樣之構成及效果。受光元件1A、受光元件1B亦可具有彩色濾光片層41及晶載透鏡42。
例如，於受光元件1C，於元件基板10之鈍化膜16上隔著平坦化膜16A依次設置有彩色濾光片層41及晶載透鏡42。彩色濾光片層41亦可包含IR(Infrared，紅外線)濾光器。藉由設置彩色濾光片層41，可獲得與每一像素P對應之波長之受光資料。
晶載透鏡42係用以使入射至受光元件1C之光集中至光電轉換層13者。晶載透鏡42例如包含有機材料或氧化矽(SiO2 )等。於受光元件1C，於周邊區域R2設置有嵌埋層18，因此，元件基板10之元件區域R1與周邊區域R2之間之階差變小或者消失，形成平坦之光入射面S1。藉此，例如可使用光微影步驟以較高之精度形成晶載透鏡42。例如，彩色濾光片層41及晶載透鏡42係於元件區域R1內終止。配置於鈍化膜16與彩色濾光片層41之間之平坦化膜16A例如自元件區域R1遍及至周邊區域R2而設置，且於周邊區域R2內終止。彩色濾光片層41、晶載透鏡42及平坦化膜16A可分別於元件區域R1內或周邊區域R2內之任意位置終止。
亦可如本變化例般，於元件基板10之光入射面S1設置彩色濾光片層41及晶載透鏡42。於該情形時，亦可獲得與上述第1實施形態同等之效果。又，可於藉由嵌埋層18而平坦化之光入射面S1以較高之精度容易地形成晶載透鏡42。
＜第2實施形態＞ 圖26係模式性地表示第2實施形態之受光元件(受光元件2)之剖面構成者。該受光元件2具有包含化合物半導體材料之元件基板10與包含矽(Si)之半導體層(半導體層51S、第2半導體層)之積層構造。除了該方面以外，受光元件2具有與受光元件1同樣之構成，其作用及效果亦同樣。受光元件1A、1B亦可具有半導體層51S。
受光元件2係於元件基板10之光入射面S1依次具有電性連接於半導體層51S之配線層51W、半導體層51S、彩色濾光片層41及晶載透鏡。
於半導體層51S，針對每一像素P設置有具有pn接面之光電二極體PD。配線層51W包含複數條配線，例如光電二極體PD中所產生之信號電荷藉由該配線層51W針對每一像素P移動至讀出電路基板20。
於受光元件2，例如進行可見光區域及紅外區域之波長之光之光電轉換。例如，可見光區域之波長之光經由晶載透鏡42及彩色濾光片層41入射至半導體層51S，於光電二極體PD進行光電轉換。另一方面，紅外區域之波長之光透過半導體層51S，並於元件基板10之光電轉換層13進行光電轉換。光電二極體PD中所產生之信號電荷及光電轉換層13中所產生之信號電荷係利用讀出電路基板20讀出。
本實施形態之受光元件2亦與就上述受光元件1所說明之內容同樣地，形成嵌埋層18，因此，可抑制因半導體層10S與臨時基板33之階差引起之製造步驟之缺陷之產生。又，由於在元件基板10積層有半導體層51S，故可利用1個像素P對可見光區域及紅外區域之波長之光進行光電轉換。因此，可增加能夠自1個像素P獲取之資訊量。
＜應用例1＞ 上述實施形態等中所說明之受光元件1(或受光元件1A、1B、1C、2，以下，統稱為受光元件1)例如應用於攝像元件。該攝像元件例如係紅外線影像感測器。
＜應用例2＞ 上述攝像元件可應用於例如能夠拍攝紅外區域之相機等各種類型之電子機器。於圖27中，作為其一例，表示電子機器5(相機)之概略構成。該電子機器5係例如能夠拍攝靜態影像或動態影像之相機，具有包括受光元件1之攝像元件4、光學系統(光學透鏡)310、快門裝置311、驅動攝像元件4及快門裝置311之驅動部313、及信號處理部312。
光學系統310係用以將來自被攝體之像光(入射光)引導至攝像元件4者。該光學系統310亦可包括複數個光學透鏡。快門裝置311係控制對攝像元件4之光照射期間及遮光期間者。驅動部313係控制攝像元件4之傳輸動作及快門裝置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者輸出至監視器等。
＜對體內資訊獲取系統之應用例＞ 進而，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28係表示可應用本發明之技術(本技術)之使用膠囊型內視鏡之患者之體內資訊獲取系統之概略構成之一例的方塊圖。
體內資訊獲取系統10001包括膠囊型內視鏡10100與外部控制裝置10200。
膠囊型內視鏡10100係於檢查時由患者吞下。膠囊型內視鏡10100具有攝像功能及無線通信功能，直至自患者自然排出為止，一面藉由蠕動運動等在胃或腸等器官之內部移動，一面以特定之間隔依次拍攝該器官之內部之圖像(以下，亦稱為體內圖像)，並將關於該體內圖像之資訊依次無線傳送至體外之外部控制裝置10200。
外部控制裝置10200全面地控制體內資訊獲取系統10001之動作。又，外部控制裝置10200接收自膠囊型內視鏡10100傳送來之體內圖像相關之資訊，並基於所接收到之體內圖像相關之資訊，產生用以於顯示裝置(未圖示)顯示該體內圖像之圖像資料。
體內資訊獲取系統10001可以此方式在膠囊型內視鏡10100被吞下之後至排出為止之期間隨時獲得拍攝患者之體內之情況所得之體內圖像。
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具有膠囊型之殼體10101，且於其殼體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例如包括LED(light emitting diode，發光二極體)等光源，對攝像部10112之攝像視野照射光。
攝像部10112包括攝像元件及設置於該攝像元件之前段之由複數個透鏡構成之光學系統。照射至作為觀察對象之身體組織之光之反射光(以下，稱為觀察光)藉由該光學系統聚光並入射至該攝像元件。攝像部10112中，於攝像元件中，入射至此處之觀察光進行光電轉換，並產生與該觀察光對應之圖像信號。藉由攝像部10112所產生之圖像信號被提供給圖像處理部10113。
圖像處理部10113包括CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)或GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理單元)等處理器，對藉由攝像部10112所產生之圖像信號進行各種信號處理。圖像處理部10113將實施信號處理後之圖像信號以RAW資料之形式提供給無線通信部10114。
無線通信部10114對藉由圖像處理部10113實施信號處理後之圖像信號進行調變處理等特定之處理，並將其圖像信號經由天線10114A傳送至外部控制裝置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接收到之控制信號提供給控制部10117。
饋電部10115包括接收電力用之天線線圈、利用該天線線圈中產生之電流再生電力之電力再生電路、及升壓電路等。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包括二次電池，儲存藉由饋電部10115所產生之電力。於圖28中，為了避免圖式變得繁雜，而省略表示來自電源部10116之電力之供給目標的箭頭等之圖示，儲存於電源部10116之電力被供給至光源部10111、攝像部10112、圖像處理部10113、無線通信部10114及控制部10117，可用於其等之驅動。
控制部10117包括CPU等處理器，根據自外部控制裝置10200傳送之控制信號適當控制光源部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包括CPU、GPU等處理器、或混載有處理器與記憶體等記憶元件之微電腦或控制基板等。外部控制裝置10200係藉由對膠囊型內視鏡10100之控制部10117經由天線10200A傳送控制信號，而控制膠囊型內視鏡10100之動作。於膠囊型內視鏡10100，例如藉由來自外部控制裝置10200之控制信號，可變更光源部10111中之對於觀察對象之光之照射條件。又，藉由來自外部控制裝置10200之控制信號，可變更攝像條件(例如，攝像部10112中之圖框率、曝光值等)。又，藉由來自外部控制裝置10200之控制信號，亦可變更圖像處理部10113中之處理之內容或無線通信部10114傳送圖像信號之條件(例如傳送間隔、傳送圖像數等)。
又，外部控制裝置10200對自膠囊型內視鏡10100傳送之圖像信號實施各種圖像處理，產生用以將所拍攝之體內圖像顯示於顯示裝置之圖像資料。作為該圖像處理，例如可進行顯影處理(解馬賽克處理)、高畫質化處理(頻帶增強處理、超解像處理、NR(Noise reduction，雜訊降低)處理及/或抖動修正處理等)、及/或放大處理(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，基於所產生之圖像資料使所拍攝之體內圖像顯示。或者，外部控制裝置10200亦可使所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)印刷輸出所產生之圖像資料。
以上，對可應用本發明之技術之體內資訊獲取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)可應用於各種製品。例如，本發明之技術亦可應用於內視鏡手術系統。
圖29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。
於圖29中，圖示手術實施者(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包括內視鏡11100、氣腹管11111或能量處置器具11112等其他手術器具11110、支持內視鏡11100之支持臂裝置11120、及搭載有用於內視鏡下手術之各種裝置之手推車11200。
內視鏡11100包括距離前端為特定長度之區域插入至患者11132之體腔內之鏡筒11101、及連接於鏡筒11101之基端之相機頭11102。於圖示之例中，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之前端設置有供物鏡嵌入之開口部。於內視鏡11100連接有光源裝置11203，利用該光源裝置11203所產生之光藉由在鏡筒11101之內部延伸設置之導光件而導光至該鏡筒之前端，並經由物鏡朝向患者11132之體腔內之觀察對象照射。再者，內視鏡11100可為直視鏡，亦可為斜視鏡或側視鏡。
於相機頭11102之內部設置有光學系統及攝像元件，來自觀察對象之反射光(觀察光)藉由該光學系統而聚光至該攝像元件。藉由該攝像元件對觀察光進行光電轉換，產生與觀察光對應之電氣信號、即與觀察影像對應之圖像信號。該圖像信號係以RAW資料之形式傳送至相機控制單元(CCU：Camera Control Unit)11201。
CCU11201包括CPU(Central Processing Unit)或GPU(Graphics Processing Unit)等，全面地控制內視鏡11100及顯示裝置11202之動作。進而，CCU11201自相機頭11102接收圖像信號，對該圖像信號實施例如顯影處理(解馬賽克處理)等用以顯示基於該圖像信號之圖像之各種圖像處理。
顯示裝置11202係藉由來自CCU11201之控制，顯示基於經該CCU11201實施圖像處理後之圖像信號之圖像。
光源裝置11203例如包括LED(light emitting diode)等光源，將拍攝手術部位等時之照射光供給至內視鏡11100。
輸入裝置11204係對於內視鏡手術系統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或指示輸入。例如，使用者輸入以變更內視鏡11100之攝像條件(照射光之種類、倍率及焦距等)為主旨之指示等。
處置器具控制裝置11205控制用於組織之燒灼、切開或血管之封堵等之能量處置器具11112之驅動。氣腹裝置11206係為了確保內視鏡11100之視野及確保手術實施者之作業空間，而經由氣腹管11111將空氣送入至該體腔內，以使患者11132之體腔鼓起。記錄器11207係能夠記錄與手術相關之各種資訊之裝置。印表機11208係能夠將與手術相關之各種資訊以文本、圖像或圖表等各種形式印刷之裝置。
再者，對內視鏡11100供給拍攝手術部位時之照射光之光源裝置11203例如可包括LED、雷射光源或藉由其等之組合所構成之白色光源。於藉由RGB雷射光源之組合構成白色光源之情形時，可高精度地控制各色(各波長)之輸出強度及輸出時點，因此，可於光源裝置11203進行攝像圖像之白平衡之調整。又，於該情形時，將來自RGB雷射光源各者之雷射光分時地照射至觀察對象，與其照射時點同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動，藉此，亦能夠分時地拍攝與RGB各者對應之圖像。根據該方法，即便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亦可以每隔特定之時間變更輸出之光之強度之方式控制其驅動。與該光之強度之變更之時點同步地控制相機頭11102之攝像元件之驅動而分時地獲取圖像，並對該圖像進行合成，藉此，可產生不存在所謂暗部缺失及高光溢出之高動態範圍之圖像。
又，光源裝置11203亦可構成為能夠供給與特殊光觀察對應之特定之波長頻帶之光。於特殊光觀察時，例如利用身體組織中之光之吸收之波長相依性，照射比通常之觀察時之照射光(即白色光)更窄頻帶之光，藉此，進行以高對比度拍攝黏膜表層之血管等特定組織之所謂窄頻帶光觀察(Narrow Band Imaging，窄帶成像)。或者，於特殊光觀察時，亦可進行螢光觀察，該螢光觀察利用由照射激發光而產生之螢光來獲得圖像。於螢光觀察時，可進行對身體組織照射激發光而觀察來自該身體組織之螢光(自體螢光觀察)、或將靛氰綠(ICG，indocyanine green)等試劑局部注射至身體組織並且對該身體組織照射與該試劑之螢光波長對應之激發光而獲得螢光影像等。光源裝置11203可構成為能夠供給與此種特殊光觀察對應之窄頻帶光及/或激發光。
圖30係表示圖29所示之相機頭11102及CCU11201之功能構成之一例之方塊圖。
相機頭11102具有透鏡單元11401、攝像部11402、驅動部11403、通信部11404及相機頭控制部11405。CCU11201具有通信部11411、圖像處理部11412及控制部11413。相機頭11102與CCU11201係可藉由傳輸纜線11400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。自鏡筒11101之前端擷取之觀察光係導光至相機頭11102，並入射至該透鏡單元11401。透鏡單元11401係將包含變焦透鏡及聚焦透鏡之複數個透鏡組合而構成。
構成攝像部11402之攝像元件可為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，例如亦可藉由各攝像元件產生與RGB各者對應之圖像信號，並將其等合成，藉此獲得彩色圖像。或者，攝像部11402亦可構成為具有用以分別獲取與3D(dimensional，維度)顯示對應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，手術實施者11131可更準確地掌握手術部位之活體組織之深度。再者，於攝像部11402以多板式構成之情形時，對應於各攝像元件，透鏡單元11401亦可設置複數個系統。
又，攝像部11402亦可並非必須設置於相機頭11102。例如，攝像部11402亦可於鏡筒11101之內部設置於物鏡之正後方。
驅動部11403包括致動器，藉由來自相機頭控制部11405之控制，使透鏡單元11401之變焦透鏡及聚焦透鏡沿著光軸僅移動特定之距離。藉此，可適當調整攝像部11402之攝像圖像之倍率及焦點。
通信部11404包括用以於與CCU11201之間收發各種資訊之通信裝置。通信部11404將自攝像部11402獲得之圖像信號以RAW資料之形式經由傳輸纜線11400傳送至CCU11201。
又，通信部11404自CCU11201接收用以控制相機頭11102之驅動之控制信號，並供給至相機頭控制部11405。該控制信號例如包含與攝像條件相關之資訊，如指定攝像圖像之圖框率之主旨之資訊、指定攝像時之曝光值之主旨之資訊及/或指定攝像圖像之倍率及焦點之主旨之資訊等。
再者，上述圖框率或曝光值、倍率、焦點等攝像條件可由使用者適當指定，亦可基於所獲取之圖像信號由CCU11201之控制部11413自動地設定。於後者之情形時，於內視鏡11100搭載有所謂AE(Auto Exposure，自動曝光)功能、AF(Auto Focus，自動聚焦)功能及AWB(Auto White Balance，自動白平衡)功能。
相機頭控制部11405基於經由通信部11404接收到之來自CCU11201之控制信號，控制相機頭11102之驅動。
通信部11411包括用以於與相機頭11102之間收發各種資訊之通信裝置。通信部11411自相機頭11102接收經由傳輸纜線11400傳送之圖像信號。
又，通信部11411對相機頭11102傳送用以控制相機頭11102之驅動之控制信號。圖像信號或控制信號可藉由電氣通信或光通信等傳送。
圖像處理部11412對自相機頭11102傳送來之作為RAW資料之圖像信號實施各種圖像處理。
控制部11413進行基於內視鏡11100之手術部位等之攝像、及藉由手術部位等之攝像獲得之攝像圖像之顯示相關之各種控制。例如，控制部11413產生用以控制相機頭11102之驅動之控制信號。
又，控制部11413基於經圖像處理部11412實施圖像處理後之圖像信號，使拍攝有手術部位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包含之物體之邊緣之形狀或顏色等而辨識鉗子等手術器具、特定之活體部位、出血、能量處置器具11112之使用時之霧氣等。控制部11413亦可於使攝像圖像顯示於顯示裝置11202時，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位之圖像。藉由使手術支援資訊重疊顯示並對手術實施者11131進行提示，可減輕手術實施者11131之負擔或手術實施者11131可確實地進行手術。
連接相機頭11102及CCU11201之傳輸纜線11400係與電氣信號之通信對應之電氣信號纜線、與光通信對應之光纖、或其等之複合纜線。
此處，於圖示之例中，使用傳輸纜線11400以有線之方式進行通信，但相機頭11102與CCU11201之間之通信亦可以無線之方式進行。
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11402。藉由對攝像部11402應用本發明之技術，而檢測精度提高。
再者，此處，作為一例，對內視鏡手術系統進行了說明，但除此以外，本發明之技術例如亦可應用於顯微鏡手術系統等。
＜對移動體之應用例＞ 本發明之技術可應用於各種製品。例如，本發明之技術亦可以搭載於汽車、電動汽車、油電混合車、機車、腳踏車、人移動設備(personal mobility)、飛機、無人機、船舶、機器人、建設機械、農業機械(拖拉機)等任意種類之移動體之裝置之形式實現。
圖31係表示作為可應用本發明之技術之移動體控制系統之一例之車輛控制系統之概略構成例的方塊圖。
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31所示之例中，車輛控制系統12000具備驅動系統控制單元12010、本體系統控制單元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，圖示有微電腦12051、語音圖像輸出部12052、及車載網路I/F(interface，介面)12053。
驅動系統控制單元12010根據各種程式控制與車輛之驅動系統相關之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元12010作為如下控制裝置發揮功能，即，內燃機或驅動用馬達等用以產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用以將驅動力傳遞至車輪之驅動力傳遞機構、調節車輛之轉向角之轉向機構、及產生車輛之制動力之制動裝置等。
本體系統控制單元12020根據各種程式控制裝設於車體之各種裝置之動作。例如，本體系統控制單元12020作為免鑰匙進入系統、智慧型鑰匙系統、電動窗裝置、或頭燈、倒行燈、刹車燈、轉向燈或霧燈等各種燈之控制裝置發揮功能。於該情形時，可對本體系統控制單元12020輸入自代替鑰匙之便攜裝置發送之電波或各種開關之信號。本體系統控制單元12020受理該等電波或信號之輸入，控制車輛之門鎖裝置、電動窗裝置、燈等。
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，並且接收所拍攝到之圖像。車外資訊檢測單元12030亦可基於所接收到之圖像，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等物體檢測處理或距離檢測處理。
攝像部12031係接收光並輸出與該光之受光量對應之電氣信號之光感測器。攝像部12031既可將電氣信號以圖像之形式輸出，亦可以測距之資訊之形式輸出。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，例如連接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例如包含拍攝駕駛者之相機，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，算出駕駛者之疲勞程度或集中程度，亦可判別駕駛者是否打瞌睡。
微電腦12051可基於利用車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040獲取之車內外之資訊，運算驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，並對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以實現包括車輛之避免碰撞或衝擊緩和、基於行車距離之追蹤行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告、或車輛之車道偏離警告等之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藉由基於利用車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040獲取之車輛周圍之資訊控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，可進行以無關於駕駛者之操作而自主地行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
又，微電腦12051可基於利用車外資訊檢測單元12030獲取之車外之資訊，對本體系統控制單元12020輸出控制指令。例如，微電腦12051可根據利用車外資訊檢測單元12030偵測到之前方車或對方車之位置控制頭燈，進行將遠光切換為近光等以謀求防眩為目的之協調控制。
語音圖像輸出部12052向可對車輛之搭乘者或車外於視覺或聽覺上通知資訊之輸出裝置傳送語音及圖像中之至少一種輸出信號。於圖31之例中，作為輸出裝置，例示出音頻揚聲器12061、顯示部12062及儀錶板12063。顯示部12062例如亦可包含機載顯示器(onboard display)及抬頭顯示器中之至少一個。
圖32係表示攝像部12031之設置位置之例之圖。
於圖32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例如設置於車輛12100之車頭、後視鏡、後保險桿、後背門及車室內之前窗玻璃之上部等位置。設於車頭之攝像部12101及設於車室內之前窗玻璃上部之攝像部12105主要獲取車輛12100前方之圖像。設於後視鏡之攝像部12102、12103主要獲取車輛12100側方之圖像。設於後保險桿或後背門之攝像部12104主要獲取車輛12100後方之圖像。設於車室內之前窗玻璃之上部之攝像部12105主要用於檢測前方車輛或行人、障礙物、信號機、交通標識或行車線等。
再者，於圖32表示攝像部12101至12104之攝影範圍之一例。攝像範圍12111表示設置於車頭之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113分別表示設置於後視鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114表示設置於後保險桿或後背門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由將利用攝像部12101至12104拍攝到之圖像資料重疊，可獲得自上方觀察車輛12100所得之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104之至少1個亦可具有獲取距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少1個可為包括複數個攝像元件之立體相機，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藉由基於利用攝像部12101至12104獲得之距離資訊，求出與攝像範圍12111至12114內之各立體物相距之距離、及該距離之時間性變化(相對於車輛12100之相對速度)，尤其可提取位於車輛12100之行進路上之最近之立體物且與車輛12100朝大致相同之方向以特定之速度(例如，0 km/h以上)行駛之立體物作為前方車。進而，微電腦12051可設定應於前方車之近前預先確保之行車距離，進行自動刹車控制(亦包括追蹤停止控制)或自動加速控制(亦包括追蹤發動控制)等。可如此進行以無關於駕駛者之操作而自主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獲得之距離資訊，將與立體物相關之立體物資料分類為二輪車、普通車輛、大型車輛、行人、電線桿等其他立體物並進行提取而用於自動避讓障礙物。例如，微電腦12051將車輛12100之周邊之障礙物識別為車輛12100之駕駛員能夠視認之障礙物與難以視認之障礙物。並且，微電腦12051可判斷表示與各障礙物之碰撞之危險度之碰撞風險，於碰撞風險為設定值以上而存在碰撞可能性之狀況時，經由音頻揚聲器12061或顯示部12062向駕駛員輸出警報或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或避讓轉向，藉此進行用於避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104之至少1個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。上述行人之辨識例如係藉由提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、及對表示物體之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並辨識行人，則語音圖像輸出部12052以於該辨識出之行人上重疊顯示用於增強之方形輪廓線之方式控制顯示部12062。又，語音圖像輸出部12052亦可以將表示行人之圖符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。藉由對攝像部12031應用本發明之技術，可獲得更容易觀察之攝影圖像，因此，可減輕駕駛員之疲勞。
進而，本實施形態等中說明之受光元件1亦可應用於監視相機、活體認證系統及熱像儀等電子機器。監視相機例如係夜視系統(暗視)者。藉由將受光元件1應用於監視相機，可自遠方辨識夜間之行人及動物等。又，若將受光元件1應用為車載相機，則不易受頭燈或天氣之影響。例如，可不受煙及霧等之影響而獲得攝影圖像。進而，亦可辨識物體之形狀。又，利用熱像儀，可實現非接觸溫度測定。利用熱像儀，亦能夠檢測溫度分佈或發熱。除此以外，受光元件1亦可應用於偵測火焰、水分或氣體等之電子機器。
以上，列舉實施形態及應用例進行了說明，但本發明內容並不限定於上述實施形態等，可進行各種變化。例如，於上述實施形態中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，並不限定於上述者。例如，於上述實施形態等中，對由第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只要包含光電轉換層13即可。例如，亦可不設置第1接觸層12及第2接觸層14，或者亦可包含其他層。
進而，於上述實施形態等中，方便起見，對信號電荷為電洞之情形進行了說明，但信號電荷亦可為電子。例如，擴散區域亦可包含n型雜質。
除此以外，於上述實施形態等中，對本技術之半導體元件之一具體例之受光元件進行了說明，但本技術之半導體元件亦可為受光元件以外之元件。例如，本技術之半導體元件亦可為發光元件。
又，上述實施形態等中說明之效果為一例，亦可為其他效果，亦可進而包含其他效果。
再者，本發明亦可為如下構成。根據具有以下之構成之本發明之半導體元件及其製造方法，由於設置有隔著(第1)半導體層而對向之第1鈍化膜及第2鈍化膜，故可有效地保護半導體層。因此，可保護化合物半導體材料而抑制可靠性降低。 (1) 一種半導體元件，其具備： 元件基板，其設置有中央部之元件區域及上述元件區域之外側之周邊區域；及 讀出電路基板，其與上述元件基板對向； 上述元件基板包含： 第1半導體層，其設置於上述元件區域，且包含化合物半導體材料； 配線層，其設置於上述第1半導體層與上述讀出電路基板之間，將上述第1半導體層與上述讀出電路基板電性連接； 第1鈍化膜，其設置於上述配線層與上述第1半導體層之間；及 第2鈍化膜，其隔著上述第1半導體層而與上述第1鈍化膜對向；且 上述元件基板之上述周邊區域具有與上述讀出電路基板之接合面。 (2) 如上述(1)之半導體元件，其中 上述元件基板進而包含： 嵌埋層，其至少設置於上述周邊區域，且包圍上述第1半導體層；及 第3鈍化膜，其設置於上述嵌埋層與上述第1半導體層之間。 (3) 如上述(2)之半導體元件，其中 上述第3鈍化膜與上述第1鈍化膜連續地設置。 (4) 如上述(2)之半導體元件，其中 上述第3鈍化膜與上述第1鈍化膜相接。 (5) 如上述(2)至(4)中任一項之半導體元件，其中 上述嵌埋層包含： 第1嵌埋層；及 第2嵌埋層，其設置於上述第1嵌埋層與上述讀出電路基板之間、及上述第1半導體層與上述配線層之間。 (6) 如上述(5)之半導體元件，其中 上述第1鈍化膜係遍及上述元件區域及上述周邊區域而延伸，且設置於上述第1嵌埋層與上述第2嵌埋層之間。 (7) 如上述(1)至(6)中任一項之半導體元件，其中 上述元件基板進而包含： 第1電極，其設置於上述第1半導體層與上述配線層之間，且電性連接於上述第1半導體層；及 第2電極，其隔著上述第1半導體層而與上述第1電極對向。 (8) 如上述(7)之半導體元件，其中 於上述第1鈍化膜與上述第1半導體層之間設置有上述第1電極。 (9) 如上述(7)之半導體元件，其中 上述第1鈍化膜具有埋設有上述第1電極之開口。 (10) 如上述(2)之半導體元件，其中 上述元件基板進而於上述周邊區域具有用以將上述第2電極與上述讀出電路基板電性連接之連接部。 (11) 如上述(10)之半導體元件，其中 上述連接部包括設置於上述嵌埋層之槽，且 上述槽係以包圍上述元件區域之方式設置。 (12) 如上述(1)至(11)中任一項之半導體元件，其中 上述元件基板之上述元件區域係與上述周邊區域之上述接合面在同一平面上，且接合於上述讀出電路基板。 (13) 如上述(1)至(12)中任一項之半導體元件，其中 上述配線層亦設置於上述周邊區域。 (14) 如上述(1)至(13)中任一項之半導體元件，其中 上述化合物半導體材料吸收紅外區域之波長之光。 (15) 如上述(1)至(14)中任一項之半導體元件，其中 上述化合物半導體材料係InGaAs、InAsSb、InAs、InSb及HgCdTe中之任一種。 (16) 如上述(1)至(15)中任一項之半導體元件，其中 進而於上述第1半導體層之與上述讀出電路基板之對向面的相反面側具有晶載透鏡。 (17) 如上述(1)至(16)中任一項之半導體元件，其係 進而具有積層地設置於上述元件基板並且包含光電二極體之第2半導體層。 (18) 一種半導體元件之製造方法，其係 形成包含化合物半導體材料之半導體層， 將上述半導體層接合於臨時基板， 將上述半導體層接合於上述臨時基板之後，形成覆蓋上述半導體層之第1鈍化膜， 形成填埋上述半導體層與上述臨時基板之階差之嵌埋層， 於上述半導體層之與上述臨時基板之接合面的相反面形成配線層， 使讀出電路基板隔著上述配線層而與上述半導體層對向，並經由上述配線層將上述半導體層與上述讀出電路基板電性連接， 將接合於上述半導體層之上述臨時基板去除之後，形成隔著上述半導體層而與上述第1鈍化膜對向之第2鈍化膜。 (19) 如上述(18)之半導體元件之製造方法，其進而包含如下步驟，即， 於上述第1鈍化膜形成複數個開口， 於上述複數個開口分別埋設第1電極。 (20) 如上述(18)之半導體元件之製造方法，其進而包含形成電性連接於上述半導體層之第1電極之步驟，且 形成上述第1電極之後，形成上述第1鈍化膜。
本申請係以於日本特許廳在2018年10月16日提出申請之日本專利申請號第2018-195110號為基礎而主張優先權者，藉由參照將該申請之所有內容引用於本申請。
業者可根據設計上之要件或其他因素，想到各種修正、組合、次組合及變更，但應理解其等係包含於隨附之申請專利範圍或其等價物之範圍內者。
1:受光元件 1A:受光元件 1B:受光元件 1C:受光元件 2:受光元件 4:攝像元件 5: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 16A:平坦化膜 16H:開口 17:鈍化膜 17A:鈍化膜 17B:鈍化膜 18:嵌埋層 18A:第1嵌埋層 18B:第2嵌埋層 19A、19B:層間絕緣膜 19E:接觸電極 19ED:虛設電極 20:讀出電路基板 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:生長基板 33:臨時基板 33IA:絕緣層 33S:基板 41:彩色濾光片層 42:晶載透鏡 51S:半導體層 51W:配線層 117:絕緣膜 310:光學系統 311:快門裝置 312:信號處理部 313:驅動部 10001:體內資訊獲取系統 10100:膠囊型內視鏡 10101:殼體 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:相機頭 11110:手術器具 11111:氣腹管 11112:能量處置器具 11120:支持臂裝置 11131:手術實施者 11132:患者 11133:病床 11200:手推車 11201:相機控制單元 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:傳輸纜線 11401:透鏡單元 11402:攝像部 11403:驅動部 11404:通信部 11405:相機頭控制部 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:本體系統控制單元 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:語音圖像輸出部 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 Dout:影像信號 E:晶片端 G:槽 H1:孔 H2:孔 P:受光單位區域 PD:光電二極體 R1:中央部之元件區域 R2:周邊區域 S1:光入射面 S2:接合面
圖1A係表示本發明之第1實施形態之受光元件之概略構成之俯視模式圖。 圖1B係表示沿著圖1A之B-B'線之剖面構成之模式圖。 圖2係表示圖1B所示之接著層之構成之其他例(1)之剖視模式圖。 圖3係表示圖1B所示之接著層之構成之其他例(2)之剖視模式圖。 圖4係表示圖1A所示之受光元件之平面構成之其他例之模式圖。 圖5A係用以說明圖1所示之受光元件之製造方法之一步驟之剖視模式圖。 圖5B係表示繼圖5A後之步驟之剖視模式圖。 圖5C係表示繼圖5B後之步驟之剖視模式圖。 圖6係表示圖5C之步驟之一例之俯視模式圖。 圖7係表示圖6所示之半導體層之構成之其他例(1)之俯視模式圖。 圖8A係表示圖6所示之半導體層之構成之其他例(2)之俯視模式圖。 圖8B係表示沿著圖8A所示之B-B線之剖面構成之模式圖。 圖9A係表示繼圖5C後之步驟之剖視模式圖。 圖9B係表示繼圖9A後之步驟之剖視模式圖。 圖10A係表示圖9A所示之步驟之平面構成之一例之模式圖。 圖10B係表示圖9B所示之步驟之平面構成之一例之模式圖。 圖11A係表示圖9A所示之步驟之平面構成之其他例(1)之模式圖。 圖11B係表示圖9B所示之步驟之平面構成之其他例(1)之模式圖。 圖12A係表示圖9A所示之步驟之平面構成之其他例(2)之模式圖。 圖12B係表示圖9B所示之步驟之平面構成之其他例(2)之模式圖。 圖13係表示圖9B所示之步驟之其他例(1)之剖視模式圖。 圖14係表示圖9B所示之步驟之其他例(2)之剖視模式圖。 圖15A係表示繼圖9B後之步驟之剖視模式圖。 圖15B係表示繼圖15A後之步驟之剖視模式圖。 圖15C係表示繼圖15B後之步驟之剖視模式圖。 圖15D係表示繼圖15C後之步驟之剖視模式圖。 圖15E係表示繼圖15D後之步驟之剖視模式圖。 圖15F係表示繼圖15E後之步驟之剖視模式圖。 圖15G係表示繼圖15F後之步驟之剖視模式圖。 圖15H係表示繼圖15G後之步驟之剖視模式圖。 圖15I係表示繼圖15H後之步驟之剖視模式圖。 圖15J係表示繼圖15I後之步驟之剖視模式圖。 圖16係表示變化例1之受光元件之概略構成之剖視模式圖。 圖17係用以說明圖16所示之受光元件之製造方法之一步驟之剖視模式圖。 圖18係表示變化例2之受光元件之概略構成之剖視模式圖。 圖19係表示圖18所示之受光元件之其他例(1)之剖視模式圖。 圖20係表示圖18所示之受光元件之其他例(2)之剖視模式圖。 圖21係用以說明圖18等所示之受光元件之製造方法之一步驟之剖視模式圖。 圖22係表示繼圖21後之步驟之剖視模式圖。 圖23係表示繼圖21後之步驟之其他例之剖視模式圖。 圖24A係表示繼圖22後之步驟之剖視模式圖。 圖24B係表示繼圖24A後之步驟之剖視模式圖。 圖25係表示變化例3之受光元件之概略構成之剖視模式圖。 圖26係表示本發明之第2實施形態之受光元件之概略構成之剖視模式圖。 圖27係表示使用攝像元件之電子機器(相機)之一例之功能區塊圖。 圖28係表示體內資訊獲取系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖29係表示內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。 圖30係表示相機頭及CCU之功能構成之一例之方塊圖。 圖31係表示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖32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。
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:鈍化膜
18:嵌埋層
19A、19B:層間絕緣膜
19E:接觸電極
19ED:虛設電極
20:讀出電路基板
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
B:接著層
E:晶片端
H1:孔
H2:孔
P:受光單位區域
R1:中央部之元件區域
R2:周邊區域
S1:光入射面
S2:接合面

Claims (20)

  1. 一種半導體元件，其具備： 元件基板，其設置有中央部之元件區域及上述元件區域之外側之周邊區域；及 讀出電路基板，其與上述元件基板對向； 上述元件基板包含： 第1半導體層，其設置於上述元件區域，且包含化合物半導體材料； 配線層，其設置於上述第1半導體層與上述讀出電路基板之間，將上述第1半導體層與上述讀出電路基板電性連接； 第1鈍化膜，其設置於上述配線層與上述第1半導體層之間；及 第2鈍化膜，其隔著上述第1半導體層而與上述第1鈍化膜對向；且 上述元件基板之上述周邊區域具有與上述讀出電路基板之接合面。
  2. 如請求項1之半導體元件，其中上述元件基板進而包含： 嵌埋層，其至少設置於上述周邊區域，且包圍上述第1半導體層；及 第3鈍化膜，其設置於上述嵌埋層與上述第1半導體層之間。
  3. 如請求項2之半導體元件，其中 上述第3鈍化膜與上述第1鈍化膜係連續地設置。
  4. 如請求項2之半導體元件，其中 上述第3鈍化膜與上述第1鈍化膜相接。
  5. 如請求項2之半導體元件，其中 上述嵌埋層包含： 第1嵌埋層；及 第2嵌埋層，其設置於上述第1嵌埋層與上述讀出電路基板之間、及上述第1半導體層與上述配線層之間。
  6. 如請求項5之半導體元件，其中 上述第1鈍化膜係遍及上述元件區域及上述周邊區域而延伸，且設置於上述第1嵌埋層與上述第2嵌埋層之間。
  7. 如請求項1之半導體元件，其中 上述元件基板進而包含： 第1電極，其設置於上述第1半導體層與上述配線層之間，且電性連接於上述第1半導體層；及 第2電極，其隔著上述第1半導體層而與上述第1電極對向。
  8. 如請求項7之半導體元件，其中 於上述第1鈍化膜與上述第1半導體層之間設置有上述第1電極。
  9. 如請求項7之半導體元件，其中 上述第1鈍化膜具有埋設有上述第1電極之開口。
  10. 如請求項2之半導體元件，其中 上述元件基板進而於上述周邊區域具有用以將上述第2電極與上述讀出電路基板電性連接之連接部。
  11. 如請求項10之半導體元件，其中 上述連接部包括設置於上述嵌埋層之槽，且 上述槽係以包圍上述元件區域之方式設置。
  12. 如請求項1之半導體元件，其中 上述元件基板之上述元件區域係與上述周邊區域之上述接合面在同一平面上，且接合於上述讀出電路基板。
  13. 如請求項1之半導體元件，其中 上述配線層亦設置於上述周邊區域。
  14. 如請求項1之半導體元件，其中 上述化合物半導體材料吸收紅外區域之波長之光。
  15. 如請求項1之半導體元件，其中 上述化合物半導體材料係InGaAs、InAsSb、InAs、InSb及HgCdTe中之任一種。
  16. 如請求項1之半導體元件，其進而於上述第1半導體層之與上述讀出電路基板之對向面的相反面側具有晶載透鏡。
  17. 如請求項1之半導體元件，其進而具有第2半導體層，該第2半導體層積層地設置於上述元件基板並且包含光電二極體。
  18. 一種半導體元件之製造方法，其係 形成包含化合物半導體材料之半導體層， 將上述半導體層接合於臨時基板， 將上述半導體層接合於上述臨時基板之後，形成覆蓋上述半導體層之第1鈍化膜， 形成填埋上述半導體層與上述臨時基板之階差之嵌埋層， 於上述半導體層之與上述臨時基板之接合面的相反面形成配線層， 使讀出電路基板隔著上述配線層而與上述半導體層對向，並經由上述配線層將上述半導體層與上述讀出電路基板電性連接， 將接合於上述半導體層之上述臨時基板去除之後，形成隔著上述半導體層而與上述第1鈍化膜對向之第2鈍化膜。
  19. 如請求項18之半導體元件之製造方法，其進而包含如下步驟，即， 於上述第1鈍化膜形成複數個開口， 於上述複數個開口分別埋設第1電極。
  20. 如請求項18之半導體元件之製造方法，其進而包含形成電性連接於上述半導體層之第1電極之步驟，且 形成上述第1電極之後，形成上述第1鈍化膜。
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