TWI827636B - 固態攝像元件、固態攝像裝置及固態攝像元件之製造方法 - Google Patents

固態攝像元件、固態攝像裝置及固態攝像元件之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種固態攝像元件(100)，其具備：半導體基板(500)；電荷蓄積部，其設置於前述半導體基板(500)內，且蓄積電荷；光電轉換部(200)，其設置於前述半導體基板(500)之上方，且將光轉換為電荷；及貫通電極(600)，其貫穿前述半導體基板(500)，且電性連接前述電荷蓄積部與前述光電轉換部(200)；且在前述貫通電極(600)之前述光電轉換部側之端部，位於前述貫通電極(600)之中心之導電體(602)之與該貫通電極(600)之貫通方向正交之剖面的剖面積沿前述貫通方向朝向前述光電轉換部漸增。

Description

固態攝像元件、固態攝像裝置及固態攝像元件之製造方法
本發明係關於一種固態攝像元件、固態攝像裝置及固態攝像元件之製造方法。
近年來，業界曾探討在CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合裝置)圖像感測器或CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互補式金屬氧化物半導體)圖像感測器等之固態攝像元件中，就每一像素(固態攝像元件)設置貫通電極。例如，作為此種固態攝像元件，可舉出下述專利文獻1所揭示之固態攝像元件。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2017-073436號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，在上述專利文獻1所揭示之貫通電極中，難以將貫通電極之電阻值抑制為較低。
因而，鑒於此狀況，在本發明中提案一種可將貫通電極之電阻值抑制為較低之新穎且經改良之固態攝像元件、固態攝像裝置及固態攝像元件之製造方法。 [解決問題之技術手段]
根據本發明提供一種固態攝像元件，該固態攝像元件具備：半導體基板；電荷蓄積部，其設置於前述半導體基板內，且蓄積電荷；光電轉換部，其設置於前述半導體基板之上方，且將光轉換為電荷；及貫通電極，其貫穿前述半導體基板，且電性連接前述電荷蓄積部與前述光電轉換部；且在前述貫通電極之前述光電轉換部側之端部，位於前述貫通電極之中心之導電體之與該貫通電極之貫通方向正交之剖面的剖面積沿前述貫通方向朝向前述光電轉換部漸增。
又，根據本發明提供一種固態攝像裝置，其係具備呈矩陣狀配置之複數個固態攝像元件者，且前述各固態攝像元件具備：半導體基板；電荷蓄積部，其設置於前述半導體基板內，且蓄積電荷；光電轉換部，其設置於前述半導體基板之上方，且將光轉換為電荷；及貫通電極，其貫穿前述半導體基板，且電性連接前述電荷蓄積部與前述光電轉換部；且在前述貫通電極之前述光電轉換部側之端部，位於前述貫通電極之中心之導電體之與該貫通電極之貫通方向正交之剖面的剖面積沿前述貫通方向朝向前述光電轉換部漸增。
再者，根據本發明提供一種固態攝像元件之製造方法，該固態攝像元件具備：半導體基板；電荷蓄積部，其設置於前述半導體基板內，且蓄積電荷；光電轉換部，其設置於前述半導體基板之上方，且將光轉換為電荷；及貫通電極，其貫穿前述半導體基板，且電性連接前述電荷蓄積部與前述光電轉換部；並且在前述貫通電極之前述光電轉換部側之端部，位於前述貫通電極之中心之導電體之與該貫通電極之貫通方向正交之剖面的剖面積沿前述貫通方向朝向前述光電轉換部漸增；並且前述製造方法包含： 形成貫穿前述半導體基板之貫通孔；以覆蓋前述貫通孔之內壁之方式將絕緣膜成膜；對前述貫通孔之前述光電轉換部側之端部之前述絕緣膜進行蝕刻；及以金屬膜埋入前述貫通孔。 [發明之效果]
如以上所說明般，根據本發明可將貫通電極之電阻值抑制為較低。
此外，上述之效果不一定為限定性效果，本發明可發揮上述之效果，且/或可發揮本說明書所示之任一效果、或根據本說明書可掌握之其他之效果而取代上述之效果。
以下，一面參照附圖一面針對本發明之較佳之實施形態詳細地說明。此外，在本說明書及圖式中，針對在實質上具有同一功能構成之構成要素，藉由賦予同一符號而省略重複說明。
且，在本說明書及圖式中，有針對不同之實施形態之類似之構成要素，在同一符號之後賦予不同之字母而進行區別之情形。惟，在無須特別區別類似之構成要素各者時，僅賦予同一符號。
又，以下之說明所參照之圖式係用於促進本發明之實施形態之說明及其理解之圖式，為了便於理解，而有圖中所示之形狀或尺寸、比等與實際不同之情形。再者，圖中所示之固態攝像元件及固態攝像裝置可適宜地參考以下之說明與周知之技術而進行設計變更。又，有利用固態攝像元件之剖視圖之說明中之固態攝像元件之積層構造之上下方向與以光相對於固態攝像元件入射之入射面為上時之相對方向對應，與依照實際之重力加速度之上下方向不同之情形。
又，以下之說明中之針對具體的大小及形狀之記載並非是僅意指與數學上定義之數值相同之值或幾何學上定義之形狀，也包含在固態攝像元件之製造工序中存在工業上容許之程度之差異等之情形及與該形狀類似之形狀。例如，當在以下之說明中表現為「圓柱狀」或「大致圓柱狀」時，不限定於上表面及下表面為正圓之圓柱，也意味著具有持橢圓形等之類似於正圓之形狀之上表面及下表面的圓柱。
再者，在以下之電路構成之說明中，如無特別異議，所謂「電性連接」係意指將複數個要素之間以電性導通之方式連接。此外，對於以下之說明中之「電性接続」，設為不僅包含將複數個要素直接且電性連接之情形，也包含經由其他要素間接且電性連接之情形。
又，在以下之說明中，所謂「閘極」係表示場效電晶體(FET)之閘極電極。所謂「汲極」係表示FET之汲極電極或汲極區域，所謂「源極」係表示FET之源極電極或源極區域。
此外，說明按照以下之順序進行。 1.關於固態攝像裝置1之概略構成 2.關於固態攝像元件100之等效電路 3.關於固態攝像元件100之積層構造 4.形成本發明之實施形態之經過 5.第1實施形態 5.1關於貫通電極600之詳細構成 5.2關於固態攝像元件100之製造方法 5.3變化例 6.第2實施形態 7.第3實施形態 8.第4實施形態 9.第5實施形態 10.總結 11.對於內視鏡手術系統之應用例 12.對於移動體之應用例 13.補充
＜＜1.關於固態攝像裝置1之概略構成＞＞ 首先，在本發明之各實施形態之說明前，參照圖1，針對本發明之各實施形態之固態攝像裝置1之概略構成進行說明。圖1係本實施形態之固態攝像裝置1之示意性平面圖。如圖1所示，本實施形態之固態攝像裝置1在包含例如矽之半導體基板500上包含呈矩陣狀配置有複數個固態攝像元件(像素)100之像素陣列部10。再者，該固態攝像裝置1如圖1所示包含：垂直驅動電路部32、行信號處理電路部34、水平驅動電路部36、輸出電路部38、及控制電路部40等。以下，針對本實施形態之固態攝像裝置1之各區塊之細節進行說明。
(像素陣列部10) 像素陣列部10在半導體基板500上具有呈矩陣狀(行列狀)二維配置之複數個固態攝像元件100。此外，此處，所謂固態攝像元件100係意指在檢測各色之光並輸出檢測結果時可被理解為就每一色輸出1個結果之1個單元的固態攝像元件(單位像素)。各固態攝像元件100具有：可產生相應於入射之各色之光之光量之電荷之複數個光電轉換元件(Photo Diode，光電二極體；PD)(光電轉換部)(例如固態攝像元件100如圖4所示可包含積層之3個PD 200、300、400)、及複數個像素電晶體(例如MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金屬氧化物半導體)電晶體)(省略圖示)。更詳細而言，該像素電晶體例如可包含：傳送電晶體、選擇電晶體、重置電晶體、及放大電晶體等。
又，上述之固態攝像元件100也可設為共有像素構造。該共有像素構造係由複數個上述PD、複數個上述傳送電晶體、在上述PD間共有且蓄積在PD產生之電荷之1個浮動擴散部(浮動擴散區域)(電荷蓄積部)、及在上述PD間共有之各一個之其他像素電晶體構成。亦即，可謂在上述各共有像素構造中，設置有複數個由PD及傳送電晶體構成之光電轉換對，該各光電轉換對共有其他像素電晶體(選擇電晶體、重置電晶體、及放大電晶體等)。此外，針對由該等像素電晶體構成之電路(連接構成)之細節於後文敘述。
(垂直驅動電路部32) 垂直驅動電路部32由例如移位暫存器形成，選擇像素驅動配線42，對所選擇之像素驅動配線42供給用於驅動固態攝像元件100之脈衝，且以列單位驅動固態攝像元件100。亦即，垂直驅動電路部32以列單位依次在垂直方向(圖1中之上下方向)選擇掃描像素陣列部10之各固態攝像元件100，並經由垂直信號線44對後述之行信號處理電路部34供給基於相應於各固態攝像元件100之PD之受光量產生之電荷的像素信號。
(行信號處理電路部34) 行信號處理電路部34就固態攝像元件100之每一行配置，對自1列份額之固態攝像元件100輸出之像素信號就每一像素行進行雜訊去除等之信號處理。例如，行信號處理電路部34為了去除像素固有之固定圖案雜訊，而進行CDS(Correlated Double Sampling：相關雙取樣)及AD(Analog-Degital，類比-數位)轉換等之信號處理。
(水平驅動電路部36) 水平驅動電路部36由例如移位暫存器形成，藉由依次輸出水平掃描脈衝，而可依次選擇上述之行信號處理電路部34各者，使像素信號自行信號處理電路部34各者朝水平信號線46輸出。
(輸出電路部38) 輸出電路部38可對於自上述之行信號處理電路部34各者經由水平信號線46依次供給之像素信號進行信號處理並輸出。輸出電路部38例如可作為進行緩衝(buffering)之功能部而發揮功能，或可進行黑階調整、行偏差修正、各種數位信號處理等之處理。此外，所謂緩衝係指在像素信號之交換時，為了補償處理速度與傳送速度之差，而暫時保存像素信號。又，輸入輸出端子48係用於在與外部裝置之間進行信號之交換之端子。
(控制電路部40) 控制電路部40可接收輸入時脈、及指令動作模式等之資料，且可輸出固態攝像元件100之內部資訊等之資料。亦即，控制電路部40基於垂直同步信號、水平同步信號及主時脈，產生成為垂直驅動電路部32、行信號處理電路部34及水平驅動電路部36等之動作之基準之時脈信號及控制信號。而且，控制電路部40對垂直驅動電路部32、行信號處理電路部34及水平驅動電路部36等輸出產生之時脈信號及控制信號。
如上述般，上述之固態攝像裝置1係將進行CDS處理及AD轉換處理之行信號處理電路部34就每一像素行配置之被稱為行AD式之CMOS圖像感測器。此外，本實施形態之固態攝像裝置1之平面構成例不限定於圖1所示之例，例如可包含其他電路部等，無特別限定。
＜＜2.關於固態攝像元件100之等效電路＞＞ 以上，針對本實施形態之固態攝像裝置1之概略構成進行了說明。其次，針對本發明之實施形態之固態攝像元件100中所含之PD 200、300、400之等效電路，參照圖2及圖3進行說明。圖2係本實施形態之固態攝像元件100中所含之PD 200之等效電路圖，圖3係本實施形態之固態攝像元件100中所含之PD 300之等效電路圖。
PD 200之積層構造之細節於後文敘述，如圖2之左上示意性顯示般具有包含積層於矽基板即半導體基板500之上方之上部電極(共通電極)202、下部電極(讀出電極)206、及夾於該等上部電極202及下部電極206之間之光電轉換膜204的積層構造。
如圖2所示，上部電極202電性連接於選擇輸出像素信號之行之選擇線VOU 。詳細而言，下部電極206經由配線等電性連接於用於重置蓄積之電荷之重置電晶體TR1rst 之汲極/源極之一者。重置電晶體TR1rst 之閘極電性連接於重置信號線RST1，進而電性連接於上述之垂直驅動電路部32。又，重置電晶體TR1rst 之汲極/源極之另一者(未連接於下部電極206之側)電性連接於電源電路VDD 。
再者，下部電極206經由配線電性連接於將電荷轉換為電壓並作為像素信號輸出之放大電晶體TR1amp 之閘極。又，連接下部電極206、放大電晶體TR1amp 之閘極及重置電晶體TR1rst 之汲極/源極之一者之節點FD1 構成為重置電晶體TR1rst 之一部分。來自下部電極206之電荷使節點FD1 之電位變化，並由放大電晶體TR1amp 轉換為電壓。又，放大電晶體TR1amp 之源極/汲極之一者經由配線電性連接於依照選擇信號對信號線VSL1輸出藉由轉換而獲得之上述像素信號之選擇電晶體TR1sel 之源極/汲極之一者。再者，放大電晶體Tr1amp 之源極/汲極之另一者(未連接於選擇電晶體TR1sel 之側)電性連接於電源電路VDD 。
再者，選擇電晶體TR1sel 之源極/汲極之另一者(與放大電晶體TR1amp 未連接之側)電性連接於將所轉換之電壓作為像素信號傳遞之上述信號線VSL1，進而電性連接於上述之行信號處理電路部34。又，選擇電晶體TR1sel 之閘極電性連接於選擇輸出像素信號之列之選擇線SEL1，進而電性連接於上述之垂直驅動電路部32。
其次，針對設置於半導體基板500內之PD 300之等效電路，參照圖3進行說明。設置於半導體基板500內之PD 300如圖3所示經由配線電性連接於設置於半導體基板500內之像素電晶體(放大電晶體TR2amp 、傳送電晶體TR2trs 、重置電晶體TR2rst 、選擇電晶體TR2sel )。詳細而言，PD 300之一者與傳送電荷之傳送電晶體TR2trs 之源極/汲極之一者經由配線電性連接。再者，傳送電晶體TR2trs 之源極/汲極之另一者(與PD 300未連接之側)與重置電晶體TR2rst 之源極/汲極之一者經由配線電性連接。又，傳送電晶體TR2trs 之閘極電性連接於傳送閘極線TG2，進而連接於上述之垂直驅動電路部32。而且，重置電晶體TR2rst 之源極/汲極之另一者(與傳送電晶體TR2trs 未連接之側)電性連接於電源電路VDD 。再者，重置電晶體TR2rst 之閘極電性連接於重置線RST2，進而連接於上述之垂直驅動電路部32。
再者，傳送電晶體TR2trs 之源極/汲極之另一者(與PD 300未連接之側)經由配線也電性連接於將電荷放大(轉換)並作為像素信號輸出之放大電晶體TR2amp 之閘極。又，放大電晶體TR2amp 之源極/汲極之一者經由配線電性連接於依照選擇信號對信號線VSL2輸出上述像素信號之選擇電晶體TR2sel 之源極/汲極之一者。而且，放大電晶體TR2amp 之源極/汲極之另一者(與選擇電晶體TR2sel 未連接之側)電性連接於電源電路VDD 。又，選擇電晶體TR2sel 之源極/汲極之另一者(與放大電晶體TR2amp 未連接之側)電性連接於上述信號線VSL2，進而電性連接於上述之行信號處理電路部34。而且，選擇電晶體TR2sel 之閘極電性連接於選擇線SEL2，進而電性連接於上述之垂直驅動電路部32。
此外，由於與PD 300同樣地設置於半導體基板500內之PD 400也可與圖3之等效電路同樣地示出，此處，省略針對PD 400之等效電路之說明。
＜＜3.關於固態攝像元件100之積層構造＞＞ 以上，針對本實施形態之固態攝像元件100中所含之PD 200、300、400之等效電路進行了說明。其次，參照圖4，針對本發明之實施形態之固態攝像元件100之積層構造進行說明。圖4係本實施形態之固態攝像元件100之剖視圖，詳細而言係沿貫通電極600之貫通方向切斷固態攝像元件100時之剖視圖，在圖4中以光相對於固態攝像元件100入射之入射面為上之方式圖示固態攝像元件100。在以下之說明中，依照自位於固態攝像元件100之下側之半導體基板500朝向位於半導體基板500之上方之PD 200之順序，說明固態攝像元件100之積層構造。
首先，如圖4所示，在本實施形態之固態攝像元件100中，具有第2導電型(例如N型)之2個半導體區域510、512在半導體基板500之厚度方向(深度方向)堆疊地形成於包含例如矽之半導體基板500之具有第1導電型(例如P型)之半導體區域502。如上述般形成之半導體區域510、512藉由形成PN接面而成為積層之2個PD 300、400。例如，將半導體區域510設為電荷蓄積區域之PD 300係吸收藍色之光(例如波長450 nm～495 nm)且產生(光電轉換)電荷之光電轉換元件，將半導體區域512設為電荷蓄積區域之PD 400係吸收紅色之光(例如波長620 nm～750 nm)且產生電荷之光電轉換元件。
又，在與積層有PD 200等之半導體基板500之入射面為相反側之面(圖4中之下側)設置有配線層520。再者，在配線層520設置有：進行蓄積於PD 200、300、400之電荷之讀出之複數個像素電晶體之閘極電極524、複數條配線522、及層間絕緣膜530。例如，閘極電極524及配線522可由鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)等之材料形成。又，層間絕緣膜530例如可由氧化矽(SiO2 )或氮化矽(SiN)等形成。
又，在半導體基板500以貫通半導體基板500之方式設置有用於朝後述之浮動擴散部514取出在後述之PD 200藉由光電轉換而產生之電荷之貫通電極600。詳細而言，成為貫通電極600之中心軸之導電體602除例如PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon，摻磷非晶矽)等之經摻雜之矽材料以外，還可由鋁、鎢、鈦(Ti)、鈷(Co)、鉿(Hf)、鉭(Ta)等之金屬材料形成。在該導電體602之外周，為了抑制與半導體區域502之短路，而形成包含SiO2 或SiN等之絕緣膜604。再者，在本實施形態中，可在導電體602與包圍該導電體602之外周之絕緣膜604之間設置障壁金屬膜(省略圖示)。該障壁金屬膜可由氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、Ti、氮化鉭(TaN)、Ta等之材料形成。
又，上述貫通電極600可經由設置於配線層520之配線522與在設置於半導體基板500之具有第2導電型(例如N型)之半導體區域設置之浮動擴散部514連接。亦即，上述貫通電極600可電性連接PD 200(詳細而言下部電極206)及浮動擴散部514。而且，該浮動擴散部514可利用貫通電極600暫時蓄積藉由PD 200之光電轉換而產生之電荷。
又，如上文所說明般，在上述配線層520，作為進行在上述之PD 200產生之電荷之讀出的複數個像素電晶體之閘極電極，設置有複數個閘極電極524。具體而言，該電極524設置為介隔著絕緣膜540與半導體基板500內之具有第1導電型(例如P型)之半導體區域502對向。再者，在半導體基板500內，以夾有具有第1導電型之上述半導體區域502之方式設置有具有第2導電型(例如N型)之半導體區域516，該半導體區域516作為上述像素電晶體之源極/汲極區域而發揮功能。上述之貫通電極600也可電性連接PD 200(詳細而言下部電極206)與該等像素電晶體。此外，針對該貫通電極600之詳細構成，於後文敘述。
再者，可在半導體基板500之入射面形成具有負的固定電荷之固定電荷膜550。固定電荷膜550可由例如氧化鉿(HfO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鋯(ZrO)、氧化鉭(Ta2 O5 )、氧化鈦(TiO2 )、氧化鑭(La2 O3 )、氧化鐠(Pr6 O11 )、氧化鈰(CeO2 )、氧化釹(Nd2 O3 )、氧化鉕(Pm2 O3 )、氧化釤(Sm2 O3 )、氧化銪(Eu2 O3 )、氧化釓(Gd2 O3 )、氧化鋱(Tb2 O3 )、氧化鏑(Dy2 O3 )、氧化鈥(Ho2 O3 )、氧化銩(Tm2 O3 )、氧化鐿(Yb2 O3 )、氧化鎦(Lu2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )、氮化鋁(AlN)、氮氧化鉿(HfON)、及氮氧化鋁(AlON)等形成。此外，固定電荷膜550可為組合有上述之不同之材料之積層膜。
在固定電荷膜550上設置有絕緣膜552。該絕緣膜552可由例如SiO2 、TEOS(Tetraethyl Orthosilicate，四乙氧基矽烷)、氮化矽(Si3 N4 )、氮氧化矽(SiON)等之具有絕緣性之介電膜形成。
在絕緣膜552上介隔著絕緣膜560，光電轉換膜204以如夾於上部電極202與下部電極206之間之積層構造設置。該等上部電極202、光電轉換膜204、下部電極206構成將光轉換為電荷之PD 200。該PD 200例如係吸收綠色之光(例如波長495 nm～570 nm)且產生(光電轉換)電荷之光電轉換元件。此外，上部電極202及下部電極206例如可由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)等之透明導電膜形成。詳細而言，上部電極202可構成為由相鄰之複數個像素(固態攝像元件100)彼此共有(共通)，而另一方面，下部電極206可就每複數個像素個別地構成。再者，下部電極206藉由貫通絕緣膜560之金屬配線570而與上述之貫通電極600電性連接。此外，金屬配線570例如可由W、Al、Cu等之金屬材料形成。再者，絕緣膜560例如可由Al2 O3 、SiO2 、Si3 N4 、SiON等之可透過光之絕緣材料形成。
再者，如圖4所示，在上部電極202上設置有包含Si3 N4 、SiON、碳化矽(SiC)等之無機膜之高折射率層580及平坦化膜582。又，在平坦化膜582上設置有晶片上透鏡590。晶片上透鏡590例如可由Si3 N4 、或苯乙烯系樹脂、丙烯酸系樹脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物系樹脂、或矽氧烷系樹脂等之樹脂系材料形成。
如上述般，本實施形態之固態攝像元件100具有積層有與3色之光分別對應之PD 200、300、400之積層構造。亦即，上述之固態攝像元件100可謂是將綠色之光在半導體基板500之上方、換言之在形成於半導體基板500之入射面側之光電轉換膜204(PD 200)中光電轉換，將藍色及紅色之光在半導體基板500內之PD 300、400中光電轉換的縱向方向分光型固態攝像元件。再者，本實施形態之固態攝像元件100可謂是具有形成於與入射面側為相反側之像素電晶體之背面照射型CMOS固態攝像元件。
此外，上述之光電轉換膜204可由有機材料(有機系光電轉換膜)或無機材料(無機系光電轉換膜)形成。例如，在由有機材料形成光電轉換膜204時，可選擇以下4個態樣之任一者，即：(a)P型有機半導體材料、(b)N型有機半導體材料、(c)P型有機半導體材料層、N型有機半導體材料層、及P型有機半導體材料與N型有機半導體材料之混合層(異質構造)中至少2個積層構造、及(d)P型有機半導體材料與N型有機半導體材料之混合層。
詳細而言，作為P型有機半導體材料，可舉出：萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、稠四苯衍生物、稠五苯衍生物、喹吖酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩衍生物、三烯丙基胺衍生物、咔唑衍生物、苝衍生物、芘衍生物、䓛衍生物、螢蒽衍生物、酞青衍生物、亞酞青衍生物、亞四氮雜卟啉衍生物、將雜環化合物設為配位體之金屬錯合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、及聚茀衍生物等。
又，作為N型有機半導體材料，可舉出：富勒烯及富勒烯衍生物〈例如C60或C70、C74等之富勒烯(高碳富勒烯)、內含富勒烯等)或富勒烯衍生物(例如富勒烯氟化物或PCBM(Phenyl-C61 -Butyric Acid Methyl Ester，苯基-C61 -丁酸甲酯)富勒烯化合物、富勒烯多聚體等)〉、與P型有機半導體相比HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital，最高佔據分子軌域)及LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，最低未佔分子軌域)為深之有機半導體、透明之無機金屬氧化物等。更具體而言，作為N型有機半導體材料，可舉出有機分子、有機金屬錯合物或亞酞青衍生物，該有機分子、有機金屬錯合物或亞酞青衍生物在分子骨架之一部分具有含有氮原子、氧原子、硫原子之雜環化合物，例如吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、異喹啉衍生物、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、啡啉衍生物、四唑衍生物、吡唑衍生物、咪唑衍生物、噻唑衍生物、噁唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并三唑衍生物、苯并噁唑衍生物、苯并噁唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亞四氮雜卟啉衍生物、聚伸苯基伸乙烯基衍生物、聚苯并噻二唑衍生物、聚茀衍生物等。又，作為富勒烯衍生物中所含之基團等，可舉出：分支或環狀之烷基或苯基；具有直鏈或稠合芳香族化合物之基團；具有鹵化物之基團；部分氟烷基；全氟烷基；矽基；矽基烷氧基；芳基矽基；芳基硫基；烷基硫基；芳基磺醯基；烷基磺醯基；芳基硫化物基團；烷基硫化物基團；胺基；烷基胺基；芳基胺基；羥基；烷氧基；醯基胺基；醯氧基；羰基；羧基；羧醯胺基團；烷氧羰基；醯基；磺醯基；腈基；硝基；具有硫屬化物之基團；膦基團；膦基；及其等之衍生物。此外，由有機材料形成之光電轉換膜204之膜厚無限定，但例如可設為1×10-8 m～5×10-7 m，較佳為2.5×10-8 m～3×10-7 m，更佳為2.5×10-8 m至2×10-7 m。又，在上述說明中，將有機半導體材料分類為P型、N型，但此處，所謂P型係意指容易輸送正電洞，所謂N型係意指容易輸送電子。亦即，在有機半導體材料中，如無機半導體材料般，不限定於具有正電洞或電子作為熱激發之多個載子之解釋。
再者，詳細而言，為了作為接收綠色之光而進行光電轉換之PD 200之光電轉換膜204發揮功能，光電轉換膜204例如可包含玫瑰紅系顏料、部花青系顏料、喹吖啶酮衍生物、及亞酞菁系顏料(亞酞菁衍生物)等。
又，若由無機材料形成光電轉換膜204，作為無機半導體材料，可舉出：結晶矽、非晶矽、微結晶矽、結晶硒、非晶硒、及黃銅礦系化合物之CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2 )、CuInS2 、CuAlS2 、CuAlSe2 、CuGaS2 、CuGaSe2 、AgAlS2 、AgAlSe2 、AgInS2 、AgInSe2 ，或III-V族化合物之GaAS、InP、AlGaAS、InGaP、AlGaInP、InGaASP，乃至CdSe、CdS、In2 Se3 、In2 S3 、Bi2 Se3 、Bi2 S3 、ZnSe、ZnS、PbSe、PbS等之化合物半導體。此外，亦可將包含上述之該等材料之量子點用作光電轉換膜204。
此外，在本實施形態中，上述之固態攝像元件100不限定於積層有設置於半導體基板500之上方且具有光電轉換膜204之PD 200、及設置於半導體基板500內之PD 300、400之構造。例如，在本實施形態中，固態攝像元件100可為積層有設置於半導體基板500之上方且具有光電轉換膜204之PD 200、及設置於半導體基板500內之PD 300之構造、亦即積層有2個PD 200、300之構造。又，在本實施形態中，固態攝像元件100可為具有積層於半導體基板500之上方之2個或3個PD 200之構造。該情形時，各PD 200可各自具有光電轉換膜204，再者，該光電轉換膜204可由有機半導體材料形成，亦可由無機半導體材料形成。此時，為了作為接收藍色之光而進行光電轉換之PD 200之光電轉換膜204發揮功能，光電轉換膜204例如可包含香豆酸顏料、三-8-羥基喹啉鋁(Alq3 )、及部花青系顏料等。又，為了作為接收紅色之光而進行光電轉換之PD 200之光電轉換膜204發揮功能，光電轉換膜204可包含酞青系顏料、及亞酞青系顏料(亞酞青衍生物)等。
＜＜4.完成本發明之實施形態之經過＞＞ 再者，在詳細說明本發明之實施形態之前，針對本發明人等完成本發明之實施形態之經過，利用圖5進行說明。圖5係用於說明創作本發明之實施形態之經過之說明圖，詳細而言，在圖5之左側示意性顯示比較例之貫通電極800之剖面，在圖5之右側示意性顯示本發明之實施形態之貫通電極600之剖面。此外，此處，所謂比較例意指本發明人等在完成本發明之實施形態之前反覆探討之貫通電極800。
且說，本發明人等至今以來不斷探討就每一固態攝像元件(像素)100設置貫通電極600(800)。此時，為了使固態攝像元件100之感度良好，而寬廣地確保入射光之光入射面，換言之，較佳為寬廣地確保PD 300、400所佔面積。因而，在就每一固態攝像元件100設置貫通電極600時，為了寬廣地確保供光入射之光入射面，而貫通電極600較佳為更微細(例如直徑更小)。根據本發明人等之探討，貫通電極600之導電體602(802)之直徑例如較佳為100 nm左右。因而，本發明人等製作具有如上述之較小之直徑之具有如上述專利文獻1所揭示之貫通電極之構成的比較例之貫通電極800之結果，可知難以將貫通電極800之電阻值抑制為較低。
具體而言，本發明人等在創作本發明之實施形態外，如下述般製作微細之貫通電極800(比較例)。首先，如圖5之左側所示，形成相對於半導體基板500大致垂直地貫通該半導體基板500之貫通孔806。進而，以覆蓋該貫通孔806之內壁之方式形成絕緣膜804。其次，利用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學汽相沈積)法，以將貫通孔806埋入之方式堆積導電體802。
根據本發明人等之探討，可知在以將貫通孔806埋入之方式堆積導電體802時，如圖5之左側所示，在貫通孔806內產生空隙(void)808。空隙808被推定為如下述般產生。已知悉在利用CVD法堆積膜時，以仿照基板之形狀之方式將膜予以堆積。且，已知悉由於在利用CVD法堆積膜而將貫通孔806埋入時，在貫通孔806之內壁越往向其上部則膜越容易附著，故貫通孔806之內壁上部與其內壁下部相比有膜容易地堆積之傾向。因而，推定在以將貫通孔806埋入之方式堆積導電體802時，容易形成自貫通孔806之內壁上部延伸之懸垂狀之導電體802。進而，推定若推進導電體802之堆積，則在上述之懸垂狀之膜上進一步形成懸垂狀之導電體802之膜，最終，所堆積之導電體802形成為蓋，而在貫通孔806內產生空隙808。亦即，在比較例中，如圖5之左側所示，有雖然貫通孔806之上部被導電體802封閉，但在貫通孔806之內部殘存空隙808，換言之無法以導電體802將貫通孔806埋入之情形。此時，由於無法以導電體802將貫通孔806埋入，故貫通電極800之電阻值增加。根據本發明人等之探討，可知如上述之現象隨著貫通電極800更微細化，貫通孔806之縱橫比變大，而更顯著地出現。
因而，鑒於如上述之狀況，本發明人等為了將貫通電極600之電阻值抑制為較低，而創作與可避免產生在貫通孔606內之空隙808而以導電體602將貫通孔606埋入的貫通電極600相關之本發明之實施形態。
在比較例中，如圖5之左側所示，貫通電極800之導電體802之與貫通電極600之貫通方向正交之剖面的剖面積為一定，導電體802為圓柱狀。相對於此，在本發明之實施形態中，如圖5之右側所示，在貫通電極600之上部(PD 200側之端部)，導電體602之與貫通電極600之貫通方向正交之剖面的剖面積沿該貫通方向朝向上方漸增。亦即，在本實施形態中，導電體602之上部具有錐形狀之形狀。更具體而言，在本實施形態中，在製作具有如上述之錐形形狀之導電體602之貫通電極600時，將內壁由絕緣膜604覆蓋之狀態下之貫通孔606之上部擴徑，以將經擴徑之貫通孔606埋入之方式使導電體602堆積。根據本實施形態，由於藉由將貫通孔606之上部擴徑，而導電體602容易到達該貫通孔606之底部，故可提高導電體602之埋入性，而避免產生在貫通孔606內之空隙808。其結果為，根據本實施形態，可將貫通電極600之電阻值抑制為較低。以下，針對本發明之實施形態之細節，依次說明。
＜＜5.第1實施形態＞＞ ＜5.1關於貫通電極600之詳細構成＞ 首先，參照圖6至圖8，說明本發明之第1實施形態之貫通電極600之詳細構成。圖6係本實施形態之固態攝像元件100之剖面(圖4)之部分放大圖，詳細而言係將貫通電極600及該貫通電極600之周圍放大之放大圖。又，圖7係沿圖6之A-A´線及B-B´線切斷貫通電極600時之剖視圖。詳細而言，在圖7之上段顯示沿圖6之A-A´線切斷貫通電極600時之剖視圖，在圖7之下段顯示沿圖6之B-B´線切斷貫通電極600時之剖視圖。進而，圖8顯示本實施形態之貫通電極600之上部之示意圖，詳細而言係將沿貫通電極600之貫通方向切斷該貫通電極600時之剖面之一部分放大之圖。此外，在圖8中，為易於理解而省略固定電荷膜650之圖示。
如圖6所示，本實施形態之貫通電極600主要具有：相對於半導體基板500大致垂直地貫通該半導體基板500(換言之沿半導體基板500之膜厚方向貫通)之貫通孔606、覆蓋貫通孔606之內壁之固定電荷膜650、介隔著固定電荷膜650覆蓋上述內壁之絕緣膜604、及被埋入貫通孔606之導電體602。此外，如上文所說明般，可在導電體602與包圍該導電體602之外周之絕緣膜604之間設置障壁金屬膜(省略圖示)。以下，針對貫通電極600之各部位之細節，依次說明。
在本實施形態中，上述貫通孔606例如係圓柱狀或具有錐形之圓錐台狀之孔，較佳為圓柱狀或大致圓柱狀之孔(換言之，在貫通方向上開口直徑大致相同之孔)。在本實施形態中，藉由將貫通孔606設為大致圓柱狀之孔，而可將覆蓋貫通孔606之內壁之絕緣膜604之膜厚設為更均一。因而，根據本實施形態，可確保貫通電極600(詳細而言導電體602)與半導體基板500(詳細而言半導體區域502)之絕緣，且減小由絕緣膜604產生之貫通電極600之寄生電容。其結果為，根據本實施形態，由於可減小上述寄生電容，故可避免經由該寄生電容朝貫通電極600非意圖地傳遞雜訊，甚至可避免固態攝像元件100之特性惡化。
在本實施形態中，上述固定電荷膜650如上文所說明般設置為覆蓋貫通孔606之內壁及底面(下側之面)。固定電荷膜650例如與上述之固定電荷膜550同樣地可由HfO2 、Al2 O3 、ZrO、Ta2 O5 、TiO2 等形成。又，固定電荷膜650可為組合有上述之不同之材料之積層膜。
在本實施形態中，上述絕緣膜604如上文所說明般設置為介隔著固定電荷膜650覆蓋貫通孔606之內壁。又，該絕緣膜604設置為覆蓋後述之導電體602之外周。再者，該絕緣膜604係用於抑制與半導體基板500(詳細而言半導體區域502)之短路之絕緣膜，由SiO2 或SiN等形成。
在本實施形態中，上述導電體602設置為埋入由固定電荷膜650及絕緣膜604覆蓋內壁之貫通孔606。換言之，該導電體602如圖6所示位於貫通電極600之中心。詳細而言，導電體602係貫穿貫通孔606之中心部之大致圓柱狀之電極，在其上部(PD 200側之端部)具有錐形形狀。再者，導電體602貫穿貫通孔606之底面(下側之面)而延伸至配線層520之配線522。該導電體602如上文所說明般，例如除PDAS等之經摻雜之矽材料以外，還可由Al、W、Ti、Co、Hf、Ta等之金屬材料形成。
更詳細而言，關於導電體602，在貫通電極600之上部(PD 200側之端部)，導電體602之與貫通電極600之貫通方向正交之剖面的剖面積沿該貫通方向朝向上方漸增。亦即，在本實施形態中，導電體602之上部側具有錐形狀之形狀。
再者，參照圖7，更詳細地說明導電體602。在圖7之下段顯示在固定電荷膜550之下方以與貫通電極600之貫通方向正交之面(圖6之B-B´線)切斷貫通電極600時之剖面。又，在圖7之上段顯示在絕緣膜552中以與貫通電極600之貫通方向正交之面(圖6之A-A´線)切斷貫通電極600時之剖面。如圖7之上側之圖及下側之圖所示，在本實施形態中，導電體602朝向上方擴徑。更具體而言，在本實施形態中，貫通電極600之上部(PD 200側之端部)之剖面中之導電體602之直徑、換言之以圖6之A-A´線切斷貫通電極600時之導電體602之直徑D1 (參照圖7之上側之圖)較佳為貫通電極600之下部(浮動擴散部514側之端部)之剖面中之導電體602之直徑、換言之以圖6之B-B´線切斷貫通電極600時之導電體602之直徑D2 (參照圖7之下側之圖)的1.2倍以上。
此外，在本實施形態中，在以圖6之B-B´線切斷貫通電極600時，導電體602之直徑D2 (參照圖7之下側之圖)較佳為50 nm～500 nm。再者，在本實施形態中，在以圖6之A-A´線切斷貫通電極600時，導電體602之直徑D1 (參照圖7之上側之圖)較佳為60 nm～600 nm。
而且，導電體602之上表面(PD 200側之面)較佳為較寬廣以可確保與金屬配線570之接觸，但若擴寬導電體602之上表面，則光朝與導電體602之上表面相比位於下方之PD 300、400之入射受導電體602之上表面阻礙。因而，在本實施形態中，導電體602之上表面較佳為在可確保與金屬配線570之接觸之範圍內較狹窄者。在本實施形態中，導電體602之上表面較佳為與以圖6之A-A´線切斷貫通電極600時之導電體602之剖面(參照圖7之上側之圖)相比為寬廣，且較貫通孔606之開口(詳細而言，內壁未由固定電荷膜650及絕緣膜604覆蓋之狀態下之貫通孔606之開口)為狹窄。
再者，在本實施形態中，如將沿貫通電極600之貫通方向切斷該貫通電極600時之剖面之一部分放大之圖8所示，貫通電極600之上部(PD 200側之端部)中之貫通電極600之導電體602之外周面之梯度較佳為相對於導電體602之在貫通方向延伸之中心軸610具有1ﾟ以上60ﾟ以下之角度。此外，在本實施形態中，該梯度較佳為設定為如可確保絕緣膜604具有可抑制與半導體基板500(詳細而言半導體區域502)之短路之膜厚且可更寬廣地確保光朝PD 300、400入射之光入射面的值。
又，在本實施形態中，導電體602只要在貫通電極600之上部(PD 200側之端部)具有錐形形狀即可，可在貫穿半導體基板500之貫通孔606之整體(半導體基板500之膜厚)上為錐形形狀，無特定限定。
在本實施形態中，細節於後文敘述，但在形成具備具有如上述之形狀之導電體602之貫通電極600時，將內壁由絕緣膜604覆蓋之狀態下之貫通孔606之上部擴徑，以將經擴徑之貫通孔606埋入之方式使導電體602堆積。根據本實施形態，由於藉由將貫通孔606之上部擴徑，而導電體602容易到達該貫通孔606之底部，故提高導電體602之埋入性，而可避免產生在貫通孔606內之空隙808。其結果為，根據本實施形態，可將貫通電極600之電阻值抑制為較低。
＜5.2關於固態攝像元件100之製造方法＞ 以上，說明了本實施形態之貫通電極600之詳細構成。其次，針對包含本實施形態之貫通電極600之固態攝像元件100之製造方法，參照圖9至圖13進行說明。圖9至圖13係用於說明本實施形態之固態攝像元件100之製造方法的說明圖，顯示與圖4之剖視圖對應的該製造方法之各工序之固態攝像元件100之剖面。
首先，如圖9所示，利用例如乾式蝕刻自光入射面側對半導體基板500進行加工，而形成貫通半導體基板500之貫通孔606a。
繼而，如圖10所示，以覆蓋貫通孔606a之內壁及底面與半導體基板500之入射面之方式，將固定電荷膜550、650及絕緣膜552、604成膜。
而後，如圖11所示，利用例如乾式蝕刻等去除固定電荷膜650及絕緣膜552、604之一部分，形成貫通半導體基板500且延伸至配線522之貫通孔606b。此時，去除形成於貫通孔606b之上側之開口之周圍之絕緣膜552、604之一部分，將貫通孔606b之上側之開口擴徑。
繼而，如圖12所示，以將貫通孔606b埋入之方式，將導電體602(金屬膜)成膜。此外，此時，如後述般，當自上方觀察貫通孔606b時，在貫通孔606b之中心，導電體602可成為凹入之狀態。
而後，如圖13所示，利用例如乾式蝕刻去除導電體602之一部分，形成貫通電極600。
進而，形成金屬配線570及絕緣膜560。之後，形成下部電極206、光電轉換膜204、上部電極202、及高折射率層580等。最後，形成平坦化膜582及晶片上透鏡590。而後，根據以上內容，可獲得圖4所示之固態攝像元件100。
此外，本實施形態之固態攝像元件100可藉由利用一般之半導體裝置之製造所利用之方法、裝置、及條件而製造。亦即，本實施形態之固態攝像元件100可利用以下之現有之半導體裝置之製造方法製造。
作為上述製造方法，例如可舉出物理化學汽相沈積法(PVD(Physical Vapor Deposition)法)、化學汽相沈積法(CVD法)及原子層堆積(Atomic Layer Deposition；ALD)法等。作為PVD法，可舉出真空蒸鍍法、EB(電子束)蒸鍍法、各種濺射法(磁控濺射法、RF-DC耦合型偏壓濺射法、ECR(Electron Cyclotron Resonance，電子迴旋加速器共振)濺射法、對向靶濺射法、高頻濺射法等)、離子電鍍法、雷射剝蝕法、分子束磊晶法(MBE法)、雷射轉印法。又，作為CVD法可舉出：電漿CVD法、熱CVD法、有機金屬(MO)CVD法、光CVD法等。再者，作為其他方法，可舉出：電鍍法或無電鍍法、旋轉塗佈法；浸漬法；澆注法；微觸印刷法；液滴澆注法；絲網印刷法或噴墨印刷法、膠印印刷法、凹版印刷、柔版印刷法等各種印刷法；壓印法；噴塗法；以及氣刀塗佈機法、刮刀塗佈機法、桿式塗佈機法、刀式塗佈法、壓擠塗佈機法、逆輥塗佈機法、傳送輥塗佈機法、凹版塗佈法、吻合塗佈機法、澆注塗佈機法、噴霧塗佈機法、狹縫塗佈機法、壓延塗佈機法等各種塗佈法。再者，作為圖案化法，可舉出：陰影遮罩、雷射轉印、光微影術等化學性蝕刻、及利用紫外線或雷射等進行之物理性蝕刻等。此外，作為平坦化技術，可舉出CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械研磨)法、雷射平坦化法、及迴流法等。
如上述般，在本實施形態中，在製作具有導電體602之貫通電極600時，將內壁由絕緣膜604覆蓋之狀態下之貫通孔606a之上部擴徑，以將經擴徑之貫通孔606b埋入之方式使導電體602堆積。根據本實施形態，由於藉由將貫通孔606a之上部擴徑，而導電體602容易到達該貫通孔606b之底部，故提高導電體602之埋入性，而可避免產生在貫通孔606b內之空隙808。其結果為，根據本實施形態，可將貫通電極600之電阻值抑制為較低。
＜5.3變化例＞ 本實施形態之固態攝像元件100之導電體602之上部(PD 200側之端部)可電性連接於包含透明導電體之配線。換言之，在本實施形態中，圖4之金屬配線570可由透明導電體形成。
以下，參照上述之圖13說明本變化例之固態攝像元件100之製造方法。如圖13所示，在利用例如乾式蝕刻去除導電體602之一部分，形成貫通電極600後，在該貫通電極600上將透明導電體成膜。進而，藉由利用例如乾式蝕刻去除上述透明導電體之一部分，形成配線構造，而可形成該變化例之固態攝像元件100之配線570。此外，上述透明導電體可由ITO、IZO等之材料形成。
在本變化例中，由於藉由利用透明導電體形成金屬配線570，而可避免朝配線570入射之光反射，非意圖地朝PD 200、300、400入射，故可減少固態攝像元件100中之混色或閃光之產生。
＜＜6.第2實施形態＞＞ 在本發明之實施形態中，可將上述之第1實施形態之貫通電極600進一步變化。以下，參照圖14及圖15，說明本發明之第2實施形態之貫通電極600a。圖14係本實施形態之固態攝像元件100a之剖視圖，詳細而言係沿貫通電極600a之貫通方向切斷固態攝像元件100a時之剖視圖。又，圖15係本實施形態之貫通電極600a之上部之示意圖，詳細而言係沿貫通電極600a之貫通方向切斷該貫通電極600a時之剖面之一部分之圖。此外，在圖15中，為易於理解而省略固定電荷膜650之圖示。
如圖14所示，在固態攝像元件100a之剖面中，本實施形態之貫通電極600a之導電體602a在貫通電極600a之上部(PD 200側之端部)、更具體而言在貫通電極600a之上端(PD 200側之端面)具有自該導電體602a之中心軸(在圖14中省略圖示)分支之2個分支部(第1分支部)602b。在本實施形態中，該分支部602b以自上述中心軸畫成圓弧之方式彎曲。
詳細而言，如本實施形態之貫通電極600a之放大圖即圖15所示，導電體602a之上部(PD 200側之端部)具有朝向半導體基板500之光入射面具有曲率地擴展之形狀。換言之，在上述放大圖中，上述導電體602a看似具有以自導電體602a之中心軸610畫成圓弧之方式分支之2個分支部602b。在本實施形態中，分支部602b之曲率半徑r較佳為10 nm以上1000 nm以下。亦即，曲率半徑r與第1實施形態同樣地較佳為設定為如可確保絕緣膜604具有可抑制與半導體基板500(詳細而言半導體區域502)之短路之膜厚且可更寬廣地確保光朝PD 300、400入射之光入射面的值。
再者，根據本實施形態，在畫成圓弧之分支部602b之區域中，從由絕緣膜604及固定電荷膜650(省略圖示)覆蓋之貫通孔606之上側之開口端606c至導電體602a之距離L與上述之第1實施形態相比為均勻。因而，在本實施形態中，即便對絕緣膜604及固定電荷膜650施加高電壓，由於在分支部602b中不易發成絕緣崩潰，故仍可提高絕緣膜604及固定電荷膜650之耐壓(可靠性)。
又，在本實施形態中，於固態攝像元件100a之剖面中，本實施形態之貫通電極600a之導電體602a在貫通電極600a之下部(浮動擴散部514側之端部)可具有自該導電體602a之中心軸610分支之2個分支部(第2分支部)(省略圖示)。更具體而言，在本實施形態中，導電體602a例如在貫通電極600a之下端(浮動擴散部514側之端面)可具有2個上述分支部。而且，在本實施形態中，貫通電極600a之下部之上述分支部與分支部602b同樣地可以自上述中心軸610畫成圓弧之方式彎曲。再者，此時，貫通電極600a之上部之分支部602b與貫通電極600a之下部之分支部相比可具有更大之曲率半徑r。
＜＜7.第3實施形態＞＞ 又，在本發明之實施形態中，可將上述之第1實施形態之貫通電極600進一步變化。以下，參照圖16，說明本發明之第3實施形態之貫通電極600b。圖16係本實施形態之貫通電極600b之上部之示意圖，詳細而言係將沿貫通電極600b之貫通方向切斷該貫通電極600b時之剖面之一部分放大之圖。此外，在圖16中，為易於理解而省略固定電荷膜650之圖示。
如圖16所示，在上述剖面中，本實施形態之貫通電極600b之導電體602c與上述之第3實施形態同樣地，在貫通電極600a之上端(PD 200側之端面)具有自該導電體602c之中心軸分支之2個分支部(第1分支部)602d。換言之，本實施形態之導電體602c之PD 200側之端部具有朝向半導體基板500之光入射面具有曲率地擴展之形狀。再者，在本實施形態中，如圖16所示，導電體602c更具有位於2個分支部602d之間之凹部620。亦即，在本實施形態中，當自上方觀察貫通孔606時，在貫通孔606之中心，導電體602c成為凹入之狀態。
在本實施形態中，由於藉由設置位於2個分支部602d之間之凹部620，而可擴寬與貫通電極600b電性連接之金屬配線570與導電體602c之接觸面積，故可降低金屬配線570與導電體602c之接觸電阻。
＜＜8.第4實施形態＞＞ 再者，在本發明之實施形態中，可將上述之第1實施形態之固態攝像元件100之PD 200進一步變化。以下，參照圖17，說明本發明之第4實施形態之固態攝像元件100b。圖17係本實施形態之固態攝像元件100b之剖視圖，詳細而言係沿貫通電極600之貫通方向切斷固態攝像元件100b時之剖視圖，在圖17中以光相對於固態攝像元件100b入射之入射面為上之方式圖示固態攝像元件100b。
在本實施形態中，如圖17所示，設置於半導體基板500之上方之PD 200a與上述之第1實施形態之PD 200同樣地具有上部電極202、光電轉換膜204、及下部電極206。再者，在本實施形態中，PD 200a具有與上部電極202介隔著光電轉換膜204及絕緣膜560對向之蓄積電極208。該蓄積電極208與下部電極206分開配置，與上部電極202及下部電極206同樣地例如可由ITO、IZO等之透明導電體形成。
在本實施形態之PD 200a中，在下部電極206與蓄積電極208分別個別地電性連接有配線(省略圖示)，可對下部電極206及蓄積電極208各者利用上述配線施加所期望之電位。因而，在本實施形態中，藉由控制對下部電極206及蓄積電極208施加之電位，而可以光電轉換膜204蓄積在光電轉換膜204產生之電荷，或可朝上述浮動擴散部514取出該電荷。換言之，蓄積電極208可作為用於相應於所施加之電位拉引在光電轉換膜204產生之電荷而將該電荷蓄積於光電轉換膜204之電荷蓄積用之電極而發揮功能。
在上述之第1實施形態之PD 200中，藉由光電轉換膜204之光電轉換而產生之電荷直接經由下部電極206及貫通電極600被蓄積於浮動擴散部514。因如上述之機構，而不易將光電轉換膜204完全空乏化。其結果為，在第1實施形態中，有由於固態攝像元件100之kTC雜訊(重置雜訊)變大，隨機雜訊惡化，而帶來攝像畫質降低之情形。另一方面，在本實施形態中，藉由設置蓄積電極208，而在PD 200a之動作時，可將藉由各光電轉換膜204之光電轉換而產生之電荷蓄積於該光電轉換膜204，且可進行朝系統外排出到達各下部電極206之電荷之重置。再者，在上述動作中，可在重置後，朝各下部電極206傳送蓄積於各光電轉換膜204之電荷，並依次讀出朝各下部電極206傳送之電荷。而且，在該PD 200a之動作中，重複進行如上述之重置及讀出動作。亦即，在本實施形態中，於固態攝像元件100b之曝光開始時，容易將浮動擴散部514完全空乏化，而抹除電荷。其結果為，根據本實施形態，可進一步抑制由於固態攝像元件100b之kTC雜訊變大，隨機雜訊惡化，而帶來攝像畫質降低之現象之產生。
＜＜9.第5實施形態＞＞ 上述之本發明之實施形態之固態攝像裝置1可對於數位靜態相機或視訊攝影機等之攝像裝置、具有攝像功能之行動終端裝置、將固態攝像元件用於圖像讀取部之影印機等之將攝像裝置用於圖像擷取入部之所有電子機器。再者，本發明之實施形態也可應用於包含上述之固態攝像裝置1之機器人、無人機、汽車、醫療機器(內視鏡)等。此外，本實施形態之固態攝像裝置1既可為形成為單晶片之形態，也可為攝像部與信號處理部或光學系統被封裝為1者之具有攝像功能之模組之形態。以下，將包含具有上述之固態攝像裝置1之攝像裝置902的電子機器900之一例作為本發明之第5實施形態，參照圖18進行說明。圖18係顯示本實施形態之電子機器900之一例之說明圖。
如圖18所示，電子機器900具有：攝像裝置902、光學透鏡910、快門機構912、驅動電路單元914、及信號處理電路單元916。光學透鏡910使來自被攝體之像光(入射光)在攝像裝置902之攝像面上成像。藉此，在攝像裝置902之固態攝像裝置1之固態攝像元件100內，於一定期間內蓄積信號電荷。快門機構912藉由開閉而控制對攝像裝置902之光照射期間及遮光期間。驅動電路單元914將控制攝像裝置902之信號之傳送動作及快門機構912之快門動作等之驅動信號對其等供給。亦即，攝像裝置902基於自驅動電路單元914供給之驅動信號(時序信號)進行信號傳送。信號處理電路單元916進行各種信號處理。例如，信號處理電路單元916將已進行信號處理之影像信號朝例如記憶體等之記憶媒體(省略圖示)輸出或朝顯示部(省略圖示)輸出。
＜＜10.總結＞＞ 如以上所說明般，根據本發明之各實施形態及變化例，可將貫通電極600之電阻值抑制為較低。
此外，在上述之本發明之實施形態中，固態攝像元件100可為具有積層於半導體基板500之上方之2個或3個以上之PD 200之構造。此時，例如，作為用於朝設置於半導體基板500內之浮動擴散部514傳送在積層於半導體基板500之上方之2個PD 200中之積層於上方之PD 200產生之電荷之貫通電極，可利用本實施形態之貫通電極600。
此外，在上述之本發明之實施形態中，針對將第1導電型設為P型、將第2導電型設為N型、將電子用作信號電荷之固態攝像元件100進行了說明，但本發明之實施形態不限定於此例。例如，本實施形態可應用於將第1導電型設為N型，將第2導電型設為P型，將正電洞用作信號電荷之固態攝像元件100。
又，在上述之本發明之實施形態中，半導體基板500可不一定為矽基板，可為其他基板(例如SOI(Silicon On Insulator，絕緣體上矽)基板或SiGe基板等)。又，上述半導體基板500可為如在上述之各種基板上形成有半導體構造等者。
再者，本發明之實施形態之固態攝像元件100不限定於檢測可視光之入射光量之分佈並拍攝為圖像之固態攝像元件。例如，本實施形態可對於將紅外線或X射線、或粒子等之入射量之分佈拍攝為圖像之固態攝像元件、或檢測壓力或靜電電容等其他物理量之分佈並拍攝為圖像之指紋檢測感測器等之固態攝像元件(物理量分佈檢測裝置)應用。
＜11.對於內視鏡手術系統之應用例＞ 本發明之技術(本發明)可對於各種產品應用。例如，本發明之技術可應用於內視鏡手術系統。
圖19係顯示可應用本發明之技術(本發明)之內視鏡手術系統之概略構成之一例的圖。
在圖19中圖示施術者(醫生)11131利用內視鏡手術系統11000對病床11133上之患者11132進行手術之狀況。如圖示般，內視鏡手術系統11000係由內視鏡11100、氣腹管11111及能量處置具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構成。
內視鏡11100係由將距前端特定之長度之區域插入患者11132之體腔內之鏡筒11101、及連接於鏡筒11101之基端之照相機頭11102構成。在圖示之例中圖示構成為具有剛性鏡筒11101之所謂之剛性鏡的內視鏡11100，但內視鏡11100可構成為具有撓性鏡筒之所謂之撓性鏡。
在鏡筒11101之前端設置有嵌入有物鏡之開口部。在內視鏡11100連接有光源裝置11203，由該光源裝置11203產生之光由在鏡筒11101之內部延伸設置之光導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。此外，內視鏡11100既可為直視鏡，也可為斜視鏡或側視鏡。
在照相機頭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)藉由該光學系統而在該攝像元件集光。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、亦即與觀察像對應之圖像信號。該圖像信號作為RAW資料朝照相機控制單元(CCU: Camera Control Unit)11201被發送。
CCU 11201係由CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)或GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理單元)等構成，統括地控制內視鏡11100及表示裝置11202之動作。再者，CCU 11201自照相機頭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CCU 11201之控制，顯示基於由該CCU 11201實施圖像處理後之圖像信號的圖像。
光源裝置11203係由例如LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等光源構成，對內視鏡11100供給拍攝手術部位等時之照射光。
輸入裝置11204為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，使用者輸入變更內視鏡11100之攝像條件(照射光之種類、倍率及焦距等)之意旨之指示等。
處置器具控制裝置11205控制用於燒灼組織、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之視野及確保施術者之作業空間之目的，為了使患者11132之體腔鼓起，而經由氣腹管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係能以文字、圖像或圖表等各種形式印刷與手術相關之各種資訊之裝置。
此外，對內視鏡11100供給拍攝手術部位時之照射光之光源裝置11203，可由例如由LED、雷射光源或由該等之組合構成之白色光源而構成。若由RGB雷射光源之組合構成白色光源，由於能夠高精度地控制各色(各波長)之輸出強度及輸出時序，故在光源裝置11203中可進行攝像圖像之白平衡之調整。又，該情形時，藉由分時對觀察對象照射來自RGB雷射光源各者之雷射光，且與該照射時序同步地控制照相機頭11102之攝像元件之驅動，亦可分時拍攝與RGB各者對應之圖像。根據該方法，即便在該攝像元件中不設置彩色濾光器，仍可獲得彩色圖像。
又，光源裝置11203能以每隔特定時間變更輸出之光之強度之方式予以控制其驅動。與該光之強度之變更時序同步地控制照相機頭11102之攝像元件之驅動而分時取得圖像，藉由合成該圖像而可產生無所謂欠曝及過曝之高動態範圍之圖像。
又，光源裝置11203可構成為可供給因應特殊光觀察之特定波長頻帶下之光。特殊光觀察中，例如，藉由利用生物體組織之光之吸收之波長依賴性，照射與一般觀察時之照射光(亦即白色光)相比較窄頻之光，而進行以高對比度拍攝黏膜表層之血管等之特定組織之所謂之窄頻光影像觀察(Narrow Band Imaging)。或者，在特殊光觀察中，亦可進行藉由因照射激發光產生之螢光而獲得圖像之螢光觀察。在螢光觀察中，可進行對生物體組織照射激發光而觀察來自該生物體組織之螢光(自身螢光觀察)，或對生物體組織局部注射靛青綠(ICG)等試劑，且對該生物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像等。光源裝置11203可構成為可供給因應此種特殊光觀察之窄頻光及/或激發光。
圖20係顯示圖19所示之照相機頭11102及CCU 11201之功能構成之一例的方塊圖。
照相機頭11102具有：透鏡單元11401、攝像部11402、驅動部11403、通訊部11404、及照相機頭控制部11405。CCU 11201具有：通訊部11411、圖像處理部11412、及控制部11413。照相機頭11102與CCU 11201藉由傳送纜線11400可相互通訊地連接。
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之前端擷取入之觀察光被導光至照相機頭11102，而朝該透鏡單元11401入射。透鏡單元11401係組合有包含變焦透鏡及對焦透鏡之複數個透鏡而構成。
攝像部11402係由攝像元件構成。構成攝像部11402之攝像元件既可為1個(所謂之單板式)，也可為複數個(所謂之多板式)。在攝像部11402以多板式構成時，例如由各攝像元件產生與RGB各者對應之圖像信號，藉由將其等合成而可獲得彩色圖像。或，攝像部11402可構成為具有用於分別取得與3D(Dimensional，維度)顯示對應之右眼用及左眼用之圖像信號的1對攝像元件。藉由進行3D顯示，而施術者11131可更正確地掌握手術部位之生物體組織之深度。此外，在攝像部11402以多板式構成時，與各攝像元件對應地，透鏡單元11401也可設置複數個系統。
又，攝像部11402可不一定設置於照相機頭11102。例如，攝像部11402可在鏡筒11101之內部設置於物鏡之正後方。
驅動部11403係由致動器構成，藉由來自照相機頭控制部11405之控制，而使透鏡單元11401之變焦透鏡及對焦透鏡沿光軸移動特定之距離。藉此，可適宜地調整由攝像部11402拍攝之攝像圖像之倍率及焦點。
通訊部11404係由用於在與CCU 11201之間發送接收各種資訊之通訊裝置構成。通訊部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朝CCU 11201發送。
又，通訊部11404自CCU 11201接收用於控制照相機頭11102之驅動之控制信號，並對照相機頭控制部11405供給。在該控制信號中例如包含指定攝像圖像之圖框率之意旨之資訊、指定攝像時之曝光值之意旨之資訊、以及/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。
此外，上述之圖框率或曝光值、倍率、焦點等攝像條件既可由使用者適宜地指定，也可基於所取得之圖像信號由CCU 11201之控制部11413自動地設定。在後者之情形下，在內視鏡11100搭載有所謂之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。
照相機頭控制部11405基於經由通訊部11404接收之來自CCU 11201之控制信號控制照相機頭11102之驅動。
通訊部11411係由用於在與照相機頭11102之間發送接收各種資訊之通訊裝置構成。通訊部11411接收自照相機頭11102經由傳送纜線11400發送之圖像信號。
又，通訊部11411對照相機頭11102發送用於控制照相機頭11102之驅動之控制信號。圖像信號或控制信號可藉由電氣通訊或光通訊等發送。
圖像處理部11412對自照相機頭11102發送之作為RAW資料之圖像信號實施各種圖像處理。
控制部11413進行與由內視鏡11100進行之手術部位等之攝像、及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產生用於控制照相機頭11102之驅動之控制信號。
又，控制部11413基於由圖像處理部11412實施圖像處理之圖像信號使顯示裝置11202顯示拍攝到手術部位等之攝像圖像。此時，控制部11413可利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藉由檢測攝像圖像中所含之物體之邊緣之形狀或顏色等，而可辨識鑷子等手術器具、特定之生物體部位、出血、能量處置具11112之使用時之霧氣等。控制部11413可在使顯示裝置11202顯示攝像圖像時，利用該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。藉由重疊顯示手術支援資訊，對施術者11131予以提示，而可減輕施術者11131之負擔，而施術者11131準確地進行手術。
連接照相機頭11102及CCU 11201之傳送纜線11400可為與電氣信號之通訊對應之電氣信號纜線、與光通訊對應之光纖、或其等之複合纜線。
此處，在圖示之例中，可利用傳送纜線11400以有線進行通訊，但照相機頭11102與CCU 11201之間之通訊可以無線進行。
以上，針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所說明之構成中內視鏡11100、照相機頭11102之攝像部11402、及CCU 11201之圖像處理部11412等。例如，圖1所示之固態攝像裝置1可應用於內視鏡11100、攝像部11402、及圖像處理部11412等。由於藉由對內視鏡11100、攝像部11402、圖像處理部11412等應用本發明之技術，而可獲得更鮮明之手術部位圖像，故施術者可更準確地確認手術部位。
此外，此處，作為一例針對內視鏡手術系統進行了說明，但本發明之技術此外可應用於例如顯微鏡手術系統等。
＜12.對於移動體之應用例＞ 本發明之技術(本發明)可對於各種產品應用。例如，本發明揭示之技術可實現為搭載於汽車、電力機動車、混合動力機動車、自動二輪車、自行車、個人移動性裝置、飛機、無人機、船舶、機器人等之任一種類之移動體之裝置。
圖21係顯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。在圖21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，圖示有微電腦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遵循各種程式控制與車輛之驅動系統相關聯之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元12010作為內燃機或驅動用馬達等之用於產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用於將驅動力朝車輪傳遞之驅動力傳遞機構、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的控制裝置而發揮功能。
車體系統控制單元12020遵循各種程式控制裝備於車體之各種裝置之動作。例如，車體系統控制單元12020作為無鑰匙進入系統、智慧型鑰匙系統、動力車窗裝置、或前照燈、尾燈、煞車燈、方向指示燈或霧燈等之各種燈之控制裝置而發揮功能。該情形下，對於車體系統控制單元12020，可輸入有自代替鑰匙之可攜式裝置發出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，而控制車輛之車門鎖閉裝置、動力車窗裝置、燈等。
車外資訊檢測單元12030檢測搭載車輛控制系統12000之車輛之外部之資訊。例如，在車外資訊檢測單元12030連接有攝像部12031。車外資訊檢測單元12030使攝像部12031拍攝車外之圖像，且接收所拍攝之圖像。車外資訊檢測單元12030可基於所接收之圖像，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相應之電氣信號之光感測器。攝像部12031既可將電氣信號作為圖像輸出，也可作為測距之資訊輸出。又，攝像部12031所接收之光既可為可視光，也可為紅外線等之非可視光。
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連接有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基於自駕駛者狀態檢測部12041輸入之檢測資訊，既可算出駕駛者之疲勞度或集中度，也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，且對驅動系統控制單元12010輸出控制指令。例如，微電腦12051可進行以實現包含車輛之碰撞避免或衝擊緩和、基於車距之追隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告、或車輛之車道脫離警告等的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藉由基於由車外資訊檢測單元12030或車內資訊檢測單元12040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，而可進行以在不依賴於駕駛者之操作下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與由車外資訊檢測單元12030檢測到之前方車或對向車之位置相應而控制前照燈，而可進行將遠光切換為近光等之以謀求防眩為目的之協調控制。
聲音圖像輸出部12052朝可針對車輛之乘客或車外視覺性或聽覺性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。在圖21之例中，作為輸出裝置例示有音訊揚聲器12061、顯示部12062及儀錶板12063。顯示部12062例如可包含機上顯示器及抬頭顯示器之至少一者。
圖22係顯示攝像部12031之設置位置之例之圖。
在圖22中，車輛12100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之前端突出部、側視鏡、後保險桿、後背門及車廂內之擋風玻璃之上部等之位置。前端突出部所具備之攝像部12101及車廂內之擋風玻璃之上部所具備之攝像部12105主要取得車輛12100之前方之圖像。側視鏡所具備之攝像部12102、12103主要取得車輛12100之側方之圖像。後保險桿或後背門所具備之攝像部12104主要取得車輛12100之後方之圖像。由攝像部12101及12105取得之前方之圖像主要用於前方車輛或行人、障礙物、信號燈、交通標誌或車道等之檢測。
此外，在圖22中，顯示攝像部12101至12104之攝影範圍之一例。攝像範圍12111顯示設置於前端突出部之攝像部12101之攝像範圍，攝像範圍12112、12113顯示分別設置於側視鏡之攝像部12102、12103之攝像範圍，攝像範圍12114顯示設置於後保險桿或後背門之攝像部12104之攝像範圍。例如，藉由重疊由攝像部12101至12104拍攝之圖像資料，而可取得自上方觀察車輛12100之俯瞰圖像。
攝像部12101至12104之至少一者可具有取得距離資訊之功能。例如，攝像部12101至12104之至少一者既可為含有複數個攝像元件之立體相機，也可為具有相位差檢測用之像素之攝像元件。
例如，微電腦12051藉由基於根據攝像部12101至12104取得之距離資訊，求得至攝像範圍12111至12114內之各立體物之距離、及該距離之時間性變化(對於車輛12100之相對速度)，而可在尤其是位於車輛12100之前進路上之最近之立體物中，將朝與車輛12100大致相同之方向以特定之速度(例如0 km/h以上)行進之立體物作為前方車抽出。進而，微電腦12051設定針對前方車之近前預先設定必須確保之車距，而可進行自動制動控制(亦包含追隨停止控制)或自動加速控制(亦包含追隨起步控制)等。如此般可進行以在不依賴於駕駛者之操作下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取得之距離資訊，將與立體物相關之立體物資料分類為2輪車、普通車輛、大型車輛、行人、電線桿等其他之立體物並抽出，且用於障礙物之自動迴避。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及難以視認之障礙物。而後，微電腦12051判斷顯示與各障礙物之碰撞之危險度之碰撞風險，在碰撞風險為設定值以上而有碰撞可能性之狀況時，藉由經由音訊揚聲器12061或顯示部12062對駕駛員輸出警報，或經由驅動系統控制單元12010進行強制減速或躲避操舵，而可進行用於避免碰撞之駕駛支援。
攝像部12101至12104之至少一者可為檢測紅外線之紅外線相機。例如，微電腦12051可藉由判定在攝像部12101至12104之攝像圖像中是否有行人而辨識行人。如此之行人之辨識藉由例如抽出作為紅外線相機之攝像部12101至12104之攝像圖像之特徵點之程序、針對顯示物體之輪廓之一系列特徵點進行圖案匹配處理而判別是否為行人之程序而進行。微電腦12051當判定在攝像部12101至12104之攝像圖像中有行人，且辨識為行人時，聲音圖像輸出部12052以針對該被辨識出之行人重疊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亦可以將顯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，針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所說明之構成中之攝像部12031等。例如，圖1所示之固態攝像裝置1可應用於攝像部12031。由於藉由對攝像部12031應用本發明之技術，而可獲得更易於觀察之拍攝圖像，故能夠減輕駕駛員之疲勞。
＜＜13.補充＞＞ 以上，一面參照附圖一面針對本發明之較佳之實施形態詳細地進行了說明，但本發明之技術性範圍不限定於上述之例。只要係具有本發明之技術領域之通常之知識的技術人員顯然可在申請專利範圍中所記載之技術性思想之範圍內想到各種變化例或修正例，應瞭解其等亦屬本發明之技術性範圍內。
且，本說明書所記載之效果終極而言僅為說明性或例示性效果，並非限定性效果。即，本發明之技術可發揮上述之效果外，且/或可發揮本領域技術人員根據本說明書之記載即顯而易知之其他效果而取代上述之效果。
此外，如以下之構成亦屬本發明之技術性範圍內。 (1) 一種固態攝像元件，其具備： 半導體基板； 電荷蓄積部，其設置於前述半導體基板內，且蓄積電荷； 光電轉換部，其設置於前述半導體基板之上方，且將光轉換為電荷；及 貫通電極，其貫穿前述半導體基板，且電性連接前述電荷蓄積部與前述光電轉換部；且 在前述貫通電極之前述光電轉換部側之端部， 位於前述貫通電極之中心之導電體之與該貫通電極之貫通方向正交之剖面的剖面積沿前述貫通方向朝向前述光電轉換部漸增。 (2) 如上述(1)之固態攝像元件，其中前述貫通電極電性連接前述光電轉換部與設置於前述半導體基板內之至少一個以上之像素電晶體。 (3) 如上述(1)或(2)之固態攝像元件，其更具備覆蓋前述貫通電極之前述導電體之外周之絕緣膜。 (4) 如上述(1)至(3)中任一項之固態攝像元件，其中前述導電體之前述光電轉換部側之前述端部處之外周面之梯度， 相對於前述導電體之在前述貫通方向延伸之中心軸具有1ﾟ以上60ﾟ以下之角度。 (5) 如上述(1)至(3)中任一項之固態攝像元件，其中前述導電體具有大致圓柱狀之形狀。 (6) 如上述(5)之固態攝像元件，其中前述光電轉換部側之前述剖面中之前述導電體之直徑為前述電荷蓄積部側之前述剖面中之前述導電體之直徑之1.2倍以上。 (7) 如上述(1)至(3)中任一項之固態攝像元件，其中在沿前述貫通方向切斷前述貫通電極時之剖面中， 前述導電體之前述光電轉換部側之前述端部具有自前述導電體之中心軸分支之2個第1分支部。 (8) 如上述(7)之固態攝像元件，其中前述導電體之前述光電轉換部側之前述端部更具有位於前述2個第1分支部之間之凹部。 (9) 如上述(7)或(8)之固態攝像元件，其中前述各第1分支部以自前述中心軸畫成圓弧之方式彎曲。 (10) 如上述(9)之固態攝像元件，其中前述各第1分支部具有10 nm以上1000 nm以下之曲率半徑而彎曲。 (11) 如上述(7)之固態攝像元件，其中在沿前述貫通方向切斷前述貫通電極時之剖面中，前述導電體之前述電荷蓄積部側之端部具有自前述中心軸分支之2個第2分支部。 (12) 如上述(11)之固態攝像元件，其中前述各第1分支部與前述各第2分支部以自前述中心軸畫成圓弧之方式彎曲。 (13) 如上述(12)之固態攝像元件，其中前述第1分支部之曲率半徑大於前述第2分支部之曲率半徑。 (14) 如上述(1)至(13)中任一項之固態攝像元件，其中前述導電體之前述光電轉換部側之前述端部電性連接於包含透明導電體之配線。 (15) 如上述(1)至(14)中任一項之固態攝像元件，其中前述光電轉換部具有： 共通電極，其由相鄰之前述固態攝像元件彼此共有； 讀出電極，其電性連接於前述貫通電極；及 光電轉換膜，其設置為夾在前述共通電極與前述讀出電極之間，且將光轉換為電荷。 (16) 如上述(15)之固態攝像元件，其中前述光電轉換膜包含有機系材料。 (17) 如上述(15)或(16)之固態攝像元件，其中前述光電轉換部更具有與前述共通電極介隔前述光電轉換膜及絕緣膜而對向之蓄積電極。 (18) 如上述(1)至(17)中任一項之固態攝像元件，其更具備設置於前述半導體基板內之將光轉換為電荷之其他光電轉換部。 (19) 一種固態攝像裝置，其係具備呈矩陣狀配置之複數個固態攝像元件者，且 前述各固態攝像元件具備： 半導體基板； 電荷蓄積部，其設置於前述半導體基板內，且蓄積電荷； 光電轉換部，其設置於前述半導體基板之上方，且將光轉換為電荷；及 貫通電極，其貫穿前述半導體基板，且電性連接前述電荷蓄積部與前述光電轉換部；且 在前述貫通電極之前述光電轉換部側之端部， 位於前述貫通電極之中心之導電體之與該貫通電極之貫通方向正交之剖面的剖面積沿前述貫通方向朝向前述光電轉換部漸增。 (20) 一種固態攝像元件之製造方法，其係製造固態攝像元件者，該固態攝像元件具備： 半導體基板； 電荷蓄積部，其設置於前述半導體基板內，且蓄積電荷； 光電轉換部，其設置於前述半導體基板之上方，且將光轉換為電荷；及 貫通電極，其貫穿前述半導體基板，且電性連接前述電荷蓄積部與前述光電轉換部；且 在前述貫通電極之前述光電轉換部側之端部， 位於前述貫通電極之中心之導電體之與該貫通電極之貫通方向正交之剖面的剖面積沿前述貫通方向朝向前述光電轉換部漸增；並且 前述製造方法包含： 形成貫穿前述半導體基板之貫通孔； 以覆蓋前述貫通孔之內壁之方式將絕緣膜成膜； 對前述貫通孔之前述光電轉換部側之端部之前述絕緣膜進行蝕刻；及 以金屬膜埋入前述貫通孔。
1:固態攝像裝置 10:像素陣列部 32:垂直驅動電路部 34:行信號處理電路部 36:水平驅動電路部 38:輸出電路部 40:控制電路部 42:像素驅動配線 44:垂直信號線 46:水平信號線 48:輸入輸出端子 100:固態攝像元件(像素) 100a:固態攝像元件 100b:固態攝像元件 200:光電轉換元件 200a:光電轉換元件 202:上部電極(共通電極) 204:光電轉換膜 206:下部電極(讀出電極) 208:蓄積電極 300:光電轉換元件 400:光電轉換元件 500:半導體基板 502:半導體區域 510:半導體區域 512:半導體區域 514:浮動擴散部 516:半導體區域 520:配線層 522:配線 524:閘極電極/電極 530:層間絕緣膜 540:絕緣膜 550:固定電荷膜 552:絕緣膜 560:絕緣膜 570:金屬配線/配線 580:高折射率層 582:平坦化膜 590:晶片上透鏡 600:貫通電極 600a:貫通電極 600b:貫通電極 602:導電體 602a:導電體 602b:分支部(第1分支部) 602c:導電體 602d:分支部(第1分支部) 604:絕緣膜 606:貫通孔 606a:貫通孔 606b:貫通孔 606c:開口端 610:中心軸 620:凹部 650:固定電荷膜 800:貫通電極 802:導電體 804:絕緣膜 806:貫通孔 808:空隙 900:電子機器 902:攝像裝置 910:光學透鏡 912:快門機構 914:驅動電路單元 916:信號處理電路單元 11000:內視鏡手術系統 11100:內視鏡 11101:鏡筒 11102:照相機頭 11110:手術器具 11111:氣腹管 11112:能量處置具 11120:支持臂裝置 11131:施術者/醫生 11132:患者 11133:病床 11200:手推車 11201:照相機控制單元/CCU 11202:顯示裝置 11203:光源裝置 11204:輸入裝置 11205:處置具控制裝置 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:通訊部 11405:照相機頭控制部 11411:通訊部 11412:圖像處理部 11413:控制部 12000:車輛控制系統 12001:通訊網路 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:音訊揚聲器 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 A-A´:線 B-B´:線 D1:直徑 D2:直徑 FD1:節點 L:距離 RST1:重置信號線 RST2:重置線 SEL1:選擇線 SEL2:選擇線 TG2:傳送閘極線 TR1amp:放大電晶體 TR1rst:重置電晶體 TR1sel:選擇電晶體 TR2amp:放大電晶體 TR2rst:重置電晶體 TR2sel:選擇電晶體 TR2trs:傳送電晶體 VDD:電源電路 VOU:選擇線 VSL1:信號線 VSL2:信號線
圖1係本發明之實施形態之固態攝像裝置1之示意性平面圖。 圖2係本發明之實施形態之固態攝像元件100中所含之PD 200之等效電路圖。 圖3係本發明之實施形態之固態攝像元件100中所含之PD 300之等效電路圖。 圖4係本發明之實施形態之固態攝像元件100之剖視圖。 圖5係用於說明創作本發明之實施形態之經過之說明圖。 圖6係本發明之第1實施形態之固態攝像元件100之剖面的部分放大圖。 圖7係沿圖6之A-A´線及B-B´線切斷貫通電極600時之剖視圖。 圖8係本發明之第1實施形態之貫通電極600之上部的示意圖。 圖9係用於說明本發明之第1實施形態之固態攝像元件100之製造方法的說明圖(其1)。 圖10係用於說明本發明之第1實施形態之固態攝像元件100之製造方法的說明圖(其2)。 圖11係用於說明本發明之第1實施形態之固態攝像元件100之製造方法的說明圖(其3)。 圖12係用於說明本發明之第1實施形態之固態攝像元件100之製造方法的說明圖(其4)。 圖13係用於說明本發明之第1實施形態之固態攝像元件100之製造方法的說明圖(其5)。 圖14係本發明之第2實施形態之固態攝像元件100a之剖視圖。 圖15係本發明之第2實施形態之貫通電極600a之上部的示意圖。 圖16係本發明之第3實施形態之貫通電極600b之上部的示意圖。 圖17係本發明之第4實施形態之固態攝像元件100b之剖視圖。 圖18係顯示本發明之第5實施形態之電子機器900之一例的說明圖。 圖19係顯示內視鏡手術系統之概略構成之一例之圖。 圖20係顯示照相機頭及CCU之功能構成之一例之方塊圖。 圖21係顯示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖22係顯示車外資訊檢測部及攝像部之設置位置之一例之說明圖。
100:固態攝像元件(像素)
200:光電轉換元件
202:上部電極(共通電極)
204:光電轉換膜
206:下部電極(讀出電極)
300:光電轉換元件
400:光電轉換元件
500:半導體基板
502:半導體區域
510:半導體區域
512:半導體區域
514:浮動擴散部
516:半導體區域
520:配線層
522:配線
524:閘極電極/電極
530:層間絕緣膜
540:絕緣膜
550:固定電荷膜
552:絕緣膜
560:絕緣膜
570:金屬配線/配線
580:高折射率層
582:平坦化膜
590:晶片上透鏡
600:貫通電極
602:導電體
604:絕緣膜
650:固定電荷膜

Claims (18)

  1. 一種固態攝像元件，其具備：半導體基板；電荷蓄積部，其設置於前述半導體基板內，且蓄積電荷；光電轉換部，其設置於前述半導體基板之上方，且將光轉換為電荷；及貫通電極，其貫穿前述半導體基板，且電性連接前述電荷蓄積部與前述光電轉換部；且在前述貫通電極之前述光電轉換部側之端部，位於前述貫通電極之中心之導電體之與該貫通電極之貫通方向正交之剖面的剖面積沿前述貫通方向朝向前述光電轉換部漸增；其中在沿前述貫通方向切斷前述貫通電極時之剖面中，前述導電體之前述光電轉換部側之前述端部具有自前述導電體之中心軸分支之2個第1分支部，前述各第1分支部以自前述中心軸畫成圓弧之方式彎曲。
  2. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述貫通電極電性連接前述光電轉換部與設置於前述半導體基板內之至少一個以上之像素電晶體。
  3. 如請求項1之固態攝像元件，其更具備覆蓋前述貫通電極之前述導電體之外周之絕緣膜。
  4. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述導電體之前述光電轉換部側之前述端部處之外周面之梯度，相對於前述導電體之在前述貫通方向延伸之中心軸具有1°以上60°以下之角度。
  5. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述導電體具有大致圓柱狀之形狀。
  6. 如請求項5之固態攝像元件，其中前述光電轉換部側之前述剖面中之前述導電體之直徑為前述電荷蓄積部側之前述剖面中之前述導電體之直徑之1.2倍以上。
  7. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述導電體之前述光電轉換部側之前述端部更具有位於前述2個第1分支部之間之凹部。
  8. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述各第1分支部具有10nm以上1000nm以下之曲率半徑而彎曲。
  9. 如請求項1之固態攝像元件，其中在沿前述貫通方向切斷前述貫通電極時之剖面中，前述導電體之前述電荷蓄積部側之端部具有自前述中心軸分支之2個第2分支部。
  10. 如請求項9之固態攝像元件，其中前述各第1分支部與前述各第2分支 部以自前述中心軸畫成圓弧之方式彎曲。
  11. 如請求項10之固態攝像元件，其中前述第1分支部之曲率半徑大於前述第2分支部之曲率半徑。
  12. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述導電體之前述光電轉換部側之前述端部電性連接於包含透明導電體之配線。
  13. 如請求項1之固態攝像元件，其中前述光電轉換部具有：共通電極，其由相鄰之前述固態攝像元件彼此共有；讀出電極，其電性連接於前述貫通電極；及光電轉換膜，其設置為夾在前述共通電極與前述讀出電極之間，且將光轉換為電荷。
  14. 如請求項13之固態攝像元件，其中前述光電轉換膜包含有機系材料。
  15. 如請求項13之固態攝像元件，其中前述光電轉換部更具有與前述共通電極介隔前述光電轉換膜及絕緣膜而對向之蓄積電極。
  16. 如請求項1之固態攝像元件，其更具備設置於前述半導體基板內、將光轉換為電荷之其他光電轉換部。
  17. 一種固態攝像裝置，其係具備呈矩陣狀配置之複數個如請求項1至16中任一項之固態攝像元件。
  18. 一種固態攝像元件之製造方法，其係製造固態攝像元件者，該固態攝像元件具備：半導體基板；電荷蓄積部，其設置於前述半導體基板內，且蓄積電荷；光電轉換部，其設置於前述半導體基板之上方，且將光轉換為電荷；及貫通電極，其貫穿前述半導體基板，且電性連接前述電荷蓄積部與前述光電轉換部；且在前述貫通電極之前述光電轉換部側之端部，位於前述貫通電極之中心之導電體之與該貫通電極之貫通方向正交之剖面的剖面積沿前述貫通方向朝向前述光電轉換部漸增；其中在沿前述貫通方向切斷前述貫通電極時之剖面中，前述導電體之前述光電轉換部側之前述端部具有自前述導電體之中心軸分支之2個第1分支部；且前述製造方法包含：形成貫穿前述半導體基板之貫通孔；以覆蓋前述貫通孔之內壁之方式將絕緣膜成膜；對前述貫通孔之前述光電轉換部側之端部之前述絕緣膜進行蝕刻；及以金屬膜埋入前述貫通孔，使得前述各第1分支部以自前述中心軸畫成圓弧之方式彎曲。
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